Normative Elettriche e Struttura dei Conduttori: Materiali, Isolamento e Classificazione

Capitolo 3

Codici e Norme per la Progettazione Elettrica

La progettazione degli impianti elettrici è effettuata in un quadro giuridico. Un progetto di ingegneria è una risposta tecnicamente ed economicamente appropriata, che soddisfi le norme e i codici vigenti.

In Messico, le NTIE (Norme Tecniche per le Installazioni Elettriche), rilasciate dalla Direzione Generale delle Norme, costituiscono il quadro giuridico di riferimento.

Altre norme non obbligatorie, ma utili per supportare aree non coperte dalle NTIE, includono:

• Il NEC (National Electrical Code statunitense): Può essere molto utile in alcune applicazioni specifiche.
• Il codice LPC (Protezione Contro le Scosse Elettriche degli Stati Uniti d'America): È un capitolo della NFPA. I progetti messicani sono molto favorevoli a questo codice a causa della scarsa trattazione da parte delle NTIE in materia.

Capitolo 4

CONDUTTORI ELETTRICI E ISOLANTI

Questo concetto si applica agli elementi in grado di condurre o trasmettere energia elettrica.

Un conduttore elettrico è costituito principalmente dal conduttore stesso, di solito di rame.

Questo può essere un monofilo (cioè, un singolo filo) o un cavo composto da più trefoli o fili intrecciati.

I materiali utilizzati nella fabbricazione dei conduttori elettrici sono il rame e l'alluminio.

Sebbene entrambi i metalli abbiano un'ottima conduttività elettrica, il rame è il componente principale per la fabbricazione dei conduttori per i suoi notevoli vantaggi meccanici ed elettrici.

L'uso di entrambi i materiali come conduttore dipenderà dalle loro caratteristiche elettriche (capacità di trasportare elettricità), meccaniche (resistenza all'usura, malleabilità), dall'uso specifico che si intende dare e dal costo.

Queste caratteristiche rendono il rame preferibile per la produzione di conduttori elettrici.

Il tipo di rame utilizzato per la fabbricazione dei fili è il rame elettrolitico con elevata purezza (99,99%).

A seconda dell'uso che se ne deve fare, questo tipo di rame è presentato nei seguenti gradi di durezza o tempra:

• Duro
• Semi-duro
• Molle o ricotto

Tipi di Rame per Conduttori Elettrici

Rame a tempra dura:

Conducibilità del 97% rispetto al rame puro.

Per questo motivo è usato nella fabbricazione di conduttori nudi, per la trasmissione di energia elettrica in testa, che richiede una buona resistenza meccanica.

Rame a tempra dolce o ricotto:

100% di conducibilità.

Essendo duttile e flessibile, viene utilizzato nella fabbricazione di conduttori isolati.

Il conduttore è identificato in termini di dimensione e calibro, che possono essere espressi in millimetri e mm² o secondo lo standard americano (AWG o MCM) con un equivalente in mm².

Componenti dei Conduttori Elettrici

Questi sono tre elementi molto differenti:

• L'anima o l'elemento conduttivo.
• L'isolamento.
• I rivestimenti di protezione.

L'Anima o Elemento Conduttivo

Realizzata in rame, il suo obiettivo è quello di fornire un percorso per l'energia elettrica dalle centrali di produzione ai centri di distribuzione (sottostazioni, reti e connessioni), per alimentare i diversi centri di consumo (industriale, gruppi residenziali, ecc.).

La classificazione dei conduttori elettrici dipende, tra l'altro, dall'organizzazione dell'anima. Così abbiamo:

Secondo la sua costituzione:

• Filo (Monofilo): Conduttore la cui anima conduttrice è costituita da un singolo elemento o filo. Utilizzato nelle linee aeree, come conduttore nudo o isolato, in impianti elettrici all'aperto, in condotti o direttamente su isolatori.
• Cavo (Trefolo): Conduttori elettrici la cui anima conduttrice è costituita da una serie di fili o trefoli di sezione ridotta, il che gli conferisce una grande flessibilità.

Secondo il numero di conduttori:

• Unipolare: Conduttore elettrico con una sola anima conduttrice, isolato e con o senza rivestimento protettivo.
• Multipolare (Multiconductor): Conduttore con due o più anime conduttrici isolate insieme, avvolte ognuna in un proprio strato di isolamento e un sistema di protezione comune o multiplo.

Isolamento

Lo scopo dell'isolamento di un conduttore è quello di impedire che l'energia elettrica che scorre attraverso di esso entri in contatto con persone o oggetti, siano essi prodotti, apparecchi o altri elementi che fanno parte di un impianto. Allo stesso modo, l'isolamento deve impedire che conduttori a diverse tensioni possano entrare in contatto.

I materiali isolanti utilizzati fin dall'inizio sono stati sostanze polimeriche, che sono definite come materiale chimico o corpo chimico formato dall'unione di molte molecole uguali per formare una nuova molecola di spessore.

Precedentemente gli isolanti erano di origine naturale (guttaperca e carta). La tecnologia è poi passata agli isolanti artificiali correntemente utilizzati per la fabbricazione dei conduttori elettrici.

I diversi tipi di isolamento per i conduttori sono determinati dal comportamento tecnico e meccanico, considerando l'ambiente e le condizioni del condotto a cui saranno sottoposti i conduttori che proteggono: la resistenza ai prodotti chimici, alla luce del sole, all'umidità e alle temperature elevate, alle fiamme, ecc. I materiali utilizzati per l'isolamento dei fili includono il PVC (cloruro di polivinile), il polietilene (PE), la gomma, il neoprene e il nylon.

