Cavi elettrici : caratteristiche, portata e sezione
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I cavi elettrici sono componenti dielettrici che trasportano la corrente elettrica agli utilizzatori, ai punti luce, alle linee elettriche e quant’altro. Sebbene sia la tecnologia più semplice che si trova all’interno di un circuito elettrico, sono allo stesso modo importanti come qualsiasi altro componente, se non di più. Infatti anche se li diamo per scontati, certamente senza di essi non si potrebbe fare nulla nel campo elettrico e non è un esagerazione. Vediamo come sono costruiti, la loro portata e poi come calcolarne la sezione.
Indice
Caratteristiche costruttive dei cavi elettrici
1 – Il Conduttore
è la parte metallica che conduce la corrente. Puo’ essere in rame nudo oppure stagnato. A volte lo si può trovare in alluminio ma siccome ha una resistività maggiore rispetto al rame non viene usato molto.
| Come sono fatti e dove si usano |
|
Seguendo le direttive della Norma CEI 20-29 troviamo il cavo elettrico suddiviso in quattro classi in rapporto con il tipo di conduttore. Queste classi danno le informazioni necessarie sulla destinazione d’uso del cavo elettrico in questione. Classi 1 : posa fissa con cavo isolato e conduttore rigido a filo unico di sezione circolare 2 : posa fissa con cavo isolato e conduttore rigido a corda 5 : posa fissa e mobile e conduttore flessibile 6 : posa fissa e mobile e conduttore molto flessibile |
Nella foto in basso si possono confrontare il conduttore a filo unico ed il conduttore a corda flessibile. Come si può dedurre la corda flessibile oltre che permettere una maggiore flessione riduce il rischio di rottura del conduttore, invece il filo unico è poco flessibile e favorisce l’effetto pelle. Ad oggi per queste ragioni negli impianti elettrici si preferisce usare la corda flessibile .
Effetto pelle
L’effetto pelle è quando una corrente elettrica alternata si distribuisce in modo non uniforme nel cavo elettrico concentrandosi sopratutto nella parte esterna. Questo vuol dire che lo strato interno rimane inutilizzato e che quindi non si sfruttano le sue potenzialità. Vedi : Wikipedia – effetto pelle
2 – Isolante
è lo strato di materiale dielettrico che avvolge il conduttore
3 – Riempitivo
può essere fatto di fibra tessile o di composto estruso. Riempie gli interstizi tra le anime – le anime sono il conduttore più l’isolante – all’interno della guaina dove si utilizzano cavi multipolari.
4 – Schermo protettivo
fornisce una protezione meccanica o schermoelettrico
5 – Guaina
rivestimento che avvolge le anime per una maggiore protezione dagli urti
Sigle di designazione dei cavi elettrici
Si possono trovare in commercio svariati tipi di cavi elettrici che possiedono qualità e materiali differenti. Questo perchè non è sempre possibile installare il comune cavo elettrico che si usa di solito nelle abitazioni (N0-7VK) in quanto certe circostanze non lo permettono. Il bisogno di creare materiali idonei alle varie circostanze ha portato a questa enormità di scelta. Per distinguerli sono stati identificati con delle sigle, esse creano un riferimento utile quando si progetta un impianto elettrico o anche quando semplicemente bisogna acquistarlo.
