La scelta dei cavi è una fase cruciale nella progettazione e installazione di impianti elettrici. Una scelta errata può comportare rischi per la sicurezza (come surriscaldamento o incendio), cadute di tensione eccessive, danni alle apparecchiature o una bassa efficienza del sistema. Di seguito sono elencati i fattori principali da considerare nella scelta di un cavo:
1. Parametri elettrici principali
(1) Area della sezione trasversale del conduttore:
Capacità di trasporto di corrente: questo è il parametro più importante. Il cavo deve essere in grado di trasportare la massima corrente di esercizio continua del circuito senza superare la sua temperatura di esercizio consentita. Fare riferimento alle tabelle di portata di corrente nelle norme pertinenti (come IEC 60287, NEC, GB/T 16895.15).
Caduta di tensione: la corrente che scorre attraverso il cavo provoca una caduta di tensione. Una lunghezza eccessiva o una sezione insufficiente possono causare una bassa tensione all'estremità del carico, compromettendo il funzionamento dell'apparecchiatura (in particolare l'avviamento del motore). Calcolare la caduta di tensione totale dalla sorgente di alimentazione al carico, assicurandosi che rientri nell'intervallo consentito (tipicamente ≤3% per l'illuminazione, ≤5% per l'alimentazione).
Capacità di tenuta al cortocircuito: Il cavo deve resistere alla massima corrente di cortocircuito possibile nel sistema senza subire danni termici prima che il dispositivo di protezione intervenga (controllo di stabilità termica). Sezioni trasversali maggiori offrono una maggiore capacità di tenuta.
(2) Tensione nominale:
La tensione nominale del cavo (ad esempio, 0,6/1 kV, 8,7/15 kV) non deve essere inferiore alla tensione nominale del sistema (ad esempio, 380 V, 10 kV) e a qualsiasi possibile tensione operativa massima. Considerare le fluttuazioni della tensione di sistema e le condizioni di sovratensione.
(3) Materiale conduttore:
Rame: elevata conduttività (~58 MS/m), elevata capacità di trasporto di corrente, buona resistenza meccanica, eccellente resistenza alla corrosione, giunzioni facili da maneggiare, costo più elevato. È il materiale più comunemente utilizzato.
Alluminio: minore conduttività (~35 MS/m), richiede una sezione maggiore per ottenere la stessa capacità di corrente, peso inferiore, costo inferiore, ma minore resistenza meccanica, soggetto a ossidazione, richiede utensili speciali e composti antiossidanti per le giunzioni. Spesso utilizzato per linee aeree di grande sezione o per applicazioni specifiche.
2. Ambiente e condizioni di installazione
(1) Metodo di installazione:
In aria: canaline portacavi, scale, condotti, tubi, montaggio a superficie lungo le pareti, ecc. Diverse condizioni di dissipazione del calore influenzano la capacità di corrente (è necessaria una riduzione di corrente per installazioni dense).
Interrato: posa diretta o tramite canalizzazione. Considerare la resistività termica del terreno, la profondità di interramento e la vicinanza ad altre fonti di calore (ad esempio, condotte del vapore). L'umidità e la corrosività del terreno influenzano la scelta della guaina.
Sott'acqua: richiede strutture impermeabili speciali (ad esempio, guaina di piombo, strato integrato di blocco dell'acqua) e protezione meccanica.
Installazione speciale: Passaggi verticali (considerare il peso proprio), canaline/tunnel per cavi, ecc.
(2) Temperatura ambiente:
La temperatura ambiente influisce direttamente sulla dissipazione del calore dei cavi. Le tabelle standard di portata di corrente si basano su temperature di riferimento (ad esempio, 30 °C in aria, 20 °C nel terreno). Se la temperatura effettiva supera il valore di riferimento, la portata di corrente deve essere corretta (ridotta). Prestare particolare attenzione in ambienti ad alta temperatura (ad esempio, locali caldaie, climi tropicali).
(3)Vicinanza ad altri cavi:
L'installazione di cavi in spazi ristretti provoca un riscaldamento reciproco e un conseguente aumento della temperatura. I cavi installati in parallelo (soprattutto senza spaziatura o nello stesso condotto) devono essere declassati in base al numero e alla disposizione (a contatto/non a contatto).
