CABLES

CABLES - CAVI
Cable Maximum Voltage Rating and Mechanical Strength.
The maximum voltage depends on the material characteristics, the conductor insulation thickness and the outer sheath thickness. The insulation must be sufficiently resistant to prevent even accidental crushing
situations, so different uses can have different requirements of project.
Norms as UL and CSA (American), IEC (International) and EN (European) set values which are not always equal to each other and sometimes
refer only to heavy employment, such as cables for power transmission.
For the transmission of signals inside industrial machinery, it is frequent
to use reduced thickness which refers to commercial standards which
are not supported by norms, such as cables LiYY and FROR. The advantage of using reduced thickness is particularly evident in the smaller
volume occupied by bundles of cables. The reference nominal voltage
is generally at least 300 V. On the market there are also low-cost cables
in PVC, with extremely reduced thickness, which may not be compatible
with the safety standards for specific applications; it is advisable to carefully evaluate the characteristics of the products.
The norm IEC 60204-1 (Machinery Safety) recommends the minimum
section of the cables according to the application as well (see table 1).
The norm allows smaller sections only if the mechanical protection is
sufficiently guaranteed, for example with conduits.
Tensione di Esercizio Massima e Resistenza Meccanica del Cavo.
La tensione massima dipende dalle caratteristiche dei materiali, dallo
spessore dell’isolante dei conduttori e dallo spessore della guaina esterna. L’isolamento deve essere sufficientemente robusto per prevenire
anche situazioni di schiacciamento accidentale, quindi impieghi diversi
possono avere esigenze diverse di progetto. Le norme come UL e CSA
(Americane), IEC (Internazionali) ed EN (Europee) stabiliscono dei valori non sempre uguali tra loro e spesso fanno riferimento solo a impieghi
gravosi, come ad esempio cavi per trasmissione di potenza.
Per la trasmissione di segnali, all’interno di macchine industriali, è frequente l’utilizzo di spessori ridotti che fanno riferimento a standard commerciali non supportati da norme, come i cavi LiYY e FROR. Il vantaggio
dell’utilizzo di spessori ridotti è soprattutto evidente nel minor volume
occupato dai fasci di cavi. La tensione nominale di riferimento è generalmente minimo 300 V. Sul mercato esistono anche cavi di basso costo
in pvc, con spessori estremamente ridotti, che potrebbero non essere
compatibili con le norme di sicurezza per applicazioni specifiche; è consigliabile valutare con attenzione le caratteristiche dei prodotti.
La norma IEC 60204-1 (Sicurezza Macchine) consiglia la sezione minima dei cavi anche in base all’applicazione (v. tabella 1). La norma
permette sezioni più piccole solo se la protezione meccanica è garantita
sufficientemente, per esempio con guaine.
Current-carrying Capacity. Ambient Air and Cable Temperature.
The current flow in a connector and in its cable generates heat, thus a
temperature rise. Any connector or cable insulating material has a maximum safety temperature that should never be exceeded to ensure the
stability of their mechanical properties.
After verifying the insulating material quality and the working ambient
air temperature, the maximum current-carrying capacity permitted in the
connector can be calculated in function of the terminals size and the
conductors section.
Table 2 shows the maximum current values for a pvc cable (quality
70°C) with 2 or 3 wires without metal sheath, with copper conductors,
employed for normal use and inserted into cable tray. For open air applications a current about 10% higher is admitted.
The ambient air temperature is measured around the cable, for example
inside the cabinet or close to the machine interspaces. The right ambient air temperature is found after the normal functioning of the machine,
under full load for a sufficient period of time, without taking into account
the variations of the temperature due to heating of the cable. If the use
does not require a higher temperature project, the conventional value of
40°C (IEC 60204-1) must be considered.
The table takes into account that in most of the machines not all cables
are used simultaneously for long periods. In special cases (many wires
used at the same time or high ambient air temperatures), a reduction
factor of between 0,3 and 0,9 must be used to reflect the overheating of
cables in the same group, otherwise verify that the temperature remains
within the limits allowed. Particular attention must also be paid to vertical
and limited ventilation routes.
Values and comments refer to IEC 60204-1 (Machinery Safety, edition
October 2005) and IEC 60364-5-52 (Wiring Systems Security).
Portata di Corrente. Temperatura dell’Ambiente e del Cavo.
Il passaggio di corrente in un connettore e nel suo cavo genera calore
e quindi un innalzamento di temperatura. Ogni materiale isolante del
connettore e del cavo ha una temperatura massima di sicurezza che
non deve mai essere superata per garantire la stabilità delle proprie
caratteristiche meccaniche.
Dopo aver verificato la qualità del materiale isolante e la temperatura
dell’ambiente di lavoro, la massima corrente ammessa nel connettore si
può calcolare in funzione della dimensione dei contatti e della sezione
dei conduttori.
La tabella 2 mostra i valori massimi per un cavo in pvc (qualità 70°C)
con 2 o 3 fili, senza guaina metallica, con conduttori di rame, impiegato
per uso normale e inserito in canalina. Per applicazioni in aria libera è
ammessa una corrente superiore di circa il 10%.
La temperatura dell’ambiente è quella misurata intorno al cavo, per
esempio all’interno dell’armadio o vicino alle intercapedini della macchina. La temperatura ambiente valida è rilevata dopo il normale funzionamento della macchina a pieno carico per un sufficiente periodo
di tempo, senza tener conto delle variazioni di temperatura dovute al
riscaldamento cavo stesso. Se l’utilizzo non richiede una temperatura
di progetto più alta, si deve considerare il valore convenzionale di 40°C
(IEC 60204-1).
La tabella tiene conto che nella maggior parte delle macchine non tutti i
cavi sono utilizzati contemporaneamente per lunghi periodi. In casi particolari (parecchi fili utilizzati contemporaneamente o elevate temperature
ambiente) si deve usare un fattore di riduzione compreso tra 0,3 e 0,9
per tenere conto del surriscaldamento dei cavi nello stesso gruppo, altrimenti verificare che la temperatura dell’isolante resti all’interno dei limiti
permessi. Prestare inoltre particolare attenzione ai percorsi verticali e
con limitata ventilazione.
I valori e i commenti fanno riferimento a IEC 60204-1 (Sicurezza Macchine edizione Ottobre 2005) e IEC 60364-5-52 (Sicurezza Impianti
Elettrici).
Current-carrying Capacity. Cable Voltage Drop.
Another important element of assessment is the length of the cable.
Each meter of the cable causes a voltage drop proportional to the value
of the current that runs through it, if cosφ = 1 we have: V = I x R.
V = voltage drop, I = current, R = resistance of the cable. In the case of
inductive loads (solenoid valves, motors, etc.) or with variable currents,
the higher current peak must be considered to avoid even temporary
loss of power, which could hinder the proper functioning of the equipment. The longer is the cable, the greater the voltage drop, the IEC
allows maximum values drop from 3% to 5% of rated voltage. Greater
values are admitted only for the current peaks (e.g.: engines starting),
if they do not create functioning problems. To minimize the voltage drop
the cable section should be increased. Here are some tables that can
help to easily calculate the minimum theoretical cable section. See tables 3 and 4.
For example, an average continuous current 1 A with section 0,34 mm2
and cable length 10 m generates a voltage drop of 1,3 V, which is approximately 5% of 24 V.
Portata di Corrente. Caduta di Tensione sul Cavo.
Un altro importante elemento di valutazione è la lunghezza del cavo.
Ogni metro di cavo provoca una caduta di tensione proporzionale al
valore della corrente che lo attraversa, se cosφ = 1 si ha: V = I x R.
V = caduta di tensione, I = corrente, R = resistenza del cavo. Nel caso
di carichi induttivi (elettrovalvole, motori, ecc.) o comunque con correnti
variabili si deve considerare il picco di corrente più alto per evitare anche temporanee perdite di potenza che potrebbero impedire il corretto
funzionamento dell’apparecchiatura. Più è lungo il cavo, maggiore è la
caduta di tensione; le norme IEC ammettono valori massimi di caduta
dal 3% al 5% della tensione nominale. Valori maggiori sono ammessi
solo per le correnti di spunto (es.: accensione motori), se non creano
problemi di funzionamento. Per ridurre la caduta di tensione si deve
aumentare la sezione del cavo. Di seguito alcune tabelle possono aiutare a calcolare facilmente la sezione minima teorica del cavo. Vedere
tabelle 3 e 4.
Per esempio con corrente continua media 1 A, sezione 0,34 mm2 e lunghezza cavo 10 m si genera una caduta di tensione di 1,3 V, che è circa
il 5% di 24 V.
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Table 1 – minimum cross section to ensure adequate mechanical strength, based on norm IEC 60204-1 – Machinery Safety
Tabella 1 – sezione minima per garantire resistenza meccanica adeguata, basato su norma IEC 60204-1 - Sicurezza Macchine
location
luogo
without enclosure
senza involucro
enclosure protected
protetto da involucro
application circuit
circuito di applicazione
power | potenza
control | comando
data | dati
power | potenza
control | comando
data | dati
conductor or cable type
tipo conduttore o cavo
single core
unipolare
2 cores, shielded
2 poli, schermato
1,0
1,0
-0,75
0,20
--
0,75
0,20
-0,75
0,20
--
2 cores, no shielding
2 poli, senza schermo
mm2
0,75
0,50
-0,75
0,20
--
over 2 cores
oltre 2 poli
0,75
0,20
0,08
0,75
0,20
0,08
Table 2 – 2 or 3-wire pvc 70°C cables max current, for application on machinery (based on norm IEC 60204-1), if several circuits carry current at the same time,
a reduction factor included between 0,3 and 0,9 must be used.
