Indice 8 - Quadri prefabbricati n Introduzione pag. 472 n Il sistema funzionale pag. 476 n I contenitori universali pag. 494 471 Quadri prefabbricati Introduzione Prestazioni e prove Premessa Dovendo realizzare impianti secondo la regola dell'arte, è spesso interessante per l'installatore fare riferimento a quanto previsto dalle norme CEI, sia per quanto riguarda la concezione e la realizzazione impiantistica, sia per quanto riguarda i vari componenti utilizzati. Ciò in virtù dell'art. 2 della legge 186 del 1 marzo 1968, secondo il quale i materiali, le apparecchiature, i macchinari, le installazioni e gli impianti elettrici ed elettronici realizzati secondo le norme del CEI si considerano costruiti "a regola d'arte". Per quanto riguarda i quadri di bassa tensione, le norme di riferimento sono: cc la norma CEI EN 61439-1 e 2. Questa norma, pubblicata per la prima volta a gennaio 2010, rappresenta l'evoluzione di CEI EN 60439-1. Non è una revisione della norma precedente, ma si tratta di una nuova versione; cc la norma CEI EN 60439-1 (2000 - quarta edizione della norma avente classificazione CEI 17-13/1). Questa norma rappresenta un ulteriore consolidamento rispetto alla precedente CEI 17-13 del 1995, soprattutto per ciò che concerne gli aspetti legati all'industrializzazione del prodotto e le prove da effettuare per garantirne le prestazioni; cc la norma CEI 23-51, (2004 - seconda edizione), dedicata ai piccoli quadri per uso domestico e similare, che viene trattata più in particolare nella parte relativa alle cassette di distribuzione. La norma: CEI EN 61439-1 e 2 Nel mese di febbraio 2012 il CEI ha pubblicato la seconda edizione di: cc CEI EN 61439- 1: Regole generali; cc CEI EN 61439- 2: Apparecchiature di protezione e manovra di potenza. Le seguenti caratteristiche la differenziano dalla norma CEI EN 60439-1: cc sono necessarie 2 norme per determinare prescrizioni e i corrispondenti metodi di verifica per ciascun tipo di quadro: vv la norma “base” a cui ci si riferisce come “Parte 1”, vv la norma specifica dell’apparecchiatura quadro, cc si definisce in maniera precisa la responsabilità del quadro e del suo progetto, introducendo i concetti di “costruttore originale” (ad esempio, Schneider Electric per il sistema Prisma Plus) e “costruttore del quadro” (responsabile del prodotto finito); cc è definito il concetto di “sistema costruttivo prestabilito”, introdotto soltanto nella Norma CEI EN 60439-1: nella nuova norma si definisce il SISTEMA DI QUADRI come “serie completa di componenti meccanici ed elettrici (involucri, sistemi sbarre, unità funzionali, etc.), definiti dal “costruttore originale”, che possono essere assemblati in accordo con le istruzioni fornite dal "costruttore originale" al fine di realizzare molteplici configurazioni di Quadri”. cc I concetti di AS (quadro provato) e ANS (quadro parzialmente provato) sono stati eliminati e sostituiti da un nuovo concetto per la verifica della conformità del quadro. In pratica, il "costruttore originale", per ciascuna caratteristica in questione, può scegliere liberamente (quando applicabili e con i vincoli, spesso abbastanza pesanti, imposti dalla norma) tra: vv verifica mediante prove, vv verifica mediante confronto con il progetto di riferimento provato, vv verifica mediante valutazione (corretta applicazione dei calcoli e delle regole di progetto); cc si è introdotta nell’allegato C della Norma la Tabella C.1 “Argomenti oggetto di accordo tra Costruttore del Quadro e Utilizzatore”: una Guida alla specifica tecnica del quadro; cc nella Parte 2 della norma sono date le prescrizioni addizionali e specifiche per i “Quadri di distribuzione di potenza”, in particolare: vv il tipo di costruzione - parti fisse, rimovibili o estraibili, vv la forma di segregazione interna, vv i tipi di collegamenti elettrici delle unità funzionali, vv il fattore di contemporaneità per la verifica della sovratemperatura. 472 La norma CEI EN 60439-1 La norma richiede che ogni quadro costruito sia riferito ad un ben identificato prototipo, già sottoposto a tutte le prove di tipo da essa previste. Questa precisa prescrizione serve, ai fini del normatore, a limitare, per quanto possibile, la frequente tendenza all'improvvisazione che per tanti anni ha caratterizzato la realizzazione dei quadri, e lo fa richiedendo ai vari costruttori una standardizzazione sempre più spinta del proprio prodotto. La norma rende obbligatorio il prototipo di riferimento, ma consente di realizzare due tipologie di prodotti che così definisce: cc apparecchiatura costruita in serie (AS); cc apparecchiatura costruita non in serie (ANS). La norma inoltre, esige che i quadri elettrici di tipo AS siano conformi al prototipo che è stato sottoposto a tutte le prove di tipo previste, mentre quelli di tipo ANS possono essere non completamente conformi al prototipo di riferimento, che deve comunque esistere ed essere un prodotto AS. Le prove di tipo che la norma richiede di eseguire sui quadri per dimostrarne la rispondenza alle sue prescrizioni sono numerose e, in qualche caso, gravose sia tecnicamente che economicamente. Per i prodotti ANS, la norma ammette che alcune delle prove di tipo non vengano effettuate, purché le relative prestazioni siano comunque verificate attraverso estrapolazioni, calcoli o altri metodi che il costruttore dimostri validi a tal fine. La norma, ad esempio, cita le pubblicazioni CEI 17-43 e CEI 17-52 quali metodi possibili per la determinazione delle sovratemperature e della tenuta al cortocircuito per le apparecchiature assiemate non di serie (ANS). Tali metodi sono utilizzabili per l'estrapolazione, i cui risultati vanno confrontati con i rispettivi dati omogenei ottenuti durante le prove di tipo che l'apparecchiatura di serie (AS) di riferimento abbia superato. Transizione tra CEI EN 60439 e CEI EN 61439 La norma CEI EN 60439-1 resterà in vigore (secondo le regole del Cenelec) fino al 31/10/2014 per i due seguenti motivi: cc consentire la produzione e la commercializzazione di quadri progettati, realizzati e verificati secondo le proprie prescrizioni; cc consentire l’utilizzo delle altre parti della norma ancora in vigore fino alla loro completa revisione (e.g. Parte 3 per i quadri di distribuzione ASD, Parte 4 per i quadri per cantiere, …). In questo periodo di transizione è possibile dichiarare quadri conformi alla nuova o alla vecchia norma. Il quadro elettrico e la legge I quadri elettrici sono prodotti complessi che devono essere adeguati all'impianto in cui sono installati, per cui le loro caratteristiche e prestazioni sono diverse in funzione della condizione di servizio e del tipo di applicazione cui essi sono destinati. Per questa ragione, i costruttori devono realizzare prodotti aventi caratteristiche tecniche talvolta molto specifiche: l'applicazione della norma CEI EN 61439-1 richiede la verifica di molti prototipi, cosicché le varie configurazioni riportate a catalogo possono essere adeguatamente combinate per un utilizzo il più possibile flessibile ed essere facilmente riconducibili ai prototipi di riferimento. Negli anni scorsi, come già ricordato precedentemente, il problema della rispondenza dei quadri di bassa tensione alle norme è stato messo in particolare risalto dalla legge 46/90 e dal suo regolamento d'attuazione attraverso le loro specifiche direttive. Oggi, il nuovo Decreto Ministeriale 37/08, conforma e va nella migliore precisazione degli obblighi di responsabilità dei vari protagonisti della realizzazione degli impianti elettrici e, in particolare, dei quadri. Le prestazioni dei quadri e le relative prove I rapporti di prova relativi a specifici quadri realizzati da un costruttore non sono validi e applicabili per tutta la gamma della sua produzione. È quindi opportuno che l'acquirente di un quadro si rivolga a costruttori in grado di dimostrare la rispondenza alle norme dell'intera gamma di quadri di loro produzione, per tutte le configurazioni e prestazioni dichiarate. Tra i documenti che il costruttore può e deve esibire, la norma CEI EN 61439-1 e 2 non fa distinzione riguardo all'ente emittente, che può pertanto essere un laboratorio del costruttore stesso oppure un laboratorio o istituto indipendente dal costruttore e/o ufficialmente riconosciuto come ente certificatore. La disponibilità di documenti di prova emessi da un laboratorio indipendente è tuttavia da considerarsi come migliore garanzia. 473 Quadri prefabbricati Introduzione Prestazioni e prove Quadri industrializzati in forma di componenti La norma CEI EN 61439-1 e 2 ammette che alcune fasi del montaggio dei quadri vengano eseguite fuori dall'officina del costruttore, purché i quadri siano realizzati secondo le sue istruzioni. Ciò è in accordo con lo spirito della norma che tende a conferire al quadro elettrico di bassa tensione le caratteristiche di prodotto industrializzato, che si traducono poi in significativi vantaggi per l'utilizzatore finale, non ultimo quello della maggiore affidabilità e del conseguente aumento del livello di sicurezza ottenibile. L'installatore è dunque autorizzato e in qualche modo indirizzato dalla norma CEI ad utilizzare prodotti commercializzati in forma di pezzi sciolti da assiemare correttamente per la costruzione del quadro adatto, volta per volta, allo specifico impianto. L'utilizzazione di questo tipo di prodotto pone inoltre il problema della suddivisione (condivisione) di responsabilità nel garantire la rispondenza alla norma del quadro realizzato. Infatti, né il "costruttore originale", né il "costruttore del quadro" hanno la possibilità di controllare completamente l'iter realizzativo del quadro e di garantirne quindi la rispondenza alla norma. Tuttavia, è la norma stessa che indica una soluzione razionale a questo problema, suddividendo le verifiche tra quelle di progetto (cap. 10) e quelle individuali (cap. 11), che devono essere effettuate per garantire la rispondenza del quadro alla norma. Le verifiche di progetto hanno lo scopo di verificare la rispondenza del prototipo alla norma, in conformità alle prescrizioni della norma; in generale dovrà essere il costruttore originale a farsene carico ed a garantire di conseguenza il prodotto commercializzato. Inoltre, lo stesso costruttore dovrà fornire adeguate istruzioni per la scelta dei componenti da utilizzare per la realizzazione del quadro e per il suo montaggio. Sarà invece responsabilità del costruttore del quadro quella di una scelta oculata dei componenti in accordo alle succitate istruzioni e quella di un montaggio accurato effettuato seguendo scrupolosamente le istruzioni del costruttore originale. Sarà compito ancora del costuttore del quadro di verificare la conformità alla norma del quadro da realizzare, qualora questo si discosti dal prototipo e quindi dalla configurazione provata (ad esempio effettuando una verifica termica). Infine, il costruttore del quadro dovrà farsi carico dell'esecuzione delle verifiche individuali che, in ottemperanza alla norma, dovranno essere eseguite su ogni esemplare realizzato. Dichiarazione di conformità Una volta costruito ed installato il quadro, si presenta il problema estremamente pratico ed immediato di cosa allegare alla dichiarazione di conformità richiesta dal Decreto Ministeriale 37/08. L'installatore che ha scelto quadri di bassa tensione conformi alla norma CEI EN 61439-1 e 2 o alla norma CEI 23-51, deve riportare nella relazione allegata alla dichiarazione di conformità dell'impianto la dichiarazione di conformità dei prodotti a queste norme (sulla targa del quadro occorre riportare CEI EN 61439-2). Inoltre, dovrà indicare il nome o la ragione sociale del costruttore originale del quadro ed il tipo di prodotto utilizzato, come indicato sul catalogo del costruttore stesso. Quest'ultimo si rende responsabile in particolare della rispondenza dei prodotti alle norme citate. È bene comunque che l'installatore si renda conto di quanto indicato sul catalogo del costruttore originale, onde evitare di fare affidamento su frasi di rispondenza generica alla norma che, nella sostanza, non hanno alcun significato tecnico. Situazioni di questo genere talvolta si verificano ancora poiché alcuni costruttori originali, in ritardo con l'adeguamento alla norma, affidano a messaggi ambigui la definizione della rispondenza alla norma stessa, che è invece un requisito fondamentale per dimostrare la rispondenza del quadro alla regola dell'arte e dunque alle leggi dello Stato Italiano. Oltre a verificare con attenzione le indicazioni del catalogo del costruttore, è consigliabile quindi che l'installatore si renda conto della veridicità di quanto in esso affermato. 