Sicurezza e Posa di Cavi Elettrici: Protezioni, Installazione e Caratteristiche Tecniche

Protezione dei Cavi Elettrici

Protezione da Sovraccarichi e Sovratensioni

L'obiettivo della protezione dei cavi è impedire che superino le temperature massime ammissibili, limitando i picchi di corrente e prevenendo così possibili incendi.

Sovraccarichi: Si ritiene che un impianto, o parte di esso, sia soggetto a sovraccarico quando, per un certo periodo di tempo, è attraversato da una corrente superiore a quella nominale o assegnata, senza che vi sia alcun tipo di malfunzionamento o guasto nell'impianto stesso. In sintesi, il sovraccarico produce una riduzione della vita utile dei conduttori. È fondamentale tenere presente che, per i cavi sotterranei, la sezione non può essere modificata; è necessario progettare nuove linee.

Le sovratensioni, provocate da fulmini o da manovre sulle reti ad alta tensione, possono perforare l'isolamento dei cavi e gli avvolgimenti delle macchine elettriche, ecc. La protezione degli impianti e delle attrezzature contro le sovratensioni transitorie si realizza limitando gli impulsi mediante dispositivi detti scaricatori di sovratensione o limitatori di sovratensione, collegati tra le parti attive dell'elemento da proteggere e la terra.

Protezione da Cortocircuiti

Cortocircuiti: I guasti di cortocircuito vengono analizzati come guasti netti. I cortocircuiti sono definiti come contatti tra parti dell'impianto a differente potenziale, con impedenza di guasto nulla o trascurabile. Considerando un'impedenza di guasto nulla, i cortocircuiti tendono a causare elevati picchi di corrente, che provocano un rapido aumento di temperatura nei conduttori (effetto termico). I conduttori non devono superare la temperatura massima ammissibile in caso di cortocircuito (T_cc).

Temperature massime T_cc comuni per i conduttori in base all'isolamento:

• Polietilene reticolato (XLPE): 250 °C
• Gomma etilenpropilenica (EPR): 250 °C
• Carta impregnata: 220 °C

Le cause più comuni di cortocircuito sono:

• Guasti nei carichi collegati
• Difetti nell'isolamento

Per proteggere la rete dai cortocircuiti (cc), devono essere soddisfatte le seguenti condizioni: il potere di interruzione degli elementi di protezione deve essere maggiore o uguale alla massima corrente di cortocircuito presunta (I_cc) nel punto di installazione. I conduttori devono essere in grado di sopportare la massima corrente di cortocircuito per tutta la durata del guasto. La scelta della sezione e della qualità dell'isolamento dei cavi è molto importante per garantire una fornitura sicura e di qualità. Le aziende fornitrici scelgono spesso di utilizzare cavi con sezioni elevate, come 150, 240 e 400 mm², per coprire la maggior parte dei casi.

Tipologie di Cavi e Campo Elettrico

Cavi a Campo Radiale e Non Radiale

In un cavo unipolare, le linee di forza del campo elettrostatico hanno una forma radiale, sollecitando solo l'isolamento a causa delle tensioni stabilite da tale campo tra il conduttore e l'esterno del cavo. Nei cavi tripolari, le linee di forza non seguono traiettorie radiali, poiché i potenziali esistenti nello spazio tra i conduttori e l'esterno non sono simultaneamente uguali. Il campo può essere scomposto in due componenti: una perpendicolare e una tangente allo strato isolante considerato. La componente perpendicolare sollecita a tensione lo strato isolante, che è in grado di sopportarla essendo progettato per resistervi. Al contrario, le sollecitazioni dovute alla componente tangenziale sono supportate dalla massa di riempitivo tra le anime, che possiede una resistenza alla perforazione circa dieci volte inferiore. Pertanto, i cavi a campo non radiale sono utilizzabili solo fino a tensioni di 15 kV quando l'isolamento è in carta impregnata. Nei cavi con isolamento estruso (a secco), i limiti sono 6 e 10 kV, a seconda del tipo specifico di isolamento. Oltre queste tensioni, i cavi devono essere a campo radiale.

Installazione e Posa dei Cavi Interrati

Posa, Permessi e Autorizzazioni

La posa dei cavi avviene solitamente su suolo pubblico e marciapiedi, previo ottenimento dei necessari permessi e autorizzazioni. Non è ammessa la posa sotto la carreggiata stradale, salvo attraversamenti o specifiche richieste delle autorità comunali.

Gli attraversamenti stradali devono essere realizzati perpendicolarmente all'asse stradale. La protezione dei cavi su marciapiede avviene mediante un letto di sabbia di circa 20 cm, sovrastato da lastre di protezione in plastica dura (tipo autobloccanti o simili) larghe almeno 20 cm. Queste lastre servono a segnalare la presenza interrata di cavi elettrici durante eventuali scavi successivi per l'installazione di altri servizi.

Sopra le lastre, la trincea viene riempita con materiale inerte pulito (es. sabbia o terra fine priva di sassi), compattato a strati di circa 20 cm. Prima del ripristino finale della pavimentazione, viene posato anche un nastro segnalatore di plastica per indicare la presenza in profondità del cavo elettrico interrato. Il ripristino della pavimentazione della trincea viene eseguito con gli stessi materiali preesistenti.

Negli attraversamenti stradali, i cavi sono protetti all'interno di tubi in cemento o materiale termoplastico idoneo. Il tubo viene posato su un letto di calcestruzzo e ricoperto con almeno 30 cm dello stesso materiale o con materiale di riempimento adeguato. Il riempimento della trincea viene completato con materiale idoneo e compattato. Solitamente, il ripristino finale del manto stradale è in asfalto.

Localizzazione dei Guasti

Metodi e Strumentazione

Per la localizzazione dei guasti sui cavi interrati, si utilizzano specifiche apparecchiature in grado di fornire un'indicazione il più precisa possibile del punto in cui si è verificato il danno. Queste apparecchiature sono strumenti da laboratorio e da campo per la diagnostica dei guasti.

I metodi di localizzazione sul campo consistono spesso nel percorrere il tracciato della linea, utilizzando sensori specifici (come geofoni o ricevitori acustici/elettromagnetici) per captare segnali (es. impulsi di corrente o segnali acustici) iniettati nel cavo da un'apparecchiatura generatrice. Questi segnali vengono rilevati con maggiore intensità nel punto del guasto, la cui distanza dalla posizione di misura o dall'inizio della linea viene indicata dall'apparecchiatura, tenendo conto delle caratteristiche del cavo. Per questo motivo, è molto importante disporre delle planimetrie precise del tracciato del cavo interrato, solitamente conservate dalla direzione lavori o dall'ente gestore.

Tipologie Principali di Guasti

Si possono distinguere due tipi principali di guasti nei cavi:

• Interruzione della continuità del conduttore (circuito aperto)
• Danneggiamento dell'isolamento (cortocircuito tra conduttori o verso terra)