Tabella 2 - corrente max nei cavi con 2 o 3 fili in pvc 70°C per applicazioni su macchinari (basato su norma IEC 60204-1), se molti circuiti portano corrente
contemporaneamente, si deve applicare un coefficiente di riduzione compreso tra 0,3 e 0,9.
ambient air temperature
temperatura ambiente
mm2
0,128 mm2 (AWG 26)
0,14 mm2
0,205 mm2 (AWG 24)
0,25 mm2
0,34 mm2 (AWG 22)
nominal section
0,50 mm2 (AWG 20)
sezione nominale
0,75 mm2
0,823 mm2 (AWG 18)
1,00 mm2 (AWG 17)
1,31 mm2 (AWG 16)
1,50 mm2
2,50 mm2 (AWG 13)
4,00 mm2 (AWG 11)
10°C
20°C
30°C
40°C
50°C
60°C
3,0
3,2
4,0
4,5
5,4
7,0
8,7
9,1
10,4
12,2
13,1
17,4
23,5
2,4
2,6
3,2
3,6
4,4
5,7
7,1
7,4
8,5
9,9
10,7
14,2
19,2
1,7
1,8
2,3
2,6
3,1
4,0
5,0
5,2
6,0
7,0
7,5
10,0
13,5
Ampere
4,2
4,4
5,6
6,3
7,5
9,8
12,2
12,8
14,6
17,1
18,3
24,4
32,9
3,8
4,1
5,1
5,7
6,9
9,0
11,2
11,7
13,4
15,7
16,8
22,4
30,2
3,4
3,6
4,6
5,1
6,2
8,0
10,0
10,5
12,0
14,0
15,0
20,0
27,0
Table 3 - max electrical resistance value of the cable (2 wires, back and forth) at the temperature in normal service in dc or ac with cosφ = 1
Tabella 3 - valore resistenza max del cavo (2 fili, andata e ritorno) alla temperatura in servizio normale in cc o ca con cosφ = 1
length - lunghezza
mm2
0,14 mm2
0,25 mm2
0,34 mm2
nominal section
0,50 mm2
0,75 mm2
sezione nominale
1,00 mm2
1,50 mm2
2,50 mm2
4,00 mm2
1m
3m
7m
10 m
20 m
50 m
3,21
1,80
1,32
0,90
0,60
0,45
0,30
0,18
0,11
6,43
3,60
2,65
1,80
1,20
0,90
0,60
0,36
0,23
16,07
9,00
6,62
4,50
3,00
2,25
1,50
0,90
0,56
10 m
20 m
50 m
0,064
0,036
0,026
0,129
0,072
0,053
0,321
0,180
0,132
10 m
20 m
50 m
3,2
1,8
1,3
0,9
0,6
0,5
0,3
0,2
0,1
6,4
3,6
2,6
1,8
1,2
0,9
0,6
0,4
0,2
16,1
9,0
6,6
4,5
3,0
2,3
1,5
0,9
0,6
10 m
20 m
50 m
9,6
5,4
4,0
2,7
1,8
1,4
0,9
0,5
0,3
19,3
10,8
7,9
5,4
3,6
2,7
1,8
1,1
0,7
48,2
27,0
19,9
13,5
9,0
6,8
4,5
2,7
1,7
Ohm
0,32
0,18
0,13
0,09
0,06
0,05
0,03
0,02
0,01
0,96
0,54
0,40
0,27
0,18
0,14
0,09
0,05
0,03
2,25
1,26
0,93
0,63
0,42
0,32
0,21
0,13
0,08
Table 4.1 - cable voltage drop, in dc or ac with cosφ = 1 and I = 0,20 mA (for example: sensor)
Tabella 4.1 - caduta di tensione sul cavo, in cc o ca con cosφ = 1 e I = 0,20 mA (per esempio: sensore)
length - lunghezza
mm2
nominal section
0,14 mm2
0,25 mm2
sezione nominale
0,34 mm2
1m
3m
7m
Volt
0,006
0,004
0,003
0,019
0,011
0,008
0,045
0,025
0,019
Table 4.2 - cable voltage drop, in dc or ac with cosφ = 1 and I = 1 A (for inductive loads consider the higher peak)
Tabella 4.2 - caduta di tensione sul cavo, in cc o ca con cosφ = 1 e I = 1 A (per carichi induttivi considerare il picco più alto)
length - lunghezza
mm2
0,14 mm2
0,25 mm2
0,34 mm2
nominal section
0,50 mm2
sezione nominale
0,75 mm2
1,00 mm2
1,50 mm2
2,50 mm2
4,00 mm2
1m
3m
7m
Volt
0,3
0,2
0,1
0,1
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
1,0
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,1
0,1
0,0
2,3
1,3
0,9
0,6
0,4
0,3
0,2
0,1
0,1
Table 4.3 - cable voltage drop, in dc or ac with cosφ = 1 and I = 3 A (for inductive loads consider the higher peak)
Tabella 4.3 - caduta di tensione sul cavo, in cc o ca con cosφ = 1 e I = 3 A (per carichi induttivi considerare il picco più alto)
length - lunghezza
mm2
0,14 mm2
0,25 mm2
0,34 mm2
nominal section
0,50 mm2
0,75 mm2
sezione nominale
1,00 mm2
1,50 mm2
2,50 mm2
4,00 mm2
1m
3m
7m
Volt
1,0
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,1
0,1
0,0
2,9
1,6
1,2
0,8
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
www.shield.net
6,8
3,8
2,8
1,9
1,3
0,9
0,6
0,4
0,2
31-5