Come scegliere i cavi per l'installazione sotterranea: una guida pratica

L'installazione di cavi sotterranei è una delle operazioni più comuni e critiche nella distribuzione di energia, nei progetti di energia rinnovabile, negli impianti industriali e nelle infrastrutture urbane. I cavi sotterranei sono protetti dalle intemperie, dagli atti vandalici e dagli ostacoli aerei, ma devono affrontare una serie di sfide specifiche: umidità, composizione chimica del terreno, sollecitazioni meccaniche dovute al riempimento e al traffico, e difficoltà di dissipazione del calore. La scelta del cavo più adatto per l'installazione sotterranea richiede un'attenta valutazione della sua costruzione, dell'isolamento, dell'armatura e delle condizioni di installazione. Questa guida fornisce un approccio graduale alla selezione di cavi sotterranei che garantiranno prestazioni affidabili per decenni.

1. Perché l'installazione sotterranea è diversa

A differenza dei cavi installati in aria libera, i cavi interrati devono affrontare:

• Infiltrazioni di umidità e acqua: l'acqua di falda, la pioggia e la condensa possono penetrare nel cavo attraverso guaine o giunzioni danneggiate.

• Sostanze chimiche del suolo: i terreni acidi o alcalini possono corrodere le armature e le guaine metalliche.

• Sollecitazioni meccaniche: il riempimento, la compattazione, il traffico e i movimenti del terreno esercitano pressione sul cavo.

• Dissipazione del calore: il suolo è un conduttore di calore meno efficiente dell'aria e il suolo asciutto presenta una resistività termica molto elevata.

• Attacco di roditori e radici: i roditori possono rosicchiare le guaine di plastica e le radici degli alberi possono schiacciare o penetrare i cavi.

• Scavi futuri: i cavi sotterranei sono vulnerabili a scavi accidentali.

Per questi motivi, i cavi interrati devono essere progettati specificamente per l'interramento diretto o l'installazione in condotti, con un isolamento robusto, strati impermeabili e protezione meccanica.

2. Fase 1: Comprendere l'ambiente di installazione

Prima di scegliere un cavo, è necessario raccogliere informazioni dettagliate sul luogo di installazione:

A. Tipologia del suolo e resistività termica
La capacità del terreno di condurre il calore lontano dal cavo influisce direttamente sulla sua capacità di trasporto di corrente (portata di corrente). La resistività termica del terreno (misurata in °C·m/W) varia notevolmente:

Passo pratico: testare la resistività termica del terreno in loco o consultare i dati geologici locali. Se il terreno è costituito da sabbia asciutta o ghiaia, potrebbe essere necessario utilizzare un conduttore di sezione maggiore o migliorare il riempimento con sabbia a bassa resistività termica.

B. Livello della falda freatica
Se il cavo deve essere installato al di sotto della falda freatica, deve essere omologato per l'immersione continua. Sono essenziali strati impermeabilizzanti (nastri gonfiabili, gel o guaine di piombo).

C. Carichi meccanici
Il cavo verrà interrato sotto una strada, una ferrovia o un'area ad alto traffico? In tal caso, necessita di un'armatura robusta (filo o nastro d'acciaio) per resistere alle forze di schiacciamento.

D. Prodotti chimici ambientali
Se il terreno contiene sostanze chimiche industriali, sale o reflui agricoli, la guaina esterna e l'armatura del cavo devono essere resistenti agli agenti chimici.

E. Profondità di sepoltura
La profondità influisce sia sulla protezione meccanica che sulla dissipazione del calore. Una maggiore profondità di interramento offre una protezione superiore, ma riduce la capacità di corrente a causa dell'aumento della resistenza termica.

3. Fase 2: Scegliere il materiale conduttore

Indicazioni: Per la distribuzione sotterranea e le linee di alimentazione di grandi dimensioni, l'alluminio è spesso preferito per il suo costo inferiore. Per applicazioni critiche (ospedali, centri dati) o dove lo spazio è limitato, il rame può essere la scelta migliore.

4. Fase 3: Selezione del materiale isolante

L'isolamento deve resistere all'umidità, al calore e alle sollecitazioni elettriche. I materiali più comuni per i cavi interrati sono:

Raccomandazione: XLPE è l'isolante preferito per i cavi di alimentazione interrati fino alle classi di tensione più elevate.

5. Fase 4: Scegliere il fodero esterno e l'armatura

La guaina esterna protegge dall'umidità, dagli agenti chimici e dai danni meccanici. L'armatura fornisce ulteriore resistenza meccanica.

A. Materiale della guaina esterna

B. Tipo di armatura

Indicazioni:

• Per i cavi multipolari interrabili direttamente, SWA è la scelta standard.

• Per i cavi unipolari (ad esempio, cavi di alimentazione di grandi dimensioni), utilizzare AWA per evitare perdite magnetiche.

• Per i cavi sottomarini si utilizza spesso una doppia armatura (cavo d'acciaio).

6. Fase 5: Verifica dei requisiti di tenuta all'acqua

I cavi interrati devono impedire all'acqua di infiltrarsi lungo il conduttore o tra l'isolamento e la guaina. Le caratteristiche di protezione dall'acqua includono:

• Nastri idroespandibili: si gonfiano a contatto con l'acqua, bloccando il flusso d'acqua.

