La caduta di tensione (VD) si verifica quando la tensione diminuisce all'estremità di un cavo rispetto al punto di partenza. Tutti i fili, indipendentemente dalla lunghezza o dalla sezione, presentano una certa resistenza. Il passaggio di corrente attraverso questa resistenza provoca una caduta di tensione. All'aumentare della lunghezza del cavo, aumentano in proporzione diretta la sua resistenza e reattanza. Di conseguenza, la caduta di tensione diventa un problema significativo negli impianti di cablaggio di grandi dimensioni, come quelli presenti in edifici di grandi dimensioni o in proprietà estese come le aziende agricole. Questo approccio viene spesso utilizzato per dimensionare correttamente i conduttori nei circuiti elettrici monofase linea-linea e può essere determinato utilizzando un calcolatore di caduta di tensione.
I cavi elettrici, pur trasportando corrente, introducono intrinsecamente una resistenza o impedenza al flusso di corrente. La caduta di tensione (VD) viene quantificata come la perdita di tensione subita in una parte o nell'intero circuito a causa dell'impedenza del cavo, misurata in volt.
Una VD eccessiva all'interno della sezione trasversale di un cavo può causare sfarfallio o attenuazione della luminosità delle luci, prestazioni subottimali del riscaldatore e temperature elevate del motore, con il rischio di guasti. Questa condizione costringe il carico a lavorare di più con una tensione ridotta che alimenta la corrente.
Quali fattori determinano la caduta di tensione?
La VD è determinata dai seguenti fattori:
1. Materiale conduttore
Materiali diversi hanno una conduttività elettrica variabile. Ad esempio, il rame è un conduttore migliore dell'alluminio.
2. Diametro del conduttore
Un diametro maggiore del conduttore migliora la conduttività perché fornisce più materiale attraverso cui fluisce la corrente.
3. Lunghezza del conduttore
I conduttori più lunghi hanno una resistenza maggiore perché la corrente deve percorrere una distanza maggiore dalla sorgente al carico.
4. Temperatura del conduttore
La temperatura influisce sulla conduttività del materiale: alcuni materiali diventano più o meno conduttivi al variare della temperatura.
5. Corrente trasportata dal conduttore:
La caduta di tensione è direttamente proporzionale alla corrente trasportata dal conduttore. Se la corrente raddoppia mentre la resistenza rimane la stessa, anche la caduta di tensione raddoppia.
6. Collegamenti del circuito:
I collegamenti in un circuito introducono resistenza di contatto e collegamenti scadenti possono portare a un aumento della caduta di tensione.
Vedi anche: Che cos'è la tensione a circuito aperto (Voc)?
Come calcolare la caduta di tensione
È importante notare che la formula VD varia in base al numero di fasi nel circuito, monofase o trifase. Nelle equazioni sottostanti, utilizziamo le seguenti variabili:
- Z: Impedenza del conduttore (ohm per 1,000 piedi o ohm/kft)
- I: Corrente di carico (ampere)
- L: Lunghezza (piedi)
Sistema monofase: Caduta di tensione = 2 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Sistema trifase: Caduta di tensione V = 1.73 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Dividiamo queste formule per 1,000 perché i valori di impedenza standard sono forniti ogni 1,000 piedi, convertendoli in ohm per piede. Il capitolo 9 del NEC offre le proprietà dei conduttori basate su una temperatura nominale di 75 °C.
Per illustrare il processo, ipotizziamo un circuito monofase da 120 V con una corrente di 22 A, un'impedenza del conduttore di 1.29 ohm per 1,000 piedi e una lunghezza del circuito di 50 piedi. La caduta di tensione sarebbe:
Caduta di tensione = (2 ×— 1.29 ohm/kft ×— 22 A ×— 50 piedi) / 1,000 = 2.84 V
Percentuale VD = 2.84 V / 120 V = 0.0237 = 2.37%
Se ci sono più conduttori per fase, dividere il calcolo precedente per il numero di conduttori per fase poiché la resistenza è ridotta. Ad esempio, se ci sono due conduttori per fase nell'esempio precedente, la resistenza è dimezzata, con conseguente caduta di tensione di 1.42 V (1.18%).
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Come controllare la caduta di tensione
Raggiungere l'eliminazione completa di VD è irraggiungibile perché tutti i materiali possiedono una resistenza elettrica intrinseca. Tuttavia, diverse strategie possono efficacemente ridurla:
- Miglioramento dell'efficienza: Migliorare l'efficienza delle apparecchiature per ridurre il consumo energetico e di conseguenza la caduta di tensione.
- Risoluzione dei problemi: Identificare e risolvere i problemi elettrici che causano un aumento non necessario di corrente o di resistenza.
- Correzione delle dimensioni dei conduttori: Selezionare correttamente i conduttori in base a fattori quali corrente, temperatura e capacità del canale.
- Distribuzione centralizzata: Posizionare i componenti elettrici principali al centro per ridurre al minimo le distanze di cablaggio all'interno degli edifici.
- Carichi bilanciati: Nei sistemi trifase, garantire una distribuzione equilibrata del carico per evitare cadute di tensione irregolari.
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