Risposta diretta: come si dimensiona un cavo per un quadro elettrico a bassa tensione IEC?
Per dimensionare un cavo per un quadro elettrico a bassa tensione di tipo IEC, iniziare dalla corrente di progetto, scegliere un conduttore con una portata di corrente sufficiente dopo il declassamento, verificare la caduta di tensione, controllare la protezione contro i cortocircuiti, confermare la compatibilità dei morsetti e dei dispositivi di protezione e assicurarsi che il cavo si inserisca in sicurezza all'interno della canalina o del condotto.
La norma IEC 60204-1 è importante perché riguarda l'equipaggiamento elettrico delle macchine, inclusi quadri di controllo, pratiche di cablaggio, collegamento equipotenziale di protezione, identificazione dei conduttori e verifica. Tuttavia, non si tratta di una semplice “tabella di dimensionamento cavi universale”. La sezione corretta del cavo dipende dalla corrente di carico, dal metodo di installazione, dalla temperatura ambiente, dal raggruppamento, dal tipo di isolamento, dalla taratura del dispositivo di protezione, dalla caduta di tensione, dalla corrente di guasto e dai requisiti specifici del progetto.
Punti di forza
- Non selezionare la sezione del cavo basandosi esclusivamente sulla taratura dell'interruttore. Un interruttore da 32A, 40A o 63A indica solo il livello di protezione; il conduttore deve comunque essere verificato in base alle condizioni di installazione.
- Il declassamento del cavo è fondamentale. La temperatura ambiente, il raggruppamento all'interno delle canaline, il materiale isolante e il metodo di installazione possono ridurre la portata di corrente utilizzabile.
- La caduta di tensione è una verifica separata. Un cavo può essere termicamente sicuro ma comunque troppo piccolo per una linea lunga, poiché l'apparecchiatura riceverebbe una tensione insufficiente.
- Il riempimento delle canaline influisce sul calore e sulla manutenzione. Una canalina eccessivamente piena rende difficile il cablaggio, aumenta la concentrazione di calore e riduce la manutenibilità futura.
- La norma IEC 60204-1 è uno standard per l'equipaggiamento elettrico delle macchine. Per le tabelle esatte sulla portata dei cavi, i progettisti fanno spesso riferimento anche alle norme nazionali di cablaggio applicabili, alle regole basate sulla IEC 60364, ai dati del produttore dei cavi e alle specifiche di progetto.
Flusso di lavoro per il dimensionamento dei cavi IEC
La sequenza pratica di dimensionamento è:
| Passo | What to Check | Perché è importante |
|---|---|---|
| 1 | Corrente di progetto | Stabilisce il carico che il cavo deve trasportare |
| 2 | Corrente nominale del dispositivo di protezione | Assicura che l'interruttore o il fusibile protegga il cavo |
| 3 | Metodo di installazione | Modifica la portata di corrente ammissibile |
| 4 | Fattori di declassamento | Corregge per temperatura, raggruppamento, isolamento e condizioni dell'involucro |
| 5 | Caduta di tensione | Previene la bassa tensione su motori, alimentatori, PLC e dispositivi di campo |
| 6 | Tenuta al cortocircuito | Garantisce che il cavo resista fino a quando la protezione elimina il guasto |
| 7 | Riempimento canalina | Garantisce la dissipazione del calore, lo spazio per il cablaggio e la manutenibilità |
| 8 | Verifiche del quadro secondo IEC 60204-1 | Copre il cablaggio della macchina, il collegamento di protezione, l'identificazione dei conduttori e la verifica |
Per supporto sulle formule elettriche generali, consultare la guida VIOX su formule elettriche in bassa tensione per la progettazione e la manutenzione dei quadri.
Passaggio 1: Calcolo della corrente di progetto
La corrente di progetto è la corrente prevista che attraversa il cavo in condizioni operative normali. Non sempre coincide con la taglia dell'interruttore.
Carico AC monofase
Per un carico monofase:
I = P / (V × PF × η)Dove:
I= corrente in ampereP= potenza in uscita o in ingresso in watt, a seconda dei dati disponibiliV= tensione di alimentazioneFP= fattore di potenzaη= rendimento, se calcolato dalla potenza meccanica in uscita
Per un riscaldatore resistivo, le correzioni del fattore di potenza e del rendimento possono essere semplici. Per un motore, una pompa, un ventilatore, un compressore o un carico alimentato da VFD, consultare la targhetta o la scheda tecnica invece di assumere un fattore di potenza unitario.
