Nel campo delle installazioni elettriche, selezionare il cavo giusto non è solo una questione di collegare i fili. I cavi svolgono un ruolo fondamentale nel garantire che la corrente non venga solo trasmessa in un sistema elettrico, ma trasmessa in modo affidabile, senza compromettere la sicurezza delle persone o le prestazioni dell’impianto. Effettuare il corretto dimensionamento del cablaggio significa selezionare un parametro fondamentale per la buona riuscita di ogni circuito o impianto ovvero: la portata dei cavi.
Che tu stia creando una rete elettrica residenziale, cablando una centrale elettrica industriale o implementando un progetto di energia rinnovabile, la possibilità di abbinare la capacità di trasporto di corrente del cavo alle esigenze del tuo sistema è un aspetto che non si può trascurare. In questo articolo vedremo quali sono le considerazioni da fare in fase di progetto per operare una corretta selezione dei cavi elettrici .
Cos’è la portata di un cavo elettrico
La portata di un cavo elettrico è la capacità del cavo di portare corrente. La portata è un parametro critico che definisce la corrente massima che un cavo può trasportare in sicurezza senza superare la sua temperatura nominale. In termini pratici rappresenta la capacità di un cavo di condurre corrente elettrica dissipando entro limiti accettabili il calore generato durante questo processo di conduzione.
Una differenza di potenziale tra gli estremi di un cavo elettrico genera una corrente. Tale corrente fluisce attraverso il cavo ma, allo stesso tempo ne subisce la sua influenza. Questo perché un qualsiasi cavo elettrico rappresenta, per la corrente che lo attraversa, una resistenza. Il flusso di corrente attraverso il cavo dipende dalle caratteristiche del cavo e la corrente che non riesce a scorrere nel cavo viene dissipata sotto forma di calore. Se la corrente supera la capacità nominale del cavo, il calore generato può portare al deterioramento dell’isolamento, all’aumento delle perdite elettriche e, in casi estremi, comportare un rischio di incendio. Per evitare tali problemi, la portata di corrente dei cavi elettrici viene definita sulla base di fattori quali le dimensioni del conduttore, il materiale isolante, la temperatura ambiente e le condizioni di installazione.
La portata è influenzata dalle caratteristiche del cavo ed è spesso espressa in ampere. È fondamentale abbinare la portata di corrente di un cavo alle effettive richieste di carico del sistema elettrico per garantire prestazioni ottimali, sicurezza e longevità dei componenti. Questo parametro è una pietra miliare nella progettazione ed installazione elettrica e permette di gestire la corrente prevista senza compromettere l’integrità del sistema.
Da cosa dipende la portata di un cavo?
La portata di corrente di un cavo elettrico dipende da diversi fattori e la comprensione di questi parametri è fondamentale per selezionare il cavo giusto per un’applicazione specifica. Ecco i fattori chiave che influenzano la capacità di trasporto di corrente di un cavo elettrico.
- Dimensione del conduttore: i conduttori più grandi ovvero con una sezione maggiore generalmente hanno una portata di corrente maggiore perché offrono una resistenza elettrica inferiore, che riduce la generazione di calore.
- Materiale conduttore: materiali diversi mostrano resistenze diverse al flusso di corrente elettrica. Il rame e l’alluminio sono materiali conduttori comuni, con il rame che generalmente ha una conduttività maggiore rispetto all’alluminio.
- Tipo di isolamento: il tipo di isolamento che circonda il conduttore influisce sulla capacità del cavo di dissipare il calore. Diversi materiali isolanti hanno resistenze termiche e valori di temperatura diversi.
- Temperature ambientali: la temperatura dell’ambiente in cui è installato il cavo influenza la sua capacità di dissipare il calore. I cavi sono spesso classificati per condizioni di temperatura specifiche e il superamento di questi limiti può influire sulle prestazioni e sulla sicurezza.
- Condizioni di installazione: il modo in cui un cavo è installato, sia in aria libera, in condotto o interrato, influisce sulla sua capacità di dissipare il calore. È necessario seguire le linee guida di installazione fornite dai produttori per garantire una corretta dissipazione del calore.
- Fattori di declassamento: si possono applicare fattori di declassamento per la portata di corrente in base a condizioni specifiche, come raggruppare più cavi insieme o installarli in stretta vicinanza.
- Caricamento continuo o intermittente: i cavi possono avere valori di portata diversi per condizioni di carico continuo e intermittente. Il carico continuo richiede un approccio più conservativo per prevenire il surriscaldamento per periodi prolungati.
- Caduta di tensione: la caduta di tensione può svolgere un ruolo nel determinare la capacità di portata di corrente, soprattutto nei cavi lunghi. Un’eccessiva caduta di tensione può influire sulle prestazioni delle apparecchiature collegate.
Considerando attentamente questi fattori, si possono determinare la capacità di portata di corrente adeguata per un determinato cavo elettrico, garantendo che funzioni in modo sicuro ed efficiente all’interno dell’applicazione prevista.
