L'elenco dei cavi indica 50 mm². Il calcolo della caduta di tensione indica 3,8%. Il datasheet del trasformatore di corrente (TA) indica 14 mm. I tre numeri descrivono proprietà diverse dello stesso conduttore; un progetto di monitoraggio richiede tutte e tre.
Questa guida riguarda la conversione fra sezioni, resistenza, caduta di tensione e idoneità fisica di un sensore di corrente. Portata di corrente, protezione e tenuta al guasto dipendono dalle regole di cablaggio applicabili al sito (IEC 60364-5-52, BS 7671 o NEC) e non sono trattate qui.
Cinque grandezze distinte
«Dimensione del cavo» può significare una di queste grandezze:
| Grandezza | Significato | Dove trovarla |
|---|---|---|
| AWG o mm² nominali | Designazione standard del conduttore | Elenco dei cavi, marcatura sulla guaina |
| Diametro equivalente del rame pieno rotondo | Diametro di un cerchio pieno con la sezione nominale, d = √(4A/π) | Calcolo o tabella AWG nel NIST Handbook 100 |
| Resistenza | Ω per km a una temperatura dichiarata, normalmente 20 °C | Datasheet del cavo; IEC 60228 dà il massimo per ogni sezione |
| Caduta di tensione | Volt persi fra origine e carico a una corrente e a un fattore di potenza dichiarati | Calcolo con R e X del datasheet, lunghezza del percorso e carico |
| Diametro esterno del cavo finito | Dimensione attraverso la guaina, che il sensore deve circondare | Datasheet del cavo, poi misura con calibro sul sito |
Convertire AWG in mm²
American Wire Gauge è una serie geometrica. Ogni 6 numeri AWG il diametro si dimezza e ogni 3 numeri la sezione si dimezza approssimativamente. Le Copper Wire Tables del NIST forniscono diametri, sezioni e resistenze. Il convertitore AWG/mm² usa quella geometria e mostra la sezione nominale IEC più vicina.
14 AWG equivalgono a 2,081 mm², con diametro del rame nudo di 1,628 mm:
14 AWG equivalgono a 2,5 mm²?
No. La sezione IEC più vicina è 2,5 mm², ma 14 AWG hanno il 17% di rame in meno e circa il 20% di resistenza in più. 2,5 mm² sono vicini a 13 AWG (2,62 mm²), una sezione raramente disponibile. Per sostituire un conduttore da 2,5 mm² con una sezione AWG, 12 AWG (3,31 mm²) è la più piccola almeno altrettanto grande. I grandi conduttori statunitensi usano kcmil: 1 kcmil equivale a 0,5067 mm², quindi 250 kcmil sono 126,7 mm², fra le sezioni IEC da 120 e 150 mm².
IEC 60228:2023 definisce una sezione nominale dalla resistenza massima a 20 °C, non da una sezione misurata. Un conduttore di rame non rivestito, classe 1 o 2, da 2,5 mm² non deve superare 7,41 Ω/km. Una sezione reale di rame ricotto da 2,5 mm² (0,017241 Ω·mm²/m) dà 6,90 Ω/km. Un conduttore appena conforme al limite si comporta quindi come circa 2,33 mm² di rame. Quando confronti cavi di norme diverse, confronta la resistenza del datasheet, non la designazione della sezione.
Diametro del conduttore e diametro del cavo
Si può calcolare il diametro esterno del cavo dalla sezione del conduttore?
No. Per un conduttore pieno e rotondo A = πd²/4, quindi un conduttore da 95 mm² ha un diametro equivalente del rame nudo di 11,0 mm. Il cavo finito è molto più grande. La cordatura lascia spazi e isolamento e guaina aggiungono vari millimetri. Nexans Australia indica 17,2 mm per il proprio cavo unipolare XLPE/PVC da 95 mm² a 0,6/1 kV:
| Sezione nominale | Diametro equivalente del rame nudo | Diametro esterno finito (Nexans XLPE/PVC unipolare) |
|---|---|---|
| 16 mm² | 4,5 mm | 9,3 mm |
| 25 mm² | 5,6 mm | 10,5 mm |
| 35 mm² | 6,7 mm | 11,5 mm |
| 50 mm² | 8,0 mm | 12,9 mm |
| 70 mm² | 9,4 mm | 14,7 mm |
| 95 mm² | 11,0 mm | 17,2 mm |
| 120 mm² | 12,4 mm | 19,6 mm |
| 185 mm² | 15,3 mm | 23,5 mm |
| 240 mm² | 17,5 mm | 25,6 mm |
Usa questa tabella soltanto per capire l'ordine di grandezza. Armatura, guaina a bassa emissione di fumo, tensione nominale più alta, produttore diverso o struttura multipolare cambiano il diametro esterno. Prendi il valore dal datasheet del cavo installato, poi misuralo.