Carico AC trifase
Per un carico trifase bilanciato:
I = P / (√3 × V × PF × η)Dónde V è la tensione concatenata (linea-linea).
Questa formula è utile per stimare la corrente di alimentazione del motore, ma la selezione finale deve essere comunque verificata rispetto alla corrente a pieno carico del motore, al metodo di avviamento, alla protezione da sovraccarico e ai dati del produttore.
Passaggio 2: Abbinare il cavo al dispositivo di protezione
Il dispositivo di protezione deve proteggere il cavo da sovraccarico e cortocircuito. In termini semplici, il cavo deve essere in grado di trasportare la corrente di progetto del circuito e l'interruttore o il fusibile deve intervenire prima che l'isolamento del cavo venga danneggiato.
Una relazione di progettazione comune è:
Ib ≤ In ≤ IzDove:
Ib= corrente di progetto del circuitoIn= corrente nominale o impostazione del dispositivo di protezioneIz= portata di corrente del cavo dopo aver considerato le condizioni di installazione
Questa relazione è un'utile regola ingegneristica, ma deve essere applicata in conformità con la norma di cablaggio pertinente, la tabella dei cavi, la curva del dispositivo di protezione e le specifiche di progetto.
Se il circuito utilizza un interruttore magnetotermico (MCB), la sezione del cavo deve essere coordinata anche con la curva di intervento e il potere di interruzione dell'interruttore. Per la selezione dell'interruttore correlato, vedere Potere di interruzione MCB: 6kA contro 10kA.
Passaggio 3: Applicare i fattori di declassamento del cavo
Le tabelle dei cavi solitamente forniscono la portata di corrente in condizioni di riferimento definite. I quadri di controllo reali raramente corrispondono esattamente a tali condizioni.
La portata corretta può essere verificata concettualmente come:
Iz_corretta = Iz_tabella × Ca × Cg × Ci × CvDove:
Ca= fattore di correzione per la temperatura ambienteCg= fattore di correzione per il raggruppamentoCi= fattore di correzione per il metodo di installazione o per l'involucroCv= fattore di correzione per la ventilazione o altri fattori specifici del progetto
Some designers calculate the required table capacity instead:
Iz_table_required = Ib / (Ca × Cg × Ci × Cv)Both approaches are trying to answer the same question: after real installation conditions are considered, can the cable safely carry the design current?
Common Cable Derating Factors
| Fattore di derating | Cosa rappresenta | Typical Risk if Ignored |
|---|---|---|
| Temperatura ambiente | Higher surrounding temperature reduces heat dissipation | Insulation aging, nuisance trips, hot trunking |
| Cable grouping | I cavi sotto carico multipli si riscaldano a vicenda | Conduttori sottodimensionati in canaline affollate |
| Metodo di installazione | Cablaggio in aria libera, condotto, passerella, canale portacavi, quadro elettrico | Selezione errata della tabella di portata |
| Materiale isolante | PVC, XLPE, gomma, silicone, cavo per alte temperature | Ipotesi errata sulla classe di temperatura |
| Ventilation | Armadio sigillato, ventilazione forzata, area macchine calda | Surriscaldamento locale |
| Armoniche | Corrente di neutro in carichi non lineari | Neutro sottodimensionato o surriscaldamento |
Ecco perché non è possibile rispondere in modo responsabile alla domanda sulla “sezione del cavo da 63A” con un solo numero. Un'alimentazione da 63A all'aria aperta, in un armadio sigillato o in un involucro di una macchina calda potrebbe richiedere conduttori differenti.
Esempio pratico: Declassamento di un'alimentazione da 40A in un quadro di comando
Si supponga che un'alimentazione da 40A sia installata all'interno di un quadro di comando con diversi altri conduttori sotto carico nella stessa canalina. Il valore della tabella dei cavi non può essere utilizzato direttamente perché l'installazione reale opera a temperature più elevate rispetto alle condizioni di riferimento.
