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; 1
Alcune caratteristiche funzionali dei cavi sono: tensione nominale, legata all isolamento che si desidera avere in funzione della tensione di esercizio: U 0 : 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. 2
I parametri elettrici dei cavi sono la resistenza e la reattanza, (trascurando la capacità e conduttanza), come riportate nelle tabelle seguenti. 3
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Sigle dei cavi armonizzati 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 5
Sigle dei cavi non armonizzati 1. 2. 3. 4. 5. 6. 6
Posa delle condutture Le norme non consentono pose di condutture indiscriminate, ma impongono delle tecniche indicate nelle due tabelle seguenti. 7
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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 P c = RI 2 = L S I 2 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; P c : la potenza termica; : la temperatura del corpo; a : la temperatura dell ambiente; = - a : la sovratemperatura del corpo rispetto all ambiente; C t : la capacità termica del corpo; A: la superficie disperdente; : il coefficiente globale di trasmissione. 9
In condizioni di equilibrio termico: P c dt = dw = dw i + dw c = 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 = P dt C c t la cui soluzione è: ()= t P c A t 1 e = n 1 e t = C t A Si osserva quindi che in condizioni di regime la temperatura del corpo tende ad assumere il valore n = P c A = R tp c Nel caso del conduttore si ha quindi che esso tenderà a n = RI2 A = R LI 2 tri 2 = R t S Quindi, nel caso di una conduttura in cavo la portata è pari a: temperatura di ( I z = s a )S ( = s a )S temperatura ' servizio a regime R t L R t dell ambiente 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 mm 2, posato su passerella distanziato da altri cavi, con temperatura ambiente 40 ha una portata pari a I = 41*0.87 = 35.7 A. 11
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