Resistenza del conduttore e temperatura
La resistenza in CC è R = ρL/A. Il rame ricotto ha 0,017241 Ω·mm²/m a 20 °C; il calcolatore della resistenza del conduttore usa per l'alluminio il 61% di tale conducibilità. Specifica se la lunghezza riguarda un solo conduttore o l'intero anello di andata e ritorno, perché l'anello raddoppia il risultato.
La resistenza aumenta con la temperatura. Per il rame, R_T = R_20 × (234,5 + T) / 254,5, circa lo 0,39% per °C. Per l'alluminio, le costanti sono 228 e 248, circa lo 0,40% per °C. Un conduttore isolato in PVC al limite di 70 °C presenta 1,20 volte la sua resistenza a 20 °C. Un conduttore XLPE a 90 °C arriva a 1,28 volte.
Un percorso di 20 m di rame da 2,5 mm², andata e ritorno, ha una resistenza d'anello di 0,28 Ω a 20 °C. A 70 °C è 0,33 Ω:
Quando è disponibile, usa la resistenza del datasheet. Il calcolatore non conosce lega, cordatura o tolleranza. In CA, la profondità di penetrazione nel rame a 50 Hz è circa 9,3 mm. L'effetto pelle cresce quando il raggio del conduttore si avvicina a quel valore, corrispondente a una sezione di circa 270 mm². Per grandi conduttori usa la resistenza in CA del datasheet, che comprende effetti pelle e di prossimità.
Calcolare la caduta di tensione
Il calcolatore della caduta di tensione copre CC a due fili, CA monofase e CA trifase equilibrata. Per un circuito trifase equilibrato usa la formula in regime stazionario della Electrical Installation Guide di Schneider Electric:
ΔU = √3 × I × L × (R cos φ + X sin φ)
Considera un carico da 100 A con fattore di potenza 0,8 su una rete da 400 V, alimentato da 100 m di cavo di rame XLPE da 25 mm². IEC 60228 ammette 0,727 Ω/km a 20 °C, che diventano 0,927 Ω/km a 90 °C. Con una reattanza tipica dei cavi a bassa tensione di 0,08 Ω/km, la caduta è 13,68 V, ossia 3,42%:
Usando la resistenza a 20 °C, lo stesso calcolo dà 10,90 V (2,73%): sottostima la caduta di circa un quinto.
L'allegato G di IEC 60364-5-52 (tabella informativa G.52.1) suggerisce una caduta massima dall'origine dell'impianto al carico. Per un impianto alimentato dalla rete pubblica a bassa tensione, i valori sono 3% per l'illuminazione e 5% per gli altri usi. Per un impianto con trasformatore proprio sono 6% e 8%. L'Appendice 4 di BS 7671 usa gli stessi quattro valori. L'esempio è quindi conforme per un circuito di potenza e supera il limite per l'illuminazione su rete pubblica.
Raddoppiando il percorso a 200 m, il cavo da 25 mm² ha una caduta del 6,84%. Un cavo da 35 mm² dà 5,04%, ancora oltre il limite. Uno da 50 mm² dà 3,83%. Il progettista sceglie 50 mm² per il carico da 100 A; la scelta incide sul sensore di corrente.
Il risultato della caduta di tensione seleziona una sezione di cavo sicura?
No. La caduta di tensione è solo una verifica di progetto. Il cavo deve anche portare la corrente di progetto secondo il metodo d'installazione e consentire al dispositivo di protezione di interrompere un guasto entro il tempo richiesto. Questi requisiti derivano dalle norme di cablaggio e questa guida non fornisce una tabella delle portate.
Verificare l'apertura del TA rispetto al cavo
Il cavo da 50 mm² dell'esempio misura 12,9 mm attraverso la guaina. Le opzioni per sensori di corrente ZEM-65 sono:
- TA apribili da 120 A, apertura di 14 mm, cavi da 2 m;
- bobine Rogowski da 300 A, lunghe 25 cm, circa 70 mm di diametro da chiuse, cavi da 3 m;
- bobine Rogowski da 1000 A e 3000 A, diametro 120 mm, cavi da 2 m.