Esempio di calcolo:
Corrente di progetto Ib = 40A
Ciò non significa automaticamente che la sezione del cavo successiva sia quella corretta. Significa che il cavo selezionato deve avere una portata nominale di almeno 58A circa prima dell'applicazione di questi fattori di correzione. La sezione finale del conduttore dipende comunque dal tipo di isolamento, dalla temperatura nominale dei morsetti, dalla caduta di tensione, dalla resistenza al cortocircuito e dalle normative locali.
| Ingresso | Valore di esempio | Significato ingegneristico |
|---|---|---|
| Corrente di progetto | 40A | Corrente di carico effettiva da trasportare |
| Fattore ambientale | 0.91 | Una temperatura più elevata riduce la portata utilizzabile |
| Fattore di raggruppamento | 0.80 | Conduttori multipli sotto carico si riscaldano a vicenda |
| Fattore di involucro | 0.95 | Le condizioni dell'armadio/canale riducono la dissipazione del calore |
| Portata di corrente richiesta dalla tabella | Circa 58A | Valore di tabella del cavo necessario prima del declassamento |
Passaggio 4: Verifica della caduta di tensione
La caduta di tensione è la riduzione di tensione tra il punto di alimentazione e il carico. Diventa importante su lunghe tratte di cavi, circuiti di avviamento motori, cablaggi di controllo a 24V DC e circuiti di dispositivi da campo.
Caduta di tensione monofase semplificata
Per un circuito monofase a due fili:
ΔV = 2 × I × L × RDove:
ΔV= caduta di tensioneI= corrente di caricoL= lunghezza del cavo a tratta singolaR= resistenza del conduttore per unità di lunghezza
Il fattore 2 tiene conto dei conduttori di andata e ritorno.
Caduta di tensione trifase
Per un circuito trifase equilibrato:
ΔV = √3 × I × L × (R × cosφ + X × sinφ)Dove:
R= resistenza del conduttoreX= reattanza del conduttorecosφ= fattore di potenza
Per molti calcoli di quadri a bassa tensione, i progettisti utilizzano le tabelle mV/A/m di caduta di tensione fornite dal produttore poiché sono più rapide e meno soggette a errori.
Percentuale di caduta di tensione
Caduta di tensione % = (ΔV / Tensione di alimentazione) × 100Il limite di caduta di tensione accettabile dipende dal progetto, dalla sensibilità dell'apparecchiatura, dalle normative locali e dal fatto che il circuito sia destinato a potenza, illuminazione, motori o controllo. Per i circuiti di controllo e i circuiti di ingresso PLC, la caduta di tensione può causare guasti intermittenti anche quando il cavo è termicamente sicuro.
Esempio pratico: Caduta di tensione trifase
Si supponga che un'alimentazione per motore trifase abbia:
- Corrente di carico: 32A
- Lunghezza del cavo: 40 m (tratta singola)
- Valore di resistenza dai dati del cavo: 3,08 ohm/km
- Reattanza trascurata per una verifica preliminare semplificata
- Tensione di alimentazione: 400V
Convertire la resistenza in ohm per metro:
3,08 ohm/km = 0,00308 ohm/mCaduta di tensione trifase semplificata:
ΔV ≈ √3 × I × L × RPercentuale di caduta di tensione:
Caduta di tensione % = 6,8 / 400 × 100Questo risultato semplificato può sembrare accettabile, ma l'avviamento del motore può generare una corrente molto più elevata per un breve periodo. Per circuiti motore lunghi, verificare sia la caduta di tensione a regime che quella all'avviamento.
Esempio pratico: Caduta di tensione in un circuito di controllo a 24V DC
I circuiti di controllo in bassa tensione DC sono più sensibili alla caduta di tensione di quanto molti progettisti si aspettino. Alcuni volt persi in un circuito di potenza a 400V possono essere innocui; alcuni volt persi in un circuito a 24V possono impedire il funzionamento affidabile di un relè, un sensore o un solenoide.
Per un circuito a 24V DC:
- Corrente di carico: 2A
- Lunghezza cavo unidirezionale: 30 m
- Lunghezza del loop: 60 m
- Resistenza del conduttore: 13,3 ohm/km, o 0,0133 ohm/m
ΔV = I × R × lunghezza del loopCaduta di tensione % = 1,6 / 24 × 100In un quadro PLC, questo può essere sufficiente a causare guasti intermittenti agli ingressi, funzionamento debole dei solenoidi o vibrazioni dei relè. Per i circuiti a 24V DC, la caduta di tensione dovrebbe essere verificata tempestivamente, non dopo che la macchina è già stata cablata.
Passaggio 5: Verifica della tenuta al cortocircuito
Un cavo deve resistere all'energia termica di un cortocircuito finché il dispositivo di protezione non elimina il guasto.
