e dimensionamento dei cavi

APPENDICE D
– MESSA A TERRA ELETTRICA
E DIMENSIONAMENTO DEI CAVI
Questa sezione contiene informazioni di base relative alla messa a terra di un sistema di controllo elettrico e dettagliate informazioni sul
dimensionamento del cablaggio primario o ad alto voltaggio o sul cablaggio secondario o a basso voltaggio.
NORME SULLA MESSA A TERRA MINIMA
Le raccomandazioni elencate di seguito sono standard minimi. I costruttori possono richiedere che siano installati impianti specifici
superiori a queste raccomandazioni. Fare riferimento alle istruzioni allegate al prodotto prima di installare materiali di messa a terra.
Elettrodo di massa – Un paletto di rame di acciaio placcato in rame, diametro 15mm e lungo minimo 2,50 m dovrebbe essere piantato a
terra vicino ad ogni programmatore.
Morsetto di terra – un morsetto in ottone in un pezzo unico con bullone singolo di fissaggio dovrebbe essere usato per ogni cavo
collegato al paletto di terra – usato per connettere il programmatore al paletto di massa a terra, deve essere almeno delle stesse
dimensioni della sezione più piccola del cavo entrante nel programmatore, minimo calibro 12 AWG (3,5 mm2). Questo cavo per poter
scaricare efficacemente una scarica atmosferica a terra deve essere il più possibile corto e dritto. Un fulmine è una corrente di ampiezza
elevata con un’alta frequenza, e il campo magnetico che circonda un cavo con una forte corrente impulsiva che lo attraversa, può agire
come un blocco al percorso della corrente stessa. Essenzialmente può creare resistenza al flusso di energia. Più lungo è il cavo di massa
a terra e più curve esso ha, maggiore è la resistenza che svilupperà ad una scarica ad alta frequenza. Questo può causare un
sovraccarico del circuito con minor resistenza rispetto al terreno, e l’energia sceglie sempre il percorso che offre minore resistenza.
Installazione tipica
di un paletto di messa a terra
Dal momento che le correnti elettriche corrono attraverso percorsi con minor resistenza, perché la protezione da sovraccarichi sia
efficiente, lo scaricatore di terra deve essere ad un livello di resistenza il più basso possibile. La resistenza di messa a terra, misurata
con uno strumento di prova di resistenza a terra, come ad esempio un ''Megger 63220'', è classificata come:
Eccellente……………………..5 Ohm o meno
Buona……………..….……6-10 Ohm
Al limite…………….………10-20 Ohm
Inadeguata…………….> di 20 Ohm
Nota: Ogni presa di terra con resistenza al di sopra di 10 Ohm risulta avere un livello di protezione non adeguato e dovrebbe essere
corretta.
In casi estremi dove si abbia una resistenza superiore a 10 Ohm, si possono combinare alcune tecniche di messa a terra per
ottenere una lettura di resistenza di terra soddisfacente. Ricordate, il terreno è un componente essenziale nella protezione contro i
sovraccarichi impulsivi del vostro sistema di controllo. Senza di esso, la protezione contro sovraccarichi incorporata nel sistema di
controllo fallirebbe e non avreste l’affidabilità che il costruttore ha progettato nel sistema.
Le prese di terra variano!
Misurare la loro resistenza almeno due volte all’anno e ripristinarla se necessario.
PROTEZIONE DELLA VALVOLA
CONTRO SCARICHE AMBIENTALI
Nelle aree ad alto rischio di scariche atmosferiche, il progettista può fornire un sistema con costi di durata di operatività
significativamente più bassi semplicemente prevedendo un sistema a comando idraulico. La combinazione di un programmatore
elettromeccanico o elettronico o satelliti di campo ibridi e valvole idrauliche è la miglior garanzia per ridurre al minimo i danni al sistema
dovuti a scariche atmosferiche.
Se si devono usare valvole a comando elettrico in un area ad alto rischio di fulmini, usando il metodo di avvolgere il cavo caldo
(positivo) attorno ad un tubo di p.v.c. si disporrà di una qualche protezione da sovraccarichi per prolungare la durata del solenoide delle
valvole. La corrente passando attraverso un cavo avvolto creerà un forte campo magnetico e dissiperà gran parte della intensa corrente
ad alta frequenza, che caratterizza un fulmine.
DIMENSIONAMENTO DEI CAVI
Il dimensionamento appropriato dei cavi
per i programmatori di irrigazione è una prerogativa indispensabile per assicurare che sia fornita la tensione corretta per un adeguato
funzionamento. La caduta di tensione che si verifica è proporzionale alla lunghezza del cavo, al flusso di corrente (Ampère) che
attraversa il cavo e la sezione del cavo. Quindi, la giusta misura del cavo richiede le seguenti informazioni:

Tensione disponibile alla sorgente – Questa deve essere stabilita per determinare la perdita massima di tensione ammissibile.
Questa informazione può essere ottenuta attraverso la compagnia di erogazione della corrente elettrica o attraverso la
misurazione in sito. Molti produttori raccomandano una tensione minima di 215 V c.a. alla fonte.

