Caratteristiche delle condutture
elettriche
I cavi si possono distinguere in funzione di:
• tensione di esercizio:
– cavi per bassa tensione, impiegati nelle categorie zero
ed uno;
– cavi per media ed alta tensione, impiegati nelle
categorie due e tre;
• isolante:
– materiale elastomerico;
– materiale termoplastico;
– materiale minerale;
– carta impregnata;
• numero delle anime:
– unipolari;
– bipolari;
– tripolari;
– multipolari;
– con/senza conduttore di protezione per il collegamento
all’impianto di terra;
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Alcune caratteristiche funzionali dei cavi sono:
• tensione nominale, legata all’isolamento che si desidera
avere in funzione della tensione di esercizio:
•U0: tensione nominale d’isolamento verso terra, cioè tra
ogni conduttore e massa;
•U: tensione nominale d’isolamento tra le fasi, non
definibile per i cavi unipolari;
• portata, intesa come la massima corrente che può circolare
in ogni conduttore senza che la temperatura superi quella
ammissibile dall’isolante;
• temperatura di servizio;
• temperatura massima in corto circuito;
• propagazione della fiamma e dell’incendio;
• resistenza al fuoco;
• emissione di gas e fumi.
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I parametri elettrici dei cavi sono la resistenza e la reattanza,
(trascurando la capacità e conduttanza), come riportate nelle
tabelle seguenti.
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Sigle dei cavi armonizzati
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
5
Sigle dei cavi non armonizzati
1.
2.
4.
3.
5.
6.
6
Posa delle condutture
Le norme non consentono pose di condutture indiscriminate,
ma impongono delle tecniche indicate nelle due tabelle
seguenti.
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8
Portata di un cavo
La portata di un cavo dipende da vari fattori, quali sezione,
materiale, temperatura di funzionamento e coefficiente
termico dell’ambiente in cui è posto. In particolare, è noto
che la potenza dissipata per effetto Joule é
L 2
2
Pc = R I =
I
S
Tale potenza viene dissipata in calore e la temperatura
all’interno del conduttore tende asintoticamente alla
sovratemperatura di regime.
Per capire cosa sia questa quantità, si consideri un corpo
omogeneo e termicamente isotropo, per il quale la sua
temperatura si mantenga costante in ogni punto. Si supponga,
inoltre, che l’ambiente in cui si trova tale corpo mantenga una
temperatura costante, sia cioè in grado di assorbire l’energia
termica rilasciata dal corpo riscaldato senza aumentare la
propria temperatura. Si supponga di fornire calore al corpo in
questione; inizialmente esso si trova a temperatura ambiente e
poi inizia a riscaldarsi, cedendo calore verso l’ambiente
esterno. L’incremento di temperatura interna aumenta via via
più debolmente fino a che non si arriva alla condizione di
“regime termico”; in cui tutto il calore prodotto viene ceduto
all’ambiente. Siano definite le seguenti quantità:
dW: l’energia termica fornita al corpo nel tempo dt;
Pc: la potenza termica;
: la temperatura del corpo;
a: la temperatura dell’ambiente;
=-a : la sovratemperatura del corpo rispetto all’ambiente;
Ct: la capacità termica del corpo;
A: la superficie disperdente;
: il coefficiente globale di trasmissione.
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In condizioni di equilibrio termico:
Pc dt = dW = dWi + dWc = C t d + Adt
energia immagazzinata
energia termica fornita al corpo
energia ceduta all’ambiente
a causa della sovratemperatura
Dividendo per l’unità di tempo, si ottiene un’equazione
differenziale del primo ordine
d A +
= Pc
Ct
dt
la cui soluzione è:
t
t
Pc = n 1 e (t) =
1 e
A =
Ct
A
Si osserva quindi che in condizioni di regime la temperatura
del corpo tende ad assumere il valore
n =
Pc
= R t Pc
A
Nel caso del conduttore si ha quindi che esso tenderà a
R I2
L I 2
2
=
= RtR I = R t
A
S
n
Quindi, nel caso di una conduttura in cavo la portata è pari a:
temperatura
temperatura di I = (s a )S = ( s a )S
z
dell’ambiente
R t L
R 't
servizio a regime
termico
resistenza termica unitaria [km/W] 10
Ovviamente, la precedente espressione risulta più complicata
nella realtà, perché in un cavo ci sono l’isolante, la guaina ...
In ogni caso, si può asserire che la portata
• aumenta se
• aumenta la sezione del conduttore, (con legge tipo
radice quadrata);
• si sceglie un isolante più resistente al calore (aumebta
la temperatura di servizio)
• diminuisce se
• aumenta la temperatura ambiente
• aumenta la resistività del conduttore
• se si aumenta il numero dei cavi o se si usano cavi
raggruppati.
Per scegliere un cavo dal punto di vista della portata, si fa uso
delle tabelle seguenti.
Ad es. un cavo tripolare in PVC, di sezione 6 mm2, posato su
passerella distanziato da altri cavi, con temperatura ambiente
40° ha una portata pari a
I = 41*0.87 = 35.7 A.
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