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Potreste aver notato che i cavi di trasmissione elettrica appesi ai pali elettrici sono allentati. Vi sarete probabilmente chiesti: perché i cavi non sono fissati saldamente ai pali?
Scopriamo insieme il motivo per cui i cavi elettrici sono allentati sui pali elettrici e perché è necessario un certo grado di caduta (sag) nelle linee di distribuzione e di trasmissione. Ma prima di addentrarci nell’argomento, diamo un’occhiata ad alcuni suggerimenti importanti che ci aiuteranno a comprenderlo meglio.
Trasmissione di potenza
Potenza è la velocità con cui viene compiuto un lavoro. Il lavoro viene compiuto quando l'energia elettrica copre una distanza. Da ciò possiamo dedurre che la potenza è la quantità di energia erogata per unità di tempo. L'elettricità può essere trasportata su lunghe distanze tramite linee elettriche, che fungono da mezzo per il suo trasporto.
La potenza attiva è generalmente misurata in watt. Durante la trasmissione di potenza, si preferisce la trasmissione ad alta tensione per risparmiare energia. La corrente elettrica genera calore, il che può risultare dannoso poiché provoca l'usura e il guasto delle linee elettriche. Per conservare la potenza trasmessa, la corrente elettrica — che genera calore e contribuisce all'usura delle linee — deve essere trasportata in quantità ridotte, mentre la tensione deve essere trasportata in quantità maggiori. Questo approccio è noto come trasmissione di potenza ad alta tensione.
Conduzione e collegamento
Durante la trasmissione di energia elettrica, una parte della potenza elettrica viene dissipata nell’ambiente circostante poiché le linee di trasmissione non sono isolate. Secondo la legge di Ohm, la resistenza (R) varia direttamente con la lunghezza del conduttore (L): ciò significa che all’aumentare della lunghezza del conduttore, aumenta anche la sua resistenza. L’aria non è un buon conduttore, quindi non riesce a dissipare in modo efficiente il calore generato dalle linee elettriche.
Per questo motivo le linee elettriche sono progettate con diametri maggiori, il che riduce la loro resistenza al passaggio della corrente elettrica. La resistenza (R) varia inversamente rispetto alla sezione del conduttore: pertanto, maggiore è il diametro del conduttore, minore è la resistenza, e viceversa.
Cavi e fili elettrici
I cavi e i fili elettrici sono conduttori, per lo più costituiti da fili di rame, attraverso i quali viene trasmessa l'energia elettrica. Tuttavia, questi fili non sono composti esclusivamente da rame. Per conferire determinate proprietà meccaniche, i conduttori vengono legati con un altro elemento. La conducibilità del conduttore non risulta influenzata dall'aggiunta di questo altro elemento. Al contrario, tale elemento migliora le proprietà meccaniche del rame senza comprometterne la conducibilità.
Legge di Joule sul riscaldamento elettrico
Non esiste alcun metallo purissimo. Il grado di purezza di qualsiasi metallo non è mai del 100% e, di conseguenza, tutti i metalli presentano una resistenza interna. L'energia dissipata o il calore generato quando una corrente elettrica attraversa un conduttore viene calcolato applicando la legge di Joule sul riscaldamento elettrico come segue:
- P = VI·t
- P = I 2R·t.
Altre forme della legge di Joule
- P = I²·R·t
- P = VI·t … (R = V/I)
- P = W·t … (P = W = VI)
- P = V²t/R …. (I = V/R) utilizzando la legge di Ohm
Come si può osservare dall’equazione riportata sopra, il calore (P) generato dagli elettroni in movimento è proporzionale a R, t e I². Quando una corrente elettrica scorre attraverso un conduttore, essa dissipa energia elettrica nell’ambiente circostante sotto forma di calore, superando la resistenza che agisce come barriera al moto degli elettroni.
Effetto del clima e della temperatura sulle linee elettriche
La resistenza di un conduttore aumenta all’aumentare della temperatura. Ciò avviene perché, quando la temperatura del conduttore sale, gli elettroni al suo interno acquisiscono maggiore energia e si muovono in modo più casuale, causando collisioni con altri atomi, che portano infine alla generazione di calore.
Il calore eccessivo prodotto dal conduttore può potenzialmente provocarne la fusione. In condizioni di caldo intenso, i cavi tendono a allentarsi a causa dell’espansione del conduttore, mentre in condizioni di freddo i cavi si contraggono.
Tensione nelle linee
La tensione è una forza che agisce su una fune quando questa è sottoposta all'azione di due forze in direzioni opposte. Pertanto, un cavo appeso a un palo è soggetto a tensione e ne subirebbe una maggiore se venisse teso ulteriormente, il che potrebbe causare il facile taglio del cavo in caso di leggera contrazione o espansione.
Perché è necessario prevedere il "sag" nelle linee di distribuzione e di trasmissione?
Il "sag" nelle linee di trasmissione indica l’abbassamento verso il basso o la curvatura dei cavi tra le strutture di supporto (pali o torri), dovuta all’azione della forza di gravità. Esso si verifica come conseguenza naturale del peso del cavo e della tensione cui è sottoposto.
Durante la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica su lunghe distanze, si ha dissipazione di calore. Il calore generato dal conduttore viene ridotto al minimo mediante la trasmissione ad alta tensione. Le condizioni meteorologiche e la temperatura interna del cavo rendono necessario lasciare le linee elettriche leggermente allentate.
Se i cavi elettrici venissero tesi eccessivamente e la temperatura scendesse, ciò potrebbe causare la contrazione dei cavi di trasmissione, generando ulteriore tensione e, di conseguenza, possibili danni. Pertanto, i cavi vengono lasciati intenzionalmente allentati in modo che, anche in caso di contrazione, non si sviluppi una tensione eccessiva in grado di provocare danni ai cavi e ai conduttori.
Il cedimento (sag) è obbligatorio nei conduttori delle linee di trasmissione per prevenire il surriscaldamento e ridurre la tensione. Esso garantisce sicurezza, affidabilità e durata del sistema elettrico di trasmissione, svolgendo un ruolo fondamentale nel mantenimento del corretto funzionamento del sistema e nella prevenzione di incidenti e danni.