12.2.2  Cavi in parallelo

Quando le correnti da trasportare sono elevate, per evitare di utilizzare cavi di sezione eccessiva o non disponibile oppure per aumentare la potenza da trasferire  con condutture già esistenti, si  installano cavi di sezione più piccola collegati in parallelo.  La portata I_Z di  n conduttori  per fase in parallelo,  di un  circuito trifase, si determina  considerando n   circuiti tripolari. Si calcola innanzi tutto la portata I₀ di un circuito tripolare, secondo il tipo di cavo e la modalità di posa, e si applica quindi il coefficiente di riduzione k₂ relativo a n circuiti installati in fascio o in strato a seconda del caso. I cavi in parallelo sono in genere protetti da un unico interruttore di corrente nominale uguale o inferiore alla somma delle portate dei cavi di ogni fase. Per questo motivo i cavi in parallelo devono presentare la stessa impedenza ed in particolare devono avere la stessa sezione in modo che la corrente si distribuisca in   parti uguali su ciascun cavo ad evitare che alcuni cavi si carichino  più  di altri. Per sezioni fino a circa 70 mm² la resistenza prevale sulla reattanza mentre per cavi di sezione maggiore la reattanza non è più trascurabile rispetto la resistenza. Per rendere uniforme la reattanza sui vari cavi è necessario disporre i cavi in modo il più possibile simmetrico rispetto al centro ideale del fascio di cavi (fig. 12.3).

Fig. 12.3 - Disposizione di cavi in parallelo. I cavi di una  stessa fase devono essere disposti in modo il più possibile simmetrico rispetto al centro ideale del fascio di cavi. 

12.2.3  Cavi schermati e/o armati

Nei cavi di questo tipo, funzionanti in corrente alternata, le tabelle si applicano se l’armatura o lo schermo contengono tutti conduttori attivi appartenenti al circuito. Per i cavi unipolari armati o schermati occorre calcolare la portata col metodo indicato dalla Norma CEI 20-21.

12.2.4  Portata nei sistemi trifasi

I sistemi trifasi si suppongono equilibrati. Nel caso di squilibri di piccola entità per il calcolo della portata si considera la fase più caricata mentre, per forti squilibri, si deve calcolare la portata per il singolo caso particolare, verificando anche l’adeguatezza del conduttore di neutro (senza dimenticare l’eventuale presenza di armoniche, terza e multipli). Si osserva  inoltre che, essendo la reattanza di un cavo funzione della distanza dei conduttori, nei sistemi trifasi, con sezioni superiori a 10 mm² (per sezioni inferiori la reattanza è trascurabile rispetto alla resistenza) le pose consigliate sono del tipo a trifoglio. La Norma CEI 64-8 infatti, prevede che in caso di mancata disposizione a trifoglio siano almeno effettuate delle trasposizioni per lunghezze superiori a 100m.

12.2.5  Cavi in aria libera 

Un cavo si considera installato in aria libera se :

·       la distanza del cavo dalla parete è sufficiente per permettere l’applicazione delle portate appropriate per la posa in aria libera ;

·       se in passerella forata per più del 30% della sua superficie di base.

Se il cavo è posato in tubo o canale aperti alle estremità non si ha riduzione di portata se la lunghezza dell’attraversamento non supera i seguenti limiti :

·       0,5 m per cavi di sezione dei conduttori fino a 10 mm² ;

·       1,0 m per sezioni oltre 10 mm²  e fino a 95 mm²;

·       1,5 m per sezioni  oltre 95 mm²

12.2.6  Conduttori debolmente caricati

Se, alle condizioni normali di funzionamento,  il carico per tutti i conduttori attivi è inferiore alla loro portata, il fattore di correzione k2 può essere aumentato. Se infine per un circuito la condizione di esercizio è tale per cui la corrente che lo attraversa è inferiore al 30% di quella ottenuta applicando tutti i coefficienti di correzione relativi a tutto il fascio o strato di cavi, allora il circuito può non essere considerato ai fini del calcolo del coefficiente di correzione.

12.2.7  Carico intermittente e variabile

Se il carico dei conduttori attivi è variabile o intermittente, il fattore k2 può essere più elevato.