Lunghezza totale del cavo dalla sorgente al carico – Una volta che le posizioni del programmatore e delle valvole è stata
stabilita, si può determinare la lunghezza del cavo. La lunghezza totale del cavo è la lunghezza del cavo caldo o di linea
(andata), più la lunghezza del cavo comune o neutro (ritorno).
Praticamente, spesso, lunghezza X 2.

Corrente – Dopo aver determinato la sequenza del numero di programmatori e valvole programmate, può essere calcolato la
corrente totale. La richiesta di una corrente più alta, che include l’assorbimento allo spunto della valvola, deve essere
considerata quando si calcola la dimensione del cavo, per essere certi che la valvola avrà sufficiente energia per aprire anche
nelle condizioni peggiori. Se si usano
HEAT TAPES il loro carico in Ampère
deve essere aggiunto al carico sul
programmatore.

Tensione minima di funzionamento – Prima di calcolare la dimensione del cavo, è necessario conoscere la tensione minima di
funzionamento dell’attrezzatura riportata nelle note tecniche oppure contattare il costruttore.
Una volta che questi fattori sono stati determinati, la misura del cavo può essere calcolata usando le seguenti formule:
Per la caduta di tensione, E = K x L x I
S
oppure per la sez. circolare, S = K x L x I
(diametro in mm.)
E
E = Caduta di tensione. Perdita totale di tensione dalla fonte al carico. La caduta di tensione non deve mai essere tale che la tensione al
carico (solenoide) risulti essere inferiore alla tensione minima richiesta per
il funzionamento dello stesso.
K = Resistenza di 100 cm di cavo di rame avente 1 mm2 in sezione traversale equivalente a 0,018 Ohm.
K = 0,018 per metro per cavo singolo in rame temperato.
L = Lunghezza totale del cavo nel circuito elettrico ad anello calcolato.
I = Intensità di Corrente totale (ampere)
per l’anima del circuito elettrico ad anello calcolato.
S = Sezione del cavo in mm.
Il calibro più piccolo di cavo singolo che è raccomandato per l’interramento diretto è di 1,6mm, corrispondente a 2mm2. Questo è
basato sul carico di rottura del cavo. Un calibro inferiore di cavo è probabilmente più portato alla rottura o a stiramento durante le
operazioni di installazione sul campo.
Essenzialmente ci sono due circuiti elettrici ad anello separati da considerare quando si dimensiona un cavo:
Circuito “A” – Consistente nel cablaggio
per la fornitura primaria di 220 V c.a. ai programmatori. Quando si calcola la dimensione del cavo, all’interno di questo anello, deve
essere considerato il picco totale di amperaggio, includendo l’amperaggio massimo del circuito secondario.
Amperaggio Totale =
I (Amp) del Primario+ I del Secondario
9
Circuito “B” – Consistente della tensione secondaria fornita ai solenoidi delle valvole. La tensione è ridotta in rapporto di 9 a 1 nel
trasformatore e per il secondario o circuito di campo di cablaggio. La tensione secondaria al programmatore può essere determinata
dalla tensione primaria al programmatore come segue:
Tensione Primaria : 9 =
Tensione secondaria
ossia
220V c.a. : 9 = 24 V c.a.
Il dimensionamento del solo cavo per il circuito ad anello “B” considera il picco più alto di corrente per i solenoidi delle valvole
collegate a quel cavo.
Nota: Quando si usano valvole a comando idraulico non c’è un circuito secondario da considerare e non c’è amperaggio aggiuntivo da
sommare al circuito ad anello “A”.
Nota: La tensione minima di funzionamento
e le richieste di corrente devono essere sostituite quando si calcola le cadute di tensione e le dimensioni del cavo.
Esempio:
Fonte di energia fornisce 220 V c.a.
Il programmatore è a 1.500 metri dalla fonte di energia
Il programmatore assorbe 1A durante il funzionamento
Le valvole sono posizionate
1) 30 m, 2) 90 m, 3) 150 m
dal programmatore.
L’assorbimento allo spunto è di 0,5 Amp
