Scelta diametro cavi di corrente


Cavi Alimentazione by Roberto

I cavi di alimentazione rappresentano una delle costanti che ritroviamo su tutti gli impianti hi-fi car, da quelli più semplici a quelli più evoluti. 

Così com'è difficile pensare ad un impianto senza sorgente o altoparlanti, allo stesso modo, non è immaginabile un impianto privo dei cavi di alimentazione. Come tutti sapranno, compito dei cavi di alimentazione è quello di " trasportare" l'energia elettrica da dove essa viene immagazzinata, ossia nella/e batteria/e del veicolo, fino ai morsetti di alimentazione degli amplificatori di potenza o, più in generale, delle elettroniche che compongono il nostro impianto.

Sebbene siano disponibili in commercio svariate tipologie di cavi che differiscono per le diverse caratteristiche di flessibilità, resistenza alle sollecitazioni meccaniche, finiture estetiche e parametri strettamente elettrici, concettualmente essi sono gli stessi da sempre. Possiamo, infatti, riconoscere in tutti i cavi un'anima di materiale conduttore (in ambito hi-fi car quasi solamente rame, nelle diverse varianti come ad esempio il rame OFC), e uno o più rivestimenti isolanti o protettivi.

La scelta del cavo di alimentazione.

La scelta del cavo di alimentazione costituisce una fase importante nella progettazione di un impianto hi-fi car. Un buona scelta del cavo di alimentazione e, più in generale, della sezione di alimentazione, consentirà infatti di ottenere le migliori prestazioni dal nostro impianto, con particolare riferimento alle sezioni amplificatrici che, notoriamente, sono quelle caratterizzate dal maggiore assorbimento di corrente.

Tuttavia, per la maggior parte degli appassionati questa fase è un'operazione dettata da fattori di valutazione tutt'altro che oggettivi, come ad esempio la finitura estetica del cavo o il suo costo, oppure consigli generici di installatori o amici che magari conoscono poco il nostro impianto, col risultato di ritrovarci con un cavo di sezione inadeguata al nostro impianto oppure, viceversa, esagerata per le nostre esigenze.

Il fine che questo articolo si pone è proprio quello di guidare ad una scelta ragionata del cavo di alimentazione, sulla base di alcune considerazioni di natura oggettiva.

La caduta di tensione ammissibile.

Per iniziare, possiamo partire dalla constatazione che installare cavi di generosa sezione procura degli innegabili benefici all'impianto, in quanto riduce la caduta di tensione lungo la linea di alimentazione. In queste condizioni sarà auspicabile poter prelevare dagli amplificatori la potenza nominale dichiarata dal costruttore, riferita appunto alle condizioni nominali della tensione di alimentazione. Ciò è particolarmente vero nel caso degli amplificatori con alimentazione non stabilizzata, dove la tensione di alimentazione dei finali dipende molto dalla tensione di alimentazione dell'amplificatore.

Tuttavia, saremo anche tutti d'accordo nel constatare quanto cavi di alimentazione di generosa sezione siano difficili da installare. Inoltre il loro costo è chiaramente più elevato di cavi con sezione minore e il divario si fa ancora più percepibile scegliendo cavi prodotti da aziende specializzate, ma questo è un punto di cui parlerò più avanti.

Occorre anche evidenziare che la caduta di tensione è insita in qualsiasi cavo di qualsivoglia sezione (a meno che non vogliate installare in auto un impianto di produzione di azoto liquido per mantenere a temperature assurde i vostri cavi superconduttori a resistenza zero, ma questa è un'altra storia), dunque, anche aumentando spropositatamente la sezione non riusciremo ad annullare la pur minima resistenza del rame o altro conduttore! 

Mentre, si è generalmente disposti ad utilizzare cavi con sezione anche di molto superiore alle reali esigenze dell'impianto, magari ovviando alla difficoltà di installazione di un singolo cavo di grossa sezione con più cavi di sezione inferiore, non si è altrettanto disposti ad utilizzare cavi di sezione troppo modesta. In altre parole, non esiste limite superiore alla scelta della sezione, se non dovuta a motivi pratici di installazione o al portafogli, mentre esiste invece un ben preciso limite inferiore, dettato essenzialmente dalle prestazioni minime che vogliamo assicurare alle elettroniche in termini di qualità dell'alimentazione.

Scegliere il cavo di alimentazione significa proprio stabilire un punto di equilibrio tra i due casi limite: un compromesso, cioè, che consenta al nostro impianto di esprimersi in maniera decente senza imbatterci in spese inutili che non permetterebbero di ottenere ulteriori miglioramenti apprezzabili. In tal senso un buon punto di partenza può essere rappresentato dalle tabelle contenute nei vari regolamenti di gara. A titolo di esempio, riporto quanto consigliato dal regolamento ECAP (ho tratto la tabella da ACS n. 123).

