Calcolatore di sezione del cavo: mm² e AWG in base alla corrente, rame o alluminio

Calcoli la sezione minima di un cavo in mm² (IEC 60228) e la sua taglia AWG/kcmil (NEC) a partire dalla corrente, per rame e alluminio, con correzione per temperatura, raggruppamento e caduta di tensione.

Sezione del cavo per portata e caduta di tensione

Inserisca la corrente del circuito (o la potenza e la tensione), il materiale del conduttore, l'isolante e il modo di posa del cavo. Il calcolatore restituisce la sezione minima in mm² secondo la IEC 60364-5-52 e la taglia AWG/kcmil equivalente secondo la tabella 310.16 del NEC, e verifica a scelta la caduta di tensione.

Circuito

A
V

Conduttore e posa

°C

Caduta di tensione

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Che cosa fa questo calcolatore

Fornisce la sezione minima di un conduttore per una data corrente e, se richiesto, verifica che la caduta di tensione lungo il circuito resti entro il limite. Lo fa nei due sistemi di sezioni che convivono sul mercato — le sezioni metriche della IEC 60228 e le taglie americane AWG e kcmil — e per conduttori di rame e di alluminio con isolante termoplastico (PVC, 70 °C) o termoindurente (XLPE o EPR, 90 °C).

Il risultato sono due numeri da leggere insieme: la sezione richiesta dal riscaldamento (portata) e quella richiesta dalla caduta di tensione. La maggiore delle due è quella da installare.

Prima condizione: la portata

Un cavo si riscalda per effetto Joule e il suo isolante ha una temperatura massima da non superare in servizio continuo: 70 °C per il PVC e 90 °C per i polimeri reticolati. La corrente che lo porta esattamente a quella temperatura è la sua portata Iz, e dipende da come il cavo smaltisce il calore: un cavo in aria non è un cavo incassato in una parete isolante, né un cavo da solo è uno in un fascio di dodici.

La IEC 60364-5-52 tabella Iz per ogni sezione, materiale e isolante in funzione del modo di posa di riferimento, indicato con una lettera:

  • A1 e A2: conduttori isolati o cavo multipolare in tubo incassato in una parete termicamente isolante. È il caso peggiore.
  • B1 e B2: lo stesso, ma con il tubo a vista o in canale.
  • C: cavo multipolare fissato direttamente a parete o su passerella non perforata.
  • D1 e D2: cavo in tubo interrato o direttamente interrato. Qui la temperatura di riferimento è quella del terreno, 20 °C.
  • E: cavo multipolare in aria libera o su passerella perforata, con aria che circola intorno.

I valori delle tabelle sono dati a 30 °C di temperatura ambiente (20 °C interrato) e per un solo circuito. Quando la realtà è diversa si applicano fattori di correzione: quello di temperatura (tabelle B.52.14 e B.52.15, da 1,22 a 10 °C fino a 0,50 a 60 °C per il PVC) e quello di raggruppamento (tabella B.52.17: 0,80 con due circuiti affiancati, 0,70 con tre, 0,50 con nove). Il calcolatore usa la riga dei cavi raggruppati in aria o incassati, che è la più conservativa; se la disposizione è a strato singolo su passerella i fattori sono un po’ più favorevoli e la differenza si può inserire nella casella «altro fattore di correzione».

La condizione verificata è Ib ≤ Iz × kT × kG: la corrente d’impiego non può superare la portata corretta.

Il NEC 310.16 fa lo stesso con le taglie americane e tre colonne di temperatura (60, 75 e 90 °C) secondo il tipo di isolante (TW; THW/THWN/XHHW; THHN/XHHW-2). La correzione per la temperatura ambiente si calcola con la formula di 310.15(B)(1) e l’aggiustamento per più di tre conduttori attivi nella stessa canalizzazione con la tabella 310.15(C)(1). Una regola che il calcolatore ricorda quando serve: per 14, 12 e 10 AWG la protezione è limitata a 15, 20 e 30 A anche se la tabella consentirebbe di più (240.4(D)).

Seconda condizione: la caduta di tensione

Un conduttore lungo può restare freddo e tuttavia consegnare al carico meno tensione di quanta gli serve. La caduta si calcola con l’impedenza del conduttore alla sua temperatura di esercizio:

ΔU = k × Ib × L × (R·cos φ + X·sen φ)

con k = 2 in monofase e in corrente continua e k = √3 in trifase; R è la resistenza per metro (resistività del materiale a 70 °C o 90 °C divisa per la sezione) e X la reattanza, che nei cavi di bassa tensione vale circa 0,08 Ω/km e pesa solo sulle grandi sezioni con basso fattore di potenza. Il calcolatore cerca la sezione più piccola che mantiene ΔU sotto la percentuale ammessa della tensione nominale.

Metrico e AWG

I due sistemi non sono intercambiabili uno a uno. Nella IEC 60228 le sezioni nominali seguono una progressione da 1,5 a 300 mm² (e fino a 1000 mm² per i grandi conduttori). L’American Wire Gauge definisce diametri in progressione geometrica in cui la sezione raddoppia ogni tre taglie: 10 AWG sono 5,26 mm², 7 AWG sarebbero 10,5 mm². Sopra 4/0 AWG (107 mm²) la sezione si esprime in kcmil, migliaia di circular mil, dove 1 kcmil = 0,5067 mm².