Le valvole funzioneranno una alla volta
Il cavo della valvola sarà dimensionato per fornire un minimo di 20 V c.a. al solenoide della valvola.
Calcolo della caduta di tensione del circuito “B”
(usando cavo 2mm2)
E=KxLxI
S
Valvola 1: E = 0,018 x 60m x 0.5 Amp
2 mm2
E = 0.27 Volt (caduta di tensione)
Valvola 2: E = 0,018 x 180m x 0.5 Amp
2 mm2
E = 0.81 Volt
Valvola 3: = 0,018 x 300m x 0.5 Amp E =
2 mm2
E = 1.35 Volt
La zona 3 essendo più lontana dal programmatore, ha la più grande caduta di tensione pari a 1,35 Volt. Se la vostra tensione minima di
funzionamento è di 20 V c.a., dovete avere 21,35 V c.a. disponibili al programmatore. Dato questo, potete ora determinare la tensione
minima primaria che sarà richiesta al programmatore.
Tensione Secondaria x 9 =
tensione primaria
oppure
21,35 x 9 = 192,15
Per il calcolo del circuito ad anello “B”, è stato determinato quanto segue:
Tensione minima primaria richiesta al programmatore è di 192,15 V c.a.
Con solo una valvola in funzione alla volta,
c’è un massimo di intensità 0,5A di assorbito sull’anello secondario. Per determinare il picco di corrente totale sull’anello primario:
Corrente totale =
corrente primaria +
corrente secondaria
ovvero
Corrente totale =
1,0 (corr. programmatore) +
0,5 (corrente Valvola)
9
ossia
Corrente totale = 1,1 A
Dopo la determinazione della tensione totale primaria, si può calcolare la dimensione del cavo per l’anello “A”.
Da questo sappiamo che la caduta di tensione massima dalla fonte di energia al programmatore sarà:
220 – 192,15 = 27,85 Volt
Calcolo della sezione del cavo e caduta di tensione nel circuito ad anello “A”
S=KxLxI
E
S =0,018 x 3000m X 1,1 = 2,13 mm.
27,85 (caduta di tensione)
Quindi la misura del cavo per l’anello “A”
sarà di 2,5 mm2
Ora che le misure del cavo sono state determinate, l’esatta caduta di tensione può essere calcolata per determinare le reali tensioni
primaria e secondaria che ci si può aspettare al programmatore e alla valvola più lontana.
Tensione secondaria del programmatore
196,24 : 9,0 = 21,8 V c.a.
Tensione alla valvola più lontana
21,8 – 1,35 = 20,45 V c.a.
Tensione necessaria per il funzionamento
20 V c.a.
Questo prova che la nostra selezione della misura del cavo è la più piccola misura possibile che porta adeguata tensione per il
funzionamento della valvola più lontana.
La tabella sotto riportata fornisce la caduta di tensione che si verifica in un cavo di rame singolo, lungo 1 metro, per i cavi di sezione da
2 a 6 mm2 a diverso amperaggio.
Sezione mm2
2
2,5
3
3,5
4
5
6
0,1
0,0009
0,00072
0,0006
0,0005143
0,00045
0,00036
0,0003
0,2
0,0018
0,00144
0,0012
0,0010286
0,00090
0,00072
0,0006
0,3
0,0027
0,00216
0,0018
0,0015429
0,00135
0,00108
0,0009
0,4
0,0036
0,00288
0,0024
0,0020571
0,00180
0,00144
0,0012
0,5
0,0045
0,00360
0,0030
0,0025714
0,00225
0,00180
0,0015
0,6
0,0054
0,00432
0,0036
0,0030857
0,00270
0,00216
0,0018
0,7
0,0063
0,00504
0,0042
0,0036000
0,00315
0,00252
0,0021
0,8
0,0072
0,00576
0,0048
0,0041143
0,00360
0,00288
0,0024
0,9
0,0081
0,00648
0,0054
0,0046286
0,00405
0,00324
0,0027
1
0,0090
0,00720
0,0060
0,0051429
0,00450
0,00360
0,0030
1,5
0,0135
0,01080
0,0090
0,0077143
0,00675
0,00540
0,0045
2
0,0180
0,01440
0,0120
0,0102857
0,00900
0,00720
0,0060
2,5
0,0225
0,01800
0,0150
0,0128571
0,01125
0,00900
0,0075
3
0,0270
0,02160
0,0180
0,0154286
0,01350
0,01080
0,0090
3,5
0,0315
0,02520
0,0210
0,0180000
0,01575
0,01260
0,0105
4
0,0360
0,02880
0,0240
0,0205714
0,01800
0,01440
0,0120
Corrente (A)
4,5
0,0405
0,03240
0,0270
0,0231429
0,02025
0,01620
0,0135
5
0,0450
0,03600
0,0300
0,0257143
0,02250
0,01800
0,0150
5,5
0,0495
0,03960
0,0330
0,0282857
0,02475
0,01980
0,0165
6
0,0540
0,04320
0,0360
0,0308571
0,02700
0,02160
0,0180
6,5
0,0585
0,04680
0,0390
0,0334286
0,02925
0,02340
0,0195
7
0,0630
0,05040
0,0420
0,0360000
0,03150
0,02520
0,0210