Dimensionamento dei cavi industriali: criteri e verifiche per una scelta corretta
Il dimensionamento cavi industriali è una fase fondamentale nella progettazione e nella modifica di un impianto elettrico. Scegliere la sezione di un conduttore non significa semplicemente verificare quanta corrente deve trasportare: occorre considerare anche le condizioni reali di posa, la temperatura dell’ambiente, la presenza di altri cavi, la lunghezza della linea, la caduta di tensione e il coordinamento con i dispositivi di protezione. Una valutazione incompleta può portare a surriscaldamenti, perdite di energia o condizioni di funzionamento non adeguate alle esigenze dell’impianto.
Dimensionamento cavi industriali: che cosa significa farlo correttamente?
Quando si parla di dimensionamento di un cavo elettrico, il primo pensiero va generalmente alla sezione del conduttore, espressa in millimetri quadrati. In realtà, la scelta corretta dipende da diversi fattori che devono essere valutati insieme.
Il dimensionamento cavi industriali deve garantire che il conduttore possa trasportare la corrente richiesta dall’utenza senza superare le temperature previste per il tipo di cavo e di isolamento. Allo stesso tempo devono essere considerate le caratteristiche della linea, il sistema di posa, la lunghezza del percorso e i dispositivi di protezione installati a monte.
Per questo motivo due circuiti con lo stesso assorbimento possono richiedere cavi differenti quando vengono installati in condizioni diverse.
Il dimensionamento non consiste quindi nella semplice scelta di una sezione, ma nella verifica dell’intero circuito e delle condizioni nelle quali dovrà funzionare.
La corrente assorbita non è l’unico parametro
La corrente richiesta dal carico rappresenta naturalmente uno dei dati di partenza.
Un motore, una macchina utensile, una linea produttiva o un sistema di climatizzazione industriale richiedono una determinata potenza e, di conseguenza, determinano un certo assorbimento elettrico.
Ma conoscere questo valore non è sufficiente.
La capacità di un cavo di trasportare corrente dipende anche da quanto facilmente riesce a disperdere il calore prodotto durante il funzionamento.
Un conduttore installato in condizioni favorevoli può quindi avere una capacità di trasporto diversa rispetto allo stesso conduttore installato in un ambiente più caldo, all’interno di una canalizzazione affollata o insieme a numerosi altri circuiti.
Nel caso di motori e apparecchiature caratterizzate da elevati assorbimenti durante l’avviamento, inoltre, può essere necessario considerare anche fenomeni come le correnti di spunto negli impianti industriali, che possono influenzare il comportamento della linea e delle protezioni.
Modalità di posa: perché cambia la portata del cavo?
Un cavo può essere installato in molti modi differenti: in passerella, in tubo, in canalina, interrato oppure insieme ad altri conduttori.
La modalità di posa influisce sulla capacità del cavo di disperdere il calore.
Un cavo installato in aria libera può generalmente dissipare il calore in maniera diversa rispetto allo stesso cavo collocato all’interno di una tubazione o raggruppato con altri circuiti.
Per questo motivo, durante il dimensionamento cavi industriali, non è sufficiente conoscere sezione e materiale del conduttore: bisogna considerare le reali condizioni in cui verrà installato.
Anche la temperatura dell’ambiente può avere un ruolo importante. In alcune aree produttive, locali tecnici o zone vicine a macchinari che generano calore, le condizioni possono essere molto diverse da quelle considerate nei valori di riferimento.
La CEI 64-8 Parte 5, dedicata alla scelta e all’installazione dei componenti elettrici, tratta proprio aspetti come scelta delle condutture, modalità di posa e determinazione delle relative portate. È possibile consultare la scheda della CEI 64-8/5 sul catalogo CEI. La versione attualmente catalogata dal CEI è quella pubblicata nel luglio 2024 ed entrata in vigore il 1° novembre 2024.
Il raggruppamento dei cavi può modificare le condizioni di esercizio
Negli impianti industriali è molto comune trovare più circuiti installati sulla stessa passerella o all’interno della stessa canalizzazione.
È una soluzione pratica, ma aumenta l’importanza di una corretta valutazione termica.
Quando diversi cavi funzionano contemporaneamente e sono installati molto vicini tra loro, il calore prodotto da ciascun circuito può contribuire ad aumentare la temperatura complessiva della zona.
Questo significa che un cavo correttamente dimensionato se considerato singolarmente potrebbe non trovarsi nelle stesse condizioni quando viene installato insieme a numerosi altri conduttori.
Il problema può diventare particolarmente importante negli impianti ampliati progressivamente nel corso degli anni, dove nuove linee vengono aggiunte a passerelle e canalizzazioni già esistenti.
