Il sistema nervoso dell’impianto elettrico

      Il sistema nervoso dell’impianto elettrico    Scelta dei cavi negli impianti elettrici del residenziale e del terziario    Il  compito  principale  di  un  cavo  è  quello  di  trasportare  l’energia  all’interno  di  un  impianto  elettrico,  senza  interruzioni  o  senza  provocare  decadimento  delle  prestazioni  degli  apparecchi  utilizzatori.  Il  passaggio  della  corrente  all’interno  del  cavo  comporta,  inevitabilmente,  perdite  di  energia,  che  non  si  devono  tradurre  in  sovratemperature pericolose per i materiali, in relazione anche alle condizioni di posa  e alla temperatura ambiente in cui si opera.  Quando si procede alla progettazione di un impianto elettrico, la scelta del cavo più  opportuno  per  una  determinata  installazione  è,  quindi,  un’operazione  importante  ai  fini  della  sua  sicurezza  e  funzionalità  e  deve  essere  effettuata  tenendo  conto  delle  numerose normative al riguardo e considerando alcuni importanti fattori, quali:  - la tensione nominale del sistema;  - il luogo in cui deve avvenire l’installazione;  -  la  possibilità  di  operare,  per  intervalli  di  tempo  predefiniti,  in  condizioni  di  sovraccarico;  - il coordinamento della portata del cavo con la corrente nominale del dispositivo di  protezione;  - la modalità di posa del cavo;  - il livello d’isolamento richiesto.    Criteri di scelta del cavo  Per il corretto dimensionamento di un cavo, in pratica, bisogna considerare tre aspetti  fondamentali:  - elettrico;  - termico;  - economico,   

  valutati  alla  luce  dell’uso  che  verrà  fatto  del  cavo  durante  il  suo  ciclo  di  vita  e  alle  condizioni ambientali in cui dovrà operare.    Aspetto elettrico  Il  livello  di  isolamento  dei  cavi  deve  essere  scelto  in  base  al  valore  massimo  di  tensione  del  sistema  e  al  sistema  di  distribuzione;  ad  esempio,  se  è  consentito  al  sistema di lavorare anche con una fase a terra, sia pure solo per breve tempo.  Un  corretto  dimensionamento  della  sezione  dei  conduttori  dipende  non  solo  dalla  corrente  da  trasmettere,  ma  anche  dalla  caduta  di  tensione  ammissibile  e  dal  coordinamento  con  i  dispositivi  di  protezione  contro  le  sovracorrenti  (dovute  a  sovraccarico  ed  a  cortocircuiti).  Un’eccessiva  caduta  di  tensione,  legata  a  una  sezione  del  cavo  insufficiente,  pregiudica  il  buon  funzionamento  delle  apparecchiature  alimentate  ed  è,  quindi,  necessario  verificarne  il  valore  nei  diversi  punti dell’impianto per assicurarsi che sia ancora entro i limiti ammessi dalle Norme  per l’utenza alimentata.  In generale, la caduta di tensione deve essere contenuta entro il 4% del valore della  tensione  di  esercizio  dell’impianto,  con  la  possibilità  per  il  progettista  di  adottare  anche i seguenti valori: 3% per cavi d’illuminazione, 10% per motori allo spunto, 5%  per motori a regime.    Aspetto termico  Tener conto dell’aspetto termico nel dimensionamento di un cavo significa calcolare  la sua temperatura operativa nelle situazioni di:  - servizio  - sovracorrenti;  - mutuo riscaldamento,    e verificare che non vengano superate, in nessun caso, le temperature ammesse dal  tipo di isolante impiegato, per non ridurre la vita media del cavo.  Eventuali superamenti delle temperature limite possono essere permessi soltanto per  periodi compatibili con una riduzione accettabile della vita del cavo.    Condizioni di servizio 

