Che cos'è la tensione nominale nei cavi di alimentazione? Una guida per comprendere le designazioni di tensione.

Ogni cavo di alimentazione ha una tensione nominale indicata sulla guaina, ad esempio "0.6/1 kV" o "6/10 kV.". Questi numeri non sono casuali; definiscono le capacità e i limiti elettrici del cavo. Scegliere un cavo con una tensione nominale errata può causare guasti all'isolamento, rischi per la sicurezza e costosi tempi di inattività. Ma cosa significano esattamente questi numeri? Questo articolo spiega il concetto di tensione nominale, il suo significato e come interpretare le marcature sui cavi di alimentazione.

1. Le nozioni di base: cos'è la tensione nominale?

La tensione nominale di un cavo è la massima tensione continua che il cavo può sopportare in sicurezza in condizioni operative normali. Si tratta di un parametro di progettazione che determina lo spessore e la qualità dell'isolamento necessari per prevenire guasti elettrici.

La tensione nominale di un cavo non è un singolo numero, ma viene tipicamente espressa come una coppia di valori, ad esempio U₀/U (Um). Ciascuno di questi simboli ha un significato specifico:

• U₀ = La tensione nominale alla frequenza di rete tra il conduttore e lo schermo, la schermatura metallica o la terra. Questa è la tensione fase-terra.

• U = La tensione nominale alla frequenza di rete tra due conduttori di fase. Questa è la tensione fase-fase.

• Um = La tensione massima del sistema che il cavo può sopportare per brevi periodi (ad esempio, durante sovratensioni transitorie).

Esempio: Un cavo contrassegnato 0,6/1 kV ha le seguenti caratteristiche:

• U₀ = 0,6 kV (600 V) – la tensione tra il conduttore e la terra.

• U = 1 kV (1000 V) – la tensione tra due fasi.

Un cavo contrassegnato 6/10 kV ha le seguenti caratteristiche:

• U₀ = 6 kV – tensione fase-terra.

• U = 10 kV – tensione fase-fase.

2. Perché ci sono due numeri?

I due numeri (U₀ e U) riflettono le diverse sollecitazioni di tensione a cui un cavo è sottoposto in diverse parti del sistema:

• Tensione fase-terra (U₀): Questa è la tensione che l'isolamento tra il conduttore e la schermatura (o terra) deve sopportare. In un sistema con messa a terra solida, U₀ è approssimativamente uguale alla tensione di fase.

• Tensione fase-fase (U): Questa è la tensione tra due conduttori. È pari a √3 volte la tensione di fase in un sistema trifase.

Perché entrambi i valori sono importanti: l'isolamento deve resistere alla tensione più elevata tra due punti qualsiasi. In un sistema trifase, la tensione tra fase e fase è superiore alla tensione tra fase e terra. Un cavo deve essere dimensionato per entrambe.

Esempio:

• In un sistema a 230/400 V (comune in Europa), U₀ = 230 V, U = 400 V. Un cavo con la dicitura 0,6/1 kV è più che sufficiente.

• In un sistema 6,6/11 kV, U₀ = 6,6 kV, U = 11 kV.

3. Il valore "Um": Tensione massima del sistema

Il valore Um rappresenta la tensione massima che il cavo può sopportare per brevi periodi, ad esempio durante sovratensioni transitorie causate da manovre di commutazione o fulmini. In genere è superiore alla tensione nominale U.

Esempio: per un cavo con tensione nominale di 0,6/1 kV, il valore di Um può essere 1,2 kV. Per un cavo da 6/10 kV, Um può essere 12 kV.

Il valore di Um è importante per la progettazione del sistema perché le sovratensioni transitorie possono sollecitare l'isolamento oltre il suo valore nominale continuo. I cavi vengono testati per resistere a queste sovratensioni per una durata specificata (in genere da pochi secondi a qualche minuto).

4. Come viene determinata la tensione nominale?

La tensione nominale di un cavo è determinata da diversi fattori:

A. Materiale isolante
Materiali diversi hanno diverse rigidità dielettriche. Un cavo con isolamento in XLPE può sopportare tensioni più elevate rispetto a uno con isolamento in PVC dello stesso spessore.

• PVC: Generalmente con tensione nominale fino a 0,6/1 kV.

• XLPE: Può essere classificato fino a 500 kV o più.

B. Spessore dell'isolamento
Uno strato isolante più spesso può sopportare una tensione maggiore. Lo spessore dell'isolamento è specificato dal produttore in base alla tensione nominale e alla rigidità dielettrica del materiale.

C. Condizioni operative
La tensione nominale è specificata per una determinata temperatura ambiente e metodo di installazione. Se il cavo viene installato in un ambiente caldo o raggruppato con altri cavi, potrebbe essere necessario uno spessore maggiore dell'isolamento per mantenere la stessa tensione nominale.

