CEI EN 61439-1 (e la Parte 2): quadri elettrici di bassa tensione di potenza

Il quadro elettrico rappresenta un caso particolare di prodotto, se considerato come singolo componente dell’impianto elettrico e, di fatto, è sempre stato visto come un sistema più o meno complesso, se non un impianto in miniatura.

Di qui è derivata la difficoltà nel trovare standard condivisi nelle diverse parti del mondo: la norma 60439-1 in passato ha rappresentato un compromesso raggiunto tra i differenti approcci nazionali nel mondo, in alcuni casi molto stringenti e prescrittivi mentre in altri casi più “soggettivi” ed aperti ad interpretazioni.

La norma CEI EN 60439-1 è alla sua quarta edizione e specifica le basi ed i principi per le prescrizioni funzionali e di prova dei quadri elettrici di bassa tensione.

Su qualche argomento il consenso non è mai stato raggiunto, ed il tema è stato ignorato o risolto con indicazioni molto generali e, comunque, “generiche” soggette all’interpretazione da parte dell’utente della norma, con il suo punto di vista: questa “debolezza” intrinseca della norma ha reso difficile l’evolversi della norma stessa in funzione delle esigenze e delle pressioni del mercato.

Ogni quadro elettrico costruito dovrebbe soddisfare requisiti minimi di prestazione e minimi criteri di sicurezza, nonostante l’aumento incessante e continuo di richiesta di ottimizzazione delle realizzazioni e dei costi.

Le differenti esigenze di applicazione e di esercizio (e quindi i costi associati in termini di prove e verifiche) rendono di fatto impraticabile la possibilità di provare tutte le varianti di quadro prodotte.

Evoluzione Normativa: dalla Norma IEC/EN 60439 alla Norma IEC/EN 61439.

Il progetto di ristrutturazione della serie di norme relative alle varie tipologie di Quadri Elettrici Bassa Tensione è iniziato più di 10 anni fa, quando il Comitato Nazionale Inglese propose in ambito IEC un documento di modifica per commenti e voto ai Comitati Nazionali.

Al tempo, fu ottenuto che la IEC ristrutturasse e migliorasse la serie delle norme dei quadri elettrici di bassa tensione per descrivere le applicazioni presenti e future e le prescrizioni (di costruzione e di verifica) per i quadri.

Una revisione così importante ha richiesto la discussione di ogni aspetto della norma IEC 60439 ed ha comportato una strada di pubblicazione lunga e difficile: le opinioni circa le prestazioni dei quadri elettrici e i loro requisiti di base erano (e sono) molto divergenti nelle varie parti del mondo, in funzione delle regole di installazione e di esercizio dei quadri stessi all’interno degli impianti.

Gli obiettivi iniziali condivisi per l’avvio del nuovo lavoro sono stati quelli di ottenere una norma più leggibile e di superare la difficoltà delle definizioni di AS ed ANS e della loro corretta interpretazione.

E’ stato molto difficile l’ottenimento del consenso sul nuovo progetto di ristrutturazione. Finalmente, all’inizio del 2009 le prime 2 parti della norma IEC sono state pubblicate: l’approccio alla definizione di un quadro, alla verifica delle sue prestazioni e alla sua adeguatezza all’applicazione specifica sono cambiati e anche la struttura stessa della norma, in modo importante.

La norma ha cambiato “nome” (numerazione internazionale) ed è diventata IEC 61439.

Nel gennaio 2010 in Italia sono state pubblicate le due norme CEI EN 61439-1 e 2, mentre le parti successive seguiranno con una previsione di fine nel corso del 2012: ciò significa che – fino ad allora - per i prodotti trattati nelle parti 2-3-4-5 della norma attuale, il riferimento resta la norma CEI EN 60439-1.

E’ in corso la redazione di una Guida IEC TR 61439-0. Tale Parte 0 (nella forma di Rapporto Tecnico) dovrà costituire essenzialmente un supporto alla specificazione dei quadri in funzione delle esigenze installative e di prestazione e, ove applicabile, una guida all’utilizzo della norma stessa.

La struttura normativa
Come già anticipato, la struttura della norma cambia in modo importante.

La Parte 1 è ora una parte di sole “Regole generali”, valida per tutte le tipologie di quadri di bassa tensione (quadri di potenza, quadri cantiere, condotti sbarre, ecc…).

Quindi, saranno aggiunte le parti specifiche per ogni tipologia di quadro, in cui si esplicitano o dettagliano le clausole, indicando l’applicabilità delle differenti prescrizioni (di costruzione e di prova) sul tipo specifico o aggiungendo le indicazioni sulle applicazioni tipiche.

La serie di norme è “aperta”, concepita in modo tale da poter aggiungere ulteriori parti per coprire nuove e specifiche esigenze di prodotto nel momento in cui (e se) saranno identificate. Ad esempio c’è già la proposta di sviluppare nuove parti per quadri “particolari” da installare in aree attrezzate all’aperto: campeggi, parcheggi, marina, ecc)

La struttura prevede quanto riportato in figura allegata.

Riconoscimento e nuovo approccio.
I quadri sono prodotti “complessi”, consistono di un numero variabile di componenti combinati insieme in un numero pressoché infinito di possibili varianti.

Le interazioni tra i vari componenti di un quadro influenzano le prestazioni dei singoli circuiti, ma anche quella del quadro nel suo insieme: la prestazione del componente è generalmente ben definita all’interno della sua norma di prodotto che ne definisce il funzionamento da solo e in condizioni specificate di esercizio.

Per i quadri elettrici, il numero delle configurazioni possibili è decisamente “senza limiti”: provare completamente ogni variante costruita all’interno di un sistema “modulare” e ogni quadro è semplicemente non fattibile, lo impediscono costi e tempo.

Prendendo atto di ciò, deve invece essere ben chiaro che si deve trovare un modo per assicurare che tutti i quadri soddisfino a definiti criteri di sicurezza e di funzionamento: non è possibile accettare quadri verificati solo “parzialmente” o sottoposti solo alle prove individuali.

La nuova norma ha praticamente seguito questo principio nel fissare le prescrizioni per la verifica dell’adeguatezza (di sicurezza e di funzionalità) dei quadri elettrici. La conformità di ciascun quadro deve essere verificata sempre in due step successivi:

• verifica del progetto, per dimostrare che la prestazione del progetto del quadro è in conformità con le prescrizioni della CEI EN 61439
• verifica individuale, per confermare che i materiali e la mano d’opera siano in accordo con la specificazione del progetto

Quest’ultima verifica è meglio definita rispetto alla norma precedente, ma sostanzialmente le prescrizioni sono in linea con questa..

Al contrario, la verifica di progetto usa un approccio decisamente nuovo. Quando i volumi lo giustificano, la prova di tipo resta l’opzione preferenziale per la verifica di progetto, costituendo la migliore strada all’ottimizzazione del progetto (e quindi alla realizzazione del quadro) in termini di lavoro e materiali.

Quando sono richiesti adattamenti o configurazioni differenti, la norma propone la possibilità di strade equivalenti per la verifica del progetto che includono il confronto con un progetto già verificato, il calcolo e l’interpolazione a partire da un quadro verificato, misure: la strada della verifica “multi-opzione” è comunque strettamente controllata.

Se ne definisce il quando, il dove e il come. Se è possibile costruire un piccolo quadro con la prescrizione di provarne soltanto la continuità del circuito di protezione e la rigidità dielettrica, la norma fornisce limiti più stringenti per la verifica di progetto di quadri con caratteristiche nominali più elevate.

Quando la verifica di progetto è realizzata con un criterio differente dalla prova di tipo, la norma insiste sui margini di sicurezza di progetto, ad esempio:

• dimensionamento del 50% in più delle distanze di isolamento in aria se la prova di tenuta ad impulso non è effettuata
• declassamento del 20% della corrente nominale dei componenti se il quadro non è sottoposto alla prova di riscaldamento

Questi margini di sicurezza nel progetto garantiscono che le alternative di verifica alla prova di tipo forniscano un livello minimo di prestazione in conformità alle prescrizioni della norma.

L’utilizzo di fattori di sicurezza porta al sovradimensionamento fisico del quadro e della quantità di materiale utilizzato, con le inevitabili implicazioni commerciali, nel momento in cui si deve rispondere ad una richiesta di quadro “conforme alla norma”.

Le Principali Novità

a) Sistema di Quadri
La prima grande novità è il superamento delle definizioni di AS ed ANS, introducendo, con l’utilizzo di metodi alternativi, il concetto di quadro “verificato”.

Per la definizione dei sistemi di quadri “modulari” o “funzionali”, nella norma CEI EN 60439-1, è riportata la dizione di “sistema costruttivo prestabilito” all’interno della descrizione più generale di “Apparecchiatura di serie” AS.

In Italia, sulla spinta delle esigenze del mercato che aveva bisogno di chiarezza e di sicurezze e dei costruttori per la definizione di responsabilità del costruttore del quadro, questo concetto era stato espresso e più compiutamente definito all’interno della Guida CEI 17-70 “Guida all’applicazione delle norme dei quadri di bassa tensione” (1999), di cui riportiamo un estratto:

Il sistema costruttivo prestabilito è un sistema industrializzato che, per essere dichiarato conforme a quanto prescritto dalla norma, risponde a due concetti:

• il costruttore progetta e realizza un’ampia varietà di configurazioni di quadri partendo da un numero discreto e predefinito di componenti;
• il sistema costruttivo viene provato in tutte le diverse configurazioni rappresentative, decise dal costruttore, dei quadri derivabili, rispettando le condizioni richieste per un AS.

Se sono rispettate queste condizioni, chi realizza un quadro con un sistema costruttivo prestabilito, partendo da pezzi sciolti in KIT e seguendo le istruzioni del Costruttore, ottiene un prodotto finale conforme ai prototipi realizzati e provati dal Costruttore.
Il quadro così fatto è un AS e non necessita di ulteriori prove di tipo.

Oggi, nella nuova norma 61439-1 (par. 3.1.2) si è arrivati alla definizione di “Sistema di quadri” equivalente alla definizione del “Sistema costruttivo prestabilito” riportata nella guida CEI 17-70 e si “ufficializza” il concetto introdotto nella norma EN 60439-1 da anni largamente utilizzato nel mercato italiano.

Sistema di quadri
Gamma completa di componenti meccanici ed elettrici (involucri, 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.

Quanto sopra consente di affermare che procedure e logiche di verifica per quadri basati su sistemi di quadro commercializzati in kit sono uguali, o quanto meno equivalenti, a quelle previste dalla norma EN 60439-1; inoltre, consacra definitivamente i sistemi dei costruttori che, pur essendo alla base dell’evoluzione del mercato dei quadri BT degli ultimi 25 anni, non erano stati riconosciuti con una definizione precisa all’interno della norma.

b) Costruttore Originale – Costruttore del quadro
A completamento del capitolo “responsabilità”, la nuova struttura della norma permette di rispettare meglio le specificità dei differenti attori coinvolti nella realizzazione del quadro, partendo dal committente ed arrivando al verificatore.

In particolare e per ciò che attiene alla realizzazione vera e propria del quadro, nelle definizioni della norma (3.10.1 e 3.10.2) si è introdotta la distinzione tra “Original Manufacturer”, cioè il costruttore originale del quadro (o del sistema di quadri), ed “Assembly Manufacturer”, cioè il costruttore “finale” del quadro,

Costruttore Originale: organizzazione che ha effettuato il progetto originale e le verifiche associate di un quadro in accordo con la relativa Norma del quadro

Costruttore del Quadro: organizzazione che si assume la responsabilità del quadro finito.

La norma stessa chiarisce che le due organizzazioni possono essere differenti.
Questo sta a significare che la responsabilità della “certificazione” (o verifica di conformità) del quadro secondo la norma EN 61439-1/2 è a carico del “costruttore del quadro” (o anche assemblatore), il quale può (e deve) avvalersi delle informazioni relative alle verifiche eseguite sul progetto del quadro (o sistema) originale da parte del “costruttore originale”.

Nel caso in cui costruttore originale e costruttore del quadro coincidano, tutte le verifiche sono naturalmente a carico del costruttore del quadro stesso.

c) Verifica di progetto
Come evidenziato in precedenza, altra grande novità della norma 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.

Le verifiche come prova, valutazione e regole di progetto sono considerate equivalenti in tal senso e sono definite (par. 3.9) come segue:

Prova di verifica
Prova eseguita su un quadro campione o su parti di quadro per dimostrare che il progetto soddisfa le prescrizioni della relativa Norma del quadro..

Nota: Le prove di verifica sono equivalenti alle “prove di tipo”.

Valutazione di verifica
Verifica di progetto mediante precise regole di progetto o di calcoli applicati ad un quadro campione o a parti di quadro per dimostrare che il progetto soddisfa le prescrizioni della relativa Norma di quadro.

Regola di progetto
Specifica regola per il progetto di un quadro che può essere applicata in alternativa alla prova di verifica.

Per specificare il corretto utilizzo della dichiarata equivalenza dei tre criteri, all’interno dell’allegato D della norma, la Tabella D.1 indica, per ogni verifica di prestazione o di caratteristica del quadro richiesta, l’applicabilità delle specifiche metodologie.

Per ognuna di esse, se esistono, sono indicati nei paragrafi specifici i limiti di validità.

L’Allegato C
Nella nuova norma si dà enfasi al rapporto contrattuale tra il committente (o il progettista) ed il costruttore del quadro, all’interno dell’allegato C.

Il suo contenuto, rispetto all’equivalente allegato E della vecchia norma, può essere utilizzato come guida alla specificazione del quadro stesso, permettendo un rapporto più chiaro tra committente e costruttore, oltre alla migliore definizione di condizioni di funzionamento, di esercizio e ambientali, necessaria per la migliore caratterizzazione del quadro stesso.

Nella tabella dell’allegato C della Parte 1 e, nella tabella equivalente dell’allegato BB della Parte 2 per i quadri di potenza, sono indicate le specifiche da esplicitare con il riferimento al paragrafo normativo, l’indicazione deglii eventuali valori “standardizzati” e degli accordi possibili.

Validità della Certificazione
In Europa, in funzione delle regole che fissano le validità delle norme europee ai fini della rispondenza alle Direttive Europee applicabili (Low Voltage e ElectroMagnetic Compatibility) e della dichiarazione di conformità da parte del costruttore, si è fissata la data ultima di applicabilità della norma CEI EN 60439-1 nel 2014. Fino ad allora i certificati e le verifiche di conformità, rilasciati in conformità ad essa o a parti di essa, mantengono la loro validità.

In base a quanto sopra, per i quadri ancora realizzati e commercializzati successivamente, sarà necessario integrare la certificazