Calcolo portata cavi: formule, tabelle e dimensionamento per la casa elettrica

Il calcolo della portata dei cavi elettrici (indicata con il simbolo $I_z$) determina la massima intensità di corrente in Ampere che un conduttore può trasportare in regime permanente senza che la temperatura dell’isolante superi i limiti di sicurezza previsti dalla norma CEI 64-8.

Nelle abitazioni moderne completamente elettrificate, dove carichi continui e gravosi come piani a induzione, pompe di calore e stazioni di ricarica per veicoli operano per molte ore consecutive, il corretto dimensionamento delle linee impedisce cadute di tensione anomale, sprechi energetici per effetto Joule e pericolosi surriscaldamenti delle canaline sotto traccia.

Che cos’è la portata di un cavo elettrico e quale criterio normativo la definisce?

La portata nominale $I_z$ rappresenta la capacità termica di smaltimento del calore generato dal passaggio degli elettroni all’interno del rame. Ogni conduttore presenta una propria resistenza intrinseca che dissipa una frazione di energia sotto forma di calore; se la corrente circolante supera la capacità di dispersione della linea, la guaina isolante degrada rapidamente, perde le proprie caratteristiche dielettriche e può causare cortocircuiti o incendi all’interno delle pareti.

La regola fondamentale stabilita dalla norma tecnica CEI 64-8 per la protezione delle condutture contro le sovracorrenti impone una precisa relazione sequenziale tra tre grandezze fisiche:

$$I_b \le I_n \le I_z$$

La corrente di impiego del circuito ($I_b$) rappresenta l’assorbimento effettivo del carico da alimentare in condizioni di normale funzionamento. L’interruttore magnetotermico posto a monte della linea deve avere una corrente nominale ($I_n$) pari o superiore alla corrente di impiego del carico per evitare scatti intempestivi, ma rigorosamente inferiore o uguale alla portata effettiva del cavo ($I_z$). Questo vincolo assicura che l’interruttore automatico intervenga aprendo il circuito prima che i conduttori raggiungano temperature critiche per la tenuta dell’isolamento.

Quali parametri incidono sul calcolo effettivo della portata dei conduttori?

La portata tabellare varia in relazione all’ambiente in cui il circuito viene installato e al livello di confinamento termico a cui è sottoposto. Le tabelle di riferimento unificate CEI UNEL 35024-1 definiscono la portata base considerando un singolo circuito posato in aria o in tubo singolo a una temperatura ambiente standard di 30 °C. Quando le condizioni reali si discostano da questo riferimento, la portata teorica subisce riduzioni progressive attraverso coefficienti correttivi specifici.

I fattori principali che modificano la portata utile di una linea comprendono:

• La tipologia di materiale isolante impiegato per la guaina, dove i tradizionali cavi in PVC (come i conduttori unipolari FS17) sopportano una temperatura massima di esercizio a regime di 70 °C, mentre i cavi con isolamento in gomma etilenpropilenica ad alto modulo (EPR, come i cavi FG16OR16 o FS18OR18) operano in sicurezza fino a 90 °C, garantendo portate trasmissibili superiori a parità di sezione.
• La modalità di posa all’interno della struttura muraria, distinguendo tra conduttori infilati in tubi corrugati annegati nell’intonaco, cavi posati entro pareti isolanti in cartongesso o linee esterne collocate su passerelle forate, con capacità di smaltimento termico decrescente man mano che l’isolamento termico dell’involucro aumenta.
• Il fattore di stipamento dovuto alla vicinanza di più circuiti all’interno dello stesso tubo o della stessa scatola di derivazione, circostanza che limita lo scambio termico con l’esterno e costringe ad applicare un coefficiente correttivo $k$ compreso solitamente tra 0,8 e 0,5 all’aumentare dei conduttori caricati adiacenti.
• La temperatura dell’aria circostante nei punti di passaggio critici, come sottotetti non coibentati, vani tecnici esposti al sole o cavedii adiacenti a canne fumarie, dove il superamento dei 30 °C riduce drasticamente il margine termico utile del rame.

La valutazione congiunta di questi elementi porta alla determinazione della portata corretta $I_{z0} \cdot k_1 \cdot k_2$, valore reale che il progettista o l’installatore deve assumere come limite invalicabile per calibrare l’interruttore di protezione.

Come si calcolano la sezione dei cavi e la caduta di tensione nelle linee domestiche?

Il dimensionamento di una linea elettrica civile va fatta tenendo conto di due verifiche distinte e obbligatorie: la verifica termica di portata minima e la verifica funzionale della caduta di tensione. La prima serve a evitare incendi, la seconda garantisce che agli apparecchi terminali arrivi la tensione corretta per il loro funzionamento, evitando blocchi delle schede elettroniche o malfunzionamenti dei motori elettrici.

Nei sistemi monofase a 230 V la corrente di impiego si ricava dividendo la potenza nominale del carico espresso in Watt per il prodotto tra tensione e fattore di potenza ($\cos\varphi$):

$$I_b = \frac{P}{V \cdot \cos\varphi}$$

Individuata la corrente, si seleziona una sezione commerciale di rame che presenti una portata termica $I_z$ superiore al valore di $I_n$ dell’interruttore magnetotermico prescelto. Successivamente si calcola la caduta di tensione percentuale lungo la tratta, che la norma CEI 64-8 raccomanda di mantenere entro il 4% complessivo tra il contatore dell’ente distributore e il punto di utilizzo più lontano dell’abitazione (scendendo preferibilmente al 2% o 2,5% per le linee montanti primarie che uniscono il gruppo di misura al quadro generale).

