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Perché installare i cavi all'interno delle guaine?
Nelle moderne installazioni elettriche, l'uso di guaine per il rivestimento dei cavi offre numerosi vantaggi rispetto all'installazione diretta dei cavi. I motivi principali per installare i cavi all'interno delle guaine sono i seguenti:
- Protezione contro i danni meccanici che riduce il rischio di guasti elettrici e guasti ai cavi.
- Protezione da fattori ambientali quali umidità, polvere, sostanze chimiche e radiazioni solari.
- Facilità di manutenzione e sostituzione dei cavi.
- Protezione antincendio supplementare.
- Installazione elettrica migliorata.
- Gestione e organizzazione dei cavi.
- Conformità alle normative e agli standard.
- Utilizzo di conduttori unipolari invece di cavi multipolari
Come calcolare le dimensioni delle guaine
Questo articolo di riferimento tecnico fornisce agli ingegneri elettrici una guida completa al calcolo del dimensionamento delle guaine. Vengono presentati due metodi pratici per il calcolo del dimensionamento delle guaine.
Metodo di calcolo 1 - Calcolare la dimensioni minime delle guaine necessarie per un numero specifico di cavi. Questo metodo è particolarmente utile quando si pianifica un'installazione. (Equazione 1 sotto)
Metodo di calcolo 2 - Calcolare il numero massimo di cavi che possono essere installati in una guaina di dimensioni note. (Equazione 2 sotto)
Vengono inoltre discusse le ragioni dell'utilizzo delle guaine nelle installazioni elettriche e la scelta del fattore di spazio, per concludere con esempi dettagliati di calcolo delle dimensioni delle guaine. Grazie alla comprensione di questi concetti, gli ingegneri elettrici possono garantire installazioni di guaine efficienti e conformi nei loro progetti. Spieghiamo il dimensionamento delle guaine secondo gli standard AS/NZS 3000, BS 7671 e NEC.
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Fattore di spazio all'interno delle guaine
Gli standard di installazione elettrica definiscono i rapporti massimi di riempimento delle guaine per garantire sicurezza e funzionalità. La conformità a questi standard, che includono requisiti di spazio, è fondamentale.
Il fattore di spazio è il rapporto tra lo spazio occupato dai cavi e lo spazio totale all'interno della guaina. Un fattore di spazio adeguato garantisce un flusso d'aria adeguato nelle guaine, che contribuisce al raffreddamento dei cavi e previene i danni durante le operazioni di trazione dei cavi. Il fattore di spazio viene utilizzato per calcolare lo spazio libero necessario nelle guaine.
I fattori di spazio sono specificati nelle norme come segue.
Standard AS/NZS 3000
La sezione C6 (2018) dell'Appendice C della norma AS/NZS 3000 menziona i fattori di spazio da considerare, soggetti alle limitazioni di cui alla Figura 1.
- Per un cavo nella custodia, fattore di spazio = 0,5
- Per due cavi nella custodia, fattore di spazio = 0,33
- Per tre o più cavi nella custodia, fattore di spazio = 0,4
Standard NEC
La tabella 1 del capitolo 9 della norma NEC fornisce informazioni sulla percentuale di cavi da riempire nell'area interna delle guaine, come indicato nella tabella seguente.
Tabella 1: Area percentuale raccomandata del condotto che può essere utilizzata secondo il NEC
| Numero di cavi | Area percentuale del condotto che può essere utilizzata. |
|---|---|
| 1 | 53 |
| 2 | 31 |
| Oltre 2 | 40 |
La Tabella 1 del Capitolo 9 si basa su condizioni comuni di corretto cablaggio e allineamento dei conduttori. Per alcune condizioni, è necessario prendere in considerazione una guaina di dimensioni maggiori o un riempimento inferiore.
Per 3 o più conduttori, se il rapporto tra il diametro interno della canalina e il diametro esterno del conduttore o del cavo è compreso tra 2,8 e 3,2, può verificarsi una notevole probabilità di inceppamento (probabilità molto più bassa per altri rapporti).
Il numero massimo di curve consentite in un unico tratto di guaina (tra scatole, corpo della guaina o involucro) è limitato a 360°.
"Tra i punti di trazione, ad esempio, i corpi delle guaine e le scatole, non deve esserci più dell'equivalente di quattro quarti di curva (360 gradi in totale)".
Se il numero massimo di conduttori o cavi (della stessa dimensione) calcolato ha un decimale maggiore di 0,8, si può considerare il numero intero più alto. Allo stesso modo, quando si dimensiona una guaina per un singolo conduttore, se il calcolo è superiore a 0,8 decimali, non è necessario considerare una guaina di dimensioni maggiori.
