Tipologie di cavi elettrici Dimensionamento Siglatura Norme Portata

1. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2015
CAVI ELETTRICI
Materiali isolanti. Condizioni di Posa. Portata massima di
corrente Iz. Caduta di tensione. Dimensionamento.
Formazione dei conduttori. Siglatura. Norme.
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Pro manuscripto - Dispense didattiche
Istituto Professionale per l'industria e l'Artigianato "Salvo D’Acquisto" Bagheria
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SE NECESSARIO

2. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Conduttori e Cavi
• Un cavo può essere ad uno o più conduttori
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3. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Conduttori e Cavi
• Alcuni cavi sono armati, ossia hanno una
protezione metallica sotto la guaina più esterna:
sono usati in ambito aereo, navale, ferroviario,
militare e per AT e MT
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4. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Conduttore in Alluminio
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La resistività è 1,7 volte quella del rame quindi bisogna
aumentare la sezione del 70% per avere la stessa
caduta di tensione

5. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Resistività
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II Legge di Ohm:
R=𝝆*L/S
Resistività:
𝝆=R*S/L [Ωmm2/m]
𝝆 = 0,0178 [Ωmm2/m] 𝝆 = 0,03 [Ωmm2/m]

6. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Conduttore in Alluminio
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I cavi aerei di AT e MT sono in alluminio (leggero ed
economico) con anima in acciaio (resistente)

7. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Conduttori e Cavi
• I parametri fondamentali di un cavo sono:
• Materiali conduttori (Rame o Alluminio) da cui deriva
la resistenza elettrica. I costruttori la dànno in Ω/km
• Sezione S dei conduttori (area di sezione in mm2)
• Materiali isolanti e quindi tensione nominale di
esercizio, temperatura min e max, resistenza ad
agenti chimici esterni
• Iz: portata o corrente massima continuativa: dipende
da materiale conduttore, sezione, materiale isolante, e
dalle condizioni di posa del cavo
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8. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Condizioni di posa
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Posa in aria
La posa in canalina metallica è assimilata alla posa in aria
Posa in tubo in aria
Si intende in tubo di PVC rigido (tipo Atlas). E’ peggiorativa
rispetto alla posa in aria.
Posa interrata
entro cavidotti in tubo corrugato o canali in cemento.
Si mettono dei pozzetti rompitratta.
Posa incassata
sotto traccia in muri. E’ la condizione peggiore per la
dissipazione del calore. Quindi portata Iz minima.

9. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Condizioni di posa
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Posa interrata:
Se devono essere eseguiti dei giunti nei pozzetti, si
usano giunti testa-testa crimpati e il giunto viene reso
impermeabile colando una resina bicomponente o un
apposito gel: giunti resinati o “muffole”
Giunto testa-testa Crimpatrice o Pressagiunti da 13 Ton

10. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Giunti in resina o gel (cosiddette “Muffole”)
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11. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Cablaggio cavi di terra
• La terra viene indicata spesso con PE (Protection Earth)
• La dorsale di un cavo di terra (collettore generale di terra) non
deve mai essere interrotta da giunzioni
• Per fare giunzioni con linee derivate si usa un morsetto
chiamato: morsetto bifilare a pettine.
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12. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Dimensionamento Cavi
I criteri fondamentali per dimensionare i cavi sono essenzialmente 2:
1. Non superare la portata in corrente Iz del cavo.
Per questo dimensionamento si usa la corrente nominale In
del magnetotermico o dei fusibili messi a protezione della linea:
IB ≤ In ≤ Iz
2. Limitare la caduta di tensione totale al 4%
Per questo dimensionamento si usa la corrente di impiego IB
effettivamente assorbita dal carico
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Nelle linee brevi prevale il vincolo di non superare Iz del cavo perché le cadute
sono piccole e si raggiunge prima il limite Iz.
Nelle linee lunghe invece prevale la caduta di tensione, mentre la Iz non viene
mai raggiunta.

13. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2015 13
INIZIO
CALCOLO Ib
SCELTA In
interruttore
In>=Ib
SCELTA Sezione
conduttore
Iz>=In>=Ib
aumentare S
NO
SI
calcolo Icc
verifica
Icc<=PDI?
verifica c.d.t
DV%<=3-4%?
sceglierealtro
interruttore
NO
SI
verifica
I2
t<=K2
S2
?
fine
aumentare S
SI
NO
Dimensionamento Cavi: procedimento completo
7) Verifico che l’energia passante I2t attraverso il MT, sia
tollerata dal cavo; S è la sezione del cavo, K è data dal
costruttore del cavo ed è uguale a 115 per cavi in PVC
(NO7VK) e 145 per cavi EPR (FG7R)
6) Verifico Icc cioè la corrente di cortocircuito calcolata
con il tipo di cavo scelto
1) Calcolo Ib, corrente di impiego, con le formule viste,
a partire da P, V e cos𝜙
2) Scelgo In del magnetotermico tra i valori standard
commerciali (2,4,6,10,13,16,20,25,32,63,80,100,125,160,
200, 250, 320, 400, 500, 630, 1200, 3200A)
3) Sulla base di In e delle condizioni di posa, scelgo
il cavo
4) Calcolo la caduta di tensione sul cavo scelto (dipende
dalla corrente Ib, dalla lunghezza L e dalla sezione S). Tale
calcolo può essere fatto sulla base di Ib.
5) Se la caduta è >4% aumento la sezione S e ripeto i
calcoli

14. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Portata Iz dei cavi
• La Iz viene indicata dal costruttore del cavo come Portata [A]
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15. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Dimensionamento cavi: CADUTA
• Per calcolare la caduta di tensione bisogna conoscere la corrente.
• Se non si conosce la corrente ma la potenza, si deve calcolare:
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In monofase:
dalla potenza P=E*I*cos(𝜙)
ricavo la corrente:
ove E=230V (tensione stellata)
In trifase:
dalla potenza P=√3*U*I*cos(𝜙)
ricavo la corrente:
ove U=400V (tensione concatenata)
E*cos(𝜙)
I=
P
√3*U*cos(𝜙)
I=
P

16. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Dimensionamento cavi: CADUTA Metodo Semplificato
• Conoscendo la corrente e la distanza si può calcolare la resistenza
massima che può avere il cavo per avere una caduta ≤ 4% e quindi
scegliere il cavo dalla scheda tecnica del costruttore dove è indicata
anche la resistenza in Ω al km
• Il calcolo semplificato non tiene conto della reattanza del cavo
(prevalentemente induttiva) che comunque a frequenza di 50Hz è
trascurabile rispetto alla resistenza, soprattutto per cavi di piccola
sezione e se i cavi sono affiancati uno all’altro e lontani da parti
ferrose.
• Inoltre il calcolo semplificato va bene per cos𝜙 vicini a 1. Si tenga
però presente che con un cos𝜙 basso, il metodo semplificato è
migliorativo perché produce un errore in eccesso per la caduta di
tensione. In realtà la caduta è minore in quanto la sinusoide di
corrente (che è ciò produce caduta) si sposta nel tempo con i
massimi verso punti ove la tensione passa per lo zero.
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17. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Dimensionamento cavi: CADUTA
• Attenzione: in monofase la lunghezza del cavo è il
doppio della distanza tra carico e punto di
alimentazione: L=2*D
• In trifase e per un carico simmetrico ed equilibrato la
lunghezza deve essere considerata uguale alla
distanza L=D (e non al doppio). Infatti la corrente di
Neutro è nulla e quindi tra i centri-stella non c’è
caduta. Questo vale sia quando il neutro è distribuito
sia quando è virtuale (e questo è, in fondo, uno dei
grandi vantaggi del sistema trifase).
• Il limite del 4% sulla massima caduta di tensione
calcolato sulle tensioni stellate è: 4% di 230V = 9,2V.
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18. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
APPROFONDIMENTO: CADUTA NEI SISTEMI TRIFASE
• In trifase COSA DOBBIAMO ASSUMERE COME LUNGHEZZA? Dobbiamo
assumere cioè una lunghezza pari a due volte la distanza oppure L=D?
• La risposta è L=D: la lunghezza da usare nel calcolo è uguale alla distanza tra
sorgente e carico e non il doppio come nel monofase.
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Se il carico è simmetrico ed equilibrato le tensioni stellate sono tra loro uguali cioè
E1=E2=E3=230V e le correnti delle singole fasi sono tra loro uguali I1=I2=I3 e la corrente totale
istantanea che passa su tutte le tre fasi è nulla. Quindi come caduta di tensione possiamo
assumere quella della sola fase poiché la corrente di neutro è nulla e non produce caduta.
Quindi applico il limite di caduta del 4% alle tensioni stellate di 230V e ciò significa che la caduta
di tensione misurata rispetto al centrostella su ogni fase non deve superare 9,6V quando viene
percorsa da una corrente di fase:
I1=I2=I3= P / [3*E*cos(𝜙)] = P / [√3*U*cos(𝜙)]
su una lunghezza pari alla semplice distanza D quindi:
R/km ≤ ∆V / Distanza [km] cioè R/km ≤ (9,6 V / Ifase) / Distanza [km]
PERCHE’?

19. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Un dubbio:
• Perché calcolo il 4% sulle tensioni stellate? Perché è un calcolo
semplice basta conoscere solo la corrente di fase I e la
resistenza del cavo, mentre la caduta di tensione concatenata
comporta calcoli più complessi in quanto le due correnti sono
sfasate di 120°.
• In trifase se ho una caduta del 4% sulle tensioni stellate
E1=E2=E3=230V, anche le tensioni concatenate
U12=U23=U31=400V hanno una caduta del 4%?
• La risposta è: Sì. Infatti se nel diagramma vettoriale (dei fasori)
riduco E1 E2 E3 del 4%, anche U12 U23 V31 si ridurranno del
4% perché sono soggette alla stessa trasformazione lineare
(fattore di scala).
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🤔

20. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Esercitazione
1. Dimensionare un cavo butilico FG7R per
alimentare un carico trifase di 30kW equilibrato
con cos(𝜙)=0,7 ad una distanza di 50m. La posa
è: cavidotto interrato. Tenere conto dei due vincoli:
A. caduta di tensione totale max ≤ 4%
B. portata del cavo Iz (consultare tabella)
Non tenere conto della reattanza dei cavi.
Determinare quale dei due vincoli è dominante.
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21. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Svolgimento (traccia)
• Calcolo la corrente sul carico IB (“corrente di impiego”)
• Da questa scelgo la corrente nominale In del magnetotermico tra uno dei
valori standard maggiori di IB con un buon margine di sicurezza. I valori
standard di In sono:
2,6,10,13,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,200,250,320,400,500,630,800,
1200, 2500, 3200A. Ad esempio se IB=78A, scelgo In=100A.
• Primo vincolo: la portata Iz del cavo nelle condizioni di posa deve essere:
Iz maggiore della corrente nominale In.
• Dalle tabelle dei costruttori di cavi vedo quale sezione minima è necessaria.
• Secondo vincolo: la caduta di tensione ∆E su ogni fase. Quella max totale
accettabile è 4%. Il 4% di 230V è 9,2V. Calcolo semplificato: dalla legge di
Ohm conoscendo la corrente di fase I calcolo la resistenza massima che può
avere il cavo R=∆E/I e, conoscendo la lunghezza, calcolo la resistenza
specifica per km massima accettabile del cavo. Devo tenere conto che in
monofase la lunghezza è il doppio della distanza, mentre in trifase devo
usare la semplice distanza.
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22. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Svolgimento completo
• Calcolo la corrente: I= Pa/[√3*U*cos(𝜙)]=30000/[1,73*400*0,7] = 61,9A equilibrata
• Primo vincolo: sulla portata Iz del cavo. Prima di tutto devo scegliere l’interruttore magnetotermico.
Dato che il valore standard più vicino di 63A è troppo al limite, scelgo quello immediatamente maggiore
che ha corrente nominale In = 80A.
• Il cavo in posa interrata deve avere Iz > 80A. Intanto per la posa interrata sono indicati i cavi butilici
cioè “FG7(O)R”.
Dalle tabelle di un fabbricante di cavi (v.pag seguente) vedo che è necessario almeno il 25 mm
2
il
quale, interrato in tubo, riesce a portare più di 80A e precisamente 100A. Il 16mm
2
è insufficiente
perché ha Iz=75A. E’ vero che la corrente di utilizzo è 61,9A quindi il cavo da 16 la sopporta, ma il
magnetotermico scelto In=80A non proteggerebbe il cavo. Se d’altronde scegliessi il 35mm
tecnicamente sarebbe tanto meglio,, ma piangerà il portafogli e il cliente potrebbe rivolgersi ad un altro
installatore che gli fa spendere meno. (Inoltre bisogna valutare sempre se tre cavi da 25 passano
facilmente nei cavidotti e riescono a fare le curve, e se saranno probabili ampliamenti futuri di potenza.)
• Secondo vincolo: la caduta di tensione. La distanza è D=100m. La caduta di tensione totale max
accettabile è 4%. Il 4% di 230V è 9,2V.
Calcolo la resistenza massima che può avere il cavo:
R ≤ V / I = 9,2V / 61,9A = 0,149 Ω
Esprimo la lunghezza in km: L=D=100m=0,1km.
La resistenza specifica per km quindi deve essere Rkm ≤ 0,149 Ω / 0,1 km ossia
Rkm ≤ 1,49 Ω / km. Il cavo da 25mm
2
con la sua resistenza di 0,78 Ω/km soddisfa questo vincolo.
• Quale dei due vincoli è dominante? Intuisco che è dominante il vincolo sulla portata del cavo Iz ≥
In. Se il cavidotto fosse più lungo, diventerebbe determinante invece il vincolo ∆E≤4%
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23. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016 23

24. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Considerazioni sul precedente calcolo
• Il calcolo proposto è valido per carico simmetrico (3 tensioni uguali)
ed equilibrato (3 correnti uguali).
• Non tiene conto della reattanza dei cavi (solitamente trascurabile a
50Hz considerando anche il fatto che normalmente sono strettamente
affiancati e lontani da materiali ferrosi quindi l’induttanza è
trascurabile).
• Non tiene conto che per cos𝜙 bassi la caduta è minore in quanto la
caduta sui cavi è prodotta dalla corrente, e questa è spostata nel
tempo con i massimi in zone a tensione bassa quindi influisce meno
sulla tensione efficace che arriva al carico.
• Non tiene conto dello spunto di avviamento motori, durante il quale
l’assorbimento può salire a 5÷6 volte IB e può determinare difficoltà di
avviamento per caduta di tensione soprattutto per pompe sommerse
che stanno ferme per molto tempo.
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25. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Tipi di cavi frequentemente usati
• Il cavo più comune è N07V-K con rivestimento in PVC indicato per
quadri elettrici e linee sottotraccia o in tubo di plastica, comunque in
interni. Classe isolamento 450/700V. Non adatto a stare
costantemente in acqua perché igroscopico.
• Il cavo multipolare FROR con guaina esterna in PVC è basato su
singoli conduttori in PVC N07V-K con indicazioni analoghe.
• Il cavo con doppio isolamento butilico FG7OR (gomma EPR o HEPR
con guaina esterna in PVC) con isolamento classe 600/1000V è
usato per sole installazioni fisse, in interni o esterni, linee interrate in
cavidotti (tubo corrugato) o cavi direttamente interrati anche
sott’acqua. E’ molto usato in pubblica illuminazione. Ha una
resistenza alla temperatura continua fino a 90° e quindi una portata
di corrente maggiore del N07V-K.
• Il cavo multipolare butilico è siglato FG7R.
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26. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Tipi di cavi più specifici
• FG21 Cavo solare, tensioni alte fino a 1000V
• FG10 Cavo per installazione in locali ad alto rischio
(Hangar, aeroporti, ospedali e pronto soccorsi…) a
bassa tossicità in caso di incendio (guaina di colore
verde)
• NR0 Cavo in Neoprene resistente all’acqua e adatto a
installazioni mobili (es. elettropompe sommerse)
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27. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016 27

28. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016 28

29. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Colori ammessi per i cavi
• Il colore GialloVerde è ammesso solo per la terra di
protezione. E’ escluso ogni altro impiego.
• Il colore Blu è riservato per il conduttore di Neutro. E’
possibile per il neutro usare altri colori (escluso
GialloVerde) purché sia contrassegnato alle estremità con
nastro o guaina di colore blu.
• Per le fasi consigliati i colori Nero Marrone Grigio. ed è
consigliato di usarli in questo ordine per le fasi R S T (o L1
L2 L3). In ogni caso nei quadri e impianti elettrici conviene
non invertirli mai. Sono utilizzabili comunque altri colori.
• Il colore Rosso è consigliato per i circuiti a 24V SELV/
PELV.
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30. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Norme sui cavi
• CEI UNEL 35024 e 35375 - Tabelle portate dei cavi
• CEI UNEL 35011 - Tabelle con le sigle di designazione
• CEI 20-13 - Norma di riferimento sui cavi
• CEI 20-22 II - Norma non propagazione Incendi
• CEI 20-52
• CEI 20-35 EN 60332-1-2 - Non propagazione della fiamma
• CEI EN 50267-2-1 - Emissione gas corrosivi o alogenidrici
• Direttive BT73/23 e 93/68 CE Bassa Tensione: 2006/95/CE
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31. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
Come designare la formazione dei cavi
negli unifilari e nelle planimetrie
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4 x 1 x 35 PE16 4 linee (R, S, T, N)
ogni linea è formata da 1 cavo
ogni cavo è da 35 mm2
La terra di protezione (PE) è 16mm2
4 x 2 x 95 4 linee (R, S, T, N)
ogni linea è formata da 2 cavi
ogni cavo è da 95 mm2
la sezione equivalente di ogni linea è di
2x95=180 mm2
3x2x95+N1x1x95 idem ma con neutro ridotto a metà
sezione (laddove il magnetotermico
possiede la regolazione 0,5In)

32. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni - Ing. Pasquale Alba 2016
ESERCITAZIONI
• Calcolare magnetotermico o fusibili, salvamotore e
la formazione dei cavi per posa interrata, idonei ad
alimentare un carico trifase di 13 kW con cos 𝜙=0,8
ad una distanza di 200 m rispettando i limiti su
portata dei cavi e cadute di tensione.
• Elencare gli attrezzi e gli strumenti necessari per
eseguire l’installazione di cavi, magnetotermici o
fusibili e salvamotori di cui al punto precedente.
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33. Tecnologie Elettriche Elettroniche e Applicazioni / Installazione e Manutenzione - Ing. Pasquale Alba
Credits Riconoscimenti
Si ringraziano per immagini e informazioni tecniche:
• CEI UNEL
• TERNA
• Prysmian
• tutti coloro che hanno reso disponibili su Internet informazioni qui
riportate
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