474 Conclusioni Le regole essenziali da osservare, da parte dell'assemblatore, per poter garantire e documentare opportunamente la conformità del quadro alle norme si possono così sintetizzare: cc scegliere un fornitore affidabile in grado di dimostrare l'esecuzione delle prove di tipo sui prototipi; cc effettuare la scelta dei componenti del quadro in stretta osservanza dei cataloghi del fornitore; cc montare il quadro seguendo scrupolosamente le istruzioni del fornitore dei pezzi sciolti e degli apparecchi; cc verificare, tramite prove di tipo o metodi di calcolo/estrapolazione, eventuali modifiche sostanziali apportate rispetto alle configurazioni "tipo" garantite dal costruttore dei pezzi sciolti del quadro; cc effettuare correttamente le prove individuali previste dalla norma su ciascun quadro realizzato; cc conservare nei propri archivi la documentazione relativa alle prove di tipo cc e/o verifiche e alle prove individuali effettuate; cc installare correttamente il quadro effettuando in cantiere le necessarie verifiche elettriche o meccaniche; cc redigere la dichiarazione di conformità dell'impianto e citare nella relazione tecnica ad essa allegata il tipo di quadro installato. In sintesi, si tratta di una serie di azioni abbastanza semplici di cui uno degli aspetti più importanti è quello della scelta del fornitore dei componenti, per la quale l'installatore deve agire con cautela per poter correttamente e con poche ulteriori attenzioni rispondere alle prescrizioni delle norme e regole vigenti. 475 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Prisma Plus G, P e P-Bloc Quadri di Distribuzione Schneider Electric I quadri di distribuzione Schneider Electric permettono di realizzare qualsiasi tipo di quadro di distribuzione bassa tensione generale o terminale fino a 4000A, per applicazioni nel terziario e nell’industria. Il concetto di quadro è molto semplice: cc una struttura in metallo composta da una o più strutture associate in larghezza e in profondità sulle quali è possibile installare una gamma completa di pannelli di rivestimento e di porte. cc un sistema di ripartizione della corrente composto da due sistemi di sbarre orizzontali o verticali posizionate in uno scomparto laterale, o sul fondo dell’armadio che consentono di ripartire le correnti in tutti i punti del quadro. cc unità funzionali complete. Studiata in funzione di ogni apparecchio l’unità funzionale comprende: vv una piastra dedicata per l’installazione dell’apparecchio, vv una piastra frontale per evitare un accesso diretto alle parti sotto tensione, vv collegamenti prefabbricati ai sistemi di sbarre, vv dispositivi per realizzare il collegamento sul posto. I componenti del sistema Prisma Plus e in modo particolare quelli dell’unità funzionale sono stati progettati e testati tenendo conto delle prestazioni degli apparecchi. Questa particolare attenzione consente di garantire l’affidabilità di funzionamento dell’impianto elettrico ed un livello di sicurezza ottimale per gli utilizzatori. Introduzione quadri Prisma G, P e P-Bloc I vantaggi dei quadri elettrici Prisma Plus G, P e P-Bloc cc installazione elettrica sicura. La perfetta coerenza tra le apparecchiature Schneider Electric ed il sistema Prisma Plus è un ulteriore vantaggio in grado di garantire un buon livello di sicurezza dell’impianto. La concezione del sistema è stata validata con prove di tipo previste dalla norma e sfrutta la pluriennale esperienza maturata da Schneider Electric con i propri clienti. cc installazione elettrica capace di evolvere. Costruito attorno ad una struttura modulare, Prisma Plus permette al quadro elettrico di evolvere facilmente integrando se necessario nuove unità funzionali. Le operazioni di manutenzione sono pratiche e rapide grazie all’accessibilità totale alle apparecchiature. cc completa sicurezza per gli operatori. Gli interventi sul quadro elettrico devono essere realizzati da personale esperto e abilitato che rispetti tutte le misure di sicurezza necessarie. In tutti i quadri Prisma Plus l’apparecchio è installato dietro ad una piastra frontale di protezione che lascia sporgere solamente il comando dell’interruttore. L’impianto elettrico è protetto e l’operatore è in perfetta sicurezza. Inoltre i componenti di ripartizione hanno un grado di protezione PxxB per la serie Prisma Plus G. Installando in accordo alle indicazioni Schneider Electric, il sistema funzionale Prisma Plus permette la realizzazione di quadri elettrici conformi alla norma CEI EN 61439-1 e 2. Nella serie Prisma Plus P e P-Bloc, si hanno protezioni interne aggiuntive (pannelli, divisori, schermi) che permettono di realizzare forme 2, 3 e 4, proteggendo inoltre dai contatti accidentali con le parti attive. 476 I contenitori Prisma Plus G cc Lamiera acciaio; cc trattamento cataforesi + polveri termoindurenti a base di resine epossidiche e poliestere polimerizzate a caldo, colore bianco RAL 9001. Le cassette IP 30/40/43 cc IK07 (senza porta) IK08 (con porta); cc contenitori smontabili; cc associabili in altezza e in larghezza; cc 8 altezze da 330 a 1380 mm; cc larghezza: 595 mm; cc canalina laterale larghezza = 305 mm, associabile in larghezza; cc profondità: 250 mm con porta (205 mm senza porta). Gli armadi IP 30/40/43 cc IK07 (senza porta) IK08 (con porta); cc contenitori smontabili; cc associabili in larghezza; cc 3 altezze: 1530, 1680 e 1830 mm; cc larghezza: 595 mm; cc canalina laterale larghezza = 305 mm, associabile in larghezza; cc profondità: 250 mm con porta (205 mm senza porta). Le cassette IP55 cc IK10; cc contenitori smontabili; cc associabili in altezza e in larghezza; cc larghezza: 600 mm; cc 7 altezze: da 450 a 1750 mm; cc estensione larghezza = 325 mm e 575 mm, associabili in larghezza e in altezza. Caratteristiche elettriche Prisma Plus G I sistemi Prisma Plus G sono conformi alle norme CEI EN 61439-1 e 2 con le seguenti caratteristiche elettriche limite: tensione nominale d’isolamento del sistema di sbarre principale 1000 V corrente nominale d’impiego Ie (40°C) 630 A corrente nominale di cresta ammissibile Ipk 53 kA corrente nominale ammissibile di breve durata Icw 25 kA eff/ 1s frequenza 50/60 Hz profondità 260 mm con porta + 30 mm (maniglia) 477 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Prisma Plus G P e P-Bloc I contenitori Prisma Plus P cc Lamiera acciaio; cc trattamento cataforesi + polveri termoindurenti a base di resine epossidiche e poliestere polimerizzate a caldo, colore bianco RAL 9001; cc smontabili; cc associabili in larghezza e in profondità; cc grado di protezione: vv IP30 con pannelli IP30, frontale funzionale o porta trasparente IP30, vv IP31 con pannelli IP30, porta e kit di tenuta, vv IP55 con pannelli e porta IP55, cc tenuta meccanica; vv IK07 con frontale funzionale, vv IK08 con porta IP30, vv IK10 con porta IP55, cc dimensioni della struttura: vv 4 larghezze, vv L = 300: scomparto cavi, vv L = 400: scomparto cavi o scomparto apparecchiatura, cc due profondità: 400, 600 mm; cc altezza: 2000 mm; cc modularità: vv 36 moduli verticali H = 50 mm. Caratteristiche elettriche Prisma Plus P L’installazione dei componenti dei quadri funzionali Prisma Plus P permette di realizzare sistemi conformi alla norma CEI EN 61439-1 e 2 e strutture locali con le seguenti caratteristiche elettriche limite: tensione nominale d’isolamento del sistema di sbarre principale corrente nominale d’impiego In corrente nominale di cresta ammissibile Ipk corrente nominale ammissibile di breve durata Icw frequenza 478 1000 V 3620 A 220 kA 100 kA eff/1s 50/60 Hz P-Bloc kit Sistema Power Center I vantaggi dei quadri elettrici P-Bloc cc Le sbarre di spessore 10mm, permettono di ridurre notevolmente i tempi di montaggio del sistema sbarre principale (max due sbarre per fase fino a 3200A) e di cablaggio degli interruttori; cc è possibile utilizzare 1 solo sistema di sbarre centrale per alimentare 2 colonne affiancate riducendo così i tempi di installazione delle sbarre stesse ed i costi stessi della materia prima; cc grazie ai nuovi Compact NSX si ha una sola unità funzionale per tutti i tipi di comando, più semplice la scelta dei componenti e le evoluzioni del prodotto. I contenitori P- Bloc P-Bloc kit segue la logica di un sistema funzionale: cc lamiera in acciaio; cc dopo un trattamento di fosfosgrassaggio della lamiera grezza, le carpenterie vengono verniciate con polveri epossipoliestere o poliestere erogate con pistole elettrostatiche. L’asciugatura avviene attraverso un forno a campana alla temperatura di 180°C per 5’. Lo spessore medio dello strato di vernice ad essicazione ultimata è di circa 60 micron. Colore RAL 9002 bucciato. cc smontabili; cc associabili in larghezza e profondità; cc kit strutture ed estensioni: in 3 larghezze (600 – 800 – 900 mm); cc kit unità funzionali: per tutte le tipologie di interruttori ed esecuzioni, comuni per le larghezze 600 – 800 – 900; cc kit forma 4: già configurato per ogni unità funzionale; cc kit sbarre: sistemi orizzontali/verticali predisposti per ogni struttura, completi dei relativi supporti; cc vari kit di collegamento (pannelli, porte, tetto, ecc…) per la finitura del quadro; cc tenuta meccanica: IK10. Caratteristiche elettriche P-Bloc I quadri P-Bloc sono conformi alla norma CEI EN 61439-1 e 2. tensione nominale d’isolamento tensione nominale di funzionamento corrente nominale corrente nominale ammissibile di breve durata per 1 s corrente nominale ammissibile di picco frequenza nominale Icw Ipk 1000 V 690 V 4000 A (IP31) 3580 A (IP41) 100 kA 220 kA 50 Hz 479 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Prove di tipo Premessa Come già ricordato in precedenza, lo scopo delle prove di tipo è verificare la conformità di un dato tipo di apparecchiatura (con le prestazioni dichiarate dal costruttore) alle prescrizioni della Norma. Le prove di tipo vanno effettuate su un esemplare di apparecchiatura o su parti di apparecchiatura che siano costruite secondo lo stesso progetto o secondo progetti simili. Le prove di tipo, previste dalla norma CEI EN 60439-1 comprendono: a) verifica dei limiti di sovratemperatura; b) verifica delle proprietà dielettriche; c) verifica della tenuta al cortocircuito; d) verifica dell'efficienza del circuito di protezione; e) verifica