  Un  elemento  fondamentale  per  una  corretta  scelta  della  sezione  del  cavo  di  alimentazione è la corrente d’impiego, che, in relazione al dimensionamento termico  del  cavo,  dipende  dalla  potenza  del  carico  da  alimentare  e  dalle  condizioni  di  esercizio (servizio continuo, di breve durata, intermittente).  La  sezione  deve  essere  scelta  in  modo  tale  che  i  conduttori  non  raggiungano  temperature  di  funzionamento  maggiori  di  quelle  di  esercizio  e  di  cortocircuito  ammissibili per gli isolanti; tipicamente, la massima temperatura di servizio per il PVC  è di 70 °C e 160 °C durante il cortocircuito, mentre per EPR e XLPE i valori sono: 90  °C, massima temperatura di servizio, e 250 °C, massima temperatura di cortocircuito.  I parametri principali da considerare in relazione alla portata sono i seguenti:  - temperatura ambiente;  - tipo di posa (in passerella, tubazioni, a parete, interrato, ecc.);  - eventuali impedimenti alla dissipazione di calore prodotto.    Condizioni di sovracorrente  I  cavi,  durante  il  funzionamento  normale,  possono  essere  soggetti  a  due  tipi  di  sovracorrenti:  -  sovracorrenti  di  lunga  durata,  che  comprendono  le  correnti  di  sovraccarico  che  si  possono  stabilire  in  un  circuito  elettricamente  sano  e  le  correnti  dovute  a  guasti  di  elevata impedenza;  -  sovracorrenti  di  breve  durata  o  di  cortocircuito,  originate  da  guasti  di  impedenza  trascurabile tra punti a diverso potenziale elettrico in condizioni ordinarie.    La  Norma  CEI  64-8,  prescrive  per  la  protezione  dei  cavi  contro  i  sovraccarichi  le  condizioni:    I B  ≤ I n  ≤ I Z   I f  ≤ 1,45 · I Z     con  - I B  : corrente di impiego del circuito;  - I Z  : portata in regime permanente della conduttura;  - I n  : corrente nominale del dispositivo di protezione;  - I f  : corrente convenzionale d’intervento. 

    Il  valore  1,45  rappresenta  un  compromesso  fra  le  esigenze  di  sicurezza  (un  sovraccarico  del  45%  è  consentito  per  una  durata  massima  pari  al  tempo  convenzionale d’intervento) e quelle di sfruttamento del cavo.    Condizioni di mutuo riscaldamento  Negli impianti elettrici, il cavo è spesso posato accanto agli altri conduttori destinati a  servizi  diversi.  Si  produce  in  queste  condizioni,  per  effetto  Joule,  un  riscaldamento  reciproco dei cavi e dell’ambiente circostante, che provoca situazioni termiche di cui  bisogna tener conto in fase di progettazione per evitare che la temperatura superi nel  tempo quella di servizio del cavo.    Aspetto economico  Nella  determinazione  della  sezione  del  cavo,  oltre  ai  vincoli  tecnici  (massima  temperatura  d’esercizio,  caduta  di  tensione,  ecc.),  occorre  tener  conto  anche  di  parametri di tipo economico.  Una  canalizzazione  in  cavo,  oltre  a  richiedere  investimenti  iniziali  per  la  sua  realizzazione,  comporta  costi  distribuiti  durante  tutto  il  periodo  della  sua  vita,  dovuti  all’esercizio (perdite e manutenzione).  È evidente che il costo globale della canalizzazione assume valori diversi in relazione  alla  sezione  impiegata,  ma  in  ogni  caso  deve  tener  conto  anche  degli  aspetti  economici.  La definizione della sezione su base economica presuppone la valutazione di diversi  elementi che interverranno nel futuro (evoluzione dei carichi, tipo di utilizzazione dei  carichi, tassi di guasto, ecc.), la cui validità dipende, oltre che dalla relativa certezza  dei dati a disposizione nel momento del progetto, dalla più o meno ampia durata del  periodo di esercizio che si prende in considerazione.  Alcuni criteri per il calcolo della sezione dei cavi su base economica sono:  - costo iniziale della canalizzazione in cavo ( €/km);  -  vita  attesa  del  cavo  impiegato  nelle  reti  di  distribuzione:  30  anni  per  i  cavi  sia  in  bassa, sia in media tensione;  - costo delle perdite in termini di annualità equivalenti ( €/km).   