(4) Sollecitazioni meccaniche:
Carico di trazione: per installazioni verticali o lunghe distanze di trazione, considerare il peso proprio del cavo e la tensione di trazione; scegliere cavi con sufficiente resistenza alla trazione (ad esempio, con armatura in filo d'acciaio).
Pressione/Impatto: I cavi interrati direttamente devono resistere ai carichi del traffico superficiale e ai rischi di scavo; i cavi montati su canaline possono essere compressi. L'armatura (nastro d'acciaio, filo d'acciaio) fornisce una solida protezione meccanica.
Raggio di curvatura: Durante l'installazione e la piegatura, il raggio di curvatura del cavo non deve essere inferiore al minimo consentito, per evitare di danneggiare l'isolamento e la guaina.
(5) Rischi ambientali:
Corrosione chimica: gli impianti chimici, gli impianti di trattamento delle acque reflue e le zone costiere soggette a nebbia salina richiedono guaine resistenti alla corrosione (ad esempio, PVC, LSZH, PE) e/o strati esterni. Potrebbe essere necessaria una protezione non metallica (ad esempio, fibra di vetro).
Contaminazione da olio: i depositi di olio e le officine meccaniche richiedono guaine resistenti all'olio (ad esempio, PVC speciale, CPE, CSP).
Esposizione ai raggi UV: i cavi esposti all'esterno richiedono guaine resistenti ai raggi UV (ad esempio, PE nero, PVC speciale).
Roditori/Termiti: Alcune regioni richiedono cavi a prova di roditori/termiti (guaine con repellenti, rivestimenti rigidi, armature metalliche).
Umidità/Immersione: Gli ambienti umidi o sommersi richiedono buone strutture di blocco dell'umidità/acqua (ad esempio, blocco radiale dell'acqua, guaina metallica).
Atmosfere esplosive: Devono soddisfare i requisiti di resistenza alle esplosioni per aree pericolose (ad esempio, ritardanti di fiamma, LSZH, cavi con isolamento minerale).
3. Struttura del cavo e selezione del materiale
(1) Materiali isolanti:
Polietilene reticolato (XLPE)Eccellente resistenza alle alte temperature (90 °C), elevata capacità di corrente, buone proprietà dielettriche, resistenza chimica, buona resistenza meccanica. Ampiamente utilizzato per cavi di alimentazione a media/bassa tensione. Prima scelta.
Cloruro di polivinile (PVC): basso costo, processo consolidato, buona resistenza alla fiamma, bassa temperatura di esercizio (70 °C), fragile a basse temperature, rilascia gas alogenati tossici e fumo denso durante la combustione. Ancora ampiamente utilizzato, ma con restrizioni sempre più stringenti.
Gomma etilene-propilene (EPR): buona flessibilità, resistenza agli agenti atmosferici, all'ozono e agli agenti chimici, elevata temperatura di esercizio (90 °C), utilizzata per cavi in apparecchiature mobili, settore navale e minerario. Costo più elevato.
Altri: gomma siliconica (>180°C), isolamento minerale (MI – conduttore in rame con isolamento in ossido di magnesio, eccellente resistenza al fuoco) per applicazioni speciali.
(2) Materiali del fodero:
PVC: Buona protezione meccanica, ignifugo, basso costo, ampiamente utilizzato. Contiene alogeni, produce fumi tossici durante la combustione.
PE: Eccellente resistenza all'umidità e agli agenti chimici, comune per le guaine esterne dei cavi interrati. Scarsa resistenza alla fiamma.
Bassa emissione di fumi e zero alogeni (LSZH / LS0H / LSF)Bassa emissione di fumo, non tossico (nessun gas acido alogenidrico), elevata trasmissione della luce durante la combustione. Obbligatorio negli spazi pubblici (metropolitane, centri commerciali, ospedali, grattacieli).
Poliolefina ignifuga: soddisfa specifici requisiti di resistenza alla fiamma.
Nella scelta è necessario tenere conto della resistenza agli agenti atmosferici (olio, intemperie, raggi UV) e delle esigenze di protezione meccanica.
(3) Strati di schermatura:
Schermatura del conduttore: necessaria per cavi di media/alta tensione (>3,6/6 kV), equalizza il campo elettrico superficiale del conduttore.
Schermatura isolante: necessaria per cavi di media/alta tensione, funziona in combinazione con la schermatura del conduttore per un controllo completo sul campo.