delle distanze in aria e superficiali; f) verifica del funzionamento meccanico; g) verifica del grado di protezione. Queste prove possono essere effettuate in qualsiasi ordine di successione e/o su esemplari diversi del medesimo tipo di apparecchiatura. Schneider Electric rende disponibile una serie di certificati e rapporti di prova raccolti in una pubblicazione specifica denominata "Documento prove". La documentazione di prova raccolta all'interno del documento garantisce tutte le configurazioni realizzabili a catalogo, per quanto riguarda i risultati delle prove di tipo da b) a g) ed in conformità a quanto previsto dalla norma CEI EN 60439-1. La verifica dei limiti di sovratemperatura (prova a) può essere effettuata dall'assemblatore utilizzando gli strumenti resi disponibili da Schneider Electric. A partire dai risultati delle prove sui prototipi evidenziati nel "Documento prove" si fa riferimento alla possibilità offerta dalla norma, di eseguire questa verifica con metodi di calcolo o di estrapolazione. Verifica di progetto Dal punto di vista della verifica di progetto del quadro, finora realizzata secondo quanto sopra riportato, la principale novità della norma CEI EN 61439-1 è l’equiparazione (nell’ambito di determinati limiti chiaramente indicati all’interno dei paragrafi di prescrizione) di tre metodologie di verifica del progetto dei quadri. I diversi metodi comprendono: cc la verifica mediante prove; cc la verifica mediante confronto con il progetto di riferimento provato; cc la verifica di progetto mediante “valutazione”, cioè la conferma della corretta applicazione dei calcoli e/o delle regole di progetto compreso l’utilizzo di appropriati margini di sicurezza. All’interno dell’allegato D della norma CEI EN 61439-1, la seguente tabella indica, per ogni verifica richiesta, l’applicabilità delle specifiche metodologie. Per ognuna di esse, se esistono, i limiti di validità (legati alle caratteristiche elettriche e meccaniche del quadro) sono indicati nei paragrafi specifici. N° caratteristiche da verificare 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 480 Robustezza dei materiali e parti: Resistenza alla corrosione Proprietà dei materiali isolanti: Stabilità termica Resistenza dei materiali isolanti al calore anormale ed al fuoco che si verifica per effetti interni di natura elettrica Resistenza alla radiazione ultravioletta (UV) Sollevamento Impatto meccanico Marcatura Grado di protezione degli involucri Distanze d’isolamento in aria Distanze d’isolamento superficiali Protezione contro la scossa elettrica ed integrità dei circuiti di protezione: Effettiva continuità della messa a terra tra le masse del quadro ed il circuito di protezione Effettiva continuità nel quadro per guasti esterni Installazione degli apparecchi di manovra e dei componenti Circuiti elettrici interni e collegamenti Terminali per conduttori esterni Proprietà dielettriche: Tensione di tenuta a frequenza di esercizio Tensione di tenuta ad impulso Limiti di sovratemperatura Tenuta al cortocircuito Compatibilità Elettromagnetica (EMC) Funzionamento meccanico articoli o paragrafi opzioni della verifica effettuabile prove confronto con il progetto originale verifica mediante valutazione si no no si si no no no si 10.2.4 10.2.5 10.2.6 10.2.7 10.3 10.4 10.4 10.5 si si si si si si si no no no no no no no si no no no no no 10.5.2 si no no 10.5.3 10.6 10.7 10.8 10.9 10.9.2 10.9.3 10.10 10.11 10.12 10.13 si no no no si no no no si si si si si si si si si si no no si si no no no si si no si no 10.2 10.2.2 10.2.3 10.2.3.1 10.2.3.2 Applicazione dei differenti metodi Come riportato precedentemente la norma ritiene i metodi tra loro equivalenti, qualora applicabili, ma pone dei limiti abbastanza precisi di utilizzo in un caso (nel calcolo) o dei margini di sicurezza nell’altro (ad esempio, nell’applicazione delle regole di progetto). Di seguito due esempi: cc Verifica della sovratemperatura mediante calcolo à la norma prevede che il calcolo possa essere utilizzato come “metodo esclusivo” di verifica per configurazioni e taglia ben precisi di quadro. Ad esempio: vv In < 630 A e scomparto singolo à si può utilizzare il metodo delle potenze dissipate vv In < 1600 A e multi scomparto à si può utilizzare il metodo di calcolo suggerito dalla Norma CEI 17-43 L’appendice nazionale della Norma CEI EN 61439-1 ha peraltro precisato che la CEI 17-43 può essere comunque utilizzata come metodo di calcolo per la verifica di sovratemperatura anche per quadri con In < 3150 A purchè sia applicata per confronto anche ad un quadro elettrico provato con configurazione similare rispetto al quadro sottoposto a verifica. cc Verifica della tenuta al cortocircuito mediante applicazione del confronto con il progetto di riferimento provato à la norma prevede una “lista di controllo” mediante la quale è possibile, controllando dieci punti, verificare se il quadro oggetto di esame si può ritenere conforme al prototipo di riferimento. rif. N° prescrizioni da considerare 1 Il valore nominale di tenuta al cortocircuito di ogni circuito del QUADRO da verificare è minore o uguale a quello del progetto di riferimento? 2 Le dimensioni delle sezioni delle sbarre e dei collegamenti di ogni circuito del QUADRO da verificare sono maggiori o uguali a quelle del progetto di riferimento? 3 Le distanze tra le sbarre e i collegamenti di ogni circuito del QUADRO da verificare sono maggiori o uguali a quelle del progetto di riferimento? 4 I supporti delle sbarre di ogni circuito del QUADRO da verificare sono dello stesso tipo, forma e materiale ed hanno la stessa o minore distanza relativa su tutta la lunghezza delle sbarre del progetto di riferimento? La struttura di montaggio dei supporti delle sbarre è dello stesso progetto e tenuta meccanica? 5 I materiali e le caratteristiche dei materiali dei conduttori di ogni circuito del QUADRO da verificare sono gli stessi di quelli del progetto di riferimento? 6 I dispositivi di protezione contro il cortocircuito di ogni circuito del QUADRO da verificare sono equivalenti, cioè con lo stesso tipo di fabbricazione e stessa seriea), con uguali o migliori caratteristiche di limitazione (I2t, Ipk) sulla base dei dati forniti dal costruttore del dispositivo, ed hanno la stessa disposizione del progetto di riferimento? 7 La lunghezza dei conduttori attivi non protetti, in accordo con 8.6.4, di ogni circuito non protetto del QUADRO da verificare è uguale o minore di quella del progetto di riferimento? 8 Se il QUADRO da verificare comprende un involucro, il progetto di riferimento comprendeva un involucro quando era stato verificato? 9 L’involucro del QUADRO da verificare è dello stesso progetto e tipo ed ha almeno le stesse dimensioni di quelle del progetto di riferimento? 10 si no Le celle di ogni circuito del QUADRO da verificare hanno lo stesso progetto meccanico ed almeno le stesse dimensioni di quelle del progetto di riferimento? “SI” a tutte le prescrizioni – non è richiesta alcuna verifica. “NO” ad almeno una prescrizione – è richiesta un’ulteriore verifica. a) I dispositivi di protezione contro il cortocircuito dello stesso costruttore ma di serie differenti possono essere considerati equivalenti se il costruttore del dispositivo dichiara che le caratteristiche di prestazione del dispositivo sono le stesse o migliori rispetto a quelle della serie usata per la verifica, ad es. il potere di interruzione, le caratteristiche di limitazione (I2t, Ipk) e le distanze critiche. Se un qualsiasi punto identificato nella lista di controllo non dovesse essere conforme alle prescrizioni della stessa lista ed essere segnato con “NO”, si deve procedere ad un’ulteriore verifica (mediante prova o calcolo, quando applicabile). 481 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Prove di tipo Importanza delle prove di tipo Come si è visto, anche per la nuova norma, la verifica mediante prova riveste particolare importanza per garantire che i quadri (o, nel caso di Prisma Plus, il sistema di quadri) abbiano i requisiti di sicurezza ed affidabilità necessari a garantire il buon funzionamento degli impianti elettrici da essi alimentati. Non è ragionevolmente possibile definire un ordine di importanza crescente tra le diverse prove di tipo, tuttavia sono da rimarcare le prove relative alla verifica dei limiti di sovratemperatura e quelle di tenuta al cortocircuito per la difficoltà e la gravosità economica della loro realizzazione e per la loro incidenza sulla definizione delle principali caratteristiche tecniche dei quadri. In considerazione di ciò, nel seguito di questo paragrafo, gli aspetti legati a queste due prove verranno considerati più in dettaglio per fornire al progettista dell'impianto ed all'assemblatore dei quadri elementi utili per lo svolgimento delle loro attività. Verifica della tenuta al cortocircuito Le apparecchiature devono essere costruite in modo da resistere alle sollecitazioni termiche e dinamiche derivanti dalla corrente di cortocircuito fino ai valori assegnati. Le apparecchiature devono essere protette contro le correnti di cortocircuito mediante interruttori automatici, fusibili o combinazioni di entrambi, che possono essere installati nell'apparecchiatura o esternamente a questa; l'utilizzatore deve specificare, con l'ordine dell'apparecchiatura, le condizioni di cortocircuito nel punto di installazione. La verifica della tenuta al cortocircuito non è necessaria nei casi che seguono: cc per apparecchiature che hanno corrente presunta di cortocircuito nominale non superiore a 10 kA; cc per apparecchiature protette da dispositivi limitatori di corrente, aventi una corrente limitata non eccedente 17 kA di cresta in corrispondenza del valore della corrente di cortocircuito nel punto di installazione; cc per taluni circuiti ausiliari, specificati nella norma; cc per tutte le parti dell'apparecchiatura (sbarre principali, supporti, connessioni alle sbarre, unità di arrivo e partenza o apparecchi di protezione e manovra, ecc...) già sottoposte a prove di tipo valevoli per le condizioni esistenti nell'apparecchiatura. Per i quadri di bassa tensione la verifica della resistenza al cortocircuito può essere fatta in accordo con la tabella precedente. In particolare per estrapolazione, da esecuzioni similari sottoposte a prove di tipo (un esempio di metodo di estrapolazione da esecuzioni sottoposte a prove di tipo è la norma CEI 17-52, diventata Allegato P della CEI EN 61439-1, 2a edizione). Nelle pagine seguenti sono riportati: cc tabella di scelta per la determinazione del sistema sbarre in funzione della corrente nominale, del grado di protezione e della corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione: Sistema di sbarre tradizionale (a profilo rettangolare); cc tabella di scelta per la determinazione del sistema sbarre, partendo dagli stessi dati del punto precedente: Sistema di sbarre Linergy (sbarre di distribuzione verticali con speciale profilo di particolare resistenza meccanica); cc esempi applicativi per i due tipi di sbarre. Nota: tutte le soluzioni realizzabili secondo quanto previsto dal catalogo dei quadri Prisma sono state sottoposte alle prove di tipo e sono perciò garantite da Schneider Electric. Non è perciò necessario eseguire alcuna verifica da parte del costruttore (assemblatore) del quadro. 