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1
1. Conducibilità
2. Materiali conduttori nell’industria elettrica
3. Parametri caratteristici di un conduttore
4. Effetto pellicolare
ConduttoriConduttori
Bozza – 7 Marzo 04
Costruzioni elettromeccanichea.a. 2003 - 2004
2
Il parametro che caratterizza un materiale nei confronti dei fenomeni di trasporto della corrente elettrica è la
conducibilità elettrica [S/m]
o il suo inversom][
1
resistività elettrica
1 - Conducibilità e resistività elettrica1 - Conducibilità e resistività elettrica
Nella pratica ingegneristica si usano spesso anche altre unità di misura :
[] = mm2/m
[] = m/mm2
3
Conducibilità a temperatura ambiente di alcuni materiali
(S/m)
Ag, Cu
Mn
Ge
Si
GaAs
Vetri
Nylon
MicaPorcellane
Poliesteri
NaClQuarzo
PTFE
conduttori
semiconduttori
isolanti
La conducibilità elettrica è, fra i parametri che caratterizzano un materiale, quello che presenta la maggior variazione (26 ordini di grandezza passando dagli isolanti ai buoni conduttori)
4
La conducibilità , o la resistività , di un materiale dipende da numerosi parametri, quali: temperatura sollecitazione dielettrica sollecitazioni meccaniche composizioni chimica (presenza di impurezze, prodotti di ossidazione)
Nei materiali conduttori utilizzati in elettrotecnica viene presa in considerazione solo la dipendenza di , o, dalla temperatura.
Questa dipendenza risulta pressoché lineare in un ampio intervallo di temperatura
La conducibilità , o la resistività , di un materiale dipende da numerosi parametri, quali: temperatura sollecitazione dielettrica sollecitazioni meccaniche composizioni chimica (presenza di impurezze, prodotti di ossidazione)
Nei materiali conduttori utilizzati in elettrotecnica viene presa in considerazione solo la dipendenza di , o, dalla temperatura.
Questa dipendenza risulta pressoché lineare in un ampio intervallo di temperatura
1212
: coefficiente di temperatura
1
2
1 2 (°C)
5
In una approssimazione più precisa possiamo tener conto della non linearità della
funzione = f(T); una buona interpolazione dei dati si ottiene considerando il coefficiente di temperatura come funzione della temperatura e ponendo
: coefficiente di temperatura a 0 °C ( = 0 per = 0°C)
1212 )(
6
Caratteristiche di alcuni materiali conduttori
Materiale Resistività
a 20°C
(mm2/m)
Coeff. di temperatura 0
(×10-3)
Peso specifico
(kg/dm3)
Rame elettrolitico ricotto crudo
0,01724 0,01786
3,93 3,91
8,9 8,9
Alluminio elettrolitico ricotto crudo
0,02825 0,02898
4,0 4,0
2,6 2,6
Argento (puro al 99,98%) 0,0164 3,8 10,5
Oro 0,100 4,0 21,4
Piombo 0,210 4,0 11,4
Zinco 0,060 3,7 7,1
Ferro 0,100 4,5 7,8
Nichelcromo (Ni 80% + Cr 20%) 1,00 0,15 8,4
Materiali per spazzole: impasto di carbone elettrografite metalgrafite
35÷45 14÷75
0,25÷2
1,5÷1,6 1,45÷1,6
2,7÷5
7
Proprietà determinanti nella scelta di un conduttore
resistività elettrica e sua dipendenza dalla temperatura
proprietà meccaniche:resistenza alla trazione, modulo di elasticità, allungamento (parametri importanti nelle linee aerere), resistenza alla torsione e la piegamento (importante per i conduttori cordati), durezza, resilienza ecc.