Ogni gruppo è calibrato con il proprio contatore prima della spedizione. Lo strumento di selezione dei trasformatori di corrente prepara prima una specifica generica, compreso un margine d'installazione per lato. Un cavo da 12,9 mm con un margine scelto di 2 mm richiede un'apertura rotonda di 16,9 mm. Un sensore candidato da 120 A con apertura di 14 mm copre la corrente massima di 100 A, ma non soddisfa questo margine meccanico:
La differenza fra i diametri nudi è 1,1 mm, appena 0,55 mm per lato con cavo rotondo centrato. Tolleranza della guaina, cavo ovale o accesso alla chiusura possono renderla impraticabile. Qui il margine di 2 mm è un esempio di scelta progettuale, non una regola universale di distanza elettrica. Verifica disegno del sensore e installazione prima di scegliere il margine.
L'aumento della sezione per limitare la caduta di tensione può lasciare un circuito a bassa corrente con un grande cavo. Un cavo da 95 mm² con diametro esterno misurato di 17,2 mm non passa attraverso un'apertura di 14 mm neppure a 60 A. L'abbinamento opzionale dello strumento con prodotti EpiSensor può indicare una soluzione pubblicata più grande da valutare; restano da confermare compatibilità col contatore, accuratezza a basse correnti, chiusura della bobina e accesso per l'installazione.
Come verificare la sezione del cavo rispetto all'apertura di un TA?
Misura il diametro esterno con un calibro nel punto in cui installerai il sensore. Misura lontano da pressacavi, capicorda e morsetti e, se il cavo è ovale, prendi due misure perpendicolari. Usa la corrente massima realmente presente su ogni fase, ricavata da pinza amperometrica, elenco dei carichi o contatore esistente. La corrente nominale dell'interruttore è solo un limite superiore e può spingere verso un sensore più grande del necessario.
Sul sito ricorrono cinque problemi:
- Un sensore attorno a un intero cavo multipolare misura la somma delle correnti al suo interno. Con il neutro incluso, la somma è vicina a zero. Senza di esso, il sensore legge la corrente del neutro. Il sintomo è una corrente di fase molto inferiore alla misura con pinza su un solo conduttore. Metti il sensore attorno a un solo conduttore, dopo il pressacavo dove i conduttori si separano.
- Se una fase ha cavi in parallelo, passa tutti i cavi di quella fase attraverso una sola bobina, nello stesso verso. Non misurare un solo cavo moltiplicando per il loro numero: cavi paralleli con lunghezze o disposizioni diverse non condividono la corrente in modo uniforme.
- Per una sbarra in un'apertura rotonda rigida, l'apertura deve superare la diagonale della sezione. Una sbarra da 40 × 10 mm richiede 41,2 mm, quindi una bobina Rogowski. Tieni la chiusura della bobina lontano dalle sbarre delle fasi adiacenti.
- Un sensore invertito o una fase scambiata fa leggere potenza negativa per fase oppure un fattore di potenza incompatibile col carico. Verifica ogni fase durante la messa in servizio, con il carico in funzione.
- TA apribili e bobine Rogowski si installano senza scollegare il conduttore. Resta comunque un lavoro vicino a conduttori in tensione: applica le regole del sito per il lavoro in sicurezza. In Gran Bretagna vale il Regolamento 14 delle Electricity at Work Regulations 1989. Isola il circuito quando possibile.
Verifica anche che il cavo del sensore raggiunga lo ZEM senza prolunghe o curve strette e che il sensore abbia spazio rispetto ad altre fasi e all'involucro. La guida alla scelta dei trasformatori di corrente tratta tipo d'uscita, carico e sicurezza del secondario del TA. La guida alle bobine Rogowski tratta posizione della bobina ed errore di posizionamento.
Procedura di progetto
Conserva una scheda per ciascun circuito monitorato:
- Registra circuito, carico servito e designazione del cavo dall'elenco, compresi produttore e tipo di cavo.
- Registra la corrente massima per fase da una misura o dall'elenco dei carichi.
- Misura diametro esterno o sezione della sbarra nella posizione del sensore e scatta una fotografia se le regole del sito lo consentono.
- Usa lo strumento di selezione dell'apertura e scegli l'opzione più grande se il margine è inferiore a 3 mm.
- Durante la messa in servizio, confronta la corrente di ogni fase con una pinza amperometrica e verifica che potenza e fattore di potenza per fase corrispondano al carico.
La guida al monitoraggio di trasformatori e quadri di distribuzione trasforma questa scheda in un piano di monitoraggio; la pagina del monitor elettrico ZEM elenca le opzioni dei sensori. Se l'elenco dei cavi o l'installazione sono incerti, parla con un tecnico. Invia corrente per fase, dimensioni del conduttore e fotografie del quadro prima di ordinare.