482 Sistema di sbarre Sistema di sbarre Powerclip 630 A Composizione: Il sistema di sbarre Powerclip è composto da sbarre in rame profilate ETP H12, filettate da M6 al passo di 25 mm. intensità ammissibile del sistema di sbarre [A] 125 160 250 400 630 corrente nominale di breve durata massima ammissibile Icw [kA eff/1 s] corrente nominale di cresta massima ammissibile Ipk [kA] 8,5 10 13 20 25 20 30 30 52,5 52,5 cc Tensione nominale d'isolamento: vv Powerclip 125 A: Ui = 500 V, vv Powerclip 160/400 A: Ui = 750 V, vv Powerclip 630 A: Ui = 1000 V, cc tensione nominale tenuta ad impulso: vv Powerclip 125/630 A: Ui = 8 kV, cc Forma di segregazione: vv Powerclip 125/630 A: 2b Sistema di sbarre sul fondo 400 A Composizione Sbarre in rame piatte, filettate M6 al passo di 25 mm per il collegamento sull’intera altezza del sistema di sbarre. I supporti isolanti permettono di installare una quinta sbarra di sezione 15 x 5 o 20 x 5 per realizzare il collettore di terra. Caratteristiche elettriche cc Corrente nominale max di cresta ammissibile: Ipk [kA]; vv 30 kA per sistema di sbarre 160 A, vv 40 kA per sistema di sbarre 250 A, vv 55 kA per sistema di sbarre 400 A, cc tensione nominale d’isolamento Ui = 1000 V. Calcolo del sistema di sbarre Sezione delle sbarre e interasse dei supporti La tabella qui di seguito riportata indica: la sezione delle sbarre da utilizzare in funzione dell’intensità ammissibile nel sistema di sbarre il numero dei supporti sbarre da installare in funzione della corrente nominale di breve durata ammissibile: Icw. In [A] 160 250 400 In [A] 160 250 400 sezione numero di supporti sbarre L=1000 sbarre [mm] Icw [kA eff/1 s] 10 13 15 15 x 5 20 x 5 3 32 x 5 sezione numero di supporti sbarre L=1400 sbarre [mm] Icw [kA eff/1 s] 10 13 15 15 x 5 20 x 5 4 32 x 5 20 25 4 5 20 25 5 7 483 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Sistema di sbarre Sistema di sbarre in canalina 630 A Composizione Sbarre di rame piatte, filettate M6 al passo di 25 mm che permettono il collegamento su tutta l’altezza della serie di barre. Caratteristiche elettriche cc corrente nominale di cresta massima ammissibile: Ipk (kA); vv 30 kA per sistema di sbarre 160 A, vv 40 kA per sistema di sbarre 250 A, vv 55 ka per sistema di sbarre 400 A, vv 55 kA per sistema di sbarre 630 A, cc tensione nominale d’isolamento Ui = 750 V. Calcolo del sistema di sbarre Sezione delle sbarre e interasse dei supporti La tabella qui di seguito riportata indica: la sezione delle sbarre da utilizzare in funzione dell’intensità ammissibile nel sistema di sbarre il numero dei supporti sbarre da installare in funzione della corrente nominale di breve durata ammissibile: Icw. In [A] 160 250 400 630 sezione numero di supporti sbarre L=1000 sbarre [mm] Icw [kA eff/1 s] 10 13 15 20 15 x 5 20 x 5 3 32 x 5 4 32 x 8 25 4 (1) 4 (1) Icw kA eff./0,6 sec. In [A] 160 250 400 630 sezione numero di supporti sbarre L=1400 sbarre [mm] Icw [kA eff/1 s] 10 13 15 20 15 x 5 20 x 5 4 32 x 5 5 32 x 8 (1) Icw kA eff./0,6 sec. 484 25 5 (1) 5 Sistema di sbarre tradizionale Il sistema di sbarre tradizionale è costituito da sbarre a sezione rettangolare con gli spigoli arrotondati di diverse dimensioni a seconda della portata e possono essere installate sia in verticale che in orizzontale. In alcune configurazioni si avranno due sbarre in parallelo su ogni fase e la scelta del numero di supporti è determinata dalla seguente tabella. cc Scegliere nel Quadro 1, in funzione della corrente nominale, la sezione e il numero delle sbarre da utilizzare per fase; cc in relazione ai valori delle correnti di cortocircuito [kA eff.] determinare con l'ausilio del Quadro 2 il numero di supporti del sistema di sbarre. quadro1 quadro 2 In per quadro IP≤31 800 1000 1200 1400 n° di sbarre/fase IP>31 750 900 1080 1250 1800 1600 1850 (1) 2050 (1) 200 (1) 2300 (1) 2500 (1) 2820 (1) sistema di sbarre doppio 2820 (1) 3200 (1) 1 sbarra 60x5 1 sbarra 80x5 1 sbarra 50x10 2 sbarra 60x5 1 sbarra 60x10 2 sbarra 80x5 1 sbarra 80x10 2 sbarra 50x10 2 sbarra 60x10 2 sbarra 80x10 n° di supporti in relazione alla Icc [kA eff./1 s] 15 25 30 40 50 3 5 5 7 3 5 5 7 7 3 5 5 5 3 5 5 5 7 3 5 5 5 3 3 5 5 5 3 5 5 5 3 5 5 5 3 5 5 5 3 3 5 5 2x1 sbarra 80x10 2x3 (1) Solo per sistema sbarre laterale. 60 65 75 7 7 7 7 9 7 7 7 5 7 7 7 5 9 7 7 7 85 7 7 2x5 Sistemi di sbarre Linergy + Linergy Evolution Il sistema di sbarre Linergy è costituito da particolari sbarre caratterizzate da: cc Un procedimento di profilatura che garantisce una grande flessibilità nella realizzazione delle forme, soprattutto nella creazione di pareti divisorie interne che consentono di aumentare il perimetro di passaggio della corrente. Pur mantenendo dimensioni esterne molto ridotte il rendimento della sbarra è ottimale. Fino a 1600 A questo sistema di sbarre profilato può essere quindi installato in una canalina larga 150 mm e profonda 400 mm; cc un grado di rigidità ottimale garantito dai profili realizzati grazie alla facilità e flessibilità di estrusione del materiale utilizzato. Due supporti di fissaggio in altezza e un supporto nella parte bassa sono sufficienti a coprire la maggior parte dei casi d’installazione (Icc ≤ 40 kA eff/1 s); cc un aumento delle superfici di scambio che permette di aumentare la convezione naturale delle sbarre. I profili sono anodizzati e questo aumenta il loro potere di emissione, favorendo l’irradiamento e quindi l’evacuazione del calore. cc Qualunque sia la configurazione del quadro le sbarre mantengono inalterate le loro prestazioni. Il numero di supporti è determinato in base alle seguenti tabelle. sistema sbarre Linergy installazione laterale installazione sul fondo In per quadro n° di supporti in relazione alla Icc (kA eff./1 s) n° di supporti in relazione alla Icc [kA eff./1 s] 25 30 40 3 3 4 3 4 3 4 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5 630 grado di protezione del quadro scelto IP ≤ 31 IP > 31 800 IP ≤ 31 IP > 31 1000 IP ≤ 31 IP > 31 1250 IP ≤ 31 IP > 31 1600 Tutti sistema di sbarre doppio 2000 IP ≤ 31 IP > 31 2500 IP ≤ 31 IP > 31 3200 IP ≤ 31 IP > 31 25 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2x3 2x3 2x3 2x3 2x3 2x3 30 40 50 60 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 2x4 2x4 2x4 2x4 2x4 2x4 65 5 5 75 7 7 85 8 8 50 6 6 6 6 2x5 2x5 2x5 2x5 2x5 2x5 Nota: I valori di corrente ammessa nel sistema sbarre sono dati per una temperatura ambiente di 35° C; un supporto deve essere utilizzato come supporto inferiore delle sbarre. 485 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Sistema di sbarre sistema sbarre installazione laterale Linergy Evolution installazione orizzontale sbarra [mm] n° di supporti in relazione alla Icw (kA rms/1 s) (1) L = 300 L = 400 L = 650 L = 650 + 150 mm In per quadro n° di supporti in relazione alla Icw (kA rms/1 s) [A] y 15 y 25 y 30 y 40 y 50 y 60 y 65 y 75 630/800 3 3 3 1000 3 3 3 5 1250 3 3 3 5 5 5 1600 3 3 3 5 5 5 5 7 2000 3 3 3 3 3 5 5 7 2500 3 3 3 3 3 5 5 7 3200 3 3 3 3 3 3 5 5 3620 3 3 3 3 3 3 5 5 630/800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 3620 630/800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 3620 y 85 7 7 7 7 7 y 100 y 15 1 1 1 1 1 9 1 9 1 9 1 1 1 1 1 y 25 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y 30 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y 40 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y 50 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y 60 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 y 65 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 y 75 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 y 85 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 y 100 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 Nota: I valori di corrente ammessa nel sistema sbarre sono dati per una temperatura ambiente di 35° C. Nota: i profili Linergy Evolution da 2000 e 2500 A sono lunghi 100 mm mentre i profili 3200 e 4000 A sono lunghi 150 mm. Se ne consiglia l’installazione in canaline da 300 mm. (1) Per una struttura L = 800 mm aggiungere un supporto volante al numero di supporti indicati in tabella. P er le strutture L = 800 mm solo il primo supporto è bloccato. 486 Sistema sbarre fino a 4000 A Zona sistema sbarre Il sistema sbarre viene realizzato con una o più sbarra di rame per fase posizionate in parallelo, fissate alla struttura tramite i supporti isolanti ed opportunamente dimensionate per sopportare la corrente nominale nonché le sollecitazioni termiche e dinamiche derivate dalle eventuali correnti di corto circuito. Posizionato nella parte posteriore del quadro è costituito da: cc sistema sbarre orizzontali (sbarre+supporti fissi+ eventuali supporti volanti); cc sistema sbarre verticali (sbarre+supporti fissi+ eventuali supporti volanti+supporto inferiore). Sistema sbarre orrizontali Il sistema sbarre principale è normalmente situato nella parte superiore o inferiore (casi particolari) dello scomparto, in una cella appositamente segregata, oppure direttamente a valle dell’interruttore generale a quote intermedie. In massima [A] IP31 IP41 sezione sbarre numero totale sbarre (N/2) L struttura 1200 50 x 10 4 1600 1750 2100 2780 3200 4000 1050 1400 1530 1840 2450 2800 3580 60 x 10 80 x 10 100 x 10 80 x 10 100 x 10 100 x 10 4 4 4 7 7 11 400 600 800/900 400 600 800/900 400 600 800/900 400 600 800/900 400 600 800 900 400 600 800 900 400 600 800 900 numero di supporti orizzontali per struttura 50 kA 80 kA 100 kA fissi volanti fissi volanti fissi 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 volanti 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 487 Il sistema funzionale Quadri prefabbricati Sistema di sbarre Sistemi sbarre verticali Il sistema è posizionato sul lato destro dello scomparto in una cella segregata; può alimentare sia gli interruttori installati nello scomparto stesso che quelli montati nello scomparto adiacente. sistema sbarre tradizionale verticale In [A] IP31 1200 1600 1750 2050 2100 2780 3200 4000 numero sbarre per fase sezione sbarre L scomparto numero di supporti 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 50 kA fissi 3 3 3 3 3 3 3 3 IP41 1050 1400 1530 1800 1840 2450 2800 3580 1 1 1 2 1 2 2 3 50 x 10 60 x 10 80 x 10 50x10 100 x 10 80 x 10 100 x 10 100 x 10 volanti 3 2 2 4 1 2 2 1 (1) 75 kA fissi 3 3 3 3 3 3 3 3 volanti 5 4 4 7 4 3 3 3 (1) Per ogni sistema sbarre verticale aggiungere un supporto inferiore cod. LEEBS0250+87277. sistema sbarre Linergy verticale In [A] numero sbarre per fase IP31 IP41 800 1000 1250 1600 750 800 1000 1450 1 1 1 1 sezione sbarre A A A A L scomparto numero di supporti 600/800/900 600/800/900 600/800/900 600/800/900 39 kA fissi 3 3 3 3 (1) Per ogni sistema sbarre verticale aggiungere un supporto inferiore cod. LEEBS0340N. 488 (1) 50 kA fissi 65 kA fissi 75 kA fissi 3 3 5 7 100 kA fissi 3 3 3 3 3 3 3 3 volanti 8 7 7 9 7 6 6 6 Verifica della sovratemperatura Esempio Un quadro da realizzare impiegando una cassetta Prisma Plus G da 24 moduli è costituito da un'unità di ingresso e 14 unità di uscita secondo lo schema seguente: NSX400N (4P ) NSX160N (3P) TM100D NSX160N (3P) TM63D NSX160N (3P) TM63D iC60N (3P) 32 A iC60N (3P) 32 A iC60N (3P) 32 A iC60N (3P) 25 A iC60N (3P) 25 A iC60N (3P) 25 A iC60N (3P) 25 A iC60N (3P) 25 A iC60N (2P) 16 A iC60N (2P) 16 A iC60N (2P) 16 A (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Considerando una corrente effettiva Ie del circuito di ingresso di 300 A ed un fattore di contemporaneità di 0,6 per tutti i circuiti di uscita si calcolano i valori di WR per ogni circuito. 300 2 . WRi . 19,2 = 32,4 W 400 WR1 = 3 . (0,6)2 . 