• Polveri idrorepellenti – Simili ai cerotti, ma in polvere.

• Nuclei riempiti – Gli interstizi tra i conduttori sono riempiti con un composto che blocca l'acqua (ad esempio, vaselina, gel).

• Guaina di piombo – Uno strato di piombo senza giunture fornisce una barriera completa contro l'acqua (utilizzata per cavi sottomarini ad alta tensione).

Indicazioni: Per la posa diretta in terreni umidi, scegliere un cavo con nastri impermeabili e una guaina esterna robusta. Per applicazioni critiche, valutare un cavo con guaina in piombo.

7. Fase 6: Determinare la sezione del cavo (portata di corrente e caduta di tensione)

La sezione del conduttore deve soddisfare sia i requisiti di portata di corrente (amperaggio) sia quelli di caduta di tensione, tenendo conto dei fattori di declassamento per l'installazione interrata.

A. Riduzione della capacità di corrente
La portata di corrente di base del cavo viene ridotta per:

• Temperatura ambiente – Temperatura del suolo (in genere 20 °C come valore di riferimento).

• Resistività termica del suolo: una resistività più elevata riduce la capacità di corrente.

• Profondità di sepoltura: una sepoltura più profonda riduce la capacità di carico.

• Raggruppamento – Più cavi nella stessa trincea si riscaldano a vicenda.

Esempio: un cavo in rame XLPE da 95 mm² può avere una capacità di corrente di base di 240 A in aria. Se interrato in sabbia asciutta a 1 m di profondità con un gruppo di 3 cavi, la capacità di corrente ridotta può essere di 160 A.

B. Caduta di tensione
Per le lunghe tratte sotterranee, la caduta di tensione è spesso il fattore determinante per la sezione del cavo. Calcola la caduta di tensione utilizzando la formula:

• Monofase: Vd = 2 × I × ρ × L / A

• Trifase: Vd = √3 × I × ρ × L / A

Dove ρ è la resistività del materiale conduttore (rame: 0,0175 Ω·mm²/m; alluminio: 0,0282 Ω·mm²/m a 20°C).

Indicazioni: Verificare sempre sia la portata di corrente che la caduta di tensione; il valore maggiore è quello determinante.

8. Fase 7: Considerare il metodo e gli standard di installazione

A. Interramento diretto vs. installazione in condotto

• Interramento diretto: il cavo viene posato direttamente in una trincea e ricoperto di sabbia o di materiale di riempimento selezionato. Questo è il metodo più comune per la distribuzione di servizi pubblici. Richiede un'armatura SWA o AWA e una guaina esterna robusta.

• In condotto: Il cavo viene fatto passare attraverso un condotto protettivo (in PVC, acciaio o cemento). Ciò facilita la sostituzione, ma riduce la capacità di corrente a causa dell'isolamento termico del condotto. Adatto per reti urbane e dove sono previsti futuri aggiornamenti.

B. Materiale di riempimento
Il materiale utilizzato per rivestire il cavo influisce sulla dissipazione del calore e sulla protezione meccanica:

• Sabbia selezionata o terreno vagliato: bassa resistività termica, buona dissipazione del calore.

• Sabbia importata a basso contenuto di umidità: potrebbe presentare un'elevata resistività termica; si consiglia di aggiungere materiali che trattengano l'umidità.

• Cemento o ghiaia: elevata resistenza termica; da evitare se non necessario.

C. Conformità agli standard
I cavi sotterranei devono essere conformi alle normative vigenti:

• IEC 60502 – Cavi di alimentazione con isolamento estruso (bassa e media tensione).

• IEC 60840 – Cavi ad alta tensione (superiori a 30 kV).

• IEC 60287 – Calcolo della portata di corrente per cavi interrati.

• NEC (USA) – Codice Elettrico Nazionale, articolo 300 (impianti sotterranei).

• BS 7671 (Regno Unito) – Norme IET per gli impianti elettrici.

9. Fase 8: Marcatura e protezione

A. Marcatura dei cavi
I cavi interrati devono essere segnalati con un nastro di avvertimento o una rete metallica sopra il cavo per indicarne la presenza. Ciò contribuisce a prevenire scavi accidentali.

B. Protezione dei cavi

• Lastre o piastrelle di cemento: proteggono i cavi in ​​aree ad alto traffico o interrati a bassa profondità.

• Lettiera di sabbia: fornisce uno strato ammortizzante.

• Trincee per cavi con materiale di riempimento: utilizzare il materiale di riempimento selezionato per proteggere il cavo da oggetti appuntiti.

10. Errori comuni e come evitarli

11. Riepilogo della lista di controllo per la selezione dei cavi sotterranei

La scelta del cavo giusto per l'installazione interrata non è un'operazione di routine, bensì un investimento a lungo termine in affidabilità, sicurezza e prestazioni. Un cavo scelto in modo errato per il tipo di terreno, privo di un'armatura adeguata o sottodimensionato per il carico si guasterà prematuramente, causando costosi scavi, riparazioni e interruzioni di corrente. Seguendo un approccio sistematico – valutando l'ambiente, scegliendo i materiali appropriati, dimensionando correttamente il cavo in base alla capacità di carico e alla caduta di tensione e rispettando le normative – è possibile selezionare un cavo interrato che durerà per decenni. Nel mondo delle linee elettriche interrate, la scelta giusta oggi evita molti scavi domani.