D. Messa a terra del sistema
Il sistema di messa a terra (a terra solida, a terra con impedenza o non messo a terra) influisce sulla sollecitazione di tensione sull'isolamento. In un sistema non messo a terra, un guasto fase-terra può causare un aumento della tensione sulle fasi sane fino al valore della tensione fase-fase (U). Per questo motivo, alcuni cavi sono contrassegnati con valori U₀ diversi a seconda del sistema di messa a terra utilizzato.

5. Il fattore di messa a terra: perché U₀ può variare

In alcune normative, i cavi sono contrassegnati con diversi valori U₀ per indicarne l'idoneità a differenti sistemi di messa a terra.

• U₀ = 6 kV: Da utilizzare in sistemi in cui il neutro è collegato direttamente a terra e il tempo di eliminazione del guasto è breve.

• U₀ = 6 kV (o 6 kV/10 kV): Da utilizzare in sistemi in cui il neutro non è direttamente messo a terra.

Il motivo: in un sistema non messo a terra, un guasto monofase a terra può causare un aumento della tensione sulle altre fasi fino al valore della tensione fase-fase (U). L'isolamento deve essere in grado di resistere a questo valore per tutta la durata del guasto. In un sistema con messa a terra solida, la tensione non aumenta a livelli così elevati, quindi è accettabile un valore U₀ inferiore.

Esempio: un cavo contrassegnato con 6/10 kV può essere adatto all'uso in un sistema con messa a terra solida. Lo stesso cavo potrebbe essere contrassegnato con 6/10 kV (per sistemi senza messa a terra) o anche con 8,7/15 kV per una diversa classe di tensione.

6. Classi di tensione e applicazioni tipiche

7. Cosa succede se si utilizza un voltaggio errato?

Cavo sottodimensionato (tensione troppo elevata per il cavo):

• L'isolamento sarà sottoposto a sollecitazioni elettriche eccessive.

• Si verificheranno scariche parziali (PD), che eroderanno progressivamente l'isolamento.

• Il cavo si guasterà prematuramente, forse in modo catastrofico.

Cavo sovradimensionato (tensione nominale troppo elevata per l'applicazione):

• Il cavo costerà più del necessario.

• Potrebbe essere fisicamente più grande e più difficile da installare.

• Potrebbe non esserci alcun vantaggio in termini di prestazioni derivante da una valutazione più elevata.

Suggerimento: scegli sempre un cavo con una tensione nominale pari o superiore alla tensione di sistema. È possibile utilizzare un cavo con una tensione nominale superiore, ma non è sempre conveniente dal punto di vista economico.

8. Relazione tra tensione nominale e test

I cavi vengono testati per verificarne la tensione nominale. I test di tipo (come quelli previsti dalle norme IEC 60502 o IEC 60840) includono:

• Test di tenuta alla tensione a frequenza industriale: il cavo viene sottoposto a una tensione superiore alla sua tensione nominale (tipicamente da 2,5 a 3 volte U₀) per una durata specificata.

• Test di resistenza agli impulsi di fulmine: il cavo viene sottoposto a impulsi ad alta tensione (simulando i fulmini) per verificarne la capacità di resistere a sovratensioni transitorie.

Questi test garantiscono che il cavo sia in grado di sopportare la tensione nominale in condizioni normali e anomale.

9. Marcature dei cavi: come leggerle

Le marcature dei cavi in ​​genere includono la tensione nominale nel formato U₀/U.

Esempi:

• 0,6/1 kV: Cavo a bassa tensione per sistemi a 230/400 V.

• 6/10 kV: Cavo di media tensione per sistemi a 6,6/11 kV.

• 8,7/15 kV: Cavo di media tensione per sistemi a 10/15 kV.

• 18/30 kV: Cavo ad alta tensione per sistemi a 20/30 kV.

Alcuni cavi possono includere il valore Um, ad esempio 0,6/1 (1,2) kV.

10. Conclusione: La tensione nominale è una specifica di sicurezza

La tensione nominale di un cavo non è solo un numero, ma una specifica di sicurezza fondamentale che determina la capacità del cavo di resistere alle sollecitazioni elettriche senza guastarsi. Comprendere la differenza tra U₀, U e Um e sapere come questi valori si relazionano al proprio sistema è essenziale per scegliere il cavo giusto per la propria applicazione.

Scegliete sempre un cavo con una tensione nominale pari o superiore alla tensione di sistema e tenete conto del sistema di messa a terra e delle condizioni di sovratensione transitoria. Un cavo con la corretta tensione nominale garantirà un servizio affidabile per decenni, mentre un cavo sottodimensionato rappresenta una bomba a orologeria. La prossima volta che vedrete la marcatura di un cavo, saprete esattamente cosa significano quei numeri e perché sono importanti.