7,7 = 8,32 W WR2 = WR3 = 3 . (0,6)2 . 5,72 = 6,18 W WR4 = WR5 = WR6 = 3 . (0,6)2 . 3,5 = 3,78 W WR7 = ... = WR11 = 3 . (0,6)2 . 3 = 3,24 W WR12 = WR13 = WR14 = 2 . (0,6)2 . 2,6 = 1,87 W Considerando il contributo di tutti gli interruttori si calcola: WRAPP = 32,4 + 8,32 + 2 . 6,18 + 3 . 3,78 + 5 . 3,24 + 3 . 1,87 = 86,23 W e quindi WR = 1,2 . 86,23 = 103,5 W Dal documento prove, per la cassetta Prisma Plus G in esame si ricava che il valore di WT è di 121 W. WR è minore di WT, dunque la verifica termica ha dato esito positivo ed il quadro risulta conforme alla norma. ) ) numero dei circuiti principali 2e3 4e5 da 6 a 9 10 e oltre fattore di contemporaneità K 0,9 0,8 0,7 0,6 Verifica dei limiti di sovratemperatura La norma CEI EN 61439-1, in Tabella 6, fissa i limiti di sovratemperatura che le diverse parti dell'apparecchiatura non devono superare, quando si effettua la prova secondo le modalità descritte all'interno della norma stessa. Le apparecchiature di serie Schneider Electric (Armadi P e P-Bloc e cassette G) sono state sottoposte con successo alle prove di tipo per la verifica dei limiti di sovratemperatura. Il documento prove riporta per ognuna delle prove eseguite un estratto del relativo certificato di conformità ASEFA comprendente: cc configurazione del quadro: disegno fronte quadro e caratteristiche; cc schema elettrico; cc composizione: componenti installati e potenze dissipate durante l'esecuzione della prova di tipo; cc risultati di prova: sovratemperatura media dell'aria ambiente all'interno dell'involucro, a fronte della configurazione e della potenza dissipata effettiva durante la prova. I risultati di queste prove garantiscono la rispondenza alla norma dei prototipi provati. Verifica a progetto Un quadro da realizzare per una specifica applicazione impiantistica non risulta praticamente mai identico ad un prototipo provato. È perciò necessario effettuare una verifica termica del quadro da realizzare. Questa verifica si può fare seguendo le indicazioni del "Documento prove" che vengono riportate di seguito: cc ricerca della configurazione similare (provata) di riferimento tra quelle riportate dai certificati ASEFA o da documenti di prova equivalenti all'interno del documento (dimensioni, sistema di sbarre, gradi di protezione…); cc calcolo della potenza dissipata WR all'interno del quadro da realizzare; cc confronto del valore calcolato con la potenza dissipata WT dai componenti e dalle sbarre durante la prova di tipo di riferimento. Si potranno verificare due casi: cc WR < WT la configurazione da realizzare è conforme, quindi non sono necessarie ulteriori verifiche; cc WR > WT la configurazione da realizzare non è "coperta" dalla prova di tipo. È perciò opportuno ricorrere ad un contenitore (carpenteria) di dimensioni maggiorate. Calcolo della potenza dissipata WR La potenza WR si calcola come somma di tutte le potenze dissipate dai vari apparecchi contenuti nel quadro (interruttori, lampade di segnalazione, trasformatori, ecc.) maggiorata del 20% per tener conto del riscaldamento prodotto dalle connessioni (sbarre, collegamenti). Si applicherà dunque la formula: WR = 1,2 WRAPP dove: WRAPP = 1,2 WRi + SWRu WRi potenza dissipata dall'apparecchio dell'unità di ingresso WRupotenza dissipata da ciascun apparecchio delle unità di uscita Il calcolo dei singoli WRu (e dei WRi) si esegue con la seguente formula WR = np x fc2 x Wp dove: np = numero dei poli fc = fattore di contemporaneità Wp potenza dissipata per singolo polo alla corrente nominale dell'apparecchio. Il fattore di contemporaneità fc può essere calcolato per ogni interruttore (conoscendo il valore effettivo della corrente del circuito Ie) come rapporto tra Ie ed In (corrente nominale dello sganciatore montato sull'interruttore). In assenza di dati certi sull'effettivo funzionamento del quadro, si può fare riferimento ai valori di fc forniti dalla norma CEI EN 61439-1 e riportati nella tabella a fianco. I valori di Wp per gli apparecchi Schneider Electric sono riportati al paragrafo Potenze dissipate del capitolo "Caratteristiche degli apparecchi di protezione e manovra". Software Exteem Nel software di preventivazione dei quadri di bassa tensione Exteem è possibile eseguire i calcoli di verifica termica dei quadri del sistema funzionale. Il programma confronta la potenza dissipata nel quadro da realizzare con la corrispondente potenza dissipata nella prova del prototipo di riferimento. Il prototipo di riferimento viene individuato automaticamente dal programma. 489 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale Prove individuali Perché si devono fare le verifiche individuali Al termine dell'assemblaggio e del cablaggio, il quadro di bassa tensione deve essere sottoposto alle verifiche individuali definite dalla norma CEI EN 60439-1 al paragrafo 9.1.2. Lo scopo di queste prove è quello di verificare eventuali difetti di fabbricazione o di assemblaggio dei componenti, pertanto queste prove devono essere effettuate dalla ditta che ha curato il montaggio dell'apparecchiatura. Solamente dopo l'esecuzione di queste prove è possibile redigere la dichiarazione di conformità alla norma del quadro costruito. Le prove individuali comprendono: cc l'ispezione dell'apparecchiatura ivi compresa l'ispezione del cablaggio e, se necessario, una prova di funzionamento elettrico; cc la prova di tensione applicata o, in alternativa, la verifica della resistenza dell'isolamento; cc il controllo delle misure di protezione e della continuità elettrica del circuito di protezione. L'avere effettuato le prove individuali su ogni singolo quadro è una garanzia per il cliente finale, che è sicuro di ricevere un prodotto non solo rispondente alle proprie richieste, ma anche alle prescrizioni normative e legislative. Inoltre, le prove individuali servono al costruttore del quadro per verificare e a volte migliorare il funzionamento ed il risultato della propria attività e in alcuni casi permettono di evitare costi indesiderati dovuti a difetti di fabbricazione. È indubbio che riscontrare un difetto, anche se minimo, in sede di assemblaggio del quadro o durante i collaudi piuttosto che al momento dell'installazione, evita ulteriori trasporti e lavorazioni a carico del costruttore. Un buon controllo sull'operato umano nelle fasi di montaggio della struttura, degli apparecchi e delle sbarre e nelle fasi di cablaggio, oltre che sui materiali utilizzati (apparecchi, strumenti, conduttori e carpenteria) può essere effettuato solamente con il collaudo finale a quadro finito; ecco perché risulta fondamentale adempiere alle richieste normative. Quali sono gli strumenti necessari per effettuare le prove individuali Per poter effettuare i collaudi, oltre ai normali attrezzi meccanici utilizzati per l'assemblaggio del quadro elettrico, sono necessari strumenti particolari, alcuni dei quali richiedono una taratura periodica affinché si ottengano dei risultati affidabili. Oltre alla chiave dinamometrica necessaria per controllare che siano state applicate le giuste coppie di serraggio sulle connessioni, è indispensabile un multimetro (tester) per verificare la continuità dei circuiti e l'esatto riporto dei conduttori in morsettiera. È utile poter disporre di un sistema di alimentazione dei circuiti ausiliari in CC e/o in CA per effettuare eventuali prove di funzionamento elettrico. In funzione della scelta di effettuare la prova di tensione applicata oppure la verifica della resistenza di isolamento, bisognerà avere un dielettrometro oppure un apparecchio di misura di resistenza (megaohmmetro). 1a prova individuale Ispezione dell'apparecchiatura ivi compresa l'ispezione del cablaggio e, se necessario, una prova di funzionamento elettrico (rif. art. 8.3.1). cc Controllo visivo: vv sistemazione dei collegamenti ed esatto serraggio di qualche connessione, vv mantenimento del grado di protezione originale, vv mantenimento delle distanze in aria, vv corretto montaggio delle apparecchiature, vv presenza di identificazioni sui cavi e sugli apparecchi, vv conformità di esecuzione del quadro rispetto a schemi, nomenclature e disegni forniti dal cliente; cc verifica meccanica di blocchi e comandi meccanici; cc verifica elettrica del corretto funzionamento di: vv apparecchiature, vv relé ausiliari, vv strumenti di misura, vv dispositivi di sorveglianza dell'isolamento; Lo strumento da utilizzare è il tester. 490 2a prova individuale Prova di tensione applicata o in alternativa verifica della resistenza dell'isolamento (rif. art. 8.3.2/8.3.4). Prova di tensione applicata Per un quadro avente una tensione di esercizio assegnata di 300/660 V applicare una tensione di prova di 2500 V per 1 secondo tra le parti attive (le 3 fasi ed il neutro) ed il telaio del quadro. Tutti gli apparecchi di manovra devono essere chiusi oppure la tensione di prova deve essere applicata successivamente a tutte le parti del circuito. La prova è da ritenersi superata se, durante l'applicazione della tensione di prova, non si verificano né perforazioni, né scariche superficiali. Lo strumento da utilizzare è il generatore di tensione a frequenza industriale (dielettrometro). Attenzione cc Gli apparecchi che, in conformità alle loro prestazioni, sono previsti per una tensione di prova più bassa, devono essere provati ad un valore di tensione rapportato alla loro tensione di esercizio assegnata. Ad esempio, agli interruttori modulari serie Acti 9 accessoriati di blocco differenziale Vigi, la cui tensione di prova massima è di 2000 V, deve essere applicata questa tensione durante la prova del circuito del quadro in cui sono installati. cc Gli apparecchi che assorbono corrente e nei quali l'applicazione delle tensioni di prova provocherebbe un passaggio di corrente (per esempio gli avvolgimenti e gli strumenti di misura) devono essere interrotti; cc i circuiti elettronici che non sopportano elevate tensioni di prova (ad esempio i blocchi differenziali Vigi per gli interruttori automatici Compact) devono essere scollegati. Verifica della resistenza dell'isolamento In alternativa alla prova di tensione applicata, può essere effettuata una misura di isolamento, applicando tra i circuiti e le masse una tensione minima di 500 V. La prova si può ritenere superata se la resistenza di isolamento è almeno di 1000 ohm/volt in ciascun circuito provato (riferita alla tensione nominale verso terra di ciascun circuito). Come per la prova di tensione applicata, le apparecchiature che assorbono corrente all'applicazione della tensione di prova devono essere scollegate. Lo strumento da utilizzare è un apparecchio di misura di resistenza (megaohmmetro). 3a prova individuale Controllo delle misure di protezione e della continuità elettrica del circuito di protezione (rif. art. 8.3.3). cc Controllo visivo: vv sistemazione dei collegamenti ed esatto serraggio di qualche connessione, vv presenza delle rondelle di contatto a livello assemblaggi, vv montaggio della treccia di terra sulla portella ove siano montate apparecchiature elettriche; cc verifica elettrica della continuità del circuito di protezione. Lo strumento da utilizzare è il tester. Secondo la nuova norma Per la nuova norma CEI EN 61439-1, la verifica individuale del quadro comprende le seguenti categorie: a) Costruzione: 1) grado di protezione dell’involucro; 2) distanze di isolamento in aria e superficiali; 3) protezione contro la scossa elettrica ed integrità dei circuiti di protezione; 4) installazione degli apparecchi di manovra e dei componenti; 5) circuiti elettrici interni e collegamenti; 6) terminali per conduttori esterni; 7) funzionamento meccanico. b) Prestazione: 1) proprietà dielettriche; 2) cablaggio, prestazioni in condizioni operative e funzionalità. Nella pratica, non ci sono modifiche sostanziali rispetto a quanto descritto per la norma attuale, si è dato un ordine diverso e coerente con quanto previsto per la verifica di progetto. 