Calcolo sezione dei cavi e caduta di tensione in corrente continua.

Pubblico integralmente questo articolo che ritengo utile e interessante nella speranza che possa aiutare a chiarire i dubbi ti tanti utenti.

Partiamo dalle nozioni di base, dove la legge di Ohm descrive la relazione lineare tra le tre grandezze
fondamentali: tensione (Volt), intensità di corrente (Ampere) e resistenza (Ohm).

Questa legge è rappresentata dall’equazione: U = I*R, dove U è la tensione, I la corrente
e R la resistenza. Letta in un modo diverso, la legge di Ohm ci dice che, fissata una certa
intensità di corrente I, un conduttore produce una caduta di tensione che è direttamente
proporzionale alla sua resistenza R.

In pratica: maggiore sarà la resistenza del conduttore, maggiore sarà la caduta tensione
provocata da una determinata corrente che scorre in esso. Viceversa, minore sarà la
resistenza del conduttore, minore sarà la caduta di tensione. Se ne deduce quindi che si
dovrà ridurre al minimo la resistenza del conduttore, nel nostra caso del cavo.
È da tenere presente che la resistenza elettrica di un cavo aumenta con la l’aumentare
della lunghezza dello stesso, mentre diminuisce nell’aumentare la sua sezione.

La resistenza del cavo è data dalla seguente formula: R = K*L/S

R è la resistenza specifica del conduttore, nel nostra caso i cavi di rame, è di 0,02 Ohm per metro.
L è la lunghezza del cavo in metri.
S è la sua sezione espressa in millimetri quadrati (mmq)

Per fare un esempio pratico, utilizzando questa formula scopriamo che un cavo di rame lungo 10 metri
e di sezione 1 mm2, avrà una resistenza di 0,2 Ohm (0,02 * 10 / 1 = 0,2 Ohm).

Come si calcola la caduta di tensione?
Supponiamo che questi 10 metri di cavo di rame lo utilizziamo per portare la corrente dalla nostra batteria
al compressore del frigorifero. Ricordarsi che la lunghezza del cavo comprende l’andata e il ritorno, ovvero
dal polo positivo della batteria al compressore e ritorno verso il polo negativo della batteria.

Dobbiamo ora calcolare la corrente consumata dal compressore del frigorifero: mettiamo che questo
consuma 90W ed è alimentato a 12V, nel cavo scorrerebbe una corrente di 7.5 A (90W /12V = 7.5A)
Conoscendo la corrente (7.5 A) e la resistenza del cavo (0,2 Ohm), possiamo calcolare la caduta di
tensione sul cavo applicando la formula vista in precedenza.

U = I * R = 7.5A * 0,2 Ohm = 1,5 V

Ammettiamo di alimentare il compressore del nostro frigorifero con una batteria completamente carica a 12,8V,
tolta la caduta di tensione di 1,5V presente sul cavo, sull’utenza avremo una tensione di soli 11,3V.
Il compressore con molta probabilità andrà in protezione per preservare la batteria e verrà disattivato.

Le soluzioni per risolvere questo effetto indesiderato sono due: diminuire la lunghezza del cavo oppure
aumentarne la sua sezione.

La prima soluzione non sarà probabilmente possibile perché ogni utenza avrà un suo posto preciso dove dovrà
essere montata, ma possiamo lavorare sull’aumento della sezione del cavo.

Ecco la formula che ci permette di calcolare la sezione di un cavo, conoscendo la lunghezza, la corrente che lo
percorre e fissando una caduta di tensione desiderata.

S = 0,02 * I * L / V

S è la sezione del cavo in mmq.
I è la corrente in Ampere che lo attraversa (normalmente calcolata tramite la potenza dell’utenza diviso la tensione
della batteria I = W / V).
L è la lunghezza del cavo in metri (andata e ritorno).
V è la caduta di tensione desiderata (non superare i 0,5V)
Attenzione: maggiore sarà la resistenza del cavo, maggiore sarà la caduta di tensione sul cavo nonché vi sarà un
surriscaldamento dello stesso. È risaputo inoltre che la resistenza specifica del conduttore aumenta all’aumentare
della sua temperatura, entrando quindi in una reazione a catena: la resistenza aumenta maggiormente facendo
salire la temperatura, via via fino ad arrivare ad un pericoloso surriscaldamento che potrebbe portare ad un incendio.

Una nota in presenza di linee di diverso voltaggio: se a bordo sono presenti tensioni di 12 – 24V in continua e 220V monofase
è importante che esse siano poste in apposite canalizzazioni o tubazioni di materiale antifiamma, separando le tre linee. 
I materiali delle canalizzazioni non devono generare fumi tossici e fiamme in caso di incendio. L’importante è che queste
canalizzazioni garantiscano la separazione delle tre linee di tensione, oltre alla facile individuazione delle medesime, ai fini di una
corretta e veloce manutenzione successiva ed in presenza di guasti che negli anni durante l’esercizio potrebbero crearsi.