La comune verifica adiabatica è:
S ≥ √(I²t) / kDove:
S= sezione trasversale del conduttoreI= corrente di cortocircuito presuntat= tempo di interruzionek= costante del materiale e dell'isolamento
Ciò è particolarmente rilevante in prossimità di trasformatori, quadri di distribuzione principali, centri di controllo motori e sistemi industriali con elevati livelli di guasto. Per gli interruttori magnetotermici, la corrente di guasto disponibile deve essere verificata anche rispetto al potere di interruzione. VIOX dispone di una guida separata su come calcolare la corrente di cortocircuito per la selezione dell'interruttore magnetotermico (MCB).
Esempi rapidi di dimensionamento dei cavi: 32A, 40A e 63A
La tabella seguente mostra come i progettisti approcciano solitamente le correnti nominali comuni come 32A, 40A e 63A. Non sostituisce un calcolo progettuale, ma aiuta a spiegare perché la stessa taglia di interruttore può richiedere sezioni di cavo differenti in quadri diversi.
| Corrente del Circuito | Domanda tipica sull'applicazione | Promemoria di progettazione pratica |
|---|---|---|
| 32A | Quale sezione di cavo dovrebbe essere utilizzata con un sezionatore da 32A o un MCB da 32A? | Verificare se il carico è continuo, per avviamento motore, monofase, trifase o installato in canaline calde |
| 40A | La sezione standard del cavo da 40A è ancora valida dopo il declassamento? | Il declassamento e la caduta di tensione possono richiedere un conduttore di sezione maggiore rispetto a quanto suggerito da una semplice tabella di portata. |
| 63A | Quale sezione di cavo è adatta per un interruttore da 63A o una linea di alimentazione da 63A? | La resistenza al cortocircuito, la dimensione dei terminali, il fattore di riempimento delle canaline e l'aumento di temperatura diventano fattori più critici. |
Per i conduttori in rame nelle comuni installazioni a bassa tensione, i progettisti considerano spesso intervalli approssimativi come 4-6 mm² per alcuni circuiti da 32A, 6-10 mm² per alcuni circuiti da 40A e 10-16 mm² per alcuni circuiti da 63A. Queste non sono regole universali. La scelta finale deve basarsi sulla normativa dei cavi, sul metodo di installazione, sulla temperatura ambiente, sull'isolamento del conduttore, sul dispositivo di protezione, sulla caduta di tensione e sulle normative locali.
Questo è il punto in cui si verificano molti errori sul campo: l'installatore sceglie un cavo basandosi su una tabella mnemonica, ma il quadro presenta un'elevata temperatura ambiente, diversi conduttori sotto carico nella stessa canalina e una lunga tratta verso il macchinario. Il risultato è un cavo che appare “normale” sulla carta ma che si surriscalda durante l'esercizio.
Diametro del cavo vs Sezione del conduttore
Ricerche come “diametro del conduttore” e “diametro esterno del cavo” provengono spesso da ingegneri che devono dimensionare pressacavi, canaline, tubi protettivi o ingressi dei terminali.
Si tratta di valori differenti:
| Termine | Significato | Perché è importante |
|---|---|---|
| Sezione trasversale del conduttore | Area del rame o dell'alluminio, solitamente in mm² | Determina la portata di corrente e la resistenza |
| Diametro del conduttore | Diametro fisico del conduttore | Utile per la costruzione del conduttore, non sufficiente per il dimensionamento del pressacavo |
| Diametro esterno del cavo | Diametro complessivo comprensivo di isolamento e guaina | Necessario per pressacavi, riempimento delle canaline, raggio di curvatura e ingresso negli involucri |
| Raggio di curvatura del cavo | Curvatura minima consentita dal produttore | Previene danni all'isolamento e sollecitazioni ai conduttori |
Per la scelta di canaline o pressacavi, utilizzare il diametro esterno del cavo fornito dal produttore, non solo la sezione trasversale del conduttore.
Passaggio 6: Calcolo del riempimento della canalina
Il riempimento della canalina è la percentuale dell'area interna della canalina occupata dai cavi. Un riempimento eccessivo causa concentrazione di calore, difficoltà di manutenzione, scarsa circolazione dell'aria e un rischio maggiore di danni all'isolamento durante l'installazione.
Area del Cavo
Se il diametro esterno del cavo è noto:
Area del cavo = π × d² / 4Dónde d è il diametro esterno del cavo.
Riempimento delle canalizzazioni
Percentuale di riempimento della canalina = (Area totale dei cavi / Area interna della canalina) × 100Molti costruttori di quadri elettrici utilizzano un obiettivo di riempimento conservativo per garantire spazio per il cablaggio, il flusso d'aria e la manutenzione futura. Il massimo esatto deve essere verificato in base alle specifiche di progetto, alle regole del costruttore del quadro e alle normative locali vigenti.
Esempio di riempimento della canalina
| Articolo | Valore di esempio |
|---|---|
| Dimensioni interne della canalina | 60 mm × 60 mm |
| Area interna | 3.600 mm² |
| Diametro esterno del cavo | 8 mm |
| Area per cavo | Circa 50 mm² |
| Numero di cavi | 30 |
| Area totale dei cavi | Circa 1.500 mm² |
| Fattore di riempimento | Circa il 42% |
Ciò può essere accettabile in un progetto e troppo affollato in un altro, a seconda del calore, del raggruppamento dei cavi, dell'accesso per la manutenzione e della disposizione del quadro.
Guida pratica al riempimento delle canaline per i costruttori di quadri
La dimensione corretta della canalina non è solo un problema matematico. I costruttori di quadri necessitano anche di spazio per puntalini, segnacavi, curve, anelli di servizio, segregazione dei cavi e futuri interventi di sostituzione.
| Situazione della canalina | Cosa significa solitamente | Azione di progettazione |
|---|---|---|
| Low fill, clean routing | Easy maintenance and better airflow | Usually preferred for control panels |
| Medium fill with many loaded conductors | Heat and grouping correction become important | Recheck derating and cable grouping |
| High fill near contactors or drives | Hot area plus dense wiring | Aumentare le dimensioni della canalina o separare i circuiti |
| Cablaggio misto di potenza e segnale | Rumore e rischio di manutenzione | Utilizzare separazione, schermatura o percorsi separati |
| Numerosi cavi a 24V DC | La caduta di tensione e la densità dei morsetti sono importanti | Verificare la lunghezza del loop e l'organizzazione dei morsetti |
Come regola pratica, non considerare il calcolo della canalina come “quanti cavi possono entrare fisicamente”. Consideralo come “quanti cavi possono entrare rimanendo freschi, identificabili, manutenibili e conformi al design del quadro”.”
Elementi della checklist IEC 60204-1 relativi al dimensionamento dei cavi
La norma IEC 60204-1 viene spesso ricercata insieme al dimensionamento dei cavi poiché si applica all'equipaggiamento elettrico delle macchine. Per i quadri di controllo, è rilevante per aspetti che vanno oltre la portata dei conduttori.
| Argomento correlato alla norma IEC 60204-1 | Cosa dovrebbero verificare i progettisti |
|---|---|
| Selezione dei conduttori | Corrente, caduta di tensione, resistenza meccanica, isolamento e condizioni di installazione |
| Collegamento di protezione | Continuità del circuito di protezione e adeguatezza del conduttore di collegamento |
| Separazione tra potenza e controllo | Evitare interferenze, calore e percorsi non sicuri tra diversi tipi di circuito |
| Identificazione dei cavi | Coerenza tra colori dei conduttori, numerazione, marcatori e documentazione |
| Circuiti di controllo | Corretta tensione di controllo, protezione da sovracorrente e progettazione sicura dei circuiti |
| Verifica | Continuità, resistenza di isolamento, prove di tensione ove applicabili e test funzionali |
| Documentazione | Schemi elettrici, piani dei morsetti, identificazione dei conduttori e dati dei componenti |
Per lavori dettagliati sui quadri, la norma IEC 60204-1 deve essere utilizzata insieme alla valutazione dei rischi della macchina, alle normative nazionali applicabili, ai dati del produttore dell'apparecchiatura e alle specifiche di progetto.
Alcune ricerche sulla norma IEC 60204-1 menzionano i requisiti per la sezione dei cavi, la separazione tra cavi di potenza e di segnale, i colori dei conduttori, i circuiti di controllo a 24V, le prove dielettriche e le liste di controllo per la verifica dei quadri elettrici. Tali argomenti sono correlati al dimensionamento dei cavi, ma non costituiscono la stessa attività. Il dimensionamento dei cavi determina il conduttore; la verifica secondo la norma IEC 60204-1 controlla se l'equipaggiamento elettrico della macchina è stato cablato, identificato, protetto, collegato a terra, documentato e testato correttamente.