491 Quadri prefabbricati Il sistema funzionale La marcatura CE I quadri e la compatibilità elettromagnetica (EMC) Il quadro deve rispondere alle prescrizioni contenute nella CEI EN 60439-1 o nelle CEI EN 61439-1 e 2 riguardanti la compatibilità elettromagnetica, secondo la seguente classificazione degli ambienti: cc condizione ambientale 1: si riferisce a impianti realizzati in edifici residenziali, commerciali e dell’industria leggera, come case, negozi, supermercati, uffici, ecc.; cc condizione ambientale 2: si riferisce a impianti industriali, dove sono presenti ad esempio macchinari in funzione, o dove frequentemente vengono inseriti e disinseriti carichi fortemente induttivi e capacitivi. A queste due diverse condizioni ambientali corrispondono diversi livelli di severità per la compatibilità elettromagnetica. Nella documentazione il costruttore deve indicare la condizione ambientale per la quale il quadro è adatto ad essere utilizzato. Prescrizioni di prova a) se il quadro incorpora solamente componenti elettromeccanici, si può considerare che esso sia immune e che non generi disturbi; non sono pertanto richieste prove. Fanno eccezione gli interruttori differenziali elettromeccanici per i quali valgono le prescrizioni indicate al punto b). b) se il quadro incorpora apparecchi ed equipaggiamenti con circuiti elettronici è soggetto alla compatibilità elettromagnetica. Tuttavia non sono richieste prove di emissione e di immunità se sono verificate le due condizioni seguenti: cc gli apparecchi ed i componenti elettronici in esso incorporati sono previsti per l’impiego nella condizione ambientale sopra specificata e sono conformi alle relative norme armonizzate di prodotto o, in mancanza di queste, alle norme generiche di EMC; cc il montaggio e il collegamento interno sono realizzati secondo le istruzioni del costruttore degli apparecchi e dei componenti (ad esempio per quel che riguarda le mutue influenze, la schermatura dei cavi, la messa a terra, ecc.). In questo modo si consente al quadrista di non sottoporre il quadro a prove addizionali previste dalle Norme generiche di Compatibilità Elettromagnetica. c) se non sono soddisfatte le condizioni del punto b), devono essere eseguite le prove prescritte nella norma CEI EN 60439-1 (o nella nuova CEI EN 61439) intese a verificare le prescrizioni EMC. Adempimenti per la marcatura CE dei quadri Il costruttore del quadro, ai fini della conformità alle Direttive applicabili, deve: cc organizzare un “dossier tecnico” contenente: vv la descrizione generale del quadro elettrico, vv i disegni di progettazione e fabbricazione, gli schemi dei componenti, sottoinsiemi, circuiti, vv le descrizioni e le spiegazioni necessarie per comprendere tali disegni e schemi ed il funzionamento del materiale elettrico, vv un elenco delle norme che sono state applicate completamente od in parte e la descrizione delle soluzioni che sono state adottate per soddisfare gli aspetti di sicurezza della direttiva, se non sono state applicate le norme, vv i risultati del calcolo di progetto e dei controlli svolti ecc., vv i rapporti sulle prove effettuate; cc compilare una “dichiarazione di conformità” contenete i seguenti elementi: vv nome ed indirizzo del costruttore o di un suo rappresentante autorizzato nella Comunità, vv descrizione del materiale elettrico, vv riferimento alle norme armonizzate, vv eventuale riferimento alle specifiche per le quali è dichiarata la conformità, cc identificazione del firmatario della dichiarazione che ha il potere di impegnare il costruttore o il suo rappresentante, cc le due ultime cifre dell’anno in cui è stata apposta la marcatura CE. Tutta questa documentazione dovrà essere conservata e tenuta a disposizione delle autorità nazionali di ispezione per almeno 10 anni, a decorrere dall’ultima data di fabbricazione del prodotto. La documentazione tecnica deve consentire alle Pubbliche Autorità di valutare la conformità del materiale ai requisiti delle Direttive. Per i quadri del Sistema Funzionale Prisma, oltre agli schemi elettrici, unifilari e funzionali ed ai disegni, alle caratteristiche elettriche e meccaniche, relative al quadro in oggetto, la documentazione tecnica “minima” è costituita da: cc Documento prove Prisma Plus; cc Catalogo Prisma Plus; cc Guida per il montaggio e installazione quadri BT - Prisma Plus; cc Software Exteem. 492 Per i prodotti: cc Catalogo e guida di installazione Masterpact; cc Catalogo e guida di installazione Compact; cc Catalogo Acti 9; cc Catalogo Vigirex, Vigilohm. Altri documenti di riferimento dovranno essere indicati qualora si utilizzino altri prodotti e/o dove occorrano altre verifiche e/o calcoli. Il verbale di collaudo dovrà corredare la documentazione del singolo quadro. La marcatura CE può essere apposta in maniera conveniente sulla propria targa dati, conservando le dimensioni e le proporzioni previste dalle Direttive e di seguito riportate. Marcatura CE di conformità La marcatura CE di conformità è costituita dalle iniziali “CE” secondo il simbolo grafico che segue: cc in caso di riduzione o di ingrandimento della marcatura CE, devono essere rispettate le proporzioni indicate sopra; cc i diversi elementi della marcatura CE devono avere sostanzialmente la stessa dimensione verticale che non può essere inferiore a 5 mm. cc in caso di riduzione o di ingrandimento della marcatura CE, devono essere rispettate le proporzioni indicate sopra; cc i diversi elementi della marcatura CE devono avere sostanzialmente la stessa dimensione verticale che non può essere inferiore a 5 mm. Senso di manovra degli apparecchi Il senso di manovra degli apparecchi deve essere analizzato e scelto in base al rischio dovuto ad eventuali errori di manovra: la norma CEI EN 61439-1 raccomanda a questo proposito di fare riferimento alla norma CEI EN 60447, che fornisce indicazioni precise sul corretto senso di manovra degli attuatori: ad esempio per interruttori disposti in verticale manovra di chiusura dal basso verso l'alto, oppure per interruttori disposti in orizzontale manovra di chiusura da sinistra verso destra. La norma CEI EN 61439-1 permette di avere il senso di manovra opposto a quello normalizzato, quando questo non può essere applicato per ragioni di montaggio o per ragioni di sicurezza; un esempio di ciò è quando si hanno gli apparecchi disposti in maniera simmetrica rispetto ad un sistema di sbarre centrale. In questi casi il senso della manovra deve essere indicato chiaramente sull'apparecchio o nelle vicinanze. 493 Quadri prefabbricati I contenitori universali Presentazione Cassette in lamiera Spacial 3D cc Cassette disponibili in tre versioni: vv cassetta con porta piena, vv cassetta con porta piena, equipaggiata di pannello di fondo pieno galvanizzato vv cassetta con porta trasparente, vetro Securit spessore 4 mm. cc Rivestimento esterno a base di poliestere strutturato, colore grigio RAL 7035. cc Grado di protezione IP 66 per tutte le cassette a una porta, IP 55 per le cassette a doppia porta frontale. cc Tenuta agli impatti meccanici esterni: vv IK 10 per le cassette porta piena, vv IK 08 per cassette porta trasparente (vetro). cc Corpo monoblocco (struttura a croce). cc Profilo anteriore a doppio spessore di lamiera, a forma di gocciolatoio. Fondo piatto. cc CEI 62208, LCIE (norma relativa agli involucri Vuoti) UL, CSA. Cassette in acciaio inox Spacial S3X cc Cassette monoblocco in acciaio inossidabile AISI 304L (acciacio inox indicato per l’industria alimentare) o inox AISI 316L (acciaio inox indicato per uso marino) cc Disponibili in due versioni: vv con porta piena vv con porta trasparente (vetro Securit, spessore 4mm) cc Grado di protezione IP66 per le cassette con porta singola, IP55 per le cassette con doppia porta cc Tenuta agli impatti meccanici esterni: vv IK10 con porta frontale piena vv IK08 con porta frontale trasparente cc IEC 62208, UL 508A, CAN/CSA22. Cassette in lamiera Spacial S3DEX ATEX cc Cassette monoblocco con rivestimento in poliestere strutturato colore grigio RAL7035 cc Tenuta agli impatti meccanici esterni: IK10 cc Grado di protezione IP66 (cassette a 1 porta) cc Le cassette S3DEX riportano le seguenti marcature: 2 GD Ex tD A21 IP6x secondo la direttiva ATEX 94/9/CE e le norme EN 600079-0 (2004), EN 60079-7 (2006), EN61241-0 (2005) e EN61241-1 (2004). Cassette in lamiera CRN cc Cassette disponibili in 3 versioni: vv Cassetta con porta piena vv Cassette con porta piena equipaggiata di pannello di fondo pieno galvanizzato vv Cassetta con porta trasparente cc Rivestimento interno ed esterno con vernice epossidica a base di poliestere strutturato, colore grigio RAL7035. cc Grado di protezione IP66 cc Tenuta agli impatti meccanici esterni: vv IK10 per le cassette a porta piena vv IK08 per le cassette a porta trasparente cc CEI 62208, UL, CUL, NEMA4, Rohs. Cassette in materiale isolante Thalassa PLM IP 66 cc Struttura monoblocco autoestinguente con corpo in poliestere rinforzato con fibre di vetro pressato a caldo, finitura liscia, colore RAL 7032; cc cassette a doppio isolamento; cc resistenza meccanica agli urti secondo CEI EN 62262: vv IK 10 (20 joule) versione con porta piena vv IK 08 (5 joule) versione con porta a oblò cc accessori in comune con la serie Spacial 3000; cc omologazioni: GL, IMQ, LR, UL e BV. Cassette in poliestere ATEX PLMEX cc Struttura in poliestere colore nero cc Grado di protezione IP66 cc Tenuta agli impatti meccanici esterni IK10 cc Temperatura di funzionamento da -25°C a +60°C cc II 2 GD Ex tD A21 IP66 seocndo la norma ATEX 94/9/EC e le norme EN 60079-0 (2004), EN 60079-7 (2006), EN 61241-0 (2005) e EN 61241-1 (2004). 