Per questo un ampliamento non dovrebbe essere valutato soltanto chiedendosi “c’è spazio per aggiungere un altro cavo?”, ma anche verificando se le condizioni di posa restano compatibili con il funzionamento previsto.
La caduta di tensione può richiedere una sezione maggiore
Un altro parametro fondamentale è la lunghezza della linea.
All’aumentare della distanza tra il quadro e l’utilizzatore aumenta anche la caduta di tensione lungo il circuito.
Per questo motivo un cavo può essere adeguato dal punto di vista della capacità di trasporto della corrente ma richiedere comunque una sezione maggiore per mantenere la tensione entro valori compatibili con il corretto funzionamento dell’utenza.
Il problema è particolarmente importante negli stabilimenti di grandi dimensioni, dove quadri secondari e macchinari possono trovarsi a notevole distanza dal punto di alimentazione.
Abbiamo approfondito questo fenomeno nell’articolo dedicato alla caduta di tensione negli impianti industriali.
La scelta della sezione deve quindi considerare contemporaneamente corrente, lunghezza della linea e condizioni di installazione, evitando di valutare ciascun parametro separatamente.
Cavo e dispositivo di protezione devono lavorare insieme
Il cavo non può essere considerato indipendentemente dall’interruttore che protegge il circuito.
Una protezione correttamente scelta deve intervenire quando la corrente supera le condizioni ammesse dal circuito, evitando che il conduttore rimanga sottoposto troppo a lungo a sovraccarichi che potrebbero provocarne il surriscaldamento.
Per questo durante il dimensionamento vengono messi in relazione:
- corrente richiesta dall’utenza;
- capacità di trasporto del cavo;
- caratteristiche e regolazioni del dispositivo di protezione.
In un impianto industriale complesso è inoltre necessario valutare il comportamento delle protezioni nel loro insieme. Abbiamo affrontato questo aspetto nell’approfondimento sulla selettività delle protezioni elettriche negli impianti industriali.
È importante però distinguere i due concetti: proteggere correttamente il cavo e ottenere la selettività tra diversi dispositivi non sono la stessa cosa. Entrambe le verifiche fanno parte di una progettazione coerente della distribuzione elettrica.
Che cosa succede in caso di cortocircuito?
Il dimensionamento deve considerare anche condizioni molto diverse dal normale funzionamento.
In presenza di un cortocircuito, infatti, possono circolare per un breve intervallo correnti molto elevate.
Il dispositivo di protezione deve interrompere il guasto nei tempi previsti, mentre il conduttore deve essere in grado di sopportare la sollecitazione termica che si sviluppa fino all’interruzione della corrente.
Per questo motivo la sezione del cavo non viene verificata soltanto rispetto alla corrente assorbita durante il normale esercizio.
Il rapporto tecnico CEI EN CLC/TR 50480 affronta proprio la determinazione della sezione dei conduttori e la selezione dei dispositivi di protezione, considerando tra gli altri parametri capacità di trasporto della corrente, sovracorrenti, sollecitazioni termiche dovute al cortocircuito e caduta di tensione.
Un cavo sovradimensionato è sempre una scelta migliore?
Non necessariamente.
Aumentare la sezione riduce la resistenza del conduttore e può contribuire a limitare perdite e caduta di tensione, ma questo non significa che scegliere sempre il cavo più grande possibile rappresenti la soluzione migliore.
Sezioni maggiori comportano infatti costi superiori, maggiore ingombro nelle canalizzazioni, raggi di curvatura differenti e maggiori difficoltà di installazione e collegamento.
L’obiettivo della progettazione non è quindi utilizzare il cavo più grande, ma individuare la sezione corretta per le reali condizioni di funzionamento dell’impianto.
Gli ampliamenti possono rendere insufficiente una linea esistente
Un impianto industriale raramente rimane identico per tutta la propria vita.
Nuove macchine vengono installate, vecchie apparecchiature vengono sostituite e interi reparti possono modificare le proprie esigenze energetiche.
Una linea progettata correttamente anni prima potrebbe quindi trovarsi ad alimentare un carico diverso rispetto a quello originariamente previsto.
Prima di collegare un nuovo macchinario a una linea esistente è quindi opportuno verificare almeno:
- potenza e corrente richieste dalla nuova utenza;
- sezione e tipologia del cavo esistente;
- lunghezza della linea;
- modalità di posa;
- presenza di altri circuiti;
- dispositivo di protezione installato;
- caduta di tensione;
- condizioni previste in caso di cortocircuito.
Il fatto che “il cavo sia già lì” non significa automaticamente che sia adeguato alla nuova applicazione.