Classificazione dei cavi elettrici
I cavi elettrici sono classificati in 4 classi: Classe 1, Classe 2, Classe 5, Classe 6. Sulla base delle caratteristiche fisiche e meccaniche se ne deriva l’applicazione prevista.
| Classe | Tipo | Installazione prevista |
|---|---|---|
| 1 | Cavo costituito da un singolo filo di rame o alluminio | Installazione fissa |
| 2 | Cavo cordato costituito da più fili di rame o alluminio | |
| 5 | Cavo cordato flessibile in rame | Installazioni tra parti mobili, su dispositivi o macchinari dove sono previste vibrazioni o movimenti frequenti |
| 6 | Cavo cordato flessibile in rame con caratteristiche di flessibilità superiori alla Classe 5 |
Tipologie di installazione dei cavi elettrici
Le diverse tipologie di installazione dei cavi elettrici sono raggruppate in 4 metodi di installazione: Metodo B1, Metodo B2, Metodo C, Metodo E.
| Metodo | Descrizione | Esempio |
|---|---|---|
| A1 | Conduttori isolati o cavi unipolari posizionati in un condotto all'interno di una parete termicamente isolata |  |
| A2 | Cavi multipolari posizionati in una canalina all'interno di una parete termicamente isolata |  |
| B1 | Conduttori isolati o cavi unipolari in tubo su parete in legno o muratura o distanziati da essa meno di 0,3 x diametro del tubo |  |
| B2 | Cavo multipolare in tubo su parete in legno o muratura o distanziato da esso meno di 0,3 x diametro del tubo |  |
| C | Cavi unipolari o multipolari: fissati o staccati a meno di 0,3 volte il diametro del cavo da una parete di legno Cavi unipolari o multipolari: su passerella non perforata orizzontale o verticale |   |
| D1 | Cavi unipolari e multipolari in tubi o in cunicoli interrati |   |
| E / F | Cavi unipolari o multipolari: su passerella non perforata orizzontale o verticale |  |
| G | Conduttori nudi o cavi senza guina su isolatori |  |
Come dimensionare i cavi elettrici
I cavi elettrici devono essere dimensionati sulla base delle caratteristiche costruttive del cavo e sulla base dell’utilizzo previsto.
I cavi elettrici devono essere dimensionati sulla base dei seguenti parametri: Tensione nominale, Portata, Condizioni ambientali, Condizioni di installazione. In questo capitolo riassumiamo le principali considerazioni che vanno fatte nella scelta della sezione dei cavi.
Tensione nominale di un cavo elettrico
La tensione nominale di un cavo elettrico è espressa con il rapporto U0/U. U0 indica il valore di tensione efficace tra un conduttore isolato del cavo e la terra mentre U indica il valore di tensione efficace tra due conduttori isolati qualsiasi che compongono il cavo.
Portata di un cavo elettrico
La portata di un cavo elettrico è la massima quantità di corrente che il cavo è in grado di condurre senza danneggiare l’isolante che lo contiene. La portata dei cavi dipende dal materiale dell’isolante, dal numero dei conduttori che compongono il cavo, dal tipo di guaina e dal tipo di posa dei cavi.
Considerata una determinata tipologia di posa, la portata di un cavo elettrico (Iz)è espressa dalla seguente formula:
![\[ I_z = I_o * k_1 * k_2; \]](https://masterblob.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fcd9e8aa17a1ee0b0e7a4dd8f6ee7dd2_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
dove, considerando una specifica tipologia di posa, si definisce:
I0: la portata in aria a 30°C del conduttore per la specifica tipologia di posa considerata;
k1: fattore di correzione relativo alla temperatura ambiente
k2: fattore di correzione relativo a circuiti installati in strati (circuiti realizzati con cavi su strati affiancati orizzontalmente o verticalmente ad esempio su muri, pareti, passerelle) oppure relativo a circuiti installati in fasci (circuiti realizzati tramite strati sovrapposti).
Condizioni ambientali di installazione del cavo elettrico
Per una corretta selezione di un cavo elettrico bisogna tenere conto anche delle condizioni ambientali di installazione. Di seguito le principali condizioni ambientali che possono presentarsi e di cui occorre tener conto. Ad ogni tipologia di ambiente è associato un codice alfanumerico, più alto è il numero, più gravose sono le condizioni ambientali.
- Esposizione all’acqua. Ambiente classificato dai codici AD1, AD2, AD3, AD4, AD5, AD6, AD7, AD8.
- Esposizione ad agenti corrosivi. Classificazione ambientale AF2, AF3, AF4.
- Esposizione a sollecitazioni meccaniche. Classificazione ambientale AG2.
- Esposizione a flora e/o muffa. Classificazione ambientale AK2
- Esposizione alla fauna. Classificazione AL2.
- Esposizione a temperature elevate, temperature basse, esposizione a radiazioni solari etc.