C
O
R
R
E
N
T
E
LUNGHEZZA [m]
0-1,2 1,2-2,1 2,1-3,1 3,1-4,0 4,0-4,9 4,9-5,8 5,8-6,7 6,7-8,5
0-20 14 12 12 10 10 8 8 8
20-35 12 10 8 8 6 6 6 4
35-50 10 8 8 6 6 4 4 4
50-65 8 8 6 4 4 4 4 2
65-85 6 6 4 4 2 2 2 0
85-105 6 6 4 2 2 2 2 0
105-125 4 4 4 2 2 0 0 0
125-150 2 2 2 2 0 0 0  

NOTA: le sezioni sono espresse in AWG (American Wire Gauge).

TAVOLA DI CONVERSIONE AWG – mm2
AWG 1/10 1 2 3 4 5 6 7
mm2 53,5 42,4 33,6 26,7 21,1 16,8 13,3 10,5
                 
AWG 8 9 10 11 12 13 14  
mm2 8,4 6,6 5,3 4,2 3,3 2,6 2,1  

Le tabelle dei regolamenti di gara non sono comunque l'unico strumento utilizzabile per il dimensionamento del cavo di alimentazione, anche in considerazione del fatto che nascono sulla base di un ben preciso valore della caduta tensione tollerabile che, in base alle nostre pretese, potrebbe anche non andare bene. Pur essendo queste tabelle generalmente valide e correttamente impostate, nulla vieta ai più "coraggiosi" di dimensionare il cavo in base alla caduta di tensione che ritengono più opportuna, stabilendo di volta in volta quale sarà il loro compromesso ottimale.

Per poter quantificare la caduta di tensione ritenuta ammissibile dalla tabella ECAP, in modo da avere un valore di riferimento sufficientemente significativo, ho proceduto in maniera inversa a come è stata creata, ricavando il "dato di progetto" che, congiuntamente alla corrente assorbita e alla lunghezza del cavo, ha permesso ai redattori della tabella ECAP di calcolare la sezione dei cavi (espressa in AWG).

Il risultato di questa operazione è stato riportato in una seconda tabella dove, in corrispondenza di ciascun valore massimo di assorbimento e di lunghezza delle relative fasce della tabella ECAP e considerando la sezione consigliata dalla stessa ECAP (tradotta preventivamente per i calcoli in mm2), si trovano la sezione consigliata e la caduta di tensione che ne consegue.

Ecco la tabella:

C
O
R
R
E
N
T
E
LUNGHEZZA [m]
1,2 2,1 3,1 4 4,9 5,8 6,7 8,5
20 2,1 0,20 3,3 0,23 3,3 0,33 5,3 0,27 5,3 0,33 8,4 0,25 8,4 0,28 8,4 0,36
35 3,3 0,23 5,3 0,25 8,4 0,23 8,4 0,30 13,3 0,23 13,3 0,27 13,3 0,31 21,1 0,25
50 5,3 0,20 8,4 0,22 8,4 0,33 13,3 0,27 13,3 0,33 21,1 0,24 21,1 0,28 21,1 0,36
65 8,4 0,17 8,4 0,29 13,3 0,27 21,1 0,22 21,1 0,27 21,1 0,32 21,1 0,37 33,6 0,29
85 13,3 0,14 13,3 0,24 21,1 0,22 21,1 0,29 33,6 0,22 33,6 0,26 33,6 0,30 52 0,25
105 13,3 0,17 13,3 0,30 21,1 0,27 33,6 0,22 33,6 0,27 33,6 0,32 33,6 0,37 52 0,31
125 21,1 0,13 21,1 0,22> 21,1 0,33 33,6 0,26 33,6 0,32 52 0,25 52 0,29 52 0,36
150 33,6 0,10 33,6 0,17 33,6 0,25 33,6 0,32 52 0,25 52 0,30 52 0,34    

Ad esempio, per un assorbimento compreso tra 50 e 65 A ed una lunghezza compresa tra 3,1 e 4,0 m la sezione consigliata dalla tabella ECAP è di 4 AWG, pari a 21,1 mm2. Considerando i valori massimi delle fasce, 65 A e 4,0 m, dalla seconda tabella è possibile vedere che con una sezione del cavo di 21,1 mm2 la caduta di tensione vale 0,22 V.

Per i calcoli si è considerato rame a normale resistività (r uguale a 17,8 W per millimetro quadrato o al chilometro) ed una temperatura del cavo di 20°C. Dalla contenuta variabilità della caduta di tensione si evince che i tecnici ECAP hanno individuato un compromesso accettabile in un valore di 0,4 V circa, valore adeguatamente basso (come è giusto che sia). La differenza massima di 0,27 V tra il valore minimo (0,1 V) e quello massimo (0,37 V) si spiega col fatto che in seguito al calcolo della sezione teorica occorre impiegare la sezione commerciale più vicina che, essendo maggiore di quella calcolata, produce di volta in volta una caduta di tensione diversa, ma sempre minore.

Possiamo in conclusione affermare che un buon compromesso per la scelta della sezione del cavo si concretizza in un valore di caduta di tensione inferiore al mezzo volt.

