Perché è la caduta di tensione, non solo la portata, a dimensionare il cavo
Ogni conduttore ha una resistenza, quindi parte della tensione di alimentazione viene spesa per spingere la corrente lungo il cavo e non arriva mai al carico. Su un circuito derivato corto questa perdita è trascurabile; su un montante lungo, un carico pesante o una tratta in CC a bassa tensione può diventare abbastanza grande da avere importanza. La portata — la corrente che un conduttore può sostenere senza surriscaldarsi — è il primo limite, ed è obbligatorio: stabilisce la sezione minima che una normativa consente. Ma la portata non dice nulla su quanta tensione arrivi all'estremità opposta. Un conduttore in rame da 12 AWG può tranquillamente sostenere 20 A, ma presentare una caduta superiore al 6% su una tratta di 30 m, e una luce o un motore a quell'estremità se ne accorgeranno. Ecco perché le tratte lunghe sono così spesso governate dalla caduta di tensione piuttosto che dalla portata: oltre una certa distanza occorre aumentare la sezione del cavo, non perché si surriscalderebbe, ma perché al carico arriverebbe troppo poca tensione. Un progetto corretto verifica entrambi i limiti e adotta il conduttore più grande richiesto dai due.
La formula della caduta di tensione e i numeri che la determinano
La caduta di tensione è la legge di Ohm applicata all'intero percorso della corrente. Moltiplica la corrente di carico per la resistenza del conduttore relativa al percorso di andata e ritorno e ottieni i volt persi; dividi per la tensione di alimentazione e ottieni la caduta in percentuale. Quattro fattori influenzano questo valore: la corrente (raddoppia il carico, raddoppia la caduta), la resistenza per unità di lunghezza (un cavo più sottile ha una resistenza maggiore e una caduta maggiore), la lunghezza della tratta (la caduta è proporzionale alla distanza), e un fattore di fase che tiene conto di quanti conduttori sostengono il percorso di andata e ritorno — 2 per monofase e CC, e √3 (circa 1.732) per trifase fase-fase. Poiché la corrente scorre verso il carico e ritorna, il calcolo utilizza sempre il percorso di andata e ritorno anche se inserisci la lunghezza di andata. La resistenza stessa proviene da tabelle pubblicate: i conduttori AWG in ohm per 1000 ft (NEC Capitolo 9, Tabella 8, a 75 °C) e i conduttori metrici in ohm per chilometro (IEC 60228, a 20 °C). L'alluminio è sempre superiore al rame per ogni sezione, motivo per cui un conduttore in alluminio deve solitamente essere una o due sezioni più grande del rame per la stessa tratta e la stessa caduta.
Quanta caduta è ammissibile, e chi lo stabilisce
I limiti rispetto ai quali si misura una verifica della caduta di tensione sono anzitutto raccomandazioni, e diventano regole vincolanti solo dove una giurisdizione locale le adotta come tali. Gli obiettivi più comuni sono il 3% su un circuito derivato o di illuminazione e il 5% per un montante o il totale combinato di montante e derivato. In Nord America derivano dalle note informative del NEC 210.19 e 215.2 — informative, non obbligatorie, a meno che l'autorità competente non le abbia rese vincolanti. Nella prassi IEC/BS 7671 compaiono gli stessi valori del 3% per l'illuminazione e del 5% per altri usi nell'allegato informativo della IEC 60364-5-52 e nella BS 7671, con un margine più ampio del 6%/8% consentito per gli impianti alimentati dal proprio trasformatore o generatore anziché dalla rete pubblica. La conclusione pratica è che si tratta di obiettivi ingegneristici a cui progettare, non di una licenza per ignorare la normativa locale: mantenere un circuito derivato sotto il 3% e l'intera tratta sotto il 5% soddisfa la grande maggioranza degli impianti, ma verifica sempre il valore effettivamente imposto dalla tua giurisdizione prima di finalizzare un progetto.
Rame o alluminio, AWG o mm², e dove si incontrano i due standard
Il dimensionamento dei conduttori vive in due mondi paralleli che non si convertono in modo esatto l'uno nell'altro. La prassi nordamericana usa l'AWG (American Wire Gauge) per i conduttori più piccoli e i kcmil sopra 4/0, dove un numero di calibro più piccolo indica un conduttore più grande; il resto del mondo usa la sezione trasversale in millimetri quadrati, dove un numero maggiore indica semplicemente un cavo più grosso. Non esiste una corrispondenza esatta uno a uno tra i due — 12 AWG è vicino a 4 mm², 10 AWG vicino a 6 mm² — quindi passare da imperiale a metrico in un calcolatore non converte un valore, ma sostituisce l'intero catalogo delle sezioni. Il materiale è l'altra grande variabile. L'alluminio è più leggero ed economico per ampere rispetto al rame, motivo per cui domina nei montanti più grandi e nelle prese di fornitura, ma la sua resistività maggiore comporta una caduta di tensione superiore e generalmente richiede una sezione maggiore rispetto al rame; ha inoltre requisiti di terminazione e connessione che il rame non ha. Qualunque sistema e materiale tu usi, ricorda che il calcolatore risponde solo alla metà della domanda relativa alla caduta di tensione — non verifica la portata, la protezione da sovracorrente, il declassamento per temperatura o il riempimento della canalina, né altro richiesto dalla tua normativa, quindi considera il suo risultato come un valore di pianificazione da far confermare da un elettricista qualificato in base alla normativa che disciplina il tuo impianto.