12.3        Portata termica delle condutture

La portata termica è il massimo valore della corrente che un conduttore può sopportare, in condizioni di posa specificate, senza che la sua temperatura superi un valore specificato (massima temperatura di funzionamento). La portata dipende dal bilancio termico tra la potenza sviluppata a causa dell’effetto Joule e la potenza ceduta all’ambiente circostante.

12.4        Scelta dei  dispositivi di protezione delle condutture contro i sovraccarichi

L’art. 431-1 delle norme CEI 64-8 impone che i conduttori attivi debbano essere protetti da uno o più dispositivi che

interrompano automaticamente l’alimentazione quando si produce un sovraccarico o un cortocircuito. 

Queste situazioni, entrambe pericolose, possono essere affrontate in modo distinto oppure  contemporaneamente utilizzando i seguenti dispositivi :

·       Relè termici - sono elementi dotati di un dispositivo sensibile alla temperatura del cavo e di una caratteristica di intervento tempo corrente. Proteggono dai sovraccarichi;

·       Interruttori automatici magnetotermici  -  sono dotati di un dispositivo sensibile alla temperatura del cavo (relè termico) e di un dispositivo che interviene istantaneamente  per le elevate correnti  di corto circuito (relè magnetico). Garantiscono la protezione sia per i sovraccarichi sia per i corto circuiti ;

·       Fusibili, con caratteristiche  analoghe a quelle degli interruttori automatici (fusibili tipo gI).

Indichiamo con I_B la corrente di impiego del circuito, cioè la corrente che in condizioni normali percorre il cavo di portata I_Z, con I_f la corrente che assicura l’effettivo funzionamento del dispositivo di protezione entro il tempo convenzionale in condizioni definite e con I_n la corrente nominale, o regolata, del dispositivo di protezione contro il sovraccarico.

Le relazioni che vincolano questi valori di corrente sono:

·       Il cavo deve avere una portata maggiore o al limite uguale alla corrente d’impiego I_B del circuito ;

              (12.6)

·       Il dispositivo di protezione contro il sovraccarico deve essere adatto a portare con continuità la corrente di impiego I_B  senza dar luogo ad interventi intempestivi. La corrente nominale del dispositivo di protezione I_n deve essere quindi maggiore della corrente d’impiego del circuito ;

              (12.7)

·       Il dispositivo di protezione non deve consentire il permanere di correnti superiori alla portata del cavo I_Z.

              (12.8)

Sintetizzando dovrà essere :

In effetti,  questa condizione non ci permette di scegliere con facilità la corrente nominale I_N del dispositivo di protezione perché tali dispositivi  hanno una fascia di intervento incerto tra i valori  I_nf   (corrente convenzionale di non  intervento) e I_f (corrente convenzionale di intervento) come schematizzato nelle figure seguenti.

Fig. 12.4 - Scelta del dispositivo di protezione delle condutture contro il sovraccarico.

a) Il cavo è sovraccaricato in modo inammissibile perché le correnti comprese tra I_Z  e I_f  possono non essere interrotte dal dispositivo.

b) Con I_Z = I_f  la protezione del cavo è massima ma il cavo risulta essere sotto utilizzato in quanto la corrente di impiego I_B, minore di I_n, è molto inferiore alla sua portata I_Z.

c) Col compromesso I_f = 1,45I_Z si riduce il divario tra I_B  e I_Z  senza aumentare quello tra I_Z  e I_f  dove il cavo potrebbe non essere protetto.

Esaminiamo i seguenti casi:

Nella zona tra I_n e I_f  il dispositivo potrebbe non intervenire e la conduttura, essendo presente una corrente maggiore di I_Z risulterebbe sovraccaricata. Se ad esempio si usa un fusibile con I_f/I_n = 1,6 e con un tempo convenzionale d’intervento t_c=3 h si avrebbe  un sovraccarico del 60%  per un tempo di tre ore con conseguente riduzione di vita del cavo (fig. 12.4 a) .

Una corrente superiore alla portata I_Z è interrotta ma aumenta il divario tra la corrente d’impiego  I_B e la portata del cavo I_Z ; il cavo risulta pertanto sotto utilizzato (fig.12.4 b) .

