Calcolare Un Cavo Di Media Tensione Esempio

Calcola la sezione del cavo, la caduta di tensione e la corrente ammissibile per impianti in media tensione (6-30 kV)

Guida Completa al Calcolo dei Cavidotti in Media Tensione

Il dimensionamento corretto dei cavi in media tensione (MT) è fondamentale per garantire sicurezza, efficienza e conformità alle normative. Questa guida approfondita illustra i principi tecnici, le formule di calcolo e le best practice per la selezione dei cavi MT, con particolare attenzione agli impianti da 6 kV a 30 kV.

1. Parametri Fondamentali per il Dimensionamento

1. Tensione nominale (U_n): Il livello di tensione per cui il cavo è progettato (es. 6 kV, 10 kV, 20 kV).
2. Corrente di impiego (I_b): Calcolata come I_b = S / (√3 × U_n), dove S è la potenza apparente in kVA.
3. Caduta di tensione (ΔU): Deve essere ≤ 4% per impianti industriali (norma CEI 64-8).
4. Portata termica (I_z): Dipende dal materiale, sezione, tipo di posa e temperatura ambiente.
5. Corrente di corto circuito (I_k): Il cavo deve resistere alle correnti di guasto per il tempo di intervento delle protezioni.

2. Formula per la Caduta di Tensione

La caduta di tensione percentuale in un cavo trifase è data da:

ΔU% = (√3 × I × L × (R × cosφ + X × sinφ)) / (10 × U_n) × 100

Dove:

• I: Corrente di linea (A)
• L: Lunghezza del cavo (km)
• R: Resistenza del conduttore (Ω/km)
• X: Reattanza del cavo (Ω/km)
• cosφ: Fattore di potenza (tipicamente 0.8-0.9 per carichi industriali)
• U_n: Tensione nominale linea-linea (kV)

3. Tabella Comparativa: Rame vs Alluminio

Parametro	Rame (Cu)	Alluminio (Al)
Conducibilità (% IACS)	100%	61%
Densità (kg/dm³)	8.96	2.70
Resistività a 20°C (Ω·mm²/m)	0.01724	0.02826
Coefficiente termico (α)	0.00393	0.00403
Costo relativo	1.5-2x	1x

L’alluminio è spesso preferito per:

• Impianti con lunghe tratte (minore peso)
• Installazioni aeree (maggiore resistenza alla corrosione)
• Progetti con budget limitato

Il rame è invece scelto per:

• Spazi ridotti (sezione minore a parità di portata)
• Alte correnti di corto circuito
• Maggiore durata nel tempo

4. Normative di Riferimento

Norme CEI applicabili:

• CEI 20-22: Cavi isolati con tensione nominale da 1 kV a 30 kV
• CEI 20-38: Posa dei cavi elettrici
• CEI 64-8: Impianti elettrici utilizzatori (cadute di tensione)
• CEI EN 60287: Calcolo della corrente ammissibile

Per approfondimenti: Sito ufficiale CEI

5. Fattori di Correzione per la Portata

La portata nominale dei cavi deve essere corretta in base a:

Fattore	Valore Tipico	Norma di riferimento
Temperatura ambiente (θa ≠ 30°C)	0.8-1.2	CEI 20-22
Raggruppamento cavi (n > 1)	0.6-0.9	CEI 20-38
Profondità di posa (interrati)	0.9-1.1	CEI 20-38
Resistività termica del terreno	0.7-1.3	CEI EN 60287

La portata corretta si calcola come: I_z‘ = I_z × k₁ × k₂ × … × k_n

6. Esempio Pratico di Calcolo

Dati di input:

• Tensione: 10 kV
• Potenza: 1200 kVA (cosφ = 0.85)
• Lunghezza: 800 m
• Materiale: Rame
• posa: Interrato
• Temperatura: 35°C

Passaggi:

1. Calcolo corrente di impiego:
   I_b = 1200 / (√3 × 10) = 69.28 A
2. Sezione minima per portata termica (da tabelle CEI):
   95 mm² (portata 245 A in aria, 210 A interrato)
3. Verifica caduta di tensione con sezione 95 mm²:
   R = 0.206 Ω/km, X = 0.082 Ω/km
   ΔU% = (√3 × 69.28 × 0.8 × (0.206 × 0.85 + 0.082 × 0.527)) / (10 × 10) × 100 ≈ 1.8% (accettabile)
4. Verifica corto circuito (I_k = 10 kA, t = 1 s):
   Sezione minima = (I_k × √t) / k = 24.5 mm² (k=143 per rame)
   95 mm² > 24.5 mm² → OK

7. Errori Comuni da Evitare

• Sottostimare la corrente di spunto: I motori hanno correnti di avviamento 5-7 volte la corrente nominale.
• Ignorare l’effetto pelle: A frequenze industriali (50 Hz), la resistenza efficace aumenta per sezioni > 240 mm².
• Trascurare l’invecchiamento: I cavi in PVC perdono il 20% della portata dopo 20 anni (usare EPR per MT).
• Dimenticare le armoniche: Carichi non lineari (inverter) richiedono derating del 10-30%.
• Scegliere sezioni “tonde”: Preferire sezioni standard (25, 35, 50, 70, 95 mm²) per ridurre i costi.

8. Innovazioni nei Cavidotti MT

Le ultime tecnologie includono:

• Isolamento in EPR/HEPR: Maggiore resistenza termica (90°C vs 70°C del PVC) e durata (40 anni).
• Cavi preassemblati: Con terminazioni e giunzioni factory-tested per ridurre i tempi di installazione.
• Monitoraggio in tempo reale: Sensori integrati per temperatura e scariche parziali (tecnologia DTS – Distributed Temperature Sensing).
• Nanocompositi: Isolanti con nanoparticelle per migliorare le proprietà dielettriche.

Risorse autorevoli:

1. U.S. Department of Energy – Transmission & Distribution: Linee guida internazionali su cavi MT/AT.

2. Purdue University – Power & Energy Systems: Ricerche su materiali innovativi per cavi.

3. International Energy Agency – Transmission & Distribution: Dati statistici su efficienza delle reti MT.

9. Manutenzione e Diagnostica

Programma minimo di manutenzione:

Attività	Frequenza	Strumentazione
Ispezione visiva terminazioni	Annuale	Termocamera IR
Misura resistenza di isolamento	Biennale	Megohmmetro (5 kV)
Prova scariche parziali	Ogni 5 anni	Sistema PD (≥ 5 pC)
Analisi gas dissolti (DGA)	Ogni 3 anni	Cromatografo

Segnali di allarme:

• Aumento della temperatura >10°C rispetto al baseline
• Correnti di dispersione > 1 mA/kV
• Presenza di idrogeno (H₂) o monossido di carbonio (CO) nel DGA
• Scariche parziali > 10 pC