proprietà tecnologiche (lavorabilità):malleabilità, duttilità (importante per ottenere fili sottili alla trafila), aldabilità
proprietà termiche:conducibilità termica (sempre elevata nei metalli), coefficiente di dilatazione termica (importante nelle linee aerere e negli avvolgimenti), temperatura di fusione
Proprietà determinanti nella scelta di un conduttore
resistività elettrica e sua dipendenza dalla temperatura
proprietà meccaniche:resistenza alla trazione, modulo di elasticità, allungamento (parametri importanti nelle linee aerere), resistenza alla torsione e la piegamento (importante per i conduttori cordati), durezza, resilienza ecc.
proprietà tecnologiche (lavorabilità):malleabilità, duttilità (importante per ottenere fili sottili alla trafila), aldabilità
proprietà termiche:conducibilità termica (sempre elevata nei metalli), coefficiente di dilatazione termica (importante nelle linee aerere e negli avvolgimenti), temperatura di fusione
i materiali conduttori impiegati nell’industria elettrica sono quasi esclusivamente il rame e l’alluminio
i materiali conduttori impiegati nell’industria elettrica sono quasi esclusivamente il rame e l’alluminio
2 – Materiali conduttori nell’industria elettrica2 – Materiali conduttori nell’industria elettrica
8
Il rame costituisce il materiale largamente più usato come conduttore elettrico; ciò è dovuto alle sue ottime caratteristiche, fra cui:
elevata conducibilità elettrica, seconda soltanto a quella dell’argento
ottime proprietà tecnologiche, ed in particolare: elevata trafilabilità anche in fili molto sottili, facilità di laminazione a caldo e a freddo, saldabilità ecc.
elevate caratteristiche meccaniche che si mantengono anche alle basse temperature
resistenza all’ossidazione a contatto con l’atmosfera, nel senso che l’ossidazione progredisce in profondità solo se l’ossido formato in superficie viene asportato (il rame è attaccato chimicamente dallo zolfo, per cui nei cavi isolati in gomma occorre usare rame stagnato)
facilità di riutilizzare i rottami
Il rame costituisce il materiale largamente più usato come conduttore elettrico; ciò è dovuto alle sue ottime caratteristiche, fra cui:
elevata conducibilità elettrica, seconda soltanto a quella dell’argento
ottime proprietà tecnologiche, ed in particolare: elevata trafilabilità anche in fili molto sottili, facilità di laminazione a caldo e a freddo, saldabilità ecc.
elevate caratteristiche meccaniche che si mantengono anche alle basse temperature
resistenza all’ossidazione a contatto con l’atmosfera, nel senso che l’ossidazione progredisce in profondità solo se l’ossido formato in superficie viene asportato (il rame è attaccato chimicamente dallo zolfo, per cui nei cavi isolati in gomma occorre usare rame stagnato)
facilità di riutilizzare i rottami
Il rame
9
L’alluminio è, allo stato attuale, l’unica seria alternativa al rame come conduttore elettrico nelle applicazioni industriali.I sui vantaggi fondamentali sono la leggerezza ed il costo considerevolmente inferiore a quello del rame (l’alluminio è il metallo più diffuso sulla crosta terrestre). Caratteristiche peculiari dell’alluminio sono:
resistività maggiore di quella del rame: a parità di resistenza elettrica la sezione di un conduttore di alluminio è del 65% superiore a quella di un conduttore in rame caratteristiche meccaniche considerevolmente inferiori a quelle del rame temperatura di fusione piuttosto bassa (658 °C) e difficoltà di saldatura (dovute all’alta temperatura di fusione dell’ossido, di oltre i 2000 °C) a parte le difficoltà di saldatura, ha ottime proprietà tecnologiche; in particolare è ottimo per l’ottenimento di forme per fusione o pressofusione è un metallo molto malleabile, e come tale può essere facilmente sottoposto a tutte le lavorazioni plastiche, sia a caldo che a freddo; tuttavia qualche difficoltà si ha nella trafilatura, per cui non è molto adatto per la realizzazione di fili sottili ottenuti con questo metodo a contatto con l’atmosfera si ricopre di uno strato di ossido isolante (allumina) - il che può essere un vantaggio - che però tende ad incrinarsi
L’alluminio è, allo stato attuale, l’unica seria alternativa al rame come conduttore elettrico nelle applicazioni industriali.I sui vantaggi fondamentali sono la leggerezza ed il costo considerevolmente inferiore a quello del rame (l’alluminio è il metallo più diffuso sulla crosta terrestre). Caratteristiche peculiari dell’alluminio sono:
resistività maggiore di quella del rame: a parità di resistenza elettrica la sezione di un conduttore di alluminio è del 65% superiore a quella di un conduttore in rame caratteristiche meccaniche considerevolmente inferiori a quelle del rame temperatura di fusione piuttosto bassa (658 °C) e difficoltà di saldatura (dovute all’alta temperatura di fusione dell’ossido, di oltre i 2000 °C) a parte le difficoltà di saldatura, ha ottime proprietà tecnologiche; in particolare è ottimo per l’ottenimento di forme per fusione o pressofusione è un metallo molto malleabile, e come tale può essere facilmente sottoposto a tutte le lavorazioni plastiche, sia a caldo che a freddo; tuttavia qualche difficoltà si ha nella trafilatura, per cui non è molto adatto per la realizzazione di fili sottili ottenuti con questo metodo a contatto con l’atmosfera si ricopre di uno strato di ossido isolante (allumina) - il che può essere un vantaggio - che però tende ad incrinarsi
Alluminio
10
La scala IACS è una scala internazionale di conducibilità che attribuisce il valore 100 % alla conducibilità a 20 °C del campione internazionale del rame ricotto
( = 58,00 m/mm2)
Propietà fisiche del rame e dell’alluminio
rame alluminio
Temperatura di fusione (°C) 1083 658
Peso specifico (kg/dm3) 8,89 2,7
Resistenza a trazione (N/mm2) 150÷200 70÷90
Modulo di elasticità (kg/mm2) 12.000 6.500
Calore specifico (J/kgK) 903 385
Conduttività termica (W/mK) 392 ~210
Coeff.di dilatazione termica (m/mK)·10-6 17,3 23,6
Durezza (HBN) 45 18÷25
Conducibiltà (m/mm2) 58(100% IACS)
35,21(62% IACS)
Resisitività (mm2/m) 0,017421 0.0284
11
Ottoni (Cu-Zn 10 ÷35 %) – largamente usati per la loro grande lavorabiltà.
Bronzi fosforosi (Cu-Sn 2 ÷ 10 %) – buone proprietà meccaniche e discreta conducibilità elettrica (circa 15 % IACS).
Leghe Rame-Berillio – ottime proprietà meccaniche (carico di rottura 105 ÷155 kg/mm2 ) e buona conducibilità elettrica (23 ÷26 % IACS); usato per contatti, molle e parti sollecitate a fatica.
