Direct current
ΔU = 2 * I * R * L
Alternating single-phase/Alternating two-phase
ΔU = 2 * I * (R * cosφ + X * sinφ) * L
Alternating three-phase
ΔU = √3 * I * (R * cosφ + X * sinφ) * L
ΔU = Voltage drop (V)
I = Current (A)
R = Resistance (Ω/km)
X = Reactance (Ω/km)
L = Line length (km)
φ = Phase shift between voltage and current
Calcola la caduta di tensione in circuiti DC e AC utilizzando i principali parametri elettrici.
"La caduta di tensione è la diminuzione del potenziale elettrico lungo il percorso di una corrente che scorre in un circuito elettrico. Secondo l'Allegato G – IEC 60364–5–52."
Corrente continua (DC): La corrente scorre costantemente dal polo positivo a quello negativo. Utilizzata in batterie, pannelli solari ed elettronica.
Corrente alternata (AC): La corrente cambia direzione e ampiezza nel tempo con una frequenza costante (ad esempio, 50 Hz o 60 Hz). Utilizzata nelle reti elettriche e nelle abitazioni.
Tipi di sistema:
Monofase: Un conduttore di fase e uno neutro.
Bifase: Due conduttori di fase (raro).
Trifase: Tre conduttori di fase; a quattro fili include il neutro.
Unipolare: Un conduttore.
Bipolare: Due conduttori.
Tripolare: Tre conduttori.
Quadripolare: Quattro conduttori.
Quintupolare: Cinque conduttori.
Multipolare: Due o più conduttori.
Temperatura di funzionamento consentita a seconda del materiale di isolamento del conduttore.
IEC/CEI:
70°C (158°F): Isolamento in PVC, isolamento minerale rivestito di PVC o isolamento minerale nudo accessibile.
90°C (194°F): Isolamento in XLPE, EPR o HEPR.
105°C (221°F): Isolamento minerale nudo non accessibile.
NEC:
60°C (140°F): Tipi TW, UF
75°C (167°F): RHW, THHW, THW, THWN, XHHW, USE, ZW
90°C (194°F): TBS, SA, SIS, FEP, FEPB, MI, RHH, RHW-2, THHN, THHW, THW-2, THWN-2, USE-2, XHH, XHHW, XHHW-2, ZW-2
I conduttori della stessa sezione, lunghezza e materiale possono essere collegati in parallelo. La corrente massima permessa è la somma delle correnti massime dei singoli nuclei.
Distanza tra il punto di alimentazione e il carico (in un senso), misurata in metri o piedi. Le linee più lunghe comportano una maggiore caduta di tensione.
Materiale utilizzato per il conduttore. I materiali comuni includono rame (minore resistenza) e alluminio (più leggero, meno costoso).
Definisce il numero di conduttori nel cavo:
Unipolare: Un conduttore
Bipolare: Due conduttori
Tripolare: Tre conduttori
Quadripolare: Quattro conduttori
Quintupolare: Cinque conduttori
Multipolare: Due o più conduttori
Differenza di potenziale elettrico tra due punti.
Inserire la tensione Fase-Neutro per sistemi monofasi (ad esempio, 120V).
Inserire la tensione Fase-Fase per sistemi bifasi o trifasi (ad esempio, 208V, 480V).
Potenza da considerare per determinare le caratteristiche del circuito, misurata in watt (W) o chilowatt (kW). Include tutti i dispositivi collegati.
Rapporto tra potenza attiva e potenza apparente: cosφ, dove φ è l'angolo di fase tra tensione e corrente.
Il valore varia da 0 a 1. Ideale = 1 (carico puramente resistivo).
Area della sezione trasversale del conduttore, misurata in mm² o AWG.
Sezione maggiore → resistenza minore → minore caduta di tensione.
VD = I × R × L
VD (%) = (VD / V) × 100
R = ρ × L / A
Progettazione di impianti elettrici negli edifici
Dimensionamento dei cavi per la trasmissione di energia a lunga distanza
Risoluzione di problemi di luci fioche o di motori
Conformità agli standard IEC 60364 e NEC
Pianificazione di impianti industriali
Sistemi di energia rinnovabile (solare, eolica)
Secondo gli standard IEC 60364-5-52 e NEC, la raccomandazione generale è: la caduta di tensione non deve superare il 3% per i circuiti di illuminazione e il 5% per i circuiti di potenza (prese, motori, ecc.).
Ad esempio,
in un sistema monofase a 230V, la caduta massima consentita per l'illuminazione è di 230 × 3% = 6,9V, il che significa che la tensione all'estremità del carico non deve scendere al di sotto di 223,1V. Il superamento di questo intervallo può causare luci fioche, surriscaldamento del motore o il mancato corretto avviamento delle apparecchiature.
Nei circuiti in corrente continua, la caduta di tensione è determinata solo dalla resistenza (VD = I × R). Tuttavia, nei circuiti in corrente alternata, oltre alla resistenza (R), è presente anche la reattanza (X) ed esiste una differenza di fase tra corrente e tensione.
Il fattore di potenza (PF = cosφ) riflette il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente totale. Minore è il PF, maggiore è la corrente di linea a parità di potenza attiva, determinando una caduta di tensione più elevata.
Ad esempio, per lo stesso carico da 5 kW, la corrente è di circa 21,7 A con PF=1, ma aumenta fino a circa 27,1 A con PF=0,8, causando una caduta di tensione superiore di circa il 25%.
Sì, la caduta di tensione è direttamente proporzionale alla lunghezza della linea (VD = I × R × L). Più lunga è la linea, maggiore è la resistenza e maggiore è la caduta. Esistono tre modi principali per ridurre la caduta di tensione:
① Aumentare la sezione trasversale del conduttore (un cavo più spesso significa una resistenza inferiore);
② Aumentare la tensione di sistema (corrente inferiore a parità di potenza);
③ Utilizzare conduttori in parallelo (più conduttori della stessa specifica in parallelo aumentano la sezione trasversale equivalente). Un corretto dimensionamento dei cavi è particolarmente importante nei sistemi di energia solare e nella trasmissione di energia a lunga distanza.
Il rame ha una resistività significativamente inferiore (circa 1,68×10⁻⁸ Ω·m) rispetto all'alluminio (circa 2,82×10⁻⁸ Ω·m), pertanto, a parità di area della sezione trasversale e lunghezza, la caduta di tensione di un conduttore in alluminio è circa il 68% superiore a quella di un conduttore in rame.
In altre parole, per ottenere le stesse prestazioni in termini di caduta di tensione, il cavo in alluminio deve essere di una misura superiore rispetto al cavo in rame (ad esempio, se il rame utilizza 4mm², l'alluminio richiederebbe 6mm² o 10mm²). Sebbene il cavo in alluminio sia più leggero ed economico, il cavo in rame rappresenta la scelta più affidabile nelle applicazioni in cui i requisiti di caduta di tensione sono rigorosi.
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