Le corrette tensioni nominali dei cavi garantiscono una trasmissione di potenza sicura

Immagina un sistema di alimentazione elettrica come una vasta rete di trasporti, dove i cavi fungono da autostrade. Cosa succede quando il traffico (elettricità) supera la capacità della strada (cavo)? La risposta è chiara: incidenti. Nei sistemi elettrici, tali "incidenti" possono portare a danni alle apparecchiature, pericoli per la sicurezza o conseguenze ancora più gravi. Ecco perché la comprensione delle tensioni nominali dei cavi è fondamentale: funzionano come regole del traffico, garantendo una trasmissione di potenza sicura e stabile.

Le tensioni nominali dei cavi fungono da punto di riferimento per la progettazione dei cavi e i test elettrici, costituendo la considerazione principale nella selezione dei cavi appropriati. Queste tensioni determinano l'intervallo di tensione sicuro e affidabile che un cavo può gestire, agendo come pietra angolare per il funzionamento stabile del sistema di alimentazione. La scelta di cavi incompatibili con la tensione del sistema può compromettere le prestazioni delle apparecchiature nel migliore dei casi o innescare incidenti di sicurezza nel peggiore dei casi. Pertanto, una comprensione approfondita delle tensioni nominali, delle loro definizioni, classificazioni e applicazioni, è essenziale.

La tensione nominale del cavo è tipicamente espressa come una combinazione di due valori: Uo/U, misurata in volt (V).

• Uo: La tensione efficace (r.m.s.) tra qualsiasi conduttore isolato e la "terra" (la guaina metallica del cavo o il mezzo circostante). In parole povere, rappresenta la capacità dell'isolamento di sopportare la tensione tra conduttore e terra.
• U: La tensione efficace (r.m.s.) tra due conduttori di fase qualsiasi in sistemi di cavi multipolari o unipolari, riflettendo la capacità del cavo di gestire la tensione fase-fase.

Alcuni standard per cavi includono un terzo termine: Um , definito come la "tensione massima di sistema" per la quale sono progettati il cavo e gli accessori. Questa rappresenta la tensione più alta che il sistema potrebbe incontrare, che il cavo deve sopportare in sicurezza.

• Sistemi AC: La tensione nominale del cavo deve almeno eguagliare la tensione nominale del sistema, il che significa che entrambi i valori Uo e U devono soddisfare i requisiti del sistema.
• Sistemi DC: La tensione nominale del sistema non dovrebbe superare 1,5 volte la tensione nominale del cavo, poiché la tensione DC esercita uno stress di isolamento diverso rispetto alla AC.

• 300/500 V (a volte indicato come 0,3/0,5 kV)
• 450/750 V (o 0,45/0,75 kV)

Nota: La tensione operativa del sistema può superare permanentemente la tensione nominale del 10%. I cavi con tensione nominale pari o superiore alla tensione nominale del sistema possono operare al 10% in più rispetto alla loro classificazione.

Un caso unico è la classificazione 600/1000 (1200) V (o 0,6/1,0 (1,2) kV), dove gli standard consentono a Um di superare la tensione nominale del 20%.

• 1800/3000 V (o 1,8/3,0 kV)
• 3000/6000 V (o 3/6 kV)
• 6000/10000 V (o 6/10 kV)
• 8700/15000 V (o 8,7/15 kV)
• 12000/20000 V (o 12/20 kV)
• 18000/30000 V (o 18/30 kV)

Per questi, Um ritorna a un aumento del 10% rispetto alla tensione nominale.

Sebbene termini come bassa tensione (LV), media tensione (MV), alta tensione (HV), altissima tensione (EHV) e ultra-alta tensione (UHV) siano comunemente usati, non esistono definizioni internazionali standardizzate, il che può causare confusione nei mercati globali.

• Cavi LV: Tipicamente 300/500 V, 450/750 V e 600/1000 V
• Cavi MV: Da 1,8/3 kV a 18/30 kV, comprese le classificazioni specifiche del Regno Unito
• Cavi HV: Tensioni U da 30 kV a 150 kV (ad esempio, 36/66 kV come cavo da 72 kV)
• Cavi EHV: Inclusi 127/220 kV (245 kV) fino a 220/400 kV (420 kV)
• Cavi UHV: Tensioni superiori a 400 kV

Gli operatori di rete di distribuzione (DNO) del Regno Unito utilizzano designazioni di tensione distinte, sebbene le specifiche di isolamento siano allineate agli standard europei:

• 600/1000 (1200) V
• 1900/3300 (3500) V
• 3800/6600 (7200) V
• 6350/11000 (12000) V
• 8700/15000 (17500) V
• 12700/22000 (24000) V
• 19000/33000 (36000) V

Tutti i materiali termoplastici e termoindurenti nei cavi si degradano gradualmente nel tempo, con un deterioramento accelerato a temperature più elevate (secondo la legge di Arrhenius). La temperatura operativa continua del conduttore indica la temperatura massima alla quale i materiali mantengono prestazioni e durata accettabili.

Le comuni temperature nominali per i materiali isolanti includono:

• PVC standard: 70°C
• PVC per alte temperature: 85/90°C
• XLPE: 90°C
• EPR/HEPR: 90°C
• Termoplastico senza alogeni: 70°C
• Termoindurente senza alogeni: 90°C

Tutti i conduttori possiedono una resistenza misurabile. Quando sono alimentati, il flusso di corrente genera calore proporzionale alla resistenza: calore che deve dissiparsi. L'isolamento e la guaina del cavo agiscono come barriere termiche, mentre i metodi di installazione (ad esempio, canaline o sottotetti isolati) influenzano ulteriormente la dissipazione del calore e quindi la capacità di trasporto di corrente.

Esiste una relazione diretta tra:

• Dimensioni del conduttore
• Materiali isolanti e di guaina
• La tensione nominale di corrente di un cavo

Sebbene critici per i cavi di alimentazione che trasportano correnti considerevoli (da 10 a 100+ ampere), i cavi dati/controllo sono tipicamente dimensionati in base alla caduta di tensione o a fattori meccanici piuttosto che alla capacità di corrente, sebbene il Power over Ethernet (PoE) stia promuovendo una rivalutazione dei limiti di corrente per i cavi dati.