IEC 60204-1 vs IEC 60364: Non confondere i contesti
Un errore comune è applicare la mentalità del cablaggio civile ai quadri di comando delle macchine. Le norme IEC 60204-1 e IEC 60364 sono correlate alla sicurezza elettrica, ma non vengono utilizzate esattamente nello stesso modo.
| Argomento | Contesto IEC 60204-1 | Contesto IEC 60364 |
|---|---|---|
| Focus principale | Equipaggiamento elettrico delle macchine | Impianti elettrici degli edifici |
| Utente tipico | Costruttore di macchine, assemblatore di quadri, ingegnere dell'automazione | Installatore elettrico, progettista di edifici, ingegnere impiantista |
| Ambiente di cablaggio | Quadri di comando, macchine, apparecchiature mobili, attuatori, sensori | Circuiti di distribuzione dell'edificio, circuiti terminali, cablaggio fisso |
| Rilevanza del dimensionamento dei cavi | Cablaggio di macchine, circuiti di controllo, collegamento equipotenziale di protezione, verifica | Dimensionamento dei cavi di installazione, misure di protezione, caduta di tensione, portata di corrente |
| Avvertenza pratica | Non utilizzare come tabella di portata amperometrica indipendente | Non ignorare i requisiti di cablaggio e controllo specifici della macchina |
Per i lettori di VIOX, il punto chiave è semplice: se si sta progettando un quadro di controllo macchina, la norma IEC 60204-1 è quella di riferimento. Se si stanno dimensionando cavi per installazioni edilizie, le normative locali basate sulla IEC 60364 potrebbero essere più centrali. Molti progetti richiedono entrambi i punti di vista.
Cavi di potenza vs Cavi di controllo vs Cavi di segnale
Il dimensionamento dei cavi all'interno dei quadri industriali non riguarda solo la portata di corrente. Circuiti diversi presentano modalità di guasto differenti.
| Tipo di cavo | Preoccupazione principale | Errore comune |
|---|---|---|
| Cavo di alimentazione | Portata di corrente, tenuta al cortocircuito, caduta di tensione | Dimensionamento basato solo sulla corrente di carico ignorando il livello di guasto |
| Cavo motore | Corrente di avviamento, calore, EMC, caduta di tensione | Ignorare le regole per l'avviamento motore e per i cavi in uscita da VFD |
| Cavo di controllo 24V DC | Caduta di tensione, densità dei morsetti, identificazione | Utilizzo di cavi lunghi e sottili che causano guasti agli ingressi PLC |
| Cavo di segnale | Immunità ai disturbi, schermatura, separazione | Posa accanto a cavi di potenza senza considerare le interferenze |
| Conduttore di protezione (PE) | Percorso della corrente di guasto e continuità del collegamento equipotenziale | Trattare il conduttore PE come un normale cablaggio di segnale |
Per i quadri elettrici con contattori, relè, sensori, PLC e alimentatori, l'instradamento e la separazione possono essere importanti quanto la sezione trasversale.
Errori comuni nel dimensionamento dei cavi secondo la norma IEC
| Errore | Perché causa problemi | Buone pratiche |
|---|---|---|
| Selezione del cavo basata solo sulla taglia dell'interruttore | Ignorare il declassamento, il metodo di installazione e la caduta di tensione | Partire dalla corrente di progetto e verificare tutti i fattori di correzione |
| Ignorare il raggruppamento nelle canaline | Più cavi sotto carico aumentano la temperatura | Applicare il fattore di raggruppamento o aumentare la sezione del conduttore |
| Utilizzare la sezione del conduttore invece del diametro esterno del cavo per le canaline | Sottostima dello spazio necessario | Utilizzare il diametro esterno del cavo fornito dal produttore per il calcolo del riempimento |
| Dimenticare la caduta di tensione nei circuiti a 24V DC | PLC, sensori e relè possono avere un comportamento intermittente | Verificare la tensione al carico nelle condizioni di corrente peggiori |
| Trattare la norma IEC 60204-1 come una tabella di portata dei cavi | Incomprensione del ruolo della norma | Utilizzare la norma IEC 60204-1 per i requisiti dell'equipaggiamento elettrico delle macchine e le tabelle dei cavi pertinenti per la portata di corrente |
| Mescolare cablaggi di potenza e di segnale senza una pianificazione adeguata | Problemi di rumore, surriscaldamento e manutenzione | Separare, schermare o instradare in base al tipo di circuito e alle regole del progetto |
| Mancata verifica della compatibilità dei morsetti | Il cavo può essere idoneo elettricamente ma non meccanicamente | Verificare la sezione trasversale del morsetto, il tipo di puntalino e i requisiti di serraggio |
Lista di controllo pratica per la selezione
Prima di definire la sezione del cavo, confermare:
- Corrente di carico e ciclo di lavoro
- Alimentazione monofase o trifase
- circuito in CA o CC
- Tipo e taratura del dispositivo di protezione
- Materiale del cavo: rame o alluminio
- Classe di temperatura dell'isolamento
- Metodo di installazione: aria libera, canalina, tubo protettivo, passerella, cablaggio a bordo quadro
- Temperatura ambiente all'interno del quadro o dell'area della macchina
- Number of loaded conductors grouped together
- Voltage drop at operating and starting conditions
- Short-circuit withstand until protective device operation
- Terminal block, breaker, contactor, and gland compatibility
- Trunking fill and bending radius
- Marking, documentation, and IEC 60204-1 verification requirements
If the cable terminates into distribution blocks or terminal blocks, also check terminal cross-section range and torque guidance from the device manufacturer. VIOX’s guide to blocchi di distribuzione dell'energia explains why terminal compatibility and SCCR matter in panel wiring.