Condizioni di installazione
I cavi possono essere soggetti a sollecitazioni che dipendono dalle condizioni in cui avviene la posa in fase di installazione. In fase di posta alcune condizioni possono danneggiare le caratteristiche dei cavi tra cui:
- la temperatura di posa, ovvero la temperatura a cui il cavo può essere soggetto in fase di installazione;
- sforzo di tiro, ovvero la trazione massima che il cavo può sostenere senza che questo si giri sul proprio asse;
- curvatura, compressione e torsione.
Sezioni minime dei cavi elettrici
I cavi elettrici devono essere scelti sulla base dei requisiti di funzionamento (tensione e corrente di lavoro, tipologia di raggruppamento), dei requisiti ambientali (temperatura ambientale prevista, presenza di agenti corrosivi, sollecitazioni meccaniche in fase di installazione o rischi incendio). A partire da questi aspetti, i cavi elettrici dovrebbero essere in rame. In alternativa ai cavi in rame è possibile utilizzare cavi in alluminio. Qualora di scegliessero dei cavi in alluminio, la sezione minima deve essere di almeno 16 mm2. Nella tabella seguente vediamo quali sono le sezioni minime dei cavi elettrici per conduttori in rame suddivisi per tipologia di applicazione.
| Sezione minima [mm2] cavi elettrici in rame | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tipo di installazione | Applicazione | Cavo unipolare | Cavo multipolare | |||
| Flessibile Classe 5 o 6 | A filo unico (Classe 1) o cordato (Classe 2) | Due poli, schermato | Due poli, non schermato | Tre o più poli, schermato o non schermato | ||
| Cablaggi all’esterno degli involucri di protezione | Circuiti di potenza, fissi | 1,0 | 1,5 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
| Circuiti di potenza, soggetti a movimenti frequenti | 1,0 | // | 0,75 | 0,75 | 0,75 | |
| Circuiti di comando | 1,0 | 1,0 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | |
| Comunicazione dati | // | // | // | // | 0,08 | |
| Cablaggi all’interno degli involucri | Circuiti di potenza | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
| Circuiti di comando | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
| Comunicazione dati | // | // | // | // | 0,08 | |
Corrispondenza tra AWG e mm2
In vari Stati, in particolare nel Nord America, si utilizza come unità di misura della sezione dei cavi elettrici, la sigla AWG, acronimo di American Wire Gauge. AWG è un numero che indica la sezione del cavo. Più AWG è un numero alto, più il cavo ha una sezione piccola ovvero è sottile. Vediamo nella tabella seguente la corrispondenza tra le dimensioni e le sezioni dei conduttori espresse in mm2 ed in AWG.
| Confronto sezioni dei conduttori AWG con millimetri quadrati | |||
|---|---|---|---|
| Dimensioni del filo | Numero | Sezione | |
| mm2 | AWG | millimetri quadrati | pollici quadrati |
| 0,2 | / | 0,196 | 0,000304 |
| / | 24 | 0,205 | 0,000317 |
| 0,3 | / | 0,283 | 0,000438 |
| / | 22 | 0,324 | 0,000504 |
| 0,5 | / | 0,500 | 0,000775 |
| / | 20 | 0,519 | 0,000802 |
| 0,75 | / | 0,750 | 0,001162 |
| / | 18 | 0,823 | 0,001272 |
| 1,0 | / | 1,000 | 0,001550 |
| / | 16 | 1,31 | 0,002026 |
| 1,5 | / | 1,500 | 0,002325 |
| / | 14 | 2,08 | 0,003228 |
| 2,5 | / | 2,500 | 0,003875 |
| / | 12 | 3,31 | 0,005129 |
| 4 | / | 4,000 | 0,006200 |
| / | 10 | 5,26 | 0,008152 |
| 6 | / | 6,000 | 0,009300 |
| / | 8 | 8,37 | 0,012967 |
| 10 | / | 10,000 | 0,001550 |
| / | 6 | 13,3 | 0,020610 |
| 16 | / | 16,000 | 0,024800 |
| / | 4 | 21,1 | 0,032780 |
| 25 | / | 25,000 | 0,038800 |
| / | 2 | 33,6 | 0,052100 |
| 35 | / | 35,000 | 0,054200 |
| / | 1 | 42,4 | 0,065700 |
| 50 | / | 47,000 | 0,072800 |
Conclusioni
In conclusione, districarsi nel labirinto del dimensionamento dei cavi elettrici non è semplicemente un esercizio tecnico; è un passo cruciale per garantire l’affidabilità, la sicurezza e la longevità dei vostri sistemi elettrici. Il corretto dimensionamento dei cavi, che dipende da fattori quali la dimensione del conduttore, il materiale, l’isolamento e le condizioni di installazione, è il fulcro che mantiene insieme l’integrità della vostra infrastruttura elettrica.
La precisione nella scelta dei cavi non è solo una questione di conformità; è uno strumento fondamentale per l’ottimizzazione del circuito che realizziamo che ne garantisce la durata e la robustezza nel tempo.