Calcolo sezione cavi elettrici

Metodo di calcolo della sezione dei cavi elettrici

Questo calcolatore per il calcolo della sezione dei cavi elettrici in base a potenza e corrente determina la sezione necessaria di un conduttore in rame o alluminio a partire dalla corrente di carico o dalla potenza attiva. Il calcolo tiene conto di un sistema monofase o trifase, della lunghezza della linea, del fattore di potenza cosφ, del metodo di posa, della resistenza e della reattanza del conduttore e della caduta di tensione ammissibile.

La sezione finale del cavo viene scelta da una serie normalizzata in modo da soddisfare contemporaneamente due condizioni: la portata di corrente ammissibile del conduttore non deve essere inferiore alla corrente di carico calcolata e la caduta di tensione non deve superare il limite specificato dall'utente.

Valori indicativi e raccomandazioni

Determinazione della corrente di carico

Calcolo in base alla corrente. Se la corrente di carico viene inserita direttamente in ampere, questo valore viene utilizzato per il successivo dimensionamento della sezione del cavo. La potenza attiva corrispondente viene calcolata dalla tensione del sistema e dal fattore di potenza.

Per un sistema monofase:

P = U · I · cosφ

Per un sistema trifase:

P = √3 · U · I · cosφ

Calcolo in base alla potenza. Se viene inserita la potenza attiva P in watt, viene prima calcolata la corrente I in ampere. Per un sistema monofase viene utilizzata la tensione tra fase e neutro. Per un sistema trifase viene utilizzata la tensione concatenata tra le fasi.

Per un sistema monofase:

I = P / (U · cosφ)

Per un sistema trifase:

I = P / (√3 · U · cosφ)

A parità di potenza totale, la corrente in un sistema trifase è generalmente inferiore rispetto a un sistema monofase. Ad esempio, con P = 3500 W, cosφ = 0,95 e una tensione di 400 V, la corrente trifase calcolata è di circa 5,32 A.

Fattore di potenza. Il valore cosφ rappresenta il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente. Per carichi prevalentemente resistivi, il valore è generalmente vicino a 1. Per motori e carichi misti viene spesso utilizzato un intervallo indicativo di 0,8-0,95. La componente reattiva viene calcolata come:

sinφ = √(1 - cos2φ)

Portata di corrente e metodi di posa

Portata di corrente ammissibile. Per ogni sezione normalizzata del cavo, il calcolatore confronta la corrente calcolata con la portata di corrente continua ammissibile del conduttore. Il calcolo utilizza le tabelle B.52.2 e B.52.4 della norma IEC 60364-5-52 «Impianti elettrici a bassa tensione - Parte 5-52: Scelta e installazione dei componenti elettrici - Condutture» e il corrispondente documento europeo armonizzato HD 60364-5-52.

La tabella B.52.2 viene utilizzata per due conduttori caricati, corrispondenti a un circuito monofase. La tabella B.52.4 viene utilizzata per tre conduttori caricati in un circuito trifase. Pertanto, la stessa corrente in sistemi monofase e trifase può corrispondere a portate di corrente ammissibili diverse per la stessa sezione del conduttore.

Condizioni dei valori tabellati. Il calcolo utilizza valori per conduttori con isolamento in PVC, una temperatura massima del conduttore di 70 °C e una temperatura ambiente di riferimento di 30 °C. In queste condizioni di riferimento, il fattore di correzione della temperatura per la portata di corrente tabellata è pari a 1,00.

Vengono utilizzati cinque metodi di posa di riferimento della IEC 60364-5-52:

• A1 - conduttori unipolari isolati in tubo all'interno di una parete termicamente isolata.
• A2 - cavo multipolare in tubo all'interno di una parete termicamente isolata.
• B1 - conduttori unipolari isolati in tubo su parete.
• B2 - cavo multipolare in tubo su parete.
• C - cavo unipolare o multipolare direttamente su parete.

Le differenze tra questi metodi sono legate principalmente alle condizioni di dissipazione del calore. Quanto peggiore è il raffreddamento del conduttore, tanto minore è la corrente ammissibile per la stessa sezione.

Ad esempio, per un conduttore in rame da 1,5 mm² con due conduttori caricati, la corrente ammissibile varia da 14 A per il metodo A2 a 19,5 A per il metodo C. Con tre conduttori caricati, l'intervallo per la stessa sezione va da 13 A a 17,5 A.

Sezioni normalizzate dei conduttori. Per il rame, la verifica della portata di corrente utilizza sezioni di 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 e 300 mm². Per l'alluminio, l'intervallo va da 2,5 a 300 mm². Le sezioni nominali dei conduttori corrispondono alla serie utilizzata nella norma EN 60228 «Conduttori di cavi isolati».

Correzione per circuiti raggruppati. Le correnti tabellate vengono utilizzate come valori di base per un singolo circuito. Non viene applicato alcun fattore di riduzione aggiuntivo per più circuiti caricati installati insieme, quindi per questo effetto viene assunto un fattore pari a 1,00.

Resistenza del conduttore e temperatura

Resistenza del conduttore. La caduta di tensione viene calcolata utilizzando la resistenza del conduttore lungo la lunghezza della linea. I valori di resistenza di base corrispondono a una temperatura di 20 °C, dopodiché la resistenza viene corretta in funzione della temperatura del conduttore specificata.

RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]

Qui R₂₀ è la resistenza di un metro di conduttore a 20 °C, L è la lunghezza della linea in metri, T è la temperatura specificata in °C, α è il coefficiente di temperatura della resistenza e k_m è il fattore del materiale.

Per il rame vengono utilizzati α = 0,00393 1/°C e km = 1,00. Per l'alluminio vengono utilizzati α = 0,00403 1/°C e km = 1,58. Pertanto, all'aumentare della temperatura aumentano anche la resistenza del conduttore e la caduta di tensione.

Utilizzo del valore della temperatura. La temperatura inserita viene utilizzata per correggere la resistenza del conduttore nel calcolo della caduta di tensione. Non modifica la portata di corrente tabellata, che rimane basata sulle condizioni di riferimento della IEC 60364-5-52: isolamento in PVC, temperatura del conduttore di 70 °C e temperatura ambiente di 30 °C.

Caduta di tensione

Impedenza totale della linea. Oltre alla resistenza R, il calcolo include la reattanza X. A seconda della sezione del conduttore, vengono utilizzati valori specifici di reattanza compresi approssimativamente tra 0,071 e 0,133 Ω/km.

Per un sistema monofase, la caduta di tensione viene calcolata come:

ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)

Per un sistema trifase:

ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)

Il fattore 2 nella formula monofase tiene conto del percorso della corrente attraverso due conduttori. In un sistema trifase viene utilizzato il fattore √3 in base alla relazione tra grandezze concatenate e grandezze di fase.

Caduta di tensione in percentuale. Il valore calcolato ΔU in volt viene convertito in percentuale della tensione nominale:

ΔU% = ΔU / U · 100

La tensione disponibile al carico viene calcolata come:

Uload = U - ΔU

Per i comuni circuiti a bassa tensione, una caduta di tensione ammissibile di circa 3-5 % viene spesso utilizzata come valore indicativo pratico. Il limite specifico deve essere scelto in base alla funzione del circuito e ai requisiti dell'applicazione nazionale pertinente della HD 60364.

Scelta della sezione finale del cavo

Verifica della portata di corrente. Il calcolatore verifica in sequenza le sezioni normalizzate dei conduttori e individua la sezione più piccola per la quale la corrente ammissibile tabellata non è inferiore alla corrente di carico calcolata.

Verifica della caduta di tensione. Separatamente, il calcolatore determina la sezione minima del conduttore per la quale la caduta di tensione calcolata non supera la percentuale specificata dall'utente.

Scelta finale. Se le due verifiche producono risultati diversi, viene scelta la sezione maggiore del conduttore. Ad esempio, se 10 mm² sono sufficienti in base alla portata di corrente ma sono necessari 16 mm² per rispettare il limite di caduta di tensione, il risultato finale sarà 16 mm².

Questo metodo tiene conto sia del riscaldamento del conduttore sia delle perdite elettriche nella linea. Per una linea corta, la sezione finale del cavo è spesso determinata dalla portata di corrente, mentre per linee più lunghe la caduta di tensione può diventare la condizione limitante.

Domande frequenti

Perché un sistema trifase può richiedere una sezione del cavo più piccola a parità di potenza?

A parità di potenza attiva totale, la corrente in un sistema trifase viene calcolata utilizzando il fattore √3 ed è generalmente molto più bassa. Una corrente minore riduce i requisiti sia per la portata di corrente sia per la caduta di tensione. Tuttavia, la sezione finale del conduttore non può essere inferiore alla sezione minima inclusa nella tabella IEC applicabile.

Perché il calcolatore può consigliare 1,5 mm² di rame anche con una corrente bassa?

Per i conduttori in rame, le tabelle IEC 60364-5-52 utilizzate dal calcolatore iniziano da 1,5 mm². Ad esempio, con il metodo di posa C e tre conduttori caricati, questa sezione ha una corrente ammissibile di 17,5 A. Pertanto, il calcolo non riduce la sezione del conduttore in rame al di sotto di 1,5 mm², anche se la corrente di carico da sola consentirebbe una sezione inferiore.

Perché il metodo di posa influisce in modo significativo sulla sezione necessaria del cavo?

La corrente ammissibile dipende dall'efficacia con cui il cavo riesce a dissipare il calore nell'ambiente circostante. Un cavo installato direttamente su una parete generalmente si raffredda meglio rispetto a conduttori installati all'interno di un tubo o di una struttura termicamente isolata. Pertanto, la stessa corrente di carico può determinare sezioni di cavo diverse per i metodi A1, A2, B1, B2 e C.

Perché una linea lunga può richiedere una sezione del cavo maggiore anche con una corrente bassa?

La resistenza aumenta in proporzione alla lunghezza del conduttore, quindi anche la caduta di tensione aumenta con l'aumentare della lunghezza della linea. Un cavo può soddisfare pienamente il requisito di portata di corrente ma superare comunque il limite di caduta di tensione specificato. In questo caso, il calcolatore seleziona la sezione di conduttore superiore più adatta.

In che modo la temperatura influisce sul calcolo della sezione dei cavi elettrici?

All'aumentare della temperatura, aumenta la resistenza elettrica del rame e dell'alluminio, con conseguente aumento della caduta di tensione calcolata. Per questa correzione vengono utilizzati coefficienti di temperatura pari a 0,00393 1/°C per il rame e 0,00403 1/°C per l'alluminio. La portata di corrente tabellata rimane basata sulle condizioni di riferimento IEC per l'isolamento in PVC: temperatura del conduttore di 70 °C e temperatura ambiente di 30 °C.