Esempio completo: selezione di un cavo per un'alimentazione di un quadro da 63A
Questo esempio illustra il flusso di lavoro piuttosto che prescrivere una sezione universale del cavo.
Assumere:
- Corrente di progetto del circuito: 63A
- Alimentazione di un quadro elettrico in bassa tensione trifase
- Cavo installato in canalina con altri conduttori sotto carico
- Temperatura ambiente all'interno dell'armadio superiore a quella di un normale ambiente interno
- Lunghezza del cavo: 25 m
- Dispositivo di protezione: interruttore magnetotermico da 63A
Partire dalla corrente di progetto
Ib = 63AIl cavo deve essere in grado di trasportare questa corrente durante il normale funzionamento.
Applicare i fattori di correzione
Esempio di fattori di correzione:
Ca = 0.91Portata richiesta da tabella = 63 / (0.91 × 0.80 × 0.95)Ciò significa che il cavo selezionato deve essere scelto da una tabella in cui la sua portata di riferimento sia pari o superiore a circa 91A prima della correzione. Un cavo che sembra adeguato per 63A in condizioni ideali potrebbe risultare sottodimensionato dopo il declassamento.
3. Verifica della caduta di tensione
Utilizzare i dati sulla caduta di tensione o i valori di resistenza/reattanza forniti dal produttore del cavo. Se il percorso del cavo è breve, la caduta di tensione rientrerà facilmente nei limiti. Se il percorso è lungo, la caduta di tensione potrebbe richiedere l'impiego di un conduttore di sezione maggiore, anche quando la capacità termica risulta accettabile.
4. Verifica della tenuta al cortocircuito
Il conduttore deve essere in grado di sopportare l'energia di cortocircuito presunta fino all'intervento dell'interruttore automatico. In prossimità di un trasformatore o di un quadro di distribuzione principale, questa verifica diventa più importante di quanto suggerito da molte guide di dimensionamento di base.
5. Verifica dei terminali e delle canaline
Infine, verificare che il conduttore scelto sia compatibile con il morsetto dell'interruttore, il blocco di distribuzione, il pressacavo, il puntalino o il capocorda e la canalina. Un cavo elettricamente corretto ma meccanicamente difficile da collegare può comunque causare surriscaldamenti e problemi di esercizio.
| Controllo | Domanda di verifica |
|---|---|
| Portata di corrente dopo il declassamento (derating) | È corretto Iz superiore ai requisiti del circuito? |
| Caduta di tensione | La tensione di carico è accettabile nelle condizioni di avviamento e a regime? |
| Tenuta al cortocircuito | Il conduttore può resistere fino all'intervento del dispositivo di protezione? |
| Dispositivo di protezione | L'interruttore/fusibile protegge il conduttore ed è adeguato al livello di guasto? |
| Terminazione | Il cavo si inserisce correttamente nel morsetto, capocorda, puntalino o pressacavo? |
| Canale portacavi | C'è spazio sufficiente per la dissipazione del calore, il cablaggio e la manutenzione futura? |
Quando la norma IEC 60204-1 non è sufficiente da sola
La norma IEC 60204-1 è essenziale per l'equipaggiamento elettrico delle macchine, ma non deve essere considerata l'unico documento necessario per ogni calcolo dei cavi.