| Sequenza | Elementi da considerare | Sigle da adottare |
| 1 | Stato di armonizzazione | H – cavo armonizzato A – cavo di tipo nazionale autorizzato N – cavo di tipo nazionale |
| 2 | Tensione nominale | 03 – tensione nominale 300/300 V 05 – tensione nominale 300/500 V 07 – tensione nominale 450/750 V 1 – tensione nominale 600/1000 |
| 3 | Isolante | B – gomma etilenpropilenica B3 – gomma butilica E – polietilene R – gomma naturale S – gomma siliconica T – treccia tessile T2 – treccia tessile impregnata con miscela ritardante la fiamma V – cloruro di polivinile (PVC) X – polietilene reticolato |
| 4 | Guaina | V – PVC R – gomma naturale e/o sintetica N – policloroprene J – treccia di fibra di vetro T – treccia tessile X – polietilene reticolato |
| 5 | Particolarità costruttive | H – cavi piatti divisibili H2 – cavi piatti non divisibili H6 – cavo piatto con 3 o più anime |
| 6 | Formazione dei conduttori (lettera separata da un trattino) | F – flessibile per servizio mobile H – molto flessibile per servizio mobile K – flessibile per posa fissa R – rigido U – rigido a filo unico |
Tipi di cavi elettrici per abitazioni
Per esempio la sigla di designazione del cavo elettrico ideale alla realizzazione di un impianto elettrico civile ad uso abitativo e senza condizioni sfavorevoli è la N07V-K e consente l’installazione fissa, protetta dentro tubazioni in vista o incassate.
N – cavo di tipo nazionale
07 – Tensione nominale 450/750 V
V – cloruro di polivinile (PVC)
K – flessibile per posa fissa
Colore delle anime dei cavi elettrici con tensione nominale 0,6-1 KV
I colori vengono utilizzati per riconoscere meglio la funzione del filo usato.
I più importanti :
| Giallo – Verde | Solo per il conduttore di protezione |
| Blu chiaro | Conduttore di neutro |
| Nero / Marrone / Grigio | Indicano i conduttori di fase |
La portata dei cavi elettrici
Mediante le seguenti tabelle che fanno riferimento alla norma CEI-UNEL 35024/1 si possono consultare le portate dei cavi elettrici relative alle corrispettive sezioni. La temperatura ambiente è di 30 °C e la portata è intesa in mm
Cavo unipolare monofase di rame in PVC con 2 conduttori (N+F)
| Incassato in parete | In tubo in aria | |
| Sezione (mm2) | I0 Portata (A) | |
| 1.5 | 14.5 | 17.5 |
| 2.5 | 19.5 | 24 |
| 4 | 26 | 32 |
| 6 | 34 | 41 |
Cavo multipolare di rame in PVC con 2 conduttori (N+F)
| Incassato in parete | In tubo in aria | |
| Sezione (mm2) | I0 Portata (A) | |
| 1.5 | 14 | 16.5 |
| 2.5 | 18.5 | 23 |
| 4 | 25 | 30 |
| 6 | 32 | 38 |
Nota : Nelle tabelle sono state indicate due tipi di posa e le sezioni fino a 6 mm2 in quanto in un ambiente civile sono le circostanze più verosimili. Tuttavia ogni tipo di posa ed ogni tipo di cavo ricevono indicazioni sulla portata mediante la norma CEI-UNEL 35024/1
Casi particolari
Nei casi particolari in cui la temperatura dell’ambiente o la posa sia fuori dai modelli standard bisogna prendere in considerazione altri fattori che incidono sulla portata del cavo elettrico.
Il coefficente di correzione (o fattore di correzione)
Il suo scopo è di correggere un valore che altrimenti sarebbe fuorviante, quello della portata.
Sono quattro : K1, K2, K3, K4 e si riferiscono a
| K1 | per la temperatura dell’ambiente diversa da 30 gradi |
| K2 | per il numero di cavi multipolari o circuiti (in casa abbiamo 1 fascio composto da cordine) |
| K3 | per la profondità di posa nei casi in cui i cavi siano interrati |
| K4 | per la resistività termica del terreno |
Se non si tratta di posa interrata si prendono in considerazione solo K1 e K2. Per esempio in un appartamento è improbabile che si interrino dei cavi, piuttosto passano appena sotto il battuto.
Perchè la posa incide molto sulla portata del cavo elettrico ?