Se il progetto del conduttore non prevede altra protezione, si parla di isolamento integrale, poiché l'isolamento svolge contemporaneamente la funzione di isolante e di rivestimento.

Quando i conduttori hanno una protezione aggiuntiva sul polimero isolante, questa seconda protezione è chiamata involucro, giacca o copertura.

Rivestimenti di Protezione

L'obiettivo principale di questa parte di un conduttore è quello di proteggere l'integrità dell'isolamento del conduttore e l'anima contro i danni meccanici, come graffi, contusioni, ecc.

Se le protezioni meccaniche sono in acciaio, ottone o altro materiale durevole, si parla di "corazza". La "corazza" può essere costituita da nastri, fili o cavi flessibili.

I conduttori possono inoltre essere dotati di pellicole di protezione di tipo elettrico, costituite da alluminio o rame. Se tale protezione, anziché un nastro, è costituita da fili di rame, si chiama "screen" o "schermo".

(Anima conduttiva, copertura isolante, protezione)

Classificazione dei Conduttori Elettrici in Base all'Isolamento e al Numero di Trefoli

La parte più importante di un sistema di alimentazione è costituita dai conduttori.

Nella progettazione di un sistema di potenza o di controllo delle informazioni, è necessario osservare alcuni parametri essenziali per le specifiche del cablaggio:

• Tensione del sistema, tipo (DC o AC), fase e sistema di potenza neutro, punto di terra centrale.
• Corrente o potenza di alimentazione.
• Temperatura di esercizio, temperatura ambiente e resistenza termica circostante.
• Tipo di installazione, dimensioni (profondità, raggi, distanza tra le aperture, ecc.).
• Sovraccarichi o carichi intermittenti.
• Tipo di isolamento.
• Copertura di protezione.

Tutti questi parametri sono strettamente legati al tipo di isolamento e al tipo di costruzione dei conduttori elettrici, che devono essere scelti in base al contesto e al tipo di utilizzo che verrà loro assegnato.

I conduttori possono essere classificati in base al loro isolamento elettrico, alla costruzione e al numero di trefoli in unipolari e multipolari.

Tenuto conto del loro tipo, uso, ambiente e consumo, i conduttori elettrici sono classificati come segue:

I Conduttori per la Distribuzione e Potenza:

Applicazione: Impianti di energia e di illuminazione (aerea, sotterranea e al coperto).

Cavi Blindati:

Uso: Impianti in pozzi minerari sotterranei e gallerie (condotti, vassoi, aeree e sotterranee).

Cavi Corazzati:

Applicazione: Per servizio leggero, alimentazione di: radio, lampade, aspirapolvere, spremiagrumi, ecc. Alimentazione di macchinari industriali e apparecchiature elettriche, elettrodomestici e apparecchi di riscaldamento (lavatrici, lucidatrici, frigoriferi, fornelli, griglie, stufe e forni, ecc.).

Cavi Portatili:

Uso: Saldatrici elettriche, locomotive e motori di trazione nelle miniere sotterranee. Gru, pale e trapani per l'uso minerario. Resistenti a: agenti atmosferici, chimici, fiamme e carichi meccanici, abrasioni, tagli e impatti.

Cavo Sottomarino:

Uso: Nelle aree sotto l'acqua o completamente sommerse, con protezione meccanica che li rende resistenti alle correnti e ai fondali marini.

Cavi Navali (Marine):

Uso: Progettati per essere installati sulle navi nei circuiti di distribuzione di energia e di illuminazione.

All'interno della gamma di fili e cavi fabbricati nel paese, ci sono altri tipi per usi industriali, come fili del telefono, fili magnetici smaltati per l'industria elettronica e la chiusura di oggetti e motori di trazione, cavi per il collegamento a batterie per autoveicoli e motorini di avviamento, cavi per altoparlanti e anelli di filo.

Classificazione dei Conduttori Elettrici in Base alle Loro Condizioni di Lavoro

Per le linee ad alta e bassa tensione, nel nostro paese esistono vari tipi di conduttori in rame, nudi e isolati, progettati per rispondere alle diverse esigenze di conduzione e alle caratteristiche dell'ambiente in cui l'impianto servirà.

La selezione di un conduttore deve assicurare una sufficiente portata di corrente, un'adeguata capacità di resistere alle correnti di corto circuito, una resistenza adeguata e un comportamento appropriato alle condizioni ambientali in cui opererà.

Conduttori di Rame Nudo

Si tratta di fili o cavi e sono usati per:

• Linee aeree per reti urbane e suburbane.
• Linee elettriche aeree all'aperto ad alta tensione.
• Linee elettriche aeree di contatto per ferrovie e filobus.

Fili e Cavi Isolati di Rame

Questi sono usati in:

• Linee aeree di distribuzione e connessioni di potenza, ecc.
• Impianti interni di forza motrice e di illuminazione, situati in diversi ambienti naturali e con diversi tipi di tubo.
• Linee aeree nel settore minerario (sabbiatura, gru, trapani, ecc.).
• Situati direttamente nel terreno, vassoi o condotti.
• Pozzi sotterranei e gallerie.
• Circuiti di comando e controllo (sottostazioni, industriali, ecc.).
• Linee di alimentazione in parti di forni e ad alte temperature.
• Elettrodotti sottomarini (cavo sottomarino) e navi (conduttore navale).
• Condizioni che richiedono protezione.

Non è possibile inserire in questo opuscolo tutte le tabelle esistenti con le specifiche e le condizioni di utilizzo del filo di rame, sia nudo che isolato. Vengono forniti a titolo di esempio alcuni tra i più utilizzati dai professionisti tecnici e specialisti. Si consiglia di consultare i produttori e le specifiche tecniche per ottenere le informazioni necessarie per i progetti elettrici.