La risposta breve
In un cavo multipolare che porta un carico trifase equilibrato, le correnti nelle anime si sommano a circa zero in ogni istante, quindi i loro campi magnetici si compensano in gran parte all'armatura. In un cavo unipolare non c'è nulla che compensi il campo: l'intero campo magnetico alternato del conduttore attraversa l'armatura attorno a esso. Se quell'armatura è d'acciaio, che è magnetico, il campo induce correnti parassite e causa perdite per isteresi nei fili. L'armatura si scalda, il cavo lavora più caldo di quanto il progettista avesse assunto, e nei circuiti ad alta corrente le perdite possono essere grandi.
L'alluminio non è magnetico, quindi l'armatura a fili di alluminio (AWA) evita la perdita per isteresi e riduce molto il riscaldamento indotto. Per questo la regola generale, seguita nelle specifiche di stile IEC 60502 come in quelle di stile BS, è semplice: i cavi multipolari armati usano fili d'acciaio (SWA) o nastro d'acciaio (STA); i cavi unipolari nei circuiti in corrente alternata usano l'AWA.
Dove si usano i cavi unipolari
I cavi di energia unipolari compaiono ovunque i conduttori diventino troppo grandi per essere movimentati come un solo cavo multipolare. Casi tipici:
- Collegamenti tra trasformatore e quadro principale, dove più grandi unipolari per fase girano in parallelo.
- Feeder di generatori e grandi motori negli impianti industriali.
- Feeder di media tensione, dove i cavi unipolari da 25 a 630 mm2 secondo IEC 60502-2 sono comuni accanto ai tipi tripolari; si veda la pagina sui cavi di energia MT.
- Collegamenti di rete e sottostazioni, spesso in alluminio, trattati nella pagina sui cavi in alluminio.
In molti di questi luoghi il cavo richiede anche protezione meccanica, sia perché interrato, sia perché posato su passerelle aperte in un impianto, sia perché installato dove può essere colpito. È allora che sorge la questione dell'armatura.
Gli unipolari si scelgono per la movimentazione quanto per l'elettrotecnica. Un cavo tripolare con conduttori molto grandi diventa così pesante e rigido che non può essere tirato o piegato dentro un quadro, e la bobina che richiede può essere troppo grande da trasportare agevolmente. Suddividere ogni fase nel proprio unipolare, talvolta con due o più unipolari per fase in parallelo, tiene ogni cavo governabile. Il compromesso è che l'installatore ha ora tre o più cavi separati per circuito, ciascuno con la propria armatura, il proprio pressacavo e il proprio punto di terra, e il comportamento magnetico di ogni anima va considerato da solo. Gli acquirenti abituati a ordinare SWA multipolare tendono a portare quell'abitudine sulle righe unipolari dello stesso programma, ed è esattamente lì che compare l'errore di armatura.
AWA, SWA e unipolari non armati a confronto
| Opzione | Circuiti in corrente alternata | Circuiti in corrente continua | Note |
|---|---|---|---|
| Armatura a fili di alluminio (AWA) | Scelta standard dove serve l'armatura | Utilizzabile | Non magnetica; schema di collegamento a terra fissato dal progettista |
| Armatura a fili d'acciaio (SWA) | Da evitare: perdite magnetiche e riscaldamento | A volte usata; decisione del progettista | Il caso in corrente continua non ha campo alternato, ma verificate la specifica di progetto |
| Armatura a nastri d'acciaio (STA) | Da evitare, stesso motivo | Decisione del progettista | Comune solo sui cavi multipolari |
| Non armato con schermo metallico | Comune in media tensione | Non tipico | Schermo a nastro o fili di rame porta la corrente di guasto; protezione meccanica da tubi o piastrelle |
| Non armato, senza schermo | Comune in bassa tensione in tubi e passerelle | Comune (per esempio cavo solare in corrente continua) | Protezione meccanica dal metodo di posa |
Il cavo solare per stringhe in corrente continua come l'H1Z2Z2-K è unipolare e di norma non armato; si veda la pagina sui cavi fotovoltaici. Il problema di riscaldamento qui descritto appartiene alla corrente alternata.
Collegamento a terra e tensioni indotte
Anche con armatura in alluminio, l'armatura e lo schermo metallico di un cavo unipolare stanno nel campo magnetico del conduttore. Se l'armatura è collegata a terra a entrambe le estremità, una corrente circolante può fluire lungo di essa e tornare attraverso la terra o l'armatura dei cavi vicini, il che aggiunge perdite. Se è collegata a una sola estremità, la corrente circolante si ferma, ma una tensione permanente compare all'estremità aperta. Quale schema si usi, e se su tratti lunghi valgano metodi speciali di collegamento, lo decide l'ingegnere di progetto e influenza il calcolo della portata.
Per gli acquirenti i punti pratici sono due. Primo, le dimensioni di armatura e schermo del cavo sulla scheda tecnica sono dati di ingresso di quel calcolo, quindi la scheda tecnica definitiva dovrebbe arrivare all'ingegnere prima di confermare l'ordine. Secondo, la formazione di posa conta: gli unipolari di un circuito si posano di solito insieme in formazione a trifoglio o piatta, mai con le fasi divise tra tubi diversi, e le parti d'acciaio come le piastre dei pressacavi attorno a un unipolare richiedono la stessa cura dell'armatura. Le piastre dei pressacavi per cavi unipolari in corrente alternata sono di norma non magnetiche per lo stesso motivo.
Procurare cavo AWA
Il cavo AWA è un prodotto più ristretto della STA o della SWA multipolare. Il catalogo dello stabilimento partner alla base della nostra pagina sui cavi armati copre solo l'armatura a nastro d'acciaio, quindi le costruzioni unipolari AWA si abbinano a stabilimenti che gestiscono linee di armatura a fili di alluminio e possiedono rapporti di prova di tipo per la costruzione. Il desk verifica tre cose prima di inserire uno stabilimento nella rosa:
- Costruzione e norma: sezione e classe del conduttore, isolamento, letto di posa, diametro del filo di alluminio e guaina esterna secondo IEC 60502-1, IEC 60502-2, BS 5467, BS 6724 o la norma nazionale nominata.
- Copertura delle prove di tipo: un rapporto di prova di tipo che copra la stessa tensione, lo stesso intervallo di sezioni e lo stesso tipo di armatura.
- Registrazioni di routine: resistenza del conduttore per bobina e, dove richiesto, resistenza dell'armatura; per le anime MT, scariche parziali secondo IEC 60885-3 e la prova di tensione di routine.
I grandi unipolari sono pesanti e rigidi, quindi lunghezza e dimensione delle bobine vanno pianificate con l'installatore: quanti metri per bobina, quante bobine per fase, e se le lunghezze debbano essere abbinate per i tratti in parallelo. Le opzioni di bobina sono nella pagina su imballo e bobine.
Checklist per la richiesta
Una riga unipolare armata completa in una richiesta d'offerta dichiara: materiale e sezione del conduttore, tensione nominale, isolamento, «AWA» esplicitamente, materiale della guaina (PVC o LSZH), la norma, il tipo di circuito (corrente alternata o continua), i metri totali per sezione e le lunghezze di bobina. L'articolo SWA contro STA copre il lato multipolare della stessa decisione. MOQ e tempi di consegna per gli stabilimenti AWA abbinati si confermano per iscritto per ogni ordine; gli intervalli tipici sono nella pagina su MOQ e tempi di consegna, e l'elenco dei cavi può entrare direttamente nel modulo di richiesta.