Ogni tipo di posa adottato incide sulla portata del cavo poichè l’effetto joule prodotto dal passaggio della corrente elettrica produce calore il quale viene dissipato in modo diverso. Un metallo, che sia rame o alluminio con l’aumentare della sua temperatura aumenta la propria resistenza alla conduttività. Questo concetto fisico è utile per capire l’esistenza dei fattori di correzzione e perchè lo stesso filo elettrico posato in tubo in aria può avere una portata maggiore rispetto allo stesso incassato in una parete. Anche la presenza di altri cavi all’interno dei condotti influiscono sulla temperatura di esercizio poichè essi irradiano calore al passaggio della corrente. Di seguito verranno illustrati i valori di correzzione per K1 e K2 ipotizzando le circostanze più plausibili.
Fattore di correzione K1 per cavi elettrici in PVC, temperature diverse da 30 gradi
| Temperatura ambiente | Fattore di correzione K1 |
| 10 | 1.22 |
| 15 | 1.17 |
| 20 | 1.12 |
| 25 | 1.06 |
| 35 | 0.94 |
| 40 | 0.87 |
Fattore di correzione K2 per cavi elettrici in PVC, raggruppati ad un fascio o un cavo multipolare
| Posa | Fattore di correzione K2 |
| annegati, muro, pavimenti | 1.00 |
| soffitto | 0.95 |
Come si esegue il calcolo
Prendendo in considerazione i seguenti dati : I0, K1, K2 eseguiamo questa operazione
| Iz = I0 * K1 * K2 |
Il risultato ottenuto è la portata del cavo che dunque tiene conto dei fattori di correzione.
Sezioni minime dei conduttori
| Impiego | Sezione mm² | Esempio |
| Tensioni ≤ 50 V | 0,5 | Per l’impianto citofonico, segnalazione acustica e luminosa, altro (circuito di comando) |
| Condutture volanti | 0,75 | Per lampade ed utilizzatori a basso consumo |
| Derivazioni | 1,5 | Si usa per l’illuminazione in generale ed anche per alimentare le prese di corrente che consumano meno di 10A |
| 2,5 | Alimentazione delle prese che consumano meno di 16A | |
| 4 | Dorsale secondaria che alimenta le prese e alcuni utilizzatori (boiler,forno….) con un consumo di 16A | |
| 6 | La dorsale principale |
Questi dati si riferiscono alle sezioni minime al quale bisogna attenersi secondo normativa tuttavia in casi particolari occorre eseguire un calcolo per verificare se effettivamente il cavo elettrico che è stato scelto possa reggere oppure no un tipo di carico. Quando si deve dimensionare una linea principale bisogna inoltre prendere in considerazione che un sovradimensionamento di una linea può causare dei costi aggiuntivi sull’acquisto del cavo elettrico. Allo stesso modo la sicurezza va bene, ma quando i calcoli sono troppo abbondanti si finisce con usare più rame di quello che serve realmente. I calcoli seguenti serviranno per verificare che la sezione del cavo elettrico che abbiamo scelto sia di conseguenza idonea al carico a cui è sottoposto.
Come verificare la sezione di un cavo elettrico non conoscendo la caduta di tensione
Per verificare la sezione di un cavo elettrico che sia in grado di sopportare un carico occorre sapere quanta corrente effettivamente ci passerà. Lo puoi fare con questo calcolo.
|
P |
|
P = è la potenza di assorbimento che puoi ricavare dagli utilizzatori Vn = è il valore nominale della linea elettrica monofase che quindi è di 230 V cosφ = è il coseno dell’angolo ricavato dal triangolo delle potenze (SPQ) . Questo valore secondo la delibera AEEG 654/2015 non dovrebbe mai essere inferiore a 0.95 |
Calcolo la caduta di tensione del cavo in monofase alternata
Δ Modo 1
| ΔV = Ib ( RL * Cosφ + XL * Senφ ) |
Per eseguire il calcolo ci mancano alcuni dati :
| Incognita | Cos’è | Dove li trovo |
| RL | è la resistenza della linea | è da calcolare da tabella |
| XL | è l’induttanza della linea | è da calcolare da tabella |
| Cosφ e Senφ | è lo sfasamento | si possono ipotizzare o calcolare |
La resistenza della linea si calcola mediante questa formula
|
Ω/km * 2 * L |
Mediante la tabella dei conduttori alla temperatura di 20 ºC si ricava Ω/km, invece per conoscere la sezione puoi guardare la tabella della portata dei cavi elettrici.