  Posa dei cavi  Le condutture elettriche realizzate in cavo possono essere installate in vari modi, in  funzione del tipo di impianto, del percorso della conduttura, della tensione d’esercizio.  Nella  scelta  dei  percorsi  e  delle  modalità  di  posa  dei  cavi  si  devono  considerare  alcuni criteri generali:  -  rispettare  le  distanze  di  sicurezza  in  presenza  di  tubazioni  per  il  gas,  per  strumentazione e telecomunicazione;  - mantenere un’adeguata accessibilità dei cavi;  - mantenere una corretta riserva di spazio per consentire l’aggiunta di cavi futuri;  - rispettare i raggi minimi di curvatura, un dato, che dipende dai materiali usati e dalle  caratteristiche  costruttive  del  cavo,  cui  occorre  prestare  particolare  attenzione  in  quanto  il  mancato  rispetto  delle  prescrizioni  del  costruttore,  in  caso  di  angoli  di  curvatura  particolarmente  stretti,  può  arrecare  gravi  danni  alla  funzionalità  e  alla  sicurezza del cavo, in particolare a basse temperature.    La Norma CEI 64-8 fa dipendere la scelta del tipo di conduttura e del relativo modo di  posa dai seguenti fattori:  - natura dei luoghi;  - natura delle pareti e delle altre parti dell’edificio che sostengono le condutture;  - possibilità che le condutture siano accessibili a persone ed animali;  - tensione di esercizio;  -  sollecitazioni  termiche  ed  elettromeccaniche  che  si  possono  produrre  in  caso  di  cortocircuito;  -  sollecitazioni  alle  quali  le  condutture  possono  prevedibilmente  venire  sottoposte  durante la realizzazione dell’impianto elettrico o il servizio.    Il tipo di posa influenza notevolmente il comportamento termico del cavo: dalla posa  dipendono,  infatti,  la  temperatura  dell’ambiente  in  opera,  la  resistenza  termica  del  materiale  circostante  i  conduttori,  la  modalità  di  smaltimento  del  calore,  tutti  fattori  che influiscono sulla temperatura di regime del cavo e, quindi, sulla sua portata.  Nella  scelta  del  tipo  d’installazione  si  deve  tener  conto  anche  dell’influenza  di  vari  fattori ambientali:  - temperatura: la durata di vita di un cavo è strettamente correlata con la temperatura  raggiunta  dall’isolante  durante  il  funzionamento.  Occorre,  quindi,  considerare  le 

  condizioni  che  potrebbero  influire  su  quest’ultima  (vicinanza  a  fonti  di  calore,  esposizione ai raggi solari, ecc.);  - presenza di acqua, che danneggia le condutture elettriche, specialmente se formate  da  cavi  senza  guaina.  Si  consiglia,  quindi,  di  utilizzare  cavi  con  guaine  adatte,  tubazioni  con  adeguato  grado  di  protezione  IP,  canalizzazioni  inclinate  e  con  fori  di  drenaggio, per evitare il ristagno dell’acqua;  -  presenza  di  sostanze  corrosive  ed  inquinanti:  per  proteggere  da  tali  sostanze  possono essere utilizzati cavi con guaina o si può ricorrere a involucri protettivi quali  le tubazioni. La scelta della guaina dipende dal tipo di sostanza cui è esposto il cavo:  in generale, le guaine in PVC (polivinilcloruro) e in PCP (policloroprene) proteggono  dagli  oli  minerali  e  dall’ozono;  quelle  in  PVC  e  in  gomma  EPR  (gomma  etilenpropilenica) sono adatte contro l’umidità; quelle in PCP anche contro gli acidi.    Tipi di posa all’interno di strutture ed edifici    Tubi protettivi  I tubi protettivi rappresentano la più comune metodologia per l’installazione dei cavi  degli  impianti  elettrici.  Quelli  flessibili  o  rigidi,  in  materiale  isolante,  del  tipo  pesante  sono  indicati  per  essere  posati  sotto  pavimento  od  interrati.  I  tubi  di  tipo  leggero  possono essere installati sottotraccia a parete o a soffitto, oppure nel controsoffitto.  Per consentire un’introduzione agevole dei cavi dopo l’installazione dei tubi stessi, si  raccomanda  di  utilizzare  tubi  con  un  diametro  interno  pari  ad  almeno  1,3  volte  il  diametro del cerchio circoscritto dal fascio dei cavi che deve contenere.    Canali  Si tratta di involucri chiusi con coperchio che assicurano la protezione meccanica dei  cavi  e  ne  consentono  la  posa  senza  operazioni  di  infilaggio.  Possono  essere  in  materiale  isolante  o  metallico,  senza  spigoli  vivi  e  con  grado  di  protezione  almeno  IPX2.  Per i cavi energia, la sezione occupata dai cavi, considerato il volume occupato dalle  connessioni, non deve superare il 50% della sezione del canale.    Passerelle metalliche 

  Possono  essere  di  differenti  tipologie,  in  base  alla  loro  geometria  ed  al  materiale  utilizzato  per  la  loro  realizzazione:  a  filo,  forate  o  piene,  in  acciaio  inox,  utilizzate  in  ambienti ad elevato rischio di corrosione, o in acciaio zincato.  È  preferibile  che  i  cavi  vengano  posati  in  un  solo  strato;  sono,  però,  ammesse  in  condizioni favorevoli (cavi poco caricati, alimentazioni a macchina di riserva) pose su  più strati.