Portata di corrente secondo la IEC 60287: perché la portata di un cavo dipende dal sito, non dal catalogo

I clienti chiedono: "Quanti ampere può portare questo cavo?" La risposta onesta è: dipende da dove lo posate. Lo stesso cavo può portare correnti molto diverse se interrato in sabbia asciutta, infilato in un tubo, posato in aria libera al sole o raggruppato con altri circuiti.

Il metodo internazionale per rispondere a questa domanda è la IEC 60287, Cavi elettrici — Calcolo della portata di corrente. Questo articolo spiega l'idea alla base e, soprattutto, quali dati di ingresso cambiano davvero il risultato.

L'idea in un paragrafo

Un cavo si riscalda perché la corrente attraversa la resistenza del conduttore e perché isolante, schermi e armatura hanno perdite proprie. Questo calore deve disperdersi attraverso gli strati del cavo fino all'ambiente circostante. La portata di corrente è la corrente permanente alla quale il conduttore raggiunge esattamente la sua temperatura massima ammessa. La IEC 60287 modella questo processo come una catena di resistenze termiche — isolante, guaina di imbottitura, guaina, e poi l'ambiente — in modo simile a un circuito elettrico in cui il calore svolge il ruolo della corrente e la temperatura quello della tensione.

Concetto 1: l'ambiente di solito conta più del cavo

Gli ingegneri si concentrano naturalmente sulla costruzione del cavo, ma per i cavi interrati la più grande resistenza termica singola è spesso il terreno stesso. I fattori che incidono maggiormente sulla portata si trovano spesso al di fuori del cavo:

• Resistività termica del terreno. Argilla umida e sabbia asciutta si comportano in modo molto diverso. Un terreno che si essicca attorno a un cavo caldo può peggiorare la situazione nel tempo.
• Profondità di posa e tubi. I tubi proteggono il cavo ma aggiungono resistenza termica attraverso l'intercapedine d'aria e la parete del tubo.
• Circuiti adiacenti. I cavi raggruppati si riscaldano a vicenda; il cavo più caldo del gruppo determina il limite.
• Temperatura ambiente e del terreno. Un progetto nel Golfo non è un progetto in Scandinavia.
• Cavi in aria. Irraggiamento solare, ambienti chiusi e disposizione su passerelle o collari cambiano completamente il quadro.

La lezione pratica: una portata è affidabile solo quanto i dati di sito su cui si basa. Quando una gara non indica le condizioni di posa, la mossa giusta è chiederle — o dichiarare chiaramente su quali ipotesi si basa l'offerta.

Concetto 2: la messa a terra degli schermi può contare quanto la sezione del conduttore

Per i cavi unipolari, il modo in cui gli schermi metallici sono messi a terra ha un effetto rilevante:

• Il collegamento a terra a entrambe le estremità (solid bonding) è semplice, ma lascia circolare correnti negli schermi. Sui grandi conduttori questo può costare una parte sostanziale della portata.
• Il collegamento a terra in un solo punto e la trasposizione degli schermi (cross-bonding) eliminano in larga misura tali correnti, al prezzo di componenti aggiuntivi come limitatori di tensione di guaina e cassette di sezionamento.
• La posa a trifoglio o in piano e la distanza tra le fasi modificano anch'esse le perdite negli schermi.

A volte il modo più economico per ottenere più ampere non è un conduttore più grande, ma un diverso schema di messa a terra degli schermi — un tema che vale la pena discutere con il cliente.

Concetto 3: in alta tensione, l'isolante stesso diventa una fonte di calore

In bassa tensione le perdite nell'isolante sono trascurabili. In alta e altissima tensione le perdite dielettriche crescono con la tensione e occupano una quota reale del bilancio termico, lasciando meno margine al conduttore. È uno dei motivi per cui i progetti AT e AAT richiedono calcoli completi e accurati anziché regole pratiche BT riscalate.

Concetto 4: i grandi conduttori sono meno efficienti di quanto sembri

La corrente alternata si concentra verso la superficie dei grandi conduttori (effetto pelle) ed è disturbata dai conduttori vicini (effetto di prossimità). Raddoppiare la sezione del conduttore non raddoppia la portata. Per i conduttori AT molto grandi si utilizzano costruzioni segmentate per limitare l'effetto — vedi IEC 60228 spiegata per il lato conduttore di questa storia.

Cosa non copre la IEC 60287

La IEC 60287 calcola la portata in regime permanente a pieno carico costante. Le reti reali richiedono anche:

• portate cicliche e di emergenza, trattate dalla IEC 60853, che possono consentire correnti più elevate per carichi variabili nell'arco della giornata;
• tenuta al cortocircuito del conduttore e dello schermo metallico, verificata separatamente;
• caduta di tensione, che sulle linee BT lunghe può determinare la sezione del conduttore indipendentemente dalla temperatura.

Una verifica completa di solito li considera tutti. E poiché la IEC 60287 è un calcolo, le prove di tipo restano il riferimento per qualificare un progetto; il calcolo è la base ingegneristica per progettazione, selezione e offerte.

Perché le portate da catalogo creano problemi

Le portate da catalogo presuppongono condizioni di riferimento standard che raramente corrispondono a un progetto reale. Usate direttamente in una gara, portano a uno di due esiti:

• Sovradimensionamento — l'offerta è tecnicamente sicura, ma perde sul prezzo contro un concorrente che ha fatto i calcoli correttamente.
• Sottodimensionamento — l'offerta vince, e il problema emerge più tardi, nella revisione del progetto da parte del cliente o in esercizio.

Calcolare la portata per ogni progetto, nelle condizioni specifiche del cliente, elimina entrambi i rischi.

Le portate di corrente in CablePLM

In CablePLM le portate secondo la IEC 60287 vengono calcolate con ogni progetto, utilizzando il vostro metodo di posa, il terreno, la profondità di interramento, la temperatura ambiente e la messa a terra degli schermi. Modificate il conduttore o lo schermo e la portata si aggiorna insieme alla costruzione, alla distinta base e alla scheda tecnica. Anche la tenuta al cortocircuito viene calcolata con il progetto, e l'add-on Cable Selection & Optimization confronta le alternative per trovare il progetto più economico che soddisfi la corrente richiesta.

Leggi anche: anatomia di un cavo di potenza, strato per strato e IEC 60502-2 per cavi di media tensione.

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