Ciò che conta in pratica: il calcolatore risolve le due tabelle separatamente e, accanto a ogni risultato, indica l’equivalente nell’altro sistema. Che una sezione metrica «equivalga» a una taglia AWG significa solo che la sua area è uguale o maggiore; la portata resta quella della tabella pertinente.

Esempio risolto

Motore trifase a 400 V con corrente d’impiego di 63 A e cos φ = 0,85. Cavo di rame con isolante XLPE, fissato direttamente a parete (posa C), 30 °C, senza altri circuiti vicini. Lunghezza 120 m, caduta massima ammessa 3 %.

  • Per portata: la tabella B.52.3 dà 71 A per 10 mm² con tre conduttori caricati, e 71 ≥ 63. Sezione minima 10 mm². Nel NEC, colonna 90 °C: 6 AWG porta 75 A.
  • Per caduta di tensione: a 90 °C la resistività del rame è 0,02198 Ω·mm²/m. Con 10 mm², ΔU = √3 × 63 × 120 × (0,002198 × 0,85 + 0,00008 × 0,527) = 25,0 V, cioè il 6,3 %: troppo. Con 16 mm² scende al 3,96 %; con 25 mm², al 2,58 % (10,3 V).
  • Sezione consigliata: 25 mm² rame XLPE, equivalente a 3 AWG. Comanda la caduta di tensione, non il riscaldamento, come di consueto oltre i 50 o 60 m.

Se lo stesso circuito fosse in alluminio, il riscaldamento chiederebbe 16 mm² (tabella B.52.5, posa C: 76 A) e la caduta di tensione 50 mm²: con 35 mm² si resta al 3,02 %, appena oltre il limite.

Che cosa questo calcolatore non fa

Non sceglie la protezione contro i sovraccarichi né verifica la condizione I2 ≤ 1,45 × Iz; non calcola la corrente di cortocircuito né verifica la sezione minima per sollecitazione termica (k²S² ≥ I²t); non dimensiona il neutro né il conduttore di protezione, e non tiene conto delle armoniche che caricano il neutro negli impianti con molta elettronica. Non copre inoltre le sezioni oltre 300 mm² né le pose F e G di conduttori unipolari distanziati. I valori delle tabelle corrispondono all’edizione 2009 della IEC 60364-5-52 e alla tabella 310.16 del NEC; la normativa nazionale (in Italia, la CEI 64-8) può imporre condizioni aggiuntive.

Con che cosa si verifica

La corrente reale di un circuito in servizio la misurano gli analizzatori di rete e di qualità dell’energia, che registrano anche il fattore di potenza e le armoniche che il calcolatore dà per scontati. L’impedenza dell’anello di guasto e la continuità dei conduttori installati si verificano con i misuratori multifunzione per impianti, e un conduttore che lavora oltre la sua temperatura si rivela alla termocamera molto prima che l’isolante ceda.

Domande frequenti

Quanti ampere sopporta un cavo da 2,5 mm² o da 6 mm²?
Dipende da come è posato. Un cavo di rame da 2,5 mm² con isolante in PVC porta 21 A dentro un tubo a vista (posa B1, tre conduttori caricati) e 24 A fissato direttamente a parete (posa C); quello da 6 mm², 36 A e 41 A rispettivamente. Sono i valori della IEC 60364-5-52 a 30 °C, senza altri circuiti vicini. A 40 °C vanno moltiplicati per 0,87 e, se il cavo condivide il percorso con altri due circuiti, per 0,70.
A quale sezione in mm² corrisponde una taglia AWG?
I due sistemi non coincidono, quindi l’equivalenza è approssimata: 14 AWG sono 2,08 mm², 12 AWG 3,31 mm², 10 AWG 5,26 mm², 8 AWG 8,37 mm², 6 AWG 13,3 mm², 4 AWG 21,2 mm², 2 AWG 33,6 mm², 1/0 AWG 53,5 mm², 2/0 AWG 67,4 mm² e 4/0 AWG 107 mm². Sopra 4/0 si usa il kcmil (migliaia di circular mil): 250 kcmil sono 127 mm² e 500 kcmil, 253 mm². Il calcolatore restituisce sempre la taglia la cui sezione eguaglia o supera quella metrica.
Perché l'alluminio richiede più sezione del rame?
Perché la sua resistività è maggiore del 64 %: 0,0283 Ω·mm²/m contro 0,0172 Ω·mm²/m a 20 °C. Per trasportare la stessa corrente con lo stesso riscaldamento serve circa una sezione e mezza, e per mantenere la stessa caduta di tensione circa il 60 % di sezione in più. In cambio pesa la metà, e per questo domina nelle linee aeree e nelle grandi sezioni interrate. Le tabelle della IEC 60364-5-52 partono da 2,5 mm² per l’alluminio e il NEC lo ammette da 12 AWG.
Quale caduta di tensione è ammessa?
Il criterio generale della IEC 60364-5-52 (allegato G) raccomanda di non superare il 3 % per l’illuminazione e il 5 % per gli altri usi, misurati dall’origine dell’impianto. In Italia la CEI 64-8 indica il 4 % come valore raccomandato tra origine dell’impianto e qualsiasi apparecchio utilizzatore. Negli Stati Uniti il NEC lo tratta come raccomandazione (note informative di 210.19 e 215.2): 3 % sul circuito terminale e 5 % in totale.