Problematiche termiche nei cavi elettrici di bassa tensione

1 PROBLEMATICHE TERMICHE NEI CAVI ELETTRICI DI BASSA TENSIONE Sommario Nel lavoro vengono indagati e discussi gli aspetti che sembrano maggiormente cogenti nella protezione dalle sovracorrenti delle condutture elettriche in cavo. Per condizioni di installazione tipiche nel settore civile, lo studio della problematica termica ha consentito di sviluppare e implementare un modello termico attraverso il quale sono state ricavate le curve di sovraccaricabilità (tempo-corrente) dei cavi, fissando la massima sollecitazione termica tollerabile. I risultati ottenuti presentano notevoli spunti di interesse con riguardo sia all’efficacia delle attuali prescrizioni normative nel nostro paese, sia alle principali differenze che caratterizzano altri approcci. Gli aspetti indagati, in considerazione del carattere di non eludibilità dei rischi associati alle sovracorrenti e della complessità del rapporto fra conformità alle prescrizioni normative, rischi accettabili e rischi residui, potrebbero costituire una base di interesse comune per meglio orientare in alcuni casi le scelte progettuali, per intraprendere ulteriori studi e in prospettiva dell’evoluzione normativa in materia. 1. INTRODUZIONE La crescente sensibilità alle problematiche di sicurezza impone un’attenzione sempre maggiore verso tutti i fattori di rischio presenti in ogni ambiente domestico e di lavoro, per la ricerca dei provvedimenti di prevenzione e/o protezione più adeguati. Con specifico riferimento ai pericoli derivanti dalla presenza e dall’esercizio di impianti elettrici a servizio di utenze di diverso tipo (domestico, del terziario, industriale etc…), un possibile rischio è quello relativo al surriscaldamento delle condutture elettriche per la presenza di sovracorrenti di lunga durata (sovraccarichi) e di breve durata (cortocircuiti). Tali sovracorrenti, se non interrotte tempestivamente, possono avere conseguenze gravi sia in termini di danni materiali sia in termini di perdita di vite umane. In accordo con le prescrizioni normative in materia, la protezione delle condutture dalle sovracorrenti è affidata ad idonei dispositivi automatici di interruzione posti a monte delle condutture stesse e dimensionati in modo tale da limitare le sollecitazioni termiche associate ad ogni evento di sovracorrente entro soglie ritenute convenzionalmente tollerabili. La logica generale che ispira i criteri di coordinamento (dispositivi di protezione-cavi) è quella di limitare l’invecchiamento dei materiali isolanti al 10% della loro durata di vita convenzionale e in ogni caso di interrompere le sovracorrenti di breve durata prima che vengano raggiunte temperature comunque inammissibili. Più in particolare, supposto che durante l’esercizio possano verificarsi al più 100 eventi (sovracorrenti), la conformità delle protezioni alle norme dovrebbe limitare la riduzione della vita dell’isolante allo 0,1% per ogni evento di sovracorrente. In questa logica, si dovrebbe accertare caso per caso che la curva di sovraccaricabilità (corrente-tempo) corrispondente ad una perdita di vita dello 0,1% rimanga sempre al di sopra della caratteristica di intervento del dispositivo di protezione. Questa verifica non viene normalmente condotta, a causa della complessità dei modelli di studio e delle procedure di calcolo che potrebbero consentirne l’esecuzione. In alternativa, le norme impongono condizioni di verifica (separate per sovraccarichi e cortocircuiti) di più agevole applicazione, ragionevolmente ritenute di equivalente efficacia. Nel lavoro, una volta evidenziata l’incidenza statistica del rischio in esame, viene proposta un’analisi approfondita della problematica e del cosiddetto rischio accettato con specifico riferimento alla possibilità che, pur nel rispetto delle norme, possano verificarsi eventi con riduzioni maggiori dello 0,1% della vita utile dell’isolante (invecchiamento precoce del dielettrico). A tale scopo vengono presentati e discussi i risultati di uno studio condotto sui transitori termici dovuti alla presenza di sovracorrenti in conduttori in cavo (isolati in PVC) e posati all’interno di tubazioni incassate (a parete, a soffitto o a pavimento). Per questa situazione, che rappresenta una delle soluzioni più diffusamente impiegate per la distribuzione all’interno di utenze in bassa tensione in ambito civile, è stato studiato e messo a punto un accurato modello termico nel quale, oltre ai principali aspetti che caratterizzano gli scambi termici e che vengono presi in considerazione in altri studi presenti in letteratura, si è tenuto conto anche del contributo dell’irraggiamento e del possibile contatto dei cavi con la tubazione. Attraverso questo modello è stato possibile simulare il comportamento della conduttura valutando gli effetti termici dovuti alla circolazione di correnti superiori alla portata. Per i tipi di cavi di più diffuso impiego, con le simulazioni effettuate è stato possibile ricavare le curve di sovraccaricabilità (corrente- tempo), fissando la massima riduzione di vita del materiale isolante (in accordo con le norme CENELEC/IEC) o, in alternativa, fissando la temperatura massima consentita per carico d’emergenza (come dalle raccomandazioni ANSI/IEEE), con l’obiettivo di valutare quali siano i reali margini di sicurezza garantiti dalle protezioni installate e coordinate seguendo le attuali prescrizioni normative.