Nota: nelle comunicazioni in cui le guaine sono più deboli del cavo di alimentazione, alcuni produttori raccomandano di ridurre il fattore di riempimento delle guaine del 15% per ogni curva aggiuntiva oltre le due curve.
Standard BS 7671
La guida IEE On-site BS 7671:2018 fornisce i fattori di cavo per i cavi termoplastici unipolari (PVC) per le guaine di lunghezza inferiore e superiore a 3 metri. I fattori di cavo dei cavi da posare in una guaina vengono sommati e confrontati con il fattore di guaina.
La dimensione della guaina che corrisponde al fattore di guaina maggiore o uguale alla somma dei fattori dei cavi è la dimensione minima della guaina richiesta. Ad esempio, per la posa di 4 cavi di 10 mm2 di sezione trasversale per 3 m di lunghezza, la somma dei fattori dei cavi = 4*146 (dalla Tabella 2) = 584. Dalla Tabella 3, il fattore di guaina maggiore della somma dei fattori dei cavi è 800. Pertanto, per posare 4 cavi da 10 mm2 per 3 m di lunghezza è necessaria una guaina di almeno 25 mm di diametro. La guida IEE On-site fornisce anche fattori di cavo per lunghezze di posa superiori a 3 m o per cavi che incorporano curve o insiemi, come mostrato nella tabella 4.
Tabella 2: Fattori dei cavi per l'utilizzo in guaine in brevi tratti rettilinei
| Tipo di conduttore | Area della sezione trasversale del conduttore (mm2) | Fattore cavo |
|---|---|---|
| Solido | 1 | 22 |
| 1.5 | 27 | |
| 2.5 | 39 | |
| Incagliato | 1.5 | 31 |
| 2.5 | 43 | |
| 4 | 58 | |
| 6 | 88 | |
| 10 | 146 | |
| 16 | 202 | |
| 25 | 385 |
Tabella 3: Fattori di guaina per l'utilizzo in brevi tratti rettilinei
| Diametro del condotto (mm) | Fattore di conduzione |
|---|---|
| 16 | 290 |
| 20 | 460 |
| 25 | 800 |
| 32 | 1400 |
| 38 | 1900 |
| 50 | 3500 |
| 63 | 5600 |
Tabella 4: Fattori del cavo per l'uso in lunghe tratte rettilinee superiori a 3 m o in tratte di qualsiasi lunghezza che incorporano curve
| Tipo di conduttore | Area della sezione trasversale del conduttore (mm2) | Fattore cavo |
|---|---|---|
| Solido o a trefoli | 1 | 16 |
| 1.5 | 22 | |
| 2.5 | 30 | |
| 4 | 43 | |
| 6 | 58 | |
| 10 | 105 | |
| 16 | 145 | |
| 25 | 217 |
Inoltre, i fattori dei cavi vengono sommati e confrontati con i fattori delle guaine per i tratti di cavo che incorporano curve e tratti rettilinei di lunghezza superiore a 3 m, come illustrato nella Figura 2.
Equazioni per il calcolo del dimensionamento delle guaine
Metodo 1: Determinazione delle dimensioni delle guaine necessarie per un numero specifico di cavi
Quando si conosce il numero di cavi e l'area di un singolo cavo (supponendo che tutti i cavi siano di un unico tipo), il diametro minimo del condotto può essere calcolato con la formula:
\(D=sqrt{\frac{4\times A \times n}{pi \times \ sf}}) [Equazione 1]
dove:
D è il diametro interno minimo della guaina richiesto, in mm.
n è il numero di cavi
sf è il fattore di spazio.
A = π(d/2)2 è l'area di un singolo cavo in mm2, e
d è il diametro complessivo di un singolo cavo in mm.
Per un esempio pratico di applicazione si rimanda all'esempio di calcolo 1.
Metodo 2: determinazione del numero massimo di cavi che possono essere installati in una guaina di dimensioni specifiche
Quando si conoscono le dimensioni del diametro interno della guaina e l'area del cavo da utilizzare, il numero massimo di cavi (supponendo che tutti i cavi siano di un unico tipo) può essere calcolato con la formula,
\(n=\frac{pi \times D^2 \times sf}{4 \times A}} [Equazione 2]
Per un esempio pratico di applicazione si rimanda all'esempio di calcolo 2.