Un esempio pratico
Immaginiamo un’azienda che installi un nuovo macchinario all’interno di un reparto produttivo.
La potenza della macchina sembra compatibile con una linea già disponibile e, osservando soltanto la corrente nominale, la sezione del cavo esistente potrebbe apparire sufficiente.
La macchina, però, viene installata a una distanza significativa dal quadro e il percorso del cavo viene prolungato attraverso una passerella sulla quale sono già presenti numerosi altri circuiti.
Una verifica completa prende quindi in considerazione non soltanto l’assorbimento del nuovo macchinario, ma anche lunghezza della linea, caduta di tensione, raggruppamento dei cavi, modalità di posa e protezione installata.
Dall’analisi può emergere che mantenere la sezione originaria non garantirebbe le condizioni di esercizio desiderate.
L’intervento corretto non consiste quindi semplicemente nel collegare la nuova macchina alla linea disponibile, ma nel verificare l’intero circuito e scegliere la soluzione compatibile con le reali condizioni di installazione.
Questo esempio mostra perché il dimensionamento cavi industriali deve essere valutato ogni volta che vengono effettuati ampliamenti o modifiche significative della distribuzione.
Quando è utile verificare il dimensionamento dei cavi?
Una verifica può essere particolarmente utile quando:
- viene installato un nuovo macchinario;
- aumenta la potenza richiesta da una linea esistente;
- vengono ampliati quadri o reparti produttivi;
- si aggiungono nuovi circuiti sulle passerelle esistenti;
- aumentano le distanze tra quadro e utenza;
- vengono sostituiti o modificati i dispositivi di protezione;
- vengono rilevati surriscaldamenti anomali;
- si effettuano interventi di revamping sull’impianto.
Controllare questi aspetti prima dell’intervento permette di evitare che modifiche apparentemente semplici introducano criticità nella distribuzione elettrica.
Domande frequenti sul dimensionamento dei cavi industriali
La sezione del cavo dipende soltanto dalla potenza del macchinario?
No. Potenza e corrente assorbita sono dati fondamentali, ma devono essere valutati insieme a lunghezza della linea, modalità di posa, temperatura, raggruppamento dei cavi, caduta di tensione e caratteristiche delle protezioni.
La lunghezza della linea può obbligare a utilizzare un cavo più grande?
Sì. All’aumentare della lunghezza aumenta la caduta di tensione. In alcune situazioni può quindi essere necessario aumentare la sezione anche se il cavo sarebbe adeguato dal punto di vista della sola portata di corrente.
Due cavi della stessa sezione hanno sempre la stessa portata?
No. La capacità di trasporto della corrente dipende anche dal tipo di cavo, dall’isolamento, dalla modalità di posa, dalla temperatura ambiente e dalla presenza di altri circuiti vicini.
Se aumento la potenza di un macchinario posso mantenere il cavo esistente?
Non è possibile stabilirlo semplicemente osservando la sezione. È necessario verificare nuovamente il circuito considerando il nuovo assorbimento e tutte le condizioni di installazione.
Un cavo più grande consuma meno energia?
Una sezione maggiore può ridurre le perdite resistive e la caduta di tensione, ma la scelta deve essere valutata considerando il circuito nel suo complesso. Sovradimensionare indiscriminatamente non rappresenta automaticamente la soluzione tecnicamente o economicamente migliore.
Quando conviene verificare una linea esistente?
È consigliabile effettuare una verifica dopo ampliamenti, installazione di nuovi macchinari, variazioni significative dei carichi o quando si rilevano surriscaldamenti e anomalie durante il funzionamento.
Conclusioni
Il dimensionamento cavi industriali richiede una valutazione che va oltre la semplice scelta della sezione in funzione della corrente assorbita.
Modalità di posa, temperatura, raggruppamento dei circuiti, lunghezza della linea, caduta di tensione, protezioni e condizioni di cortocircuito concorrono a determinare il comportamento reale del conduttore.
Negli impianti industriali, dove modifiche e ampliamenti sono frequenti, è particolarmente importante verificare che le condizioni previste dal progetto originario siano ancora valide.
Una corretta progettazione delle linee contribuisce a limitare surriscaldamenti e perdite, garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature e mantenere affidabile la distribuzione elettrica nel tempo.
Affidati ad AFM Impianti Elettrici
L’installazione di un nuovo macchinario, l’ampliamento di un reparto o la modifica della distribuzione elettrica possono richiedere una verifica delle linee esistenti e delle relative protezioni.
AFM Impianti Elettrici supporta le aziende nella progettazione, modifica e verifica degli impianti elettrici industriali, valutando le condizioni reali di esercizio e individuando soluzioni adeguate alle esigenze produttive.