494 Armadi in materiale isolante Thalassa PLA IP 65/54/44 cc Struttura modulare autoestinguente con corpo in poliestere rinforzato con fibre di vetro pressato a caldo, finitura liscia, colore RAL 7032; cc armadi a doppio isolamento; cc resistenza meccanica agli urti secondo CEI EN 62262: vv IK 10 (20 joule) versione con porta piena vv IK 08 (5 joule) versione con porta trasparente cc omologazioni: BV, LCIE, UL, CSA. Armadi monoblocco Spacial SM IP 55 cc Struttura in lamiera di acciaio piegata saldata spessore 15/10 con rivestimento a base poliestere strutturato, colore RAL 7035; cc resistenza meccanica agli urti IK 08 secondo CEI EN 62262; cc omologazioni: DNV, UL, BV. Armadi monoblocco in inox Spacial SMX IP 55 cc Struttura in lamiera di acciaio inox 304 spessore 15/10, piegata saldata, con finitura delle superfici lucida; cc resistenza meccanica agli urti: IK 08 secondo CEI EN 62262; cc omologazioni: DNV, UL, BV. Armadi affiancabili Spacial SF IP 55 cc Struttura in lamiera di acciaio piegata, composta da cornice e montanti, fiancate, fondo, tetto e porta in lamiera di acciaio piegata saldata, rivestimento a base poliestere strutturato, colore RAL 7035; cc resistenza meccanica agli urti: IK 10 secondo CEI EN 62262; cc omologazioni: DNV, UL, BV. Armadi affiancabili in inox SFX cc Struttura composta da telaio inferiore, telaio superiore, copertura superiore, pannello di fondo e profilati verticali cc Inox AISI 304L con finitura Scoth Brite cc Grado di protezione : IP55 cc Tenuta agli impatti meccanici esterni: IK10 cc IEC62208, UL508, CAN/CSA 22 495 Quadri prefabbricati I contenitori universali Il condizionamento termico dei quadri elettrici Richiami sulle norme applicabili e i criteri di verifica termica dei quadri elettrici La norma tecnica di riferimento per la costruzione dei quadri elettrici (CEI EN 61439-1) impone che il fabbricante faccia una verifica del comportamento termico del quadro, nelle condizioni da lui definite “normali di esercizio”; questa verifica ha lo scopo di garantire il funzionamento corretto e sicuro del quadro sotto i seguenti aspetti: cc le diverse parti dell’apparecchiatura non devono superare le sovratemperature specificate per ognuna di esse, garantendo così il non verificarsi di danneggiamenti sulla parte di impianto collegata al quadro né sulle parti adiacenti in materiale isolante; cc deve essere assicurata la sicurezza dell’operatore eventualmente a contatto con le parti accessibili dell’apparecchiatura; cc gli apparecchi, nei limiti di tensione per essi prescritti, devono funzionare in modo soddisfacente alla temperatura dell’aria ambiente all’interno del quadro. Durante queste prove si effettuano, tra l’altro, le misure di: cc temperatura: vv dell’aria nelle diverse zone dell’involucro vv dei conduttori - in particolare, sui sistemi sbarre e sulle derivazioni cc dei punti più caldi degli apparecchi (bimetalli, ambiente dell’elettronica) cc corrente; cc altri parametri: servono per la caratterizzazione del comportamento termico dell’involucro, ad esempio i coefficienti di scambio aria/pareti. I dati di prova, raccolti durante un numero significativo di verifiche termiche su quadri di differente costruzione e di diverse configurazioni, permettono di costruirsi un modello significativo applicabile a quadri della stessa serie, utilizzando per il calcolo coefficienti e parametri ricavati dall’analisi statistica delle prove effettuate. Per quanto riguarda gli involucri vuoti oggetto del presente capitolo, è di recente pubblicazione la norma europea CEI EN 62208 (CEI 17-71) “Involucri destinati alle apparecchiature a bassa tensione. Regole generali per gli involucri vuoti”; questa norma si applica ad involucri da utilizzare per la realizzazione di quadri conformi alla norma CEI EN 61439-1 e 2 e può essere utilizzata anche come base per altri Comitati Tecnici (ad esempio, CT44 “Equipaggiamento elettrico delle macchine”). La norma si applica agli involucri vuoti, prima che l’apparecchiatura sia installata al loro interno, e nello stato in cui questi sono consegnati dal fornitore; la conformità alle prescrizioni di sicurezza della norma di prodotto applicabile è responsabilità del costruttore finale del quadro. La norma inoltre richiede che il costruttore dell’involucro fornisca informazioni specifiche relative al potere di dissipazione termica della superficie effettiva di raffreddamento, al fine di dare all’utilizzatore dati corretti per la scelta del materiale elettrico da installare; la temperatura dell’aria all’interno dello spazio protetto (spazio interno o parte di spazio interno dell’involucro, specificato dal costruttore, destinato al montaggio dell’apparecchiatura e per il quale è garantita la protezione dell’involucro) è ottenuta con una distribuzione uniforme della potenza dissipata all’interno dell’involucro. La norma specifica anche che i dati dovranno essere presentati secondo un metodo di calcolo appropriato e, come esempio non esclusivo, cita la CEI 17-43 (Pubblicazione IEC 60890 e, in Europa, HD 528 S1:1989). Il costruttore ha infatti la possibilità di utilizzare criteri o metodi di calcolo differenti, correlati ai fenomeni fisici di distribuzione e dissipazione del calore, e fornendo all’utilizzatore gli strumenti per dimensionare correttamente il quadro dal punto di vista termico. Di seguito sarà descritto un metodo di calcolo per la determinazione del regime termico di un quadro elettrico e la successiva individuazione del sistema di condizionamento termico (raffreddamento e/o riscaldamento del quadro), che meglio risolva i problemi di esercizio del quadro soddisfacendo ai requisiti tecnici e ottimizzando anche i costi d’installazione. I limiti essenziali di questo metodo, come vedremo, risiedono nel fatto che: cc si applica bene ad involucri non compartimentati di tipo armadio, cassette e, quindi, non ad applicazioni di quadri di potenza fortemente segregati, dove la localizzazione delle sorgenti di calore e gli scambi tra le diverse zone influenzano molto il riscaldamento; cc in ogni caso, non tiene conto della posizione delle sorgenti di calore, spesso non ripartite in modo uniforme. In particolare, il metodo sarà applicato ad una gamma di involucri per la realizzazione di quadri “universali” (bordo macchina, automazione,...), per i quali le norme di prodotto applicabili (CEI EN 61439-1 e 2, CEI EN 60204-1,...) non sempre definiscono con chiarezza le modalità di verifica termica e, comunque, non forniscono elementi ulteriori di prescrizione. 496 Il condizionamento termico dei quadri elettrici Calcolo termico Nota: il Software Exteem consente la realizzazione di questo calcolo per la determinazione di eventuali accessori di raffreddamento o riscaldamento all'interno del contenitore universale. Il bilancio termico si effettua confrontando la potenza emessa dagli apparecchi con la potenza dissipata dalle pareti dell’involucro in modo naturale e consente di calcolare la temperatura interna del quadro senza l’utilizzo di dispositivo termico, decidendo poi se sia necessario installarne uno, tenendo in conto i dati di temperatura esterna e di quella interna desiderata. Di seguito è descritta la procedura di calcolo, in funzione delle caratteristiche dell’involucro, della potenza termica dissipata dai componenti al suo interno, delle caratteristiche dell’aria ambiente: 1) Caratteristiche dell’involucro e determinazione della superficie effettiva di raffreddamento (S). I primi dati relativi all’involucro sono i seguenti: cc dimensioni: vv H = Altezza vv L = Larghezza vv P = Profondità cc posizione secondo quanto previsto dalla Pubblicazione CEI 17-43: vv accessibile da tutti i lati S = 1.8 x H x (L + P) + 1.4 x L x P vv appoggiato al muro S = 1.4 x L x (H + P) + 1.8 x P x H vv estremo in caso di affiancamento S = 1.4 x P x (H + L) + 1.8 x L x H vv estremo in caso di affiancamento, al muro S = 1.4 x H x (L + P) + 1.4 x L x P vv intermedio in caso di affiancamento S = 1.8 x L x H + 1.4 x L x P + P x H vv intermedio in caso di affiancamento, al muro S = 1.4 x L x (H + P) + P x H vv intermedio in caso di affiancamento, al muro e parte superiore coperta S = 1.4 x L x H + 0.7 x L x P + P x H. Il risultato di questa prima operazione di calcolo è il valore della superficie effettiva di raffreddamento, ovvero la superficie considerata efficace ai fini della dissipazione verso l’esterno del calore generato dai componenti installati all’interno dell’involucro. Il metodo utilizzato in questa prima fase è esattamente quello previsto all’interno della già citata Pubblicazione CEI, il rapporto tecnico 17-43 (IEC 60890). Nel caso di utilizzo di cassette e armadi universali, il valore della superficie effettiva di raffreddamento è fornito direttamente in funzione del tipo di carpenteria scelta . 2) Potenza termica dissipata dai componenti in funzionamento (Pd). Le sorgenti di calore all’interno di un quadro elettrico sono generalmente i sistemi di sbarre, i conduttori di collegamento e gli apparecchi elettrici: in particolare, nei quadri di distribuzione elettrica, gli interruttori automatici costituiscono la parte preponderante dell’apparecchiatura di potenza; questi ed altri componenti, quali contattori e sezionatori-fusibili sono i maggiori responsabili della generazione di calore. Altri componenti che contribuiscono al riscaldamento del quadro e, in maggior misura, nei quadri di automazione e bordo macchina, sono i trasformatori (per macchine, di sicurezza, ...), raddrizzatori con filtri, variatori di velocità, batterie di condensatori, etc. Il calcolo della potenza termica dissipata si effettua con il metodo indicato a pag. 489 di questa guida. 3) Caratteristiche dell’aria ambiente. Altri parametri utili alla caratterizzazione del comportamento termico sono i dati ambientali riferiti all’aria del locale dove sono previsti l’installazione e il funzionamento del quadro; in particolare, occorre conoscere Temax e Temin che rappresentano, rispettivamente, i valori massimo e minimo di temperatura prevista e Hr che è il valore di "umidità relativa" media da considerare. La conoscenza di questi valori, oltre alla verifica della temperatura interna massima alla quale il quadro può trovarsi a dover funzionare, permette anche di calcolare la temperatura del punto di condensa Tr, allo scopo di valutare la necessità di utilizzare dispositivi (resistori o altro) che evitino la formazione di condensa in punti critici del quadro. A tale scopo si può utilizzare la tabella sottostante, con la quale, a partire dai valori di Temax e Hr, e in condizioni "normali" di pressione atmosferica, si determina il valore di temperatura Tr, al di sotto del quale possono verificarsi fenomeni di condensa. temp. amb. [°C] 20 25 30 35 40 45 50 55 tasso di umidità relativa ambiente % 40 6 11 15 19 24 28 33 37 50 9 14 19 23 28 32 37 41 60 12 17 21 26 31 36 40 45 70 14 19 24 29 34 38 23 48 80 16 21 26 31 36 41 46 51 90 18 23 28 33 38 43 48 53 100 20 25 30 35 40 45 50 55 497 Quadri prefabbricati I contenitori universali Il condizionamento termico dei quadri elettrici 4) Temperature interne medie desiderate. Per il corretto funzionamento del quadro e dei suoi componenti si fissa l’intervallo di temperatura interna desiderata, cioè quello al di fuori del quale non è opportuno andare. In generale: cc la temperatura interna massima desiderata Tdmax è funzione dei componenti interni al quadro e della temperatura ambiente per la quale essi sono caratterizzati (in termini di corrente nominale, potenza, prestazioni); cc la temperatura interna minima desiderata Tdmin deve essere scelta come valore massimo tra la temperatura di condensa Tr già calcolata e la temperatura minima prevista per il corretto funzionamento degli apparecchi. 