Esempi di calcolo
Esempio 1 - Il numero di cavi è noto
Determinare le dimensioni della guaina necessaria per l'installazione di due cavi di rame unipolari da 70 mm2 in XLPE o elastomero (90 gradi Celsius), 0,6/1kV. Basare il fattore di spazio sui requisiti di AS/NZS 3000.
Passo 1. Calcolare l'area di un cavo
Il diametro del cavo, secondo la scheda tecnica del produttore, è di 14,7 mm.
Calcolare l'area del cavo:
\(\begin{aligned}
A=pi \times \left(\frac{d}{2}\right)^2
\\
A=pi \times \left(\frac{14.7}{2}\right)^2
end{aligned}})
Quindi l'area della sezione trasversale di un cavo = 169,71 mm2.
Fase 2. Ottenere il fattore di spazio
Dalla sezione precedente, il fattore di spazio per 2 cavi è 0,33.
Fase 3. Calcolo del diametro interno minimo della guaina
Dalla precedente equazione 1:
\(\begin{aligned}
D=\sqrt {\frac{4 \times A \times n}{pi \times sf}}
\\\
D=\sqrt {\frac{4 \times 169,71 \times 2}{\pi \times 0,33}} = 36,188 mm
\end{aligned}
\)
La guaina standard più vicina disponibile con diametro interno di 40 mm è la misura minima richiesta per l'installazione dei due cavi da 70 mm2.
Esempio 2 - Le dimensioni del condotto sono note
Determinare il numero di cavi in rame unipolari da 500 mm2 XLPE o elastomero (90 gradi Celsius), 0,6/1kV che possono essere installati in una guaina da 125 mm (ID). Basare il fattore di spazio sui requisiti di AS/NZS 3000.
Passo 1. Calcolare l'area di un cavo
Il diametro del cavo, secondo la scheda tecnica del produttore, è di 14,7 mm.
Calcolare l'area del cavo:
\(\begin{aligned}
A=pi \times \left(\frac{d}{2}\right)^2
\\
A=pi\times\left(\frac{37}{2}\right)^2
\end{aligned}
\)
Quindi l'area della sezione trasversale del cavo = 1075,21 mm2.
Fase 2. Ottenere il fattore di spazio
All'inizio è necessario indovinare il fattore di spazio. Supponiamo che all'interno della guaina siano installati più di tre cavi, quindi si utilizza un fattore di spazio di 0,4.
Fase 3. Calcolare il numero massimo di cavi utilizzando l'Equazione 2.
\(\begin{aligned}
n=\frac{\pi\times D^2 \times sf}{4 \times A}
\\\
n=\frac{\pi \times 125^2 \times 0.4}{4 \times 1075.21} = 4.5653 = 4
\end{aligned}
\)
Pertanto, il numero massimo di cavi da 500 mm2 che possono essere installati in una guaina da 125 mm è 4. Il numero di cavi calcolato deve essere arrotondato al valore intero più vicino per soddisfare i requisiti di riempimento della guaina.
Conclusioni
Questo articolo di riferimento tecnico fornisce agli ingegneri elettrici una guida completa al calcolo del dimensionamento delle guaine, facendo riferimento a standard quali AS/NZS 3000, NEC e BS 7671. Il dimensionamento accurato delle guaine è essenziale per la sicurezza, l'efficienza e la conformità delle moderne installazioni elettriche.
Un fattore di spazio adeguato nel dimensionamento delle guaine garantisce un flusso d'aria adeguato, il raffreddamento dei cavi e la prevenzione di danni durante le operazioni di trazione dei cavi. Sebbene i riempimenti massimi dettati dalle norme debbano essere rispettati, la tensione di trazione, il rapporto di inceppamento e altri fattori regolano il numero di conduttori da installare quando si considerano le lunghe tratte (tipicamente interrate) e/o le curve multiple. Tuttavia, per le tratte più brevi, questi limiti sono sufficienti. Se disponibili, le raccomandazioni del produttore del cavo regoleranno l'installazione. I rapporti di riempimento sono importanti, ma non sono completi. Un calcolo della tensione di trazione dei cavi può essere essenziale per garantire che i cavi possano essere tirati nelle guaine, soprattutto per le installazioni sotterranee.
Riferimenti
[1] Impianti elettrici "Regole di cablaggio" (AS/NZS 3000:2018), Appendice C.
[2] Codice elettrico nazionale (NEC), capitolo 9
[3] Guida in loco, BS 7671:2018, Regolamenti di cablaggio IEE
[4] TheHandbook 2012 EDITION. (2012). Nexans
