Calcolo sezione cavi: come puoi farlo?

Uno degli ostacoli più grandi per chi vuole insistentemente creare ed aggiustare con il fai-da-te è la ricerca dei materiali necessari.

Certo, anche la forza di volontà di mettersi li, nei weekend o nel tempo libero, per riparare oggetti o impianti che potrebbero essere visti da uno specialista del mestiere, può essere limitata. Ma se avete letto il titolo di questo articolo e avete deciso di iniziare a leggerlo è perché di voglia ne avete oppure siete degli elettricisti alle prime armi.

Ad esempio se volete modificare l’impianto elettrico della vostra abitazione o siete così esperti che lo volete progettare, vi serviranno sicuramente dei cavi elettrici.

Scegliere la giusta sezione non è sempre facile e se doveste fare qualche errore nei calcoli, potreste andare incontro ad alcuni problemi, tra i quali un maggior utilizzo di energia elettrica e la possibilità che questo possa portare a surriscaldamenti che possono degenerare in un incendio. Ecco perché dicevo che la scelta dei materiali deve essere fatta in maniera oculata e prestando attenzione a cosa si compra!

Partiamo dai concetti di base: la Legge di Ohm è una relazione che lega tra di loro, tre grandezze elettriche fondamentali e cioè la tensione (che si misura in volte e il cui simbolismo è indicato con la lettera U), l’intensità di corrente (ampère, I) e la resistenza elettrica (per l’appunto in ohm, R).

L’equazione che descrive questa legge, che tra l’altro risale ai primi anni dell’ottocento, è sintetizzata come segue:  U = I*R. In parole semplici l’enunciato afferma che: “a temperatura costante, la differenza di potenziale applicata a due estremità di un conduttore metallico è direttamente proporzionale all’intensità della corrente che percorre il conduttore”.

Questo vuol dire che se la resistenza del conduttore a far passare corrente al suo interno è alta, allora alta è per forza di cose la caduta di tensione provocata dal passaggio della corrente stessa; viceversa, minore è la R, minore sarà la caduta di tensione U. Per fare ciò che vi interessa, cioè far passare una buona quantità di corrente all’interno di un cavo, la resistenza dovrà essere molto bassa.

La resistenza elettrica di un cavo è una variabile che dipende dalla lunghezza L (espressa in metri), dalla sezione S (espressa in millimetri quadrati) e dalla resistività del conduttore K (l’attitudine di un materiale ad opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche, ad esempio il rame ha una K = 0,02 ohm per metro); la formula che descrive questa relazione è la seguente: R = K*L/S

Ad esempio, per quanto riguarda un cavo di rame lungo 5 metri e con una sezione di 2 mm² , si può dire a priori che la sua resistenza sarà di 0,5 ohm (0,02 * 5 / 2 = 0,5 Ohm).

Se ipoteticamente doveste alimentare solamente il vostro frigorifero che ha una potenza di 100 watt ed è alimentato a 12 volt e utilizzando una batteria e il cavo elettrico dell’esempio precedente, quale sarà la caduta di tensione sul cavo stesso? (è necessario specificare che la lunghezza del cavo comprende sia l’andata che il ritorno, cioè dal polo positivo della batteria al compressore del frigo e dal compressore al polo negativo).

La corrente consumata è facilmente derivabile dalla seconda legge di ohm, e quindi 100W / 12V = 8,33 A. Quindi riutilizzando la prima legge di ohm, possiamo dire che la caduta di tensione sul cavo è di U = I * R =8,33 A * 0,2 ohm = 1,67 V. Un problema classico che può capitare è che il compressore, data la bassa tensione sull’utenza (data dalla carica della batteria, ipotizzata a 12,8 V meno la caduta di tensione da 1,67 V, e quindi corrispondente a un valore finale di soli 11 V), si disattivi per proteggere i circuiti interni e preservare la batteria. Per ovviare a questo problema si può chiaramente, o diminuire la lunghezza del cavo o aumentarne la sezione. Essendo che ogni elettrodomestico avrà una sua posizione precisa all’interno della casa, è difficile che si possa “giocare” con la lunghezza dei cavi. Ecco perché diventa interessante andare a lavorare sulla sezione del cavo. Avendo tutti i dati a disposizione, come la lunghezza del cavo, l’intensità di corrente e la caduta di tensione fissata (non superare gli 0,5 V), potrete ora facilmente calcolare la sezione corrispondente del cavo di rame, semplicemente con la formula:

S = K * I * L / V e otterrete la sezione in mm². Non sempre il risultato sarà preciso, e se ad esempio vi venisse fuori 2,97 mm², conviene sempre acquistare un cavo con una sezione maggiore, ma sempre molto vicina al risultato ottenuto (ad esempio in questo caso, un cavo di rame di 3 mm² sarebbe la soluzione ideale).

In questo articolo abbiamo analizzato il caso in corrente continua. Esistono diversi strumenti, completamente gratuiti su internet, che vi aiutano a calcolare la sezione dei cavi per le vostre utenze anche in corrente alternata, sia monofase che trifase. Gli altri dati da immettere sono quelli che abbiamo imparato oggi, la tensione applicata, la potenza dell’elettrodomestico, la caduta di tensione e la lunghezza del cavo. Da oggi sarete finalmente in grado di occuparvene da soli!