| Sezione mm2 | Rame Ω/km |
| 1.5 | 11.9 |
| 2.5 | 7.14 |
| 4 | 4.47 |
| 6 | 2.97 |
L’induttanza della linea si calcola mediante questa formula
| XL = ω ( H/km * 10-3 * 2 * L ) ÷ 1000 |
| ω = 2 Π ƒ = 2 * 3.14 * 50 = 314.16 |
Mediante questa tabella ricavi gli Henry per i cavi unipolari posti a trifoglio
| Sezione mm2 | Rame Ω/km |
| 1.5 | 0.561 |
| 2.5 | 0.510 |
| 4 | 0.455 |
| 6 | 0.430 |
Infine per quanto riguarda il Cosφ lo possiamo ipotizzare 0.95 che è il valore secondo la delibera AEEG 654/2015 oppure allo stesso modo lo possiamo calcolare con la formula P ÷ S . Il Senφ è invece il risultato di questa operazione
| Senφ = Sen [ Cos-1 ( Cosφ ) ] |
Δ Modo 2
Nella tabella puoi consultare la caduta di tensione unitaria (Δu) per cavi unipolari con cosφ di 0.8
| Sezione mm2 | Δu |
| 1.5 | 23.9 |
| 2.5 | 14.4 |
| 4 | 9.08 |
| 6 | 6.10 |
| ΔV = Δu ( L * I ) |
Per trovare la caduta di tensione avrai bisogno dei dati della tabella, quindi la lunghezza del cavo e l’assorbimento del carico.
Come verificare se il cavo elettrico scelto è corretto
Per verificare che la sezione del cavo elettrico sia giusta occorre fare il seguente calcolo
| ΔV% = ( ΔV * 100 ) / Vn |
Se il risultato ottenuto è superiore al 4% vuol dire che si dovrà aumentare la sezione del cavo, mentre se è minore va bene.
Come calcolare la sezione di un cavo elettrico conoscendo la sua caduta di tensione
Se si conosce la caduta di tensione, è possibile eseguire questo calcolo che semplifica la scelta della sezione commerciale del cavo elettrico. Il risultato quindi sarà un punto di riferimento che dopo ti permetterà di valutare la sezione da usare. Dunque dovrai scegliere nella tabella delle portate del cavo elettrico la sezione adatta, cioè quella in base alle taglie commerciali presente (naturalmente maggiorata).
| 2 * L * I S = ρ ————— ΔV |
Per eseguire il calcolo ti mancano alcuni dati seguenti :
| Incognita | Cos’è | Dove li trovo |
| ρ | è la resistività del materiale dielettrico |
rame = 0.017860 alluminio = 0.028264 |
| L | è la lunghezza della linea – cavo elettrico | si misura o si trova scritto |
| ΔV | è la caduta di tensione del cavo elettrico | è da calcolare o si possiede |
La lunghezza del cavo elettrico è perciò riferita alla lunghezza del cavo in metri. Questo valore applicato alla formula sarà quindi moltiplicato per 2 poiché nella linea monofase il conduttore neutro porta la stessa corrente elettrica che porta la fase. Per quanto riguarda un carico trifase equilibrato invece è nullo.
Δ Modo 3
Un altra valida alternativa potrebbe essere quella di usare quest’applicazione gratuita offerta da Elettricasa il quale ti permetterà di verificare se la sezione del cavo che hai scelto è corretta oppure no.
Calcolo del dimensionamento dei cavi