Se avete trascorso del tempo in un quadro elettrico in una fabbrica, potreste aver notato che la corrente continua a 24 volt viene utilizzata per controllare relè, contattori e per controllare/alimentare altri dispositivi di automazione. Il settore dell'automazione utilizza questa tensione a 24 VCC come standard per l'alimentazione e la segnalazione a bassa tensione, ma perché proprio quella tensione e perché la corrente continua? Cosa rende la tensione a 24 VCC così speciale da poter essere utilizzata per così tante applicazioni diverse?In questo articolo esploreremo i diversi motivi per cui utilizziamo 24 V CC e confronteremo questo standard con altre tensioni che potremmo trovare nel nostro pannello di controllo.Sicurezza all'interno dell'armadio elettricoNon solo gli operatori, ma anche i dispositivi all'interno del quadro elettrico devono essere sicuri, e un modo per renderli sicuri è utilizzare un intervallo di tensione considerato a bassissima tensione (ELV). Una ELV è una tensione inferiore a 120 V CC e inferiore a 50 V CA. Una tensione compresa in questo intervallo è considerata meno probabile che causi una scossa elettrica nel caso in cui qualcuno interrompa il circuito con il corpo. La classificazione della bassissima tensione è definita dalla norma IEC 60038 e dall'IET del Regno Unito.Questo è quindi il primo motivo per cui si sceglie la tensione a 24 V CC: garantisce un ambiente di lavoro più sicuro.caduta di tensioneSe hai mai seguito un corso di teoria elettrica a scuola o guardato video online, probabilmente hai imparato la legge di Ohm, che definisce la relazione tra tensione, corrente e resistenza. Una caduta di tensione è la quantità di tensione persa a causa della corrente che attraversa una resistenza, e una fonte comune di resistenza è la lunghezza del cavo stesso. Più lungo è il cavo, maggiore è la resistenza nel circuito e, di conseguenza, maggiore sarà la caduta di tensione.Per ridurre la resistenza del cavo, dovremmo aumentare la sezione trasversale del cavo (in pratica, utilizzare un cavo di diametro maggiore), ma questa soluzione è costosa e non pratica in situazioni ad alta flessibilità.Un'alternativa è aumentare la tensione. Questo riduce la corrente richiesta dal carico (dimostrato dalla legge di Watt, che spiega la relazione tra tensione, corrente e potenza) e quindi riduce la caduta di tensione (dimostrata dalla legge di Ohm).Attraverso la ricerca, gli ingegneri hanno stabilito che 24 volt rappresentano la tensione ideale per gestire cavi relativamente lunghi senza dover utilizzare fili di grande diametro.Ambienti rumorosiPer ambienti industriali rumorosi non si intende il rumore udibile, ma il rumore elettrico.Qualsiasi apparecchiatura dotata di VFD, servoazionamenti o contattori di grandi dimensioni genererà un rumore elettrico significativo o EMI all'interno del sistema elettrico. Se la tensione di controllo è bassa, ad esempio 5 V CC, questo rumore elettrico potrebbe indurre i dispositivi riceventi a interpretarlo come un segnale di trigger.Con 24 volt come livello di controllo, è meno probabile che il rumore elettrico raggiunga un'ampiezza sufficientemente elevata da imitare un segnale di controllo.Ci si potrebbe chiedere, quindi, "Perché non aumentare ulteriormente la tensione di controllo, rendendola ancora meno suscettibile al rumore e alla caduta di tensione?". È vero, ma avvicinandosi al livello non sicuro (non ELV) di 120 VDC, si inizia a correre il rischio di scosse elettriche.Un alimentatore da 24 V CC collegato a una scheda relè. Immagine utilizzata per gentile concessione di UnsplashPerché Washington?In un sistema elettrico esistono due tipi di tensione: corrente alternata (CA) e corrente continua (CC).In un sistema a corrente alternata, la direzione della corrente alternata cambia da positiva a negativa, mentre la corrente continua viaggia in una sola direzione, da positiva a negativa (convenzionalmente). È la frequenza alternata della tensione alternata a renderla pericolosa nel caso in cui qualcuno subisca una scossa elettrica dal sistema. È noto che la tensione alternata può causare spasmi muscolari o interferire con il ritmo cardiaco, anche a livelli bassi.Un altro problema con la tensione alternata è che la maggior parte dei dispositivi di controllo moderni (PLC, VFD, ecc.) utilizza dispositivi a semiconduttore, che funzionano solo in corrente continua. Se l'alimentazione del quadro è in corrente alternata, ciascuno di questi dispositivi di controllo deve avere un convertitore CA-CC al suo interno, con un conseguente aumento dei costi. Invece, la conversione in corrente continua viene eseguita una sola volta, a vantaggio di tutti i dispositivi a semiconduttore.Per motivi di sicurezza e di efficienza progettuale, la tensione CC è stata scelta come standard industriale per il controllo e la segnalazione a bassa tensione.Quando usare l'aria condizionataAnche se la corrente continua (CC) può essere una tensione standard, ciò non significa che non ci sia spazio per la corrente alternata.Dispositivi di carico elevatoIn alcune situazioni in cui è necessario controllare un carico di grandi dimensioni, la tensione a 24 V CC assorbirebbe troppa corrente, quindi è necessario utilizzare una tensione di controllo diversa. Alcuni contattori per motori di grandi dimensioni utilizzano 120 o addirittura 220 V CA per questo motivo. Questa tensione è già disponibile nell'armadio elettrico del motore, quindi ha senso utilizzarla per questi controlli di grandi dimensioni.Risparmio di spazio e costiUn altro motivo per utilizzare una tensione di controllo CA è quando non c'è abbastanza spazio nel quadro elettrico per un alimentatore. L'alimentazione principale deve essere convertita a 24 V CC e, se non c'è spazio fisico per installare l'alimentatore, potrebbe essere necessario prendere in considerazione un contattore CA. Inoltre, se non ci sono dispositivi di controllo che richiedono corrente continua, potrebbe essere più economico omettere semplicemente l'alimentatore e utilizzare relè e solenoidi CA.StandardizzazioneProprio come per il software o i linguaggi di programmazione, la standardizzazione è la chiave del successo. L'industria elettrica ha standardizzato la tensione di controllo a 24 V CC. Ciò significa che è possibile acquistare un PLC da un'azienda cinese e un blocco I/O da un'altra azienda brasiliana, ed entrambi funzioneranno a 24 V CC.Grazie alla standardizzazione, progettisti e ingegneri risparmiano tempo perché non devono cercare diversi alimentatori o assicurarsi di utilizzare la tensione corretta.Misurazione della tensione elettrica attraverso i contattori in un quadro elettrico. Immagine utilizzata per gentile concessione di Unsplash.Tensione: non solo un numero arbitrarioCome puoi vedere, ci sono molte ragioni per cui utilizziamo i 24 volt per la segnalazione e il controllo dei dispositivi. I 24 V CC sono sicuri da usare, sono affidabili in ambienti rumorosi e possono essere utilizzati su lunghe distanze.Sebbene vi siano situazioni in cui potrebbe essere necessario utilizzare una tensione CA, il metodo preferito è spesso quello di utilizzare una tensione di controllo come 24 V CC. Come sempre, quando si lavora con componenti elettrici, leggere la documentazione e informarsi sulla tensione di alimentazione richiesta dai dispositivi.