Una soluzione di  compromesso è stata raggiunta in sede normativa con il soddisfacimento della seguente  condizione (fig. 12.4 c) :

 Da quanto detto sopra si può rilevare che tanto più è ampio il divario tra I_B e I_Z tanto meno è utilizzato il cavo, quanto più è ampio il divario tra I_Z ed I_f tanto meno è protetto il cavo. Il compromesso raggiunto in sede normativa   è accettabile perché si accorcia la  vita del cavo solo se si verificano contemporaneamente le seguenti condizioni :

_·        La corrente che si stabilisce nel circuito è compresa tra I_Z e I_f ;

_·        Il sovraccarico è di lunga durata ;

_·        Il dispositivo di protezione non interviene anche per correnti prossime ad I_f

Riassumendo possiamo affermare che “le caratteristiche di funzionamento di un dispositivo di protezione delle condutture contro i sovraccarichi   devono soddisfare le seguenti condizioni” (Art. 433-2 Norme CEI 64-8):

    (12.9)

  (12.10)

Le seguenti disequazioni comportano conseguenze diverse a seconda che il dispositivo di protezione utilizzato sia un interruttore automatico, uno sganciatore termico oppure un fusibile.

·       Interruttori automatici 

La condizione peggiore riguarda  gli interruttori non regolabili  (vedi “Dispositivi di manovra e protezione”)  per i quali, se sono costruiti secondo le norme CEI 23-3 e CEI 17-5 risulta che è al massimo  I_f =1,45I_n  quindi la (12.10) diventa :

e se deve essere :

anche la (12.10) è rispettata. La protezione risulta quindi sicuramente  conforme alle norme
se è

Fig. 12.5 - Il compromesso normativo per la protezione dei cavi contro i sovraccarichi con interruttori automatici

·       Sganciatori termici

Per  gli sganciatori termici da accoppiare ai teleruttori si ha che I_f = 1,2I_n  e la (12.10) vale :

da cui :  

Se si sceglie il dispositivo  con    è soddisfatta anche la  (12.10). La protezione risulta quindi sicuramente  conforme alle norme se è  .

·       Fusibili

I fusibili, in funzione della loro corrente nominale I_n, hanno le correnti I_nf e I_f legate dalle  relazioni  indicate in tab. 12.6:  

Tab. 12.6 - Correnti convenzionali di fusione  I_f non fusione I_nf dei fusibili gG e gM.

dal momento che I_f vale 1,6I_n risulta necessaria la verifica della condizione I_f = 1,45I_n per cui la 12.10 diventa:

Queste disequazioni sono più restrittive di   quindi l’unica  condizione che deve essere soddisfatta per avere protezione da sovraccarico è : . Questo significa che per proteggere una conduttura dai sovraccarichi per mezzo di fusibili, è necessario che la corrente nominale del fusibile non superi il 90% della portata del cavo e quindi il cavo deve essere sottoutilizzato (questo, come è noto, non avviene con l’impiego degli interruttori automatici ad uso domestico e similare perché si ha I_f=1,45I_n  e con gli interruttori ad uso industriale dove I_f=1,25I_n ; è sufficiente quindi che sia  ). Diversamente dall’interruttore automatico che viene provato a caldo, cioè dopo una prova alla corrente nominale I_n, il fusibile  viene provato alla corrente a freddo, cioè a temperatura ambiente. Se le prove eseguite sui fusibili fossero analoghe a quelle eseguite sugli interruttori automatici, anche per i fusibili, come per gli interruttori automatici varrebbe la stessa relazione     per cui  senza dover sottoutilizzare il cavo. In sede normativa si sta  procedendo verso l’uniformità delle due norme per colmare questo piccolo svantaggio dei fusibili nei confronti degli interruttori automatici. Se la conduttura presenta tratti con portate diverse (per es. a causa di diverse condizioni di posa) le condizioni 12.9 e 12.10 devono essere verificate per i tratti con portata inferiore, mentre se il dispositivo è posto a monte di più linee derivate esso protegge dal sovraccarico tutte le condutture che soddisfano alle condizioni 12.9 e 12.10. Abbiamo visto come in una  conduttura protetta con dispositivi a tempo dipendente possa essere  tollerata una  sovracorrente fino all’intervento della protezione stessa. Questa sovracorrente è tollerabile dal  cavo se la sua curva di sovraccaricabilità rimane al di sopra della caratteristica d’intervento del dispositivo di protezione. In genere questa verifica non è necessaria se le caratteristiche d’intervento dei dispositivi di  protezione sono scelte con i criteri sopra esposti

continua....

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