N.B. Per conoscere la tensione disponibile ai morsetti di alimentazione dell'amplificatore o del distributore di alimentazione installato in prossimità dello stesso, occorre considerare anche la caduta di tensione sul conduttore di ritorno (il più delle volte rappresentato dalla carrozzeria). Non si tiene conto per semplicità della reattanza del cavo, pur essendo a rigore da annoverare nella valutazione della caduta di tensione dal momento che l'assorbimento non è costante ma variabile.

Il dimensionamento del cavo.

Supponendo di volerci soffermare sulla tabella ECAP già pronta, procederemo a ricavare i due dati fondamentali per il dimensionamento: lunghezza della linea e corrente assorbita. Mentre la prima è generalmente nota e comunque determinabile anche con molta precisione, la seconda è di difficile determinazione, a meno di disporre di una pinza amperometrica ad effetto Hall per misura di correnti continue.

Per la valutazione della corrente assorbita spesso si ricorre ad un metodo alquanto grossolano, che porta a notevoli sovradimensionamenti del cavo rispetto alle reali esigenze. In pratica si considera la somma degli assorbimenti massimi dichiarati dal costruttore per le sue apparecchiature: tale condizione oltre a verificarsi difficilmente in auto è anche abbastanza peggiorativa rispetto alla realtà, in quanto difficilmente ascoltiamo l'impianto a volume massimo, con batteria a terra o a motore spento, e con sistemi di altoparlanti particolarmente difficili dal punto di vista dell'impedenza (soprattutto riguardo al modulo).

Senza contare che nessuno di noi è disposto ad ascoltare musica con tassi di distorsione elevati (tutte condizioni alla quale il costruttore rileva il massimo assorbimento). Se ciò che ho appena detto può sembrare un'eresia, basti sfogliare qualche rivista del settore dove si dichiara l'assorbimento rilevato in condizioni normali di funzionamento durante i test dei prodotti (che sono le condizioni che si presentano più facilmente in pratica) e confrontarlo con quello massimo dichiarato dal costruttore. Senza contare che nel caso di preamplificatori o equalizzatori e simili è assolutamente ridicolo considerare come assorbimento valori di 5 o più ampere, solo perché magari il fusibile è dello stesso valore.

L'ideale sarebbe poter rilevare l'assorbimento complessivo dell'impianto nelle condizioni reali di funzionamento per tenere conto della contemporaneità di assorbimento, poiché però ciò non sempre è fattibile (lo può essere ad esempio nel caso di un impianto già installato in precedenza e che si desidera traslocare su un'altra auto) occorre procedere in maniera leggermente più approssimata, sommando gli assorbimenti rilevati singolarmente oppure pubblicati dalle riviste nelle prove, per ciascun componente dell'impianto e nelle condizioni reali di funzionamento. In questo modo otterremo un dato sufficientemente significativo, che parte però dal presupposto che tutti gli amplificatori eroghino la massima potenza nello stesso istante: l'approssimazione che ne deriva sarà massima nel caso degli impianti multi-amplificati nei quali la sezione medio alti richiederà senz'altro meno potenza delle sezioni dei medio bassi.

L'ultima soluzione da attuare, quando non si è in possesso delle prove delle riviste e di nessun altro dato sperimentale, consiste nel sommare i valori di targa di potenza impiegati nell'impianto (riferiti ai valori di impedenza che si stanno utilizzando), moltiplicare per due (per tenere conto di un rendimento degli ampli del 50%, abbastanza realistico) e dunque dividere per la tensione di alimentazione, 12 V nel caso peggiore. Questa soluzione presenta lo stesso inconveniente della precedente, ossia non risulta aderente alla realtà per ciò che attiene la ripartizione delle potenze utilizzate in pratica. E' possibile in questo senso tenere conto di ciò nel calcolo con opportuni fattori correttivi oculatamente scelti.

Il modello commerciale

Una volta determinata la sezione del cavo, è possibile scegliere il modello commerciale che più ci aggrada in base alle caratteristiche di flessibilità, robustezza, finiture estetiche e costo richiesto. Oltre ai cavi proposti da aziende specializzate, è possibile utilizzare anche "normalissimi" quanto ottimi cavi per impianti elettrici, peraltro, molto più economici dei più blasonati cavi di potenza, che presentano l'unico inconveniente di essere troppo diffusi per poter essere proposti in esclusiva dai centri di installazione a prezzi ben più alti del loro effettivo valore. In pratica un reperibilissimo cavo FG7OR 0,6/1 kV vale quanto qualsiasi cavo di potenza proposto da tali aziende, e se proprio si ribatte che il costo è dovuto al particolare rame OFC, che presenta una resistività più bassa del rame di un comune cavo per impianti elettrici (differenza molto più contenuta di ciò che si può pensare…) basti rispondere con un aumento della sezione del cavo FG7OR, arrivando molto facilmente ad ottenere valori di resistenza per metro notevolmente inferiori a quelli del cavo in rame OFC e proponendosi con un costo ancora vantaggioso.

Che vi devo dire? Nel mio impianto, e detto qui sembra retorico, ho usato dei normali cavi da "elettricista", più precisamente due da 6 mm² opportunamente inguainati e protetti nei punti più critici. Ho così ottenuto un cavo da 12 mm² a lire 1200 al metro. MarioPG.






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