Potrebbero essere necessari anche:
- Norme nazionali di cablaggio basate sulla IEC 60364 o codici elettrici locali
- Dati del produttore dei cavi su portata di corrente e caduta di tensione
- Valutazione dei rischi per la sicurezza della macchina
- Curve tempo-corrente dei dispositivi di protezione
- Studio della corrente di cortocircuito
- Guida EMC per il cablaggio di VFD, servoazionamenti e segnali
- Requisiti di assemblaggio del quadro elettrico laddove si applichino la norma IEC 61439 o gli standard locali per i quadri
In altre parole, la norma IEC 60204-1 fornisce il quadro di riferimento per l'equipaggiamento elettrico delle macchine. Il dimensionamento dei cavi richiede comunque un calcolo ingegneristico.
FAQ
Cos'è il dimensionamento dei cavi secondo la norma IEC?
Il dimensionamento dei cavi secondo la norma IEC significa selezionare un conduttore utilizzando principi ingegneristici di tipo IEC: corrente di progetto, portata di corrente, declassamento, caduta di tensione, coordinamento dei dispositivi di protezione, tenuta al cortocircuito e condizioni di installazione.
La norma IEC 60204-1 fornisce tabelle per il dimensionamento dei cavi?
La norma IEC 60204-1 è principalmente uno standard per l'equipaggiamento elettrico delle macchine. È pertinente al cablaggio e alla selezione dei conduttori, ma i progettisti utilizzano solitamente tabelle dei cavi applicabili, norme nazionali di cablaggio, dati del produttore e requisiti di progetto per valori esatti di portata.
Quale sezione del cavo è necessaria per un interruttore magnetotermico (MCB) da 32A?
Non esiste una risposta universale. Un circuito da 32A può richiedere sezioni di conduttore differenti a seconda del metodo di installazione, della temperatura ambiente, dell'isolamento del cavo, del raggruppamento, della caduta di tensione e delle normative locali. Considerare le sezioni comuni come 4-6 mm² in rame solo come riferimento iniziale, non come progetto definitivo.
Quale sezione del cavo è necessaria per un interruttore da 63A?
Un circuito da 63A richiede spesso un conduttore di sezione maggiore, come 10-16 mm² in rame in molti casi pratici, ma il dimensionamento finale deve essere calcolato. Lunghe tratte di cavo, quadri caldi, conduttori raggruppati, cavi in alluminio o elevati livelli di guasto possono modificare la risposta.
Che cos'è un fattore di declassamento del cavo?
Un fattore di declassamento del cavo riduce la portata di corrente utilizzabile di un cavo quando le condizioni reali di installazione sono peggiori rispetto alle condizioni di riferimento riportate nelle tabelle dei cavi. I fattori comuni includono temperatura, raggruppamento, metodo di installazione, ventilazione e tipo di isolamento.
Come si calcola la dimensione della canalina?
Calcolare l'area esterna totale di tutti i cavi utilizzando i loro diametri esterni, quindi dividere per l'area interna della canalina. Mantenere spazio sufficiente per la dissipazione del calore, la manutenzione futura e le pratiche di cablaggio sicure.
Perché un circuito di controllo a 24V necessita di una verifica della caduta di tensione?
A 24V, anche una piccola caduta di tensione può causare comportamenti imprevedibili in ingressi PLC, relè, sensori ed elettrovalvole. Lunghe tratte e conduttori di sezione ridotta sono cause comuni di guasti intermittenti nel controllo.
Il diametro esterno del cavo è uguale alla sezione del conduttore?
No. La sezione del conduttore è la sezione trasversale del metallo, come 2,5 mm² o 6 mm². Il diametro esterno del cavo include l'isolamento e la guaina, ed è il valore utilizzato per pressacavi, riempimento delle canaline e raggio di curvatura.
Conclusione
Il dimensionamento dei cavi secondo IEC non si basa su una semplice tabella. Un cavo per quadri a bassa tensione sicuro deve superare le verifiche di portata di corrente, declassamento, caduta di tensione, tenuta al cortocircuito, compatibilità dei morsetti e riempimento delle canaline.
Per i quadri macchina conformi alla norma IEC 60204-1, l'approccio migliore consiste nell'utilizzare un flusso di lavoro strutturato: calcolare la corrente di progetto, applicare il declassamento, verificare la caduta di tensione, controllare il coordinamento delle protezioni, quindi confermare la disposizione del cablaggio e la documentazione. È così che i costruttori di quadri evitano il surriscaldamento dei cavi, scatti intempestivi, guasti ai PLC e il mancato superamento delle ispezioni.