La formula pratica per determinare la caduta di tensione percentuale in corrente alternata monofase per conduttori in rame è la seguente:

$$\Delta V\% = \frac{2 \cdot L \cdot I \cdot \cos\varphi}{56 \cdot S \cdot V} \cdot 100$$

All’interno dell’equazione $L$ indica la lunghezza lineare della linea espressa in metri, $I$ rappresenta la corrente transitante in Ampere, $S$ definisce la sezione del conduttore in millimetri quadrati, $V$ individua la tensione nominale di 230 Volt e il valore 56 esprime la conducibilità elettrica del rame a caldo. Se il calcolo restituisce una percentuale superiore ai limiti normativi, è indispensabile passare alla sezione commerciale immediatamente superiore (ad esempio da 4 mm² a 6 mm²), anche se la portata termica del cavo più piccolo risultava teoricamente sufficiente a sopportare la corrente di carico.

Quali valori di portata e sezioni si utilizzano negli impianti elettrici civili?

Nella progettazione degli impianti residenziali standard si adottano sezioni minime unificate in base alla destinazione d’uso delle linee, abbinate a interruttori magnetotermici coordinati. La tabella seguente illustra le portate indicative per cavi unipolari in rame senza guaina con isolamento in PVC (tipo FS17) posati entro tubi corrugati sotto traccia in muratura con due conduttori caricati alla temperatura ambiente di 30 °C, insieme alle potenze massime erogabili in regime monofase.

I valori di portata indicati possono subire riduzioni consistenti in presenza di più linee infilate nel medesimo corrugato. L’abbinamento corretto prevede sempre che la taglia dell’interruttore automatico rimanga un gradino al di sotto della portata effettiva del cavo per creare il margine di sicurezza termica prescritto dalle norme vigenti.

Quali sezioni di cavo servono per piano a induzione, pompa di calore e wallbox?

L’elettrificazione completa degli edifici richiede dorsali dedicate dimensionate per erogare potenze elevate in modo continuo. A differenza dei piccoli elettrodomestici che assorbono corrente a intervalli brevi, le nuove tecnologie termiche e di mobilità operano con correnti prossime a quelle nominali per molte ore consecutive, portando i cavi sottodimensionati a temperature di esercizio pericolose.

I carichi ad alto assorbimento di una casa moderna richiedono specifiche minime di cablaggio e protezione:

• Il piano cottura a induzione, con potenze di picco che possono raggiungere i 7,4 kW su due fasi o in monofase completa, necessita di una linea diretta dal quadro generale realizzata con conduttori da 6 mm², protetta a monte da un interruttore magnetotermico da 32 A associato a un differenziale dedicato immune ai disturbi ad alta frequenza.
• Le pompe di calore per riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria, caratterizzate da assorbimenti compresi tra 2 e 5 kW elettrici ed elevate correnti di spunto allo spunto dell’inverter, richiedono conduttori da almeno 4 mm² per potenze medie o da 6 mm² per unità di grande taglia, con interruttori magnetotermici a curva C in grado di tollerare i transitori di avviamento del compressore.
• La stazione di ricarica per auto elettriche (wallbox) operante in monofase fino a 32 A (7,4 kW) esige conduttori di sezione non inferiore a 6 mm² per tratte brevi entro i 10 metri, salendo tassativamente a 10 mm² per distanze superiori al fine di contenere la caduta di tensione sotto l’1,5%, oltre all’impiego obbligatorio di un interruttore differenziale di Tipo A o Tipo B come previsto dalla norma CEI 64-8 sezione 722.

La corretta esecuzione di queste linee speciali esclude categoricamente l’allacciamento su prese a spina tradizionali da 16 A o su scatole di derivazione secondarie condivise con altri circuiti dell’alloggio, imponendo la partenza diretta dalle sbarre di distribuzione del quadro generale.

Come evitare il surriscaldamento dei cavi nei tubi corrugati sotto traccia?

Il fenomeno del surriscaldamento all’interno delle canalizzazioni murarie deriva principalmente dall’eccessivo riempimento dei tubi corrugati. Quando più conduttori percorsi da corrente convivono in uno spazio ristretto, l’aria intrappolata all’interno della guaina funge da isolante termico impedendo al calore di trasferirsi all’intonaco circostante. La norma CEI 64-8 impone precise regole per la posa sotto traccia, prescrivendo che il diametro interno del tubo protettivo sia pari ad almeno 1,5 volte il diametro del cerchio circoscritto al fascio di cavi che contiene.

In termini pratici questo significa che l’area complessiva occupata dai conduttori non deve superare il 40% o 45% della sezione interna utile del tubo corrugato. Rispettare questo coefficiente di riempimento garantisce un’adeguata circolazione d’aria per lo smaltimento del calore e assicura la sfilabilità dei cavi nel caso si rendano necessarie manutenzioni o infilaggi futuri.

L’adozione di tubi di diametro generoso (minimo 20 mm per circuiti secondari e 25 o 32 mm per le dorsali di potenza) rappresenta il primo presidio passivo per mantenere le linee fresche, ridurre le perdite resistive e garantire la massima longevità all’impianto elettrico residenziale.