Formule di Calcolo della Caduta di Tensione Spiegate

Fondamenti: Legge di Ohm

Tutti i calcoli di caduta di tensione si basano sulla Legge di Ohm, una delle relazioni più fondamentali nell'ingegneria elettrica. Scoperta da Georg Ohm nel 1827, questa legge stabilisce la relazione diretta tra tensione, corrente e resistenza in un circuito elettrico. Comprendere questo fondamento è essenziale prima di approfondire le formule più complesse utilizzate nella progettazione elettrica professionale.

Nel contesto della caduta di tensione, applichiamo questa legge ai conduttori stessi. Un conduttore agisce come una resistenza (anche se piccola), e la corrente che lo attraversa crea una caduta di tensione lungo la sua lunghezza. Questo è il motivo per cui possiamo calcolare la caduta di tensione moltiplicando la corrente per la resistenza totale del conduttore.

Formula della Caduta di Tensione Monofase e CC

Per i circuiti monofase in corrente alternata e i circuiti in corrente continua, la formula della caduta di tensione tiene conto del fatto che la corrente scorre attraverso i conduttori di andata e di ritorno. Questo è il motivo per cui moltiplichiamo per 2 - la lunghezza totale del circuito include entrambi i conduttori nel percorso del circuito.

Il fattore 2 rappresenta il percorso di andata e ritorno della corrente. La corrente scorre dalla sorgente al carico attraverso un conduttore, quindi ritorna attraverso un altro conduttore. Entrambi i conduttori contribuiscono alla caduta di tensione totale. La divisione per 1000 converte le unità di resistenza da ohm per 1000 piedi per corrispondere alla nostra lunghezza in piedi.

Formula della Caduta di Tensione Trifase

I sistemi trifase utilizzano un moltiplicatore diverso a causa della relazione di fase di 120° tra i conduttori. Invece di moltiplicare per 2, usiamo √3 (circa 1,732). Questo fattore tiene conto delle relazioni vettoriali tra le fasi in un sistema trifase bilanciato.

In un sistema trifase bilanciato, le correnti nei tre conduttori sono uguali in grandezza ma sfasate di 120°. Il fattore √3 deriva dall'addizione vettoriale delle tensioni nella configurazione trifase. Per i calcoli di tensione linea-linea, questo fattore tiene correttamente conto della relazione tra quantità di fase e di linea.

Caduta di Tensione Percentuale

Sebbene la caduta di tensione assoluta in volt sia utile, la caduta di tensione percentuale fornisce un modo standardizzato per valutare le prestazioni del circuito indipendentemente dalla tensione del sistema. Le raccomandazioni NEC sono espresse in percentuali, rendendola la forma più pratica di verifica della conformità.

Un calo del 3% a 120V equivale a 3,6 volt, mentre il 3% a 480V equivale a 14,4 volt. L'espressione percentuale consente confronti diretti e verifica della conformità indipendentemente dai livelli di tensione coinvolti.

Valori di Resistenza: NEC Capitolo 9, Tabella 8

I valori di resistenza dei conduttori utilizzati nei calcoli di caduta di tensione sono presi dal NEC Capitolo 9, Tabella 8. Questa tabella fornisce valori di resistenza CC per conduttori in rame e alluminio a 75°C. Per la maggior parte dei calcoli pratici di caduta di tensione utilizzando formule semplificate, questi valori di resistenza CC forniscono una precisione accettabile.

Questi valori rappresentano la resistenza CC. Per i circuiti CA, specialmente con conduttori di grandi dimensioni o alte frequenze, la resistenza effettiva può essere leggermente superiore a causa dell'effetto pelle e dell'effetto di prossimità. Tuttavia, per i circuiti di distribuzione tipici sotto i 600V, questi effetti sono minimi e i valori del Capitolo 9, Tabella 8 forniscono una precisione di progettazione adeguata.

Fattori di Correzione della Temperatura

La resistenza del conduttore varia con la temperatura. I valori della Tabella 8 NEC sono forniti a 75°C, ma se la temperatura operativa effettiva differisce significativamente, potrebbe essere necessaria una correzione. Per il rame, la resistenza aumenta di circa lo 0,393% per ogni 1°C di aumento di temperatura.

Per installazioni tipiche interne, la correzione della temperatura è raramente necessaria. Tuttavia, per i conduttori installati in ambienti ad alta temperatura (soffitte, ambienti industriali caldi) o in climi molto freddi, la correzione della temperatura può migliorare la precisione del calcolo del 5-10%. I conduttori che trasportano carichi elevati e si riscaldano in modo significativo durante il funzionamento possono anche beneficiare della correzione della temperatura.

Formule Avanzate: Includere la Reattanza

Le formule semplificate precedentemente presentate utilizzano solo la resistenza del conduttore. Tuttavia, i circuiti CA hanno anche reattanza induttiva, che diventa significativa nei conduttori di grandi dimensioni o nei circuiti più lunghi. Per calcoli di precisione, specialmente in installazioni industriali o commerciali, dovrebbe essere inclusa la reattanza.

I valori di reattanza si trovano anche nel NEC Capitolo 9, Tabella 9. La reattanza dipende dalla spaziatura dei conduttori e dalla configurazione (in conduit, cavo, ecc.). Per conduttori più piccoli di 1/0 AWG in conduit tipico, la reattanza contribuisce minimamente alla caduta di tensione e può essere ignorata per calcoli pratici. Per conduttori grandi o circuiti motore con fattore di potenza basso, l'inclusione della reattanza fornisce risultati molto più accurati.

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