ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA

Il rame è il migliore conduttore di elettricità dopo l'argento, ma ovviamente è di gran lunga il miglior compromesso tra le caratteristiche tecnologiche e i costi da sostenere.
Inoltre, il rame è apprezzato anche per la sua duttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione. E' quindi possibile ottenere fili molto sottili, compatibili con tutti i moderni materiali isolanti, per esempio gli smalti, utilizzati negli avvolgimenti. Inoltre è sufficientemente forte e flessibile da sopportare avvolgimenti molto stretti senza rompersi.
Non deve stupire allora che il 50% di tutto il rame venga impiegato nella produzione, nel trasporto ed utilizzo dell'energia elettrica. Le applicazioni sono delle più varie: cavi e cavetterie, macchine statiche e dinamiche (trasformatori, alternatori, motori sincroni e asincroni), linee elettrificate ferroviarie, impianti di terra, componentistica elettrica ed elettronica.
Il rame e le sue leghe sono utilizzati anche nelle schede dei circuiti stampati e nei connettori per elettronica: è sempre più richiesto nel campo dell'informatica per la produzione di microchips, poiché permette di aumentare la potenza consentendo un ulteriore miniaturizzazione. I dissipatori di calore in rame consentono il raffreddamento dei microprocessori ad alta frequenza e dei dispositivi logici.

Motori elettrici
Secondo uno studio della Commissione Europea, nell'Unione Europea i motori elettrici consumano il 65% dell'energia elettrica utilizzata nell'industria; è stato calcolato che se al posto di motori elettrici 'tradizionali' si adottassero quelli ad alta efficienza (gli HEM: High Efficiency Motor) si conseguirebbe un risparmio di ben 27 miliardi di TWh all'anno (1TWh= 1 miliardo di kWh); se poi consideriamo l'intero insieme, comprendente anche i variatori di velocità, le pompe, i compressori e i ventilatori, il risparmio salirebbe a 202 TWh, con i relativi benefici dal punto di vista economico, ambientale e sociale.
Infatti 202 TWh/anno risparmiati significano una mancata emissione di 88 milioni di tonnellate di CO2 in atmosfera; quindi si otterrebbe anche una grande riduzione di emissioni di gas responsabili dell'effetto serra, come richiesto dal protocollo di Kyoto: per l'Italia ci sarebbero 14 milioni di t di CO2 in meno (pari al raggiungimento del 26% dei parametri fissati da Kyoto!), senza considerare anche la minore dipendenza dai combustibili fossili.
Le perdite energetiche in un motore elettrico sono di diversa natura:
- perdite meccaniche per attrito (cuscinetti e spazzole) e per ventilazione;
- perdite per effetto Joule negli avvolgimenti;
- perdite nel ferro a vuoto, costituite da perdite per isteresi consistenti nell'energia dispersa nei cambi di direzione del flusso e perdite per correnti parassite, indotte dai cambiamenti di flusso.
Negli HEM queste perdite sono state ridotte attraverso la scelta oculata dei materiali, del design e dell'assemblaggio degli elementi; tra le cose da sottolineare, la sezione maggiorata dei conduttori nello statore e nel rotore per diminuire le perdite per effetto Joule, la scelta del numero e della geometria delle cave e il nucleo realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le perdite a vuoto.
Molto importante è il ruolo del rame negli avvolgimenti: grazie alla sua altissima conduttività elettrica minimizza le perdite di energia e i surriscaldamenti; quindi, grazie alle temperature più basse, il motore dura di più e necessita di ventole di raffreddamento più piccole. Risultato: meno attriti meccanici, meno volume e meno rumore.
Un componente spesso accoppiato agli HEM è il variatore di velocità (il VSD, Variable Speed Drive), che modifica la velocità del motore al variare dei carichi: consente quindi un ulteriore risparmio energetico e una minore usura.
In genere nei motori standard fino a 10 KW c'è 1 kg di rame per kW di potenza; gli HEM contengono il 20% di rame in più.

Trasformatori
Un trasformatore serve ad abbassare o aumentare (cioè trasformare) il livello di tensione a seconda delle necessità degli apparecchiature elettriche. Quando un trasformatore è in funzione, una frazione di energia viene dispersa sotto forma di calore: pertanto si richiede che un trasformatore ad alta efficienza minimizzi questa dispersione. I trasformatori ad alta efficienza si basano su avvolgimenti di rame: come abbiamo visto per motori elettrici, in linea di principio l'efficienza di un trasformatore cresce coll'aumentare della quantità di rame contenuto in esso.
Quindi il rame permette ai trasformatori di lavorare meglio anche con carichi elevati
Pur essendo più costosi rispetto a quelli standard, il loro costo durante l'esercizio è minore, soprattutto quando il prezzo dell'energia è alto e si opera con grossi carichi per lungo tempo; considerando che la vita di un trasformatore si aggiri sui 20-40 anni, il maggior costo iniziale è ampiamente superato dal risparmio energetico nel corso degli anni.

Cavi ad isolamento minerale
I cavi ad isolamento minerale sono costituiti da uno o più conduttori di rame che corrono all'interno di una guaina continua anch'essa in rame, isolati tra loro e dalla guaina con ossido di magnesio altamente compresso.
Sono cavi studiati per resistere alle condizioni più severe negli incendi, essendo incombustibili ed avendo temperature di fusione elevatissime (MgO intorno ai 2800°!!!); mantengono inalterate le loro caratteristiche meccaniche ed elettriche in ogni condizione estrema di temperatura, umidità, ecc.
Non hanno necessità di isolamento supplementare e di manutenzione, inoltre la guaina esterna può fungere anche da messa a terra.
I cavi ad isolamento minerale vengono usati nei luoghi con pericolo di esplosioni, o in edifici adibiti al pubblico, dove è necessaria la massima sicurezza. Inoltre, grazie al loro aspetto esterno, si possono utilizzare in luoghi dove l'aspetto estetico è fondamentale, come musei, chiese, teatri, ecc.

Power Quality
Negli ultimi tempi si è andata affermando l'attenzione alla qualità dell'energia elettrica, che è da considerarsi come un prodotto come tanti altri, soggetto quindi a problemi nonché ad aspettative da parte dell'utente finale. Infatti gli impianti elettrici sono frequentemente interessati, in modo più o meno rilevante, da disturbi di natura elettromagnetica provenienti dalle reti di distribuzione e dai carichi da essi stessi alimentati, disturbi che possono provocare sia malfunzionamenti che guasti su molti componenti dell'impianto. Per saperne di più su come questi problemi vengono affrontati e risolti, si consiglia di visitare il sito sulla Power Quality e di Leonardo Power Quality Initiative LPQI.

Casa Sicura
Conoscere il livello di sicurezza di un impianto elettrico domestico è importante, anche alla luce di quello che impone la legge 46/90. Ma gli impianti sono conformi alle disposizioni di legge? Per rispondere a questa domanda, è stata condotta una ricerca per appurare lo stato delle cose e il grado di conoscenza la conoscenza delle famiglie; i risultati si trovano sul sito di Casa Sicura.
Il problema della sicurezza degli impianti elettrici è attentamente valutato anche a livello internazionale. IIR per il tramite di ECI collabora con FEEDS (Forum For Enhanced Electrical Domestic Safety ) allo sviluppo di una regolamentazione sia normativa che legislativa che favorisca un aumento della sicurezza delle nostre case.