5) Temperatura finale nell’armadio senza sistema termico. Per il calcolo della temperatura all’interno del quadro nelle condizioni di equilibrio termico, si fa riferimento alla formula che regolamenta la trasmissione del calore per conduzione: (1) Pd = K x S x (Ti – Te) dove Pd: potenza che l’involucro riesce a scambiare verso l’esterno [W]; K: è una caratteristica del mezzo conduttore, cioè, nel nostro caso, del materiale di cui è costituito l’involucro; il valore è anche funzione della temperatura ma è quasi sempre considerato una costante. Valori tipici per i vari tipi di involucro, passando da quelli a bassa a quelli a più alta conduttività termica, sono: K = 3.5 W/m2 °C poliestere K = 3.7 W/m2 °C acciaio inossidabile K = 5.5 W/m2 °C lamiera verniciata K = 12 W/m2 °C alluminio S: superficie effettiva di raffreddamento [m2]; (Ti - Te): differenza di temperatura tra due punti, uno interno ed il secondo esterno al quadro [°C]. È interessante utilizzare la formula per determinare le condizioni “limite”, ovvero i valori di temperatura massima (Timax) e minima (Timin), che l’aria ambiente all’interno del quadro può trovarsi a raggiungere in equilibrio termico, al fine di confrontarli con i valori già conosciuti (o calcolati) di temperature interne (massime e minime) desiderate. Temperatura interna massima (Timax): Per il calcolo della possibile temperatura massima all’interno dell’involucro, si ipotizza di avere il quadro in funzionamento di regime contemporaneamente alla situazione di temperatura massima dell’ambiente esterno. La formula (1) ci porta a: (2) Timax = Temax + Pd/K x S Temperatura interna minima (Timin): Per il calcolo della possibile temperatura minima all’interno dell’involucro, occorre fare due ipotesi differenti di funzionamento del quadro: cc funzionamento in servizio continuo: (3) Timin = Temin + Pd/K x S si è ipotizzato cioè che il quadro funzioni in condizioni normali di esercizio nel momento in cui l’ambiente esterno raggiunge la temperatura più bassa per esso prevista. cc Funzionamento in servizio intermittente: (4) Timin = Temin in questo caso è nullo il contributo in temperatura dovuto al termine di potenza dissipata dai componenti (in quanto Pd = 0) e si ipotizza che ciò accada nel momento in cui l’ambiente esterno raggiunge la temperatura più bassa per esso prevista. Resistori anticondensa 498 6) Scelta del tipo di sistema termico e della sua potenza P. Con i dati a questo punto disponibili, si può considerare l’eventualità di utilizzare un sistema di condizionamento termico, al fine di riscaldare o raffreddare l’aria all’interno del quadro. Considerando le situazioni “limite” di temperature minime e massime, si possono presentare i seguenti casi: cc Tdmin≤Timin: non è necessario installare il sistema termico; eventualmente, si può utilizzare un ventilatore per far circolare l’aria ed omogeneizzare la temperatura; cc Tdmin>Timin: in questo caso, invece, occorre prevedere un sistema di riscaldamento che entri in funzione alle temperature più basse, al fine di riportare la temperatura del quadro a valori superiori a quelli per cui si verificano fenomeni di condensa e a quelli minimi per cui è garantito il corretto funzionamento dei componenti. In questo caso, la potenza “riscaldante” da installare (elementi resistori) si calcola come segue: vv funzionamento in servizio continuo: Prisc = K x S x (Tdmin - Temin) - Pd vv funzionamento in servizio intermittente: Prisc = K x S x (Tdmin – Temin) Sistema di aerazione naturale Ventilatore per l'immissione di aria fresca Scambiatore di calore aria/aria Generalmente si utilizzano dei particolari resistori anticondensa, che favoriscono la convezione naturale e garantiscono un riscaldamento rapido ed uniforme all’interno dell’armadio. Questa soluzione è economica, affidabile ma comporta un consumo aggiuntivo di energia e occupa spazio all’interno del quadro. cc Tdmax<Timax: in questo caso, occorre installare un sistema termico per il raffreddamento la cui potenza necessaria è pari a: Praff = Pd - K x S x (Tdmax - Temax) Il raffreddamento può essere realizzato in modi differenti a seconda del valore della differenza Tdmax – Temax. Nel caso in cui si abbia Tdmax – Temax>5°C le soluzioni possono essere: cc sovradimensionare l’involucro: è una soluzione economica, non richiede manutenzione e non fa variare il grado di protezione del quadro; per contro la quantità di calore dissipata in aggiunta è relativamente ridotta e aumentano le dimensioni d’ingombro; cc utilizzare bocchette d’aerazione: l’ingresso di aria fresca dall’esterno attraverso bocchette di aerazione migliora la dissipazione di calore per convezione naturale; questa soluzione è utilizzabile per dissipare potenze ridotte e solo in caso di ambienti poco polverosi in quanto si riduce il grado di protezione; cc utilizzare ventilatori per immissione di aria fresca: la circolazione dell’aria all’interno del quadro grazie all’installazione di un ventilatore consente di rendere uniforme la temperatura evitando la formazione di punti caldi concentrati che potrebbero nuocere ad alcuni componenti. I ventilatori “da quadro” garantiscono la dissipazione verso l’esterno di una quantità rilevante di calore emessa dai componenti dei quadri elettrici; si tenga conto della loro buona durata ed affidabilità, con la conseguente garanzia del buon funzionamento dell’impianto nel tempo. Questa soluzione risulta efficace ed economica e permette di risolvere il problema dell’aumento della temperatura nei quadri elettrici con installazione e manutenzione relativamente semplici; inoltre garantisce il mantenimento del grado di protezione IP dell’involucro, utilizzando gli opportuni accessori di tenuta. Calcolo della portata dei gruppi ventilanti Per la scelta dei gruppi ventilanti adeguati, si deve calcolare la portata necessaria ad evacuare la quantità di calore determinata con il calcolo termico: D = Praff/(Tdmax – Temax) x 3.1 (m3/h). Il risultato ottenuto, in termini di portata, corrisponde alla prestazione che deve assicurare l’associazione ventilatore (motore + filtro + griglia di entrata) + griglia di uscita completa di filtro; cc utilizzare uno scambiatore di calore ARIA/ARIA: gli scambiatori di calore aria/aria sono in generale apparecchi di buone prestazioni e di relativa semplicità di installazione e di utilizzo; i flussi di aria calda all’interno del quadro e di aria fredda dall’ambiente esterno sono creati da due ventilatori separati, i cui flussi circolano dalle parti opposte di pareti ermetiche di separazione, onde evitare la penetrazione di polvere o umidità all’interno dell’armadio. L’aria calda proveniente dal quadro riscalda le pareti che vengono a loro volta raffreddate dall’aria fresca esterna; ovviamente, il trasferimento avviene sempre dal lato più caldo verso il lato più freddo, motivo per il quale gli scambiatori di calore aria/aria possono essere utilizzati solo se la temperatura ambiente esterna è inferiore alla temperatura interna desiderata di almeno 5°C. Altri punti caratteristici del sistema sono i seguenti: cc il gruppo di scambio in alluminio è il punto centrale del sistema e può essere facilmente pulito, semplicemente smontandolo; cc il funzionamento permanente del ventilatore interno evita la formazione di punti caldi all’interno del quadro elettrico; cc la regolazione della temperatura integrata all’apparecchio si effettua mediante messa in funzione o arresto del ventilatore del circuito esterno. Calcolo della potenza specifica Per la corretta scelta dello scambiatore aria/aria, occorre calcolare la sua potenza specifica, in funzione della quantità di calore da evacuare verso l’esterno determinata con il calcolo termico: q = Praff/(Tdmax – Temax) (W/K); con la conoscenza del valore di q si può individuare il sistema termico adatto, a partire dai dati tecnici forniti a catalogo e considerando lo scambiatore di potenza specifica di valore uguale o immediatamente superiore. Nel caso in cui si abbia Tdmax – Temax≤5°C le soluzioni possono essere: cc utilizzare gruppi di raffreddamento: i gruppi di raffreddamento sono generalmente utilizzati in ambienti particolarmente severi ove la temperatura può raggiungere elevati valori (e.g. 55°C); sono indicati soprattutto quando la temperatura desiderata all’interno del quadro è inferiore alla temperatura ambiente esterna o quando la quantità di calore da evacuare dall’interno del quadro è rilevante. 499 Quadri prefabbricati I contenitori universali Il condizionamento termico dei quadri elettrici Altri punti caratteristici del sistema sono i seguenti: cc l’installazione non compromette il grado di protezione del quadro; cc il filtro nel circuito esterno, facilmente sostituibile e poco costoso, consente il funzionamento anche quando l’aria ambiente risulta polverosa o carica di particelle d’olio; ciò garantisce il mantenimento delle prestazioni del sistema per tutta la sua durata; cc i gruppi di raffreddamento assicurano la regolazione della temperatura del quadro ed anche la funzione di allarme in caso di anomalie di funzionamento. Gruppo di raffreddamento Calcolo della potenza La potenza del gruppo di raffreddamento necessaria ad evacuare la quantità di calore dissipata all’interno dell’armadio è stata calcolata con il bilancio termico e corrisponde al valore Praff; la scelta del gruppo di raffreddamento viene effettuata ricorrendo ad opportuni diagrammi che indicano la potenza che i gruppi di raffreddamento possono dissipare in funzione della temperatura esterna e di quella interna desiderata (si veda a questo proposito il catalogo Contenitori Universali). Occorre confrontare la potenza da dissipare (Praff) con la potenza dissipabile dal gruppo di raffreddamento. cc utilizzare scambiatori di calore ARIA/ACQUA: gli scambiatori di calore aria/acqua funzionano con lo stesso principio degli scambiatori aria/aria, con la differenza, naturalmente, che l’aria esterna è sostituita dall’acqua fredda fornita da una rete installata sul sito industriale; lo scambio di fluido consente di dissipare quantità di calore molto più importanti, funzionando eventualmente anche in condizioni di temperatura all’interno del quadro al di sotto della temperatura ambiente. Altri punti caratteristici del sistema sono i seguenti: cc la regolazione della temperatura all’interno del quadro si effettua agendo sulla portata dell’acqua; cc il circuito dell’acqua di raffreddamento è protetto da un dispositivo d’interruzione che agisce sull’alimentazione, garantendo così la completa sicurezza all’impianto elettrico. Calcolo della potenza La potenza dello scambiatore necessaria ad evacuare la quantità di calore dissipata all’interno del quadro è stata calcolata con il bilancio termico e corrisponde al valore Praff; la scelta dello scambiatore di calore viene effettuata confrontando questo valore con il valore di potenza che lo scambiatore di calore è in grado di dissipare; questo valore è fornito da opportuni diagrammi in funzione della temperatura interna desiderata, della temperatura dell'acqua e della portata d'acqua di cui si dispone (si veda a questo proposito il catalogo Contenitori Universali). cc Tdmax ≥ Timax: non è necessario installare il sistema termico; eventualmente, si può utilizzare un ventilatore per evitare la formazione di punti caldi. Scambiatore di calore aria/acqua 500 Esempio Consideriamo un quadro universale della serie Spacial SF in lamiera verniciata avente dimensioni: cc H = 2000 mm; cc L = 800 mm; cc P = 400 mm. e appoggiato al muro. La superficie effettiva di raffreddamento è data da: S = 1.4 x L x (H+P) + 1.8 x P x H = 4.13 m2 I componenti all’interno del quadro dissipano una potenza pari a: Pd = 650 W. Le condizioni di temperatura sono le seguenti: cc Temax = 32°C; cc Temin = 15°C; cc Hr = 70%; cc Tr = 20°C (temperatura di condensa). Si calcolano i seguenti valori di temperatura interna in casa di assenza di sistemi termici: cc Timax = Pd/k x s + Temax = 61°C; cc Timin servizio continuo = Pd/k x s + Temin = 44°C; cc Timin servizio intermittente = Temin = 15°C; dove k = 5.5 Wm2/°C. Poiché si desidera avere per il quadro: cc Tdmax = 40°C; cc Tdmin = 26°C. Occorre apportare delle modifiche al quadro: cc Timax > Tdmax: installazione di un gruppo di raffreddamento di potenza: Praff = Pd – k x s x(Tdmax – Temax) = 468 W cc Tdmin < Timin in servizio continuo: non occorre riscaldare; cc Tdmin > Timin in servizio intermittente: occorre inserire una resistenza anticondensa. La potenza riscaldante necessaria è: Prisc = k x s x (Tdmin – Temin) = 250 W.