Leghe di rame più utilizzate
Aldrey (Al 98,5-99 % con piccole aggiunte di Si e Mg) – ha una conducibilità elettrica leggermente inferiore (circa 15 %) a quella dell’Al puro, ma una resistenza meccanica molto superiore (carico di rottura 30 ÷ 35 kg/mm2) ed una superiore resistenza alla corrosione – Utilizzato soprattutto come conduttore nelle linee aeree
Anticorodal (Al-Si1%-Mg06%-Mn0,3%) – particolare resistenza alla corrosione – utilizzato per accessori e connessioni di linea
Leghe di alluminio più utilizzate
Leghe del rame e dell’alluminio
12
conduttori in cavi elettrici
schermi nei cavi elettrici in media e alta tensione
avvolgimenti di rotore nelle macchine rotanti
avvolgimenti di trasformatori
conduttori per linee aeree
cavi elettrici in bassa, media ed alta tensione per la trasmissione sia di piccole e di grandi potenze
avvolgimenti delle macchine rotanti
avvolgimenti dei trasformatori
contatti con sollecitazioni meccaniche (molle, parti in movimento, collettori)
RAME E SUE LEGHERAME E SUE LEGHE ALLUMINIO E SUE LEGHEALLUMINIO E SUE LEGHE
Utilizzi nell’industria
13
fase
neutro
terra
cavo bipolare + terra (2P+T)
Cavi in rame per bassa tensione
I colori delle guaine sono stabiliti dalle Norme – La suddivisione del conduttore in conduttori elementari di piccolo spessore serve ad aumentare la flessibilità del cavo
14
Conduttori in rame per cavi in media tensione
unipolare
tripolare + neutro
tripolare
15
cavo in XLPE – 75 kV cavo in carta-olio – 185 kV
Conduttori in rame in cavi tripolari per alta tensione
16
cava
barra di rame
isolamento
Conduttori in rame nelle macchine rotanti
17
hc h
bc
b
isolamento
bietta
cava
bietta
conduttore isolato
sezione cava: Sc = hc·bc
sezione conduttore: S = h·bfattore di utilizzazione della cava: c = S/Sc
Conduttore in cava
18
d
Conduttori in matassa
isolamento verso massa
Conduttori in matassa
numero di conduttori nella matassa: N
sezione utile di un conduttore:
sezione utile totale : St =S·N
sezione della cava: Sc
2)2(dS fattore di utilizzazione della cava c = St/Sc
19
N conduttoriconduttore i-esimo
corrente Ii
L
L
IA tdensità lineare di corrente:
Densità lineare di corrente A [Afili/m]
in una macchina rotante la lunghezza L è la
circonferenza al traferro
20
Preparazione di conduttori in nastro di rame per l’avvolgimento di un trasformatore
21
conduttore in Aldrey
Conduttori in alluminio per linee aeree
conduttori in alluminio con anima in acciaio
Aldreyalluminio
corda in acciaio
refoli in acciaio
conduttore in alluminio-acciaio
22
conduttore
isolamento (XLPE)
schermo
Conduttore in alluminio in una cavo per la trasmissione di grande potenze in alta tensione – 145 kV
23
Rotore il alluminio pressofuso di un motore asincrono di piccola potenza
24
avvolgimento di bassa tensione
avvolgimento di alta tensione
isolamento in resina
Avvolgimenti in alluminio di un trasformatore per media tensione
24000/400 V - 800 kVA
25
conduttori
isolamento
conduttori
isolamento in resina
bassa tensione alta tensione
Avvolgimenti in alluminio di un trasformatore di media tensione
26
a – resistenza
b – perdite specifiche
c – portata
3 – Parametri caratteristici di un conduttore3 – Parametri caratteristici di un conduttore
bp
hp l
pp
pp
bh
IJ
bh
lR
d l
2
2
)2(
)2(
d
IJ
d
lR
parametri geometrici tipici
ppbhS 22dS
27
2212 1 RRR
Resistenza
dipende dalla temperatura
1212
f(g) dipende dalla temperatura tramite la dilatazione termica
: coefficiente di temperatura per la resistività
d: coefficiente di temperatura relativo alla dilatazione termica
In genere è >> d e quindi R
28
101 1 RRR 202 1 RRR
facendo riferimento alla resistenza R0 alla temperatura 0 = 0°C
29
I coefficienti sono indicati direttamente dalle Norme, che prevedono anche come temperatura di riferimento per i calcoli delle resistenze nelle macchine elettriche = 75 °C
Si ha un aumento della resistenza di circa 0,4% ogni °C di aumento della temperatura
004282,054,233
10 CR
1
212 5,233
5,233
RR
rame
004347,0230
10 CR
1
212 230
230
RR
alluminio
30
S
l
I peso [kg] :
lSvolS
IJ
S
lR
volG
densità: [kg/m3]
2JG
PPsp
Perdite specifiche Psp [W/kg]
(perdite per unità di peso del materiale)
31
42,013
4,2
cu
al
J
Ja parità di perdite specifiche si ha
13 J2 13alluminio
2,4 J2 2,4rame
Psp /
Perdite specifiche nel rame e nell’alluminio
32
per portata di un conduttore s’intende la massima corrente elettrica che può attraversarlo in regime permanente
questa massima corrente è determinata quasi esclusivamente da problemi termici, nel senso che bisogna verificare che la temperatura raggiunta dal conduttore sia compatibile con altri materiali con cui può venire in contatto, (isolanti, supporti ecc.), che non danneggi il conduttore stesso (una temperatura troppo elevata può deteriorare il materiale, accelerare processi di ossidazione ecc.), o dia luogo a perdite troppo elevate (aumento delle resistenza con la temperatura)
la temperatura raggiunta dal conduttore è determinata dai processi con cui il calore generato nel conduttore (determinato dall’effetto Joule) viene trasferito all’ambiente.
In definitiva determinare la portata di un conduttore significa risolvere un problema di trasmissione del calore
Portata [A]
33
calore prodotto (per unità di tempo) nel conduttore 2IRPp
rete elettrica equivalente
Portata di in un conduttore rivestito di isolamento
Tc
Taconduzione termica attraverso l’isolante
convezione e irraggiamento verso l’ambiente Ts
Tc TaPp
condci
temperatura del conduttore
temperatura ambiente
resistenza termica di conduzione
resistenza termica di convezione e irraggiamento
temperatura dello schermo
Ts
34
Tc TaPp
condci
acicondc TIRT 2
r1
r2
12ln
21
rrccond
cond
221
rkcici
ci
il calcolo viene effettuato per unità di lunghezza del conduttore (l = 1):
1
SS
lR
35
La temperatura del conduttore Tc dipende inoltre da tutti quei fattori che possono influenzare lo scambio termico verso l’ambiente, quali le condizioni di posa del conduttore stesso (in canaletta, in condotto, in tubo incassato, un solo conduttore per tubo, più conduttori per tubo, ecc…)
Per temperatura ambiente s’intende la temperatura media giornaliera; essa è convenzionalmente fissata dalle norme (per le nostre regioni) in a = 30 °C
La temperatura Tc del conduttore dipende quindi da:
quadrato della corrente I
resistenza del conduttore (, r1)
resistenza termica cond di conduzione dell’isolamento (c, r2, r1)
resistenza termica di convezione e irraggiamento ci verso l’ambiente (superficie dello schermo S = 2r2, natura di questa superficie, tipo di ventilazione, ecc…
temperatura ambiente Ta
36
10
100
1000
10000
100000
1000000
6 0 1 0 0 1 4 0 1 8 0 2 2 0 2 6 0 3 0 0
tv
tp
(h)
Tmax
T (°C)
Curva di vita termica del materiale isolante
La massima corrente ammissibile in regime permanente (portata) è definita dalla corrente I che, con quelle date condizioni di scambio termico, assicura una temperatura del conduttore
Tc Tmax
Dove Tmax è la massima temperatura di servizio determinata sulla curva di vita termica del materiale isolante in corrispondenza del tempo di vita di progetto tp (dell’ordine di 10 20 anni)
La massima corrente ammissibile in regime permanente (portata) è definita dalla corrente I che, con quelle date condizioni di scambio termico, assicura una temperatura del conduttore
Tc Tmax
Dove Tmax è la massima temperatura di servizio determinata sulla curva di vita termica del materiale isolante in corrispondenza del tempo di vita di progetto tp (dell’ordine di 10 20 anni)
37
415369240
353314185
309275150
269239120
23220795
19217170
15113450
1251119735
101897525
76685916
57504410
4136326
3228254
2421192,5
17,515,5141,5
13,51210,51
N =1N =2N =3S (mm2)
Portata in regime permanente [A] di cavi unipolari isolati in PVC o gomma
posati in tubo
N conduttori
N : numero di conduttori effettivamente percorsi da corrente
38
ttp
Tmax
T
Si deve tener presente che:
La massima temperatura di servizio Tmax è quella che, applicata permanentemente al materiale per tutta la durata della vita operativa, determina un tempo di vita pari a quello di progetto tp.
Questa definizione implica un ciclo termico come il seguente in cui la temperatura, e quindi il carico, è costante per tutta la durata della vita operativa:
39
Durante la sua vita operativa un conduttore è in genere sottoposto a carichi variabili nel tempo in relazione a passaggio da vuoto a carico diverse condizioni operative sovraccariche di breve durata dovuti a guasti od anomalie
Questa variazione del carico dà luogo ad una temperatura del conduttore non costante nel tempo, e in alcuni casi si ha T > Tmax ; questo determina una durata di vita effettiva minore di quella di progetto: teff < tp
11
vi
in
i t
t
l’andamento della temperatura può essere schematizzato in n cicli termici della durata ti e temperatura Ti , mentre l’effettivo valore della vita operativa può essere calcolato con l’equazione di Miner
ttp
T
Tmax
ti
teff
Ti
i-esimo ciclo
Le norme prescrivono di limitare la riduzione del tempo di vita al 10% : teff = 0,9 tp .
Questo può essere ottenuto installando adeguati sistemi di protezione per i sovraccarichi (interruttori o relè magnetotermici)
40
Tc
Ta
convezione e irraggiamento verso l’ambiente
Tc TaPp
ci
temperatura del conduttore
temperatura ambiente
resistenza termica di convezione e irraggiamento
rete elettrica equivalente
Portata di un conduttore in aria libera
41
La temperatura Tc del conduttore dipende quindi da:
quadrato della corrente I
resistenza del conduttore (, r1)
resistenza termica di convezione e irraggiamento ci verso l’ambiente (superficie del conduttore Sc = 2r1, natura di questa superficie, tipo di ventilazione, ecc… )
temperatura ambiente Ta
La temperatura massima ammissibile (Tc < Tmax) viene determinata in modo che non danneggi il conduttore e il suo sistema di posa (dilatazione termica, variazione delle proprietà meccaniche, velocità dei processi di ossidazione ecc.) e non determini anomali aumenti della sua resistenza elettrica.
r1
121
rkcici
ci
1
SS
lR
il calcolo viene effettuato per unità di lunghezza del conduttore (l = 1)
42
per un dato materiale ( = cost.)
a parità di efficienza del processo di trasmissione del calore (kci = cost.)
a parità di densità di corrente (J = cost.)
T
Ta
r1
Tc
Lasciando inalterata la densità di corrente, è inutile aumentare le dimensioni di un conduttore per ridurne la temperatura
si noti che:
43
Portata e densità di corrente ammissibile per un cavo in rame con posa in aria libera
00
S (mm2)
I (A)
150
100
50
10 20 30
portataJ
(A/mm2)
0 50
5
S (mm2)
20
15
10
10 15 20 25
densità di corrente
5,714225
6,710716
88010
9,7586
11,4454
13,2332,5
16241,5
J (A/mm2)I (A)S (mm2)
44
Per effetto pelle s’intende la distribuzione non uniforme (maggiore alla periferia e minore al centro) della corrente che si verifica in un conduttore quando è percorso da una corrente alternata.
Senza affrontare la spiegazione fisica del fenomeno, considereremo solo le sue conseguenze sul dimensionamento dei conduttori; esse consistono in:
aumento della resistenza in corrente alternata Rca rispetto alla resistenza misurata in continua Rcc o calcolata in base ai parametri del conduttore (, l, S)
aumento delle perdite in corrente alternata
4 – Effetto pellicolare (effetto pelle . Skin effect)4 – Effetto pellicolare (effetto pelle . Skin effect)
45
S/22R
S/22R
I /3 (2/3)I
22
3
22
32
IR
IRPp
22
9
10
9
8
9
2IRIRPp
distribuzione non uniforme
222
22
22 IR
IR
IRPp
S/22R
S/22R
I /2 I /2
distribuzione uniforme
Aumento delle perdite per una distribuzione di corrente non uniforme
(esempio semplificato)
I
l
SS
lR
46
L’effetto pelle dipende da:
frequenza: aumenta al crescere di f
resistività: diminuisce al crescere di
permeabilità del conduttore: aumenta al crescere di
Per caratterizzare queste influenze, si definisce un coefficiente a, detto penetrazione, dato da
Penetrazione
2
a
dimensioni della penetrazione
47
Dato un conduttore a sezione circolare di raggio R, la resistenza in corrente alternata Rca è data da
R
4
48
11
a
RRR ccca
formula approssimata, valida per a / R > 1, adatta al calcolo delle resistenze per frequenza non troppo elevate.
Rcc è la resistenza in continua, misurata in continua o dedotta dal calcolo
Resistenza in corrente alternata
48
Penetrazione in un conduttore in rame
(mm) 66
facu
400 800 12000
2
4
6
8
10
12
14
16
50 Hz
9,3
f (Hz)
acu
acu (mm)f
0,0661 MHz
0,21100 kHz
2,11 kHz
9,350 Hz
49
R (mm)
0 2 4 6 8 10 120.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
Rca /Rcc
50 Hz
250 Hz
1 kHz R
Rapporto Rca / Rcc in un conduttore di rame
50
R = 4,5 mm
100 kHz :
a = 0,21 mm
1 kHz
a = 2,1 mm
50 Hz
a = 9,3 mm
344
50 103,115,048
11
9
5,4
48
11
cccccc RRRR
%1R
%43R
34
4
50 10211142,2148
11
21,0
5,4
48
11
cccccc RRRR 5102 ccca RR
43,0114,248
11
1,2
5,4
48
11 4
4
50
cccccc RRRR
f = 50 Hz
R = 25 mm
R = 4,5 mm %1R
%224R
43,0114,248
11
1,2
5,4
48
11 4
4
50
cccccc RRRR
cccccccc RRRRR
24,224,1177.2
48
11
9
25
48
11 4
4
50
Conduttore in rame a sezione circolare: esempi di calcolo
51
Dagli esempi e dai grafici precedenti si conclude che, alla frequenza di 50 Hz:
le conseguenze dell’effetto pellicolare nei conduttori di piccola sezione sono molto piccole e possono essere in genere trascurate.
sono invece importanti per i conduttori di sezione maggiore, quali quelli utilizzati in grosse macchine elettriche o in cavi per il trasporto di grandi potenze.
Per ridurre le conseguenze dell’effetto pellicolare in conduttori di grosso spessore, conviene suddivere il conduttore stesso in tanti conduttori (ovviamente tutti in parallelo) di piccola sezione isolati fra di loro.
Bisogna comunque tener presente che l’effetto pelle assume importanza fondamentale in alta frequenza.
Conseguenze dell’effetto pelle sul dimensionamento dei conduttori
52
isolamento
bietta
hp
bp
isolamento
Suddivisione di un conduttore in cava
53
guaina isolante
schermo conduttore equipotenziale
guaina protettiva
isolamento di piccolo spessore
D
la suddivisione del conduttore in conduttori elementari di piccolo diametro viene fatta anche per aumentare la flessibilità del cavo
la suddivisione del conduttore in conduttori elementari di piccolo diametro viene fatta anche per aumentare la flessibilità del cavo
Suddivisione del conduttore di un cavo elettrico
54
Suddivisione del conduttore in cavi per la trasmissione di grandi potenze
cavo sottomarino in carta-olio, 420 kV – S = 800 mm2
conduttore
isolamento in carta
condotto per l’olio
La suddivisione del conduttore viene anche fatta per garantire una adeguata flessibilità del cavo (indispensabile per la posa del cavo stesso)
cavo in carta-olio (Pirelli) 400 kV
isolamento in carta
conduttore
condotto per l’olio