Che cos'è la caduta di tensione
Ogni conduttore ha resistenza. Quando scorre corrente, una parte della tensione di alimentazione si consuma per spingerla attraverso il cavo, quindi la tensione al carico è più bassa che alla sorgente. La perdita è proporzionale a tre cose: la resistenza del conduttore per chilometro, la lunghezza del percorso e la corrente. Raddoppiate la lunghezza del percorso e la caduta raddoppia; dimezzate la resistenza scegliendo un conduttore maggiore e la caduta si dimezza.
Una caduta di tensione eccessiva causa problemi reali. I motori partono lentamente e girano caldi, l'illuminazione cala, le apparecchiature elettroniche staccano per sottotensione e, nei impianti solari, l'energia semplicemente si perde come calore nel cavo. Le regole di cablaggio e le specifiche di progetto fissano quindi un massimo, di solito come percentuale della tensione nominale, per circuito o per l'intera installazione dall'origine al carico più lontano. Il limite da usare viene dalle regole applicabili o dall'ingegnere di progetto; questo articolo spiega il metodo, non il limite.
Il calcolo di base
Per un circuito in corrente continua o in corrente alternata monofase, la corrente va su un conduttore e torna sull'altro, quindi la lunghezza del conduttore è il doppio della lunghezza del percorso. Una stima resistiva semplice è:
- Corrente continua o monofase: caduta di tensione = 2 x lunghezza percorso (km) x resistenza (ohm/km) x corrente.
- Trifase equilibrato: caduta di tensione tra fasi = 1,732 x lunghezza percorso (km) x resistenza (ohm/km) x corrente.
Queste ignorano la reattanza e il fattore di potenza, che contano per i cavi in corrente alternata maggiori, e usano la resistenza a un'unica temperatura. Bastano per vedere l'effetto di sezione e lunghezza, che è lo scopo di questo articolo. Il progetto corretto usa le tabelle di mV per ampere per metro o il metodo completo delle impedenze nelle regole di cablaggio applicabili, alla temperatura di esercizio del conduttore.
I valori di resistenza vengono dalla IEC 60228 o dalla scheda tecnica del cavo. Per il rame classe 2 sono 7.41 ohm/km per 2,5 mm2, 4.61 per 4 mm2, 3.08 per 6 mm2, 1.83 per 10 mm2 e 1.15 per 16 mm2, tutti a 20 gradi C. Alla temperatura di esercizio la resistenza è più alta: un conduttore in rame che lavora vicino al limite di 90 gradi C dell'XLPE ha circa un quarto di resistenza in più che a 20 gradi C, quindi i calcoli di progetto usano il valore a caldo.
Un confronto svolto senza portate in ampere
Per tenere le portate fuori dal quadro, la tabella esprime la caduta di tensione per ampere di corrente di carico. Moltiplicate per la corrente di progetto del vostro circuito per avere la caduta in volt, poi dividete per la tensione nominale per la percentuale. Il percorso è 100 m monofase, quindi 200 m di conduttore, usando i valori di resistenza a 20 gradi C.
| Sezione | Resistenza, ohm/km | Resistenza dell'anello, ohm | Volt persi per ampere |
|---|---|---|---|
| 2,5 mm2 | 7.41 | 1.482 | circa 1,48 V |
| 4 mm2 | 4.61 | 0.922 | circa 0,92 V |
| 6 mm2 | 3.08 | 0.616 | circa 0,62 V |
| 10 mm2 | 1.83 | 0.366 | circa 0,37 V |
| 16 mm2 | 1.15 | 0.230 | circa 0,23 V |
Lo schema è ciò che conta: ogni salto di sezione riduce la perdita di circa un terzo a due quinti. Su un percorso di 100 m, passare da 2,5 mm2 a 6 mm2 riduce la caduta ben sotto la metà. Su un percorso di 20 m lo stesso circuito perderebbe un quinto, e la sezione minore potrebbe essere accettabile. Ecco perché due circuiti con lo stesso carico possono finire con cavi molto diversi.
La stessa aritmetica vale per i feeder trifase. Un percorso di 200 m in rame 4x25 mm2, la costruzione BT di riferimento a 0.727 ohm/km, dà 1,732 x 0,2 x 0.727, cioè circa 0,25 V tra fasi per ampere di corrente di fase a 20 gradi C. Confrontatelo con la resistenza a caldo e con la reattanza dalla scheda tecnica prima di fidarvi, e sarà esattamente ciò che farà l'ingegnere nel progetto definitivo.
Dove la caduta di tensione di solito governa
La caduta di tensione tende a fissare la sezione in alcune situazioni ricorrenti:
- Stringhe e feeder in corrente continua solare: le correnti sono modeste ma i tratti attraverso un sito sono lunghi, e ogni volt perso è energia persa. Il cavo di riferimento H1Z2Z2-K 1x4 mm2 della pagina sui cavi fotovoltaici ha un massimo di 5.09 ohm/km rame stagnato classe 5; 6 mm2 è 3.39 ohm/km. Su un percorso di 50 m il cavo da 4 mm2 perde circa 0,51 V per ampere a 20 gradi C, quello da 6 mm2 circa 0,34 V.
- Edifici minori, pompe e illuminazione stradale: circuiti singoli lunghi a bassa tensione.
- Circuiti motori: la corrente di spunto è più volte la corrente a regime, quindi la caduta alla partenza può essere il caso limitante.
- Sistemi in corrente continua a bassa tensione: a 12, 24 o 48 V, una caduta di uno o due volt è una grande percentuale.
- Feeder in alluminio: l'alluminio 95 mm2 è 0.320 ohm/km contro 0.193 del rame 95 mm2, quindi un progetto in alluminio va ingrandito; si veda l'articolo rame contro alluminio.
Caduta di tensione e decisione d'acquisto
La caduta di tensione è uno dei controlli del metodo di scelta della sezione del cavo, accanto a portata e tenuta al cortocircuito. Il risultato maggiore fissa la sezione. Per gli acquirenti seguono tre punti pratici.
Primo, una sezione maggiore scelta per la caduta di tensione non è sovradimensionamento; è la sezione corretta per quel percorso, e un fornitore che suggerisce di scendere di sezione per risparmiare rame su un tratto lungo va invitato a mostrare il calcolo della caduta di tensione. Secondo, la caduta di tensione dipende dalla resistenza effettiva del conduttore, quindi il conduttore deve rispettare il suo limite IEC 60228; un conduttore sottodimensionato aggiunge caduta di tensione oltre al calore, motivo in più per cui la prova di resistenza conta. Terzo, il costo extra di un conduttore maggiore su un tratto lungo è spesso modesto rispetto all'energia persa in anni di servizio, cosa che gli ingegneri di progetto valutano nel progetto.
Il rame costituisce la maggior parte del costo di un cavo di energia, e con il rame tre mesi LME intorno ai 14.315 USD per tonnellata il 21 ottobre 2026, gli acquirenti cercano con tutta comprensione risparmi. Il posto giusto per trovarli è nei dati di ingresso del progetto, non tagliando le sezioni dopo il calcolo. Quando le sezioni sono confermate, il modulo di richiesta accetta sezioni e lunghezze per circuito, e la guida al dimensionamento dei cavi spiega il metodo completo.