Cavo Schermato tra Inverter e Motore: Perché è Fondamentale e Come Installarlo

Uno degli errori più comuni nelle installazioni industriali consiste nell’utilizzare cavi di potenza standard non schermati (come i classici cavi in PVC o NYM) per collegare un inverter (VFD) al motore elettrico.

Anche se il motore apparentemente funziona, l’uso di cavi non schermati genera rapidamente malfunzionamenti anomali sull’impianto: i sensori di pressione e livello a 4-20mA forniscono letture oscillanti, le reti di comunicazione Modbus o RS485 perdono pacchetti e si verificano scariche elettriche sui cuscinetti del motore che ne compromettono la durata.

In questa guida analizziamo i principi fisici del disturbo ad alta frequenza generato dagli inverter, i motivi per cui i cavi tradizionali non sono idonei e le regole pratiche per selezionare e posare correttamente i cavi schermati.

1. La Fisica: Perché il Cavo del Motore Genera Forti Interferenze

A differenza della rete elettrica tradizionale che funziona con forme d’onda sinusoidali a 50 Hz o 60 Hz, l’uscita di un inverter sfrutta la modulazione di larghezza di impulso (PWM) gestita da transistor ad alta velocità (IGBT).

• Elevata Rapidità di Commutazione (dv/dt): L’inverter commuta la tensione del bus DC migliaia di volte al secondo (con frequenze di portante comprese tra 2 kHz e 16 kHz). Questo genera fronti di salita della tensione estremamente rapidi (dv/dt).

• Radiazione ad Alta Frequenza: Queste variazioni impulsive di tensione trasformano un cavo non schermato in una vera e propria antenna trasmittente. Il cavo irradia disturbi in radiofrequenza (RFI) sui cavi segnale dei sensori, sui PLC e sulle linee di comunicazione vicine.

• Correnti Capacitive di Modo Comune: La commutazione ad alta frequenza crea correnti capacitive parassite tra i conduttori del cavo, la terra e la carcassa del motore. Senza uno schermo metallico a bassa impedenza che catturi queste correnti per riportarle direttamente all’inverter, esse si disperdono attraverso la struttura metallica dello stabilimento e i cuscinetti del motore.

2. Cavo Standard vs Cavo Schermato Specifico per Inverter

L’uso di un cavo standard a 4 conduttori (3 fasi + terra giallo-verde) non è sufficiente per le applicazioni con inverter. I cavi specifici per inverter sono costruiti con accorgimenti strutturali precisi:

Perché l’Isolamento in XLPE è Fondamentale

Il PVC tradizionale ha una costante dielettrica elevata. Alle alte frequenze della commutazione PWM, il PVC si comporta come un condensatore, generando elevate correnti di carica, riscaldamento del cavo e picchi di sovratensione ai morsetti del motore (fenomeno dell’onda riflessa). L’isolamento in XLPE (Polietilene Reticolato) garantisce una capacita molto più bassa, consentendo tratte di cavo più lunghe senza danneggiare l’inverter o il motore.

3. Normativa di Compatibilità Elettromagnetica (EN 61800-3)

In Europa, l’installazione degli azionamenti elettrici a velocità variabile è regolata dalla norma EN 61800-3, che definisce i limiti di emissione in base all’ambiente di installazione:

• Categoria C1 (Ambiente Residenziale / Commerciale): Richiede cavi motore ad altissima schermatura e filtri EMC integrati di Classe B sull’ingresso dell’inverter.

• Categoria C2 (Ambiente Industriale, Rete Pubblica): Richiede cavo motore schermato (lunghezza tipicamente limitata a 10m–25m) e filtro EMC di Classe A.

• Categoria C3 (Ambiente Industriale, Trasformatore Dedicato): Richiede cavo motore schermato e corretta messa a terra a 360 gradi nel quadro elettrico.

L’uso di cavi non schermati viola direttamente la Direttiva Europea 2014/30/UE (Direttiva EMC), rendendo il costruttore del quadro o l’installatore legalmente responsabile per i disturbi provocati ad apparecchiature terze.

4. Messa a Terra Corretta: La Regola del Collegamento a 360 Gradi

Acquistare un cavo schermato di alta qualità è del tutto inutile se lo schermo viene collegato in modo errato all’interno del quadro o nella scatola morsettiera del motore.

  ERRATO: Treccia attorcigliata a "Coda di Maiale" (Pigtail)
  [ Cavo ] ═══════ ( Treccia Attorcigliata ) ────► Alta Impedenza ad Alta Frequenza! (Funziona come un'Antenna)

  CORRETTO: Pressacavo Metallico EMC a 360 Gradi
  [ Cavo ] ═══════ [ Pressacavo / Collare Metallico EMC 360° ] ────► Bassa Impedenza e Contatto Diretto a Terra

L’Errore della “Coda di Maiale” (Pigtail)

L’errore più diffuso consiste nell’attorcigliare la treccia di schermatura fino a formare un sottile conduttore (detto “pigtail” o coda di maiale) per collegarlo a un morsetto di terra giallo-verde.

Alle frequenze elevate del segnale PWM (nell’ordine dei MHz), un pigtail di soli 5 cm presenta un’impedenza induttiva altissima. Il disturbo ad alta frequenza non riuscirà a scorrere verso terra attraverso il pigtail e si irradierà nello spazio circostante, annullando completamente l’efficacia dello schermo.

Regole per la Terminazione dello Schermo:

1. Pressacavi EMC a 360 Gradi: Spellare la guaina esterna e serrare lo schermo a treccia in modo continuo lungo tutto il perimetro a 360 gradi utilizzando pressacavi metallici EMC, sia all’ingresso del quadro che sulla morsettiera del motore.

2. Cavallotti Metallici a Quadro: All’interno del quadro elettrico, fissare lo schermo con cavallotti metallici EMC direttamente sulla piastra di montaggio in lamiera zincata non verniciata, il più vicino possibile ai morsetti di uscita dell’inverter (U, V, W).

3. Collegamento a Entrambi gli Estremi: Lo schermo del cavo motore deve essere sempre collegato a terra su entrambi i lati (lato inverter e lato carcassa motore) per offrire un percorso chiuso e a bassa impedenza alle correnti di modo comune.

5. Checkliste di Controllo per l’Installazione

Prima di dare tensione all’azionamento, verificare i seguenti punti:

1. Specifiche del Cavo: Verificare che il cavo motore sia dotato di schermatura a treccia di rame (copertura minima 80%) abbinata a nastro in alluminio, preferibilmente con isolamento dei conduttori in XLPE.

2. Distanza di Separazione: Mantenere il cavo del motore ad almeno 30 cm di distanza dai cavi segnale, dai cavi dei sensori e dalle linee di bus di campo.

3. Integrità dello Schermo: Verificare che lo schermo non sia stato attorcigliato a “pigtail” e che i pressacavi EMC a 360 gradi siano serrati correttamente su entrambi i lati.

4. Continuità di Terra: Verificare che la piastra di fondo del quadro sia in acciaio zincato non verniciato per garantire un contatto elettrico a bassa impedenza verso il telaio dell’inverter.

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