Schermatura/Armatura metallica: Fornisce compatibilità elettromagnetica (anti-interferenza/riduce le emissioni) e/o percorso di cortocircuito (deve essere messo a terra) e protezione meccanica. Forme comuni: nastro di rame, treccia di filo di rame (schermatura + percorso di cortocircuito), armatura in nastro d'acciaio (protezione meccanica), armatura in filo d'acciaio (protezione da trazione + protezione meccanica), guaina in alluminio (schermatura + blocco radiale dell'acqua + protezione meccanica).
(4)Tipi di corazza:
Armatura in filo d'acciaio (SWA): Eccellente protezione a compressione e a trazione, per interramento diretto o per esigenze di protezione meccanica.
Cavo armato in filo zincato (GWA): elevata resistenza alla trazione, per tratti verticali, grandi campate e installazioni subacquee.
Armatura non metallica: nastro in fibra di vetro, offre resistenza meccanica pur essendo amagnetico, leggero, resistente alla corrosione, per esigenze speciali.
4. Requisiti di sicurezza e normativi
(1)Ritardante di fiamma:
Selezionare cavi conformi agli standard di resistenza alla fiamma applicabili (ad esempio, IEC 60332-1/3 per la resistenza alla fiamma di cavi singoli/in fascio, BS 6387 CWZ per la resistenza al fuoco, GB/T 19666) in base al rischio di incendio e alle esigenze di evacuazione. Nelle aree pubbliche e in quelle con difficoltà di evacuazione è obbligatorio utilizzare cavi ignifughi LSZH.
(2) Resistenza al fuoco:
Per i circuiti critici che devono rimanere alimentati durante un incendio (pompe antincendio, ventilatori per il rilevamento di fumo, illuminazione di emergenza, allarmi), utilizzare cavi resistenti al fuoco (ad esempio, cavi MI, strutture con isolamento organico rivestito in mica) testati secondo gli standard (ad esempio, BS 6387, IEC 60331, GB/T 19216).
(3) Senza alogeni e a bassa emissione di fumo:
Obbligatorio nelle aree con elevati requisiti di sicurezza e protezione delle apparecchiature (snodi di trasporto, centri dati, ospedali, grandi edifici pubblici).
(4) Conformità agli standard e certificazione:
I cavi devono essere conformi agli standard e alle certificazioni obbligatorie nel luogo di installazione del progetto (ad esempio, CCC in Cina, CE nell'UE, BS nel Regno Unito, UL negli Stati Uniti).
5. Aspetti economici e costi del ciclo di vita
Costo iniziale dell'investimento: prezzo del cavo e degli accessori (giunzioni, terminazioni).
Costo di installazione: varia in base alle dimensioni del cavo, al peso, alla flessibilità e alla facilità di installazione.
Costo delle perdite operative: la resistenza del conduttore causa perdite I²R. I conduttori di sezione maggiore hanno un costo iniziale più elevato, ma riducono le perdite a lungo termine.
Costi di manutenzione: i cavi affidabili e durevoli hanno costi di manutenzione inferiori.
Durata di servizio: i cavi di alta qualità, se utilizzati in ambienti adeguati, possono durare oltre 30 anni. È fondamentale effettuare una valutazione completa per evitare di scegliere cavi di bassa qualità o con specifiche scadenti basandosi unicamente sul costo iniziale.
6. Altre considerazioni
Sequenza di fase e marcatura: per cavi multipolari o installazioni a fase separata, assicurarsi che la sequenza di fase e la codifica a colori siano corrette (secondo le normative locali).
Messa a terra e collegamento equipotenziale: gli schermi e le armature metalliche devono essere messi a terra in modo affidabile (di solito a entrambe le estremità) per garantire la sicurezza e le prestazioni di schermatura.
Margine di riserva: valutare possibili aumenti futuri del carico o modifiche al percorso dei cavi; se necessario, aumentare la sezione dei cavi o prevedere circuiti di riserva.
Compatibilità: gli accessori per cavi (capicorda, giunzioni, terminazioni) devono essere compatibili con il tipo di cavo, la tensione e la sezione del conduttore.
Qualifica e qualità dei fornitori: scegliete produttori affidabili con una qualità costante.
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Data di pubblicazione: 15-08-2025