Development of an open-source tool for mv and lv cables sizing optimization in industrial plants

This dissertation faces the topic of the power cables sizing in industrial plants, by analyzing the phenomena which define their performance and enhancing solutions for optimizing their application. Theoretical insights highlight the main key figures which drive the cables selection, such as current carrying capacity, allowed voltage drop, overload, short circuit current withstand and protection against indirect contacts. It is described how installation conditions and rated voltage of the cable circuit determine the prevailing instance to which the cable must be designed for. The existing international standards and the industrial practice has guided the development of a spreadsheet-based tool that weights the relevance of the different factors that affect the cables sizing and produce optimized results accordingly. The tool offers a broad expandability to cover a huge number of feeder types and allows an appreciable degree of customization. A suitable flowchart explains the operating method of the program, which imports cables parameters from a dedicated catalogue, combines them with the installation conditions of the circuit specified by the User and computes some useful rough quantities that are used in the final step of the sizing procedure. Loads data are acquired by the main interface of the program, that for each feeder provides the maximum length for which a cable having a certain cross-section can be utilized. A limited number of tests are carried out to verify the functioning and compare the results obtained with different settings of the tool. For a type of feeder, it is performed a simulation using data coming from a real project and the outcomes of the tool improve the optimization of the cable sizing, allowing also economic savings.

La tesi affronta il tema del dimensionamento dei cavi elettrici di potenza nell’ambito dell’impiantistica industriale, analizzando i fenomeni che concorrono a determinarne le prestazioni e proponendo soluzioni volte a ottimizzarne l’impiego. La teoria mette in evidenza le quantità chiave che governano il dimensionamento dei cavi, come ad esempio la portata, la caduta di tensione massima, il sovraccarico, le correnti di cortocircuito e la protezione contro i contatti indiretti. Viene inoltre descritto come le condizioni di posa e la tensione di alimentazione della linea determinino il vincolo predominante per il quale il cavo debba essere progettato. La normativa internazionale vigente e la filosofia di progettazione industriale hanno favorito lo sviluppo di uno strumento informatico basato su fogli di calcolo che misura accuratamente per ogni situazione la rilevanza dei fattori che influiscono sul dimensionamento dei cavi e fornisce dei risultati ottimizzati. Il programma offre un largo intervallo di espandibilità per coprire un grande numero di tipologie di linee di alimentazione e consente un buon grado di personalizzazione. Uno schema di flusso illustra il metodo di funzionamento, che inizia con l’acquisizione dei parametri dei cavi, li combina con le condizioni di posa impostate dall’Utente e ricava delle quantità grezze che saranno utilizzate nello stadio finale del dimensionamento. I dati relativi ai carichi vengono importati all’interno dell’interfaccia principale, che successivamente calcola per ognuno di essi la massima lunghezza per cui un cavo avente una determinata sezione può essere utilizzato. Viene eseguito un numero limitato di prove per verificare il corretto funzionamento del programma e per confrontare i risultati ottenuti variando le impostazioni. Per una tipologia di linea viene effettuato un test utilizzando dati provenienti da un progetto esistente e il nuovo strumento di calcolo fornisce soluzioni ottimizzate rispetto a quanto ottenuto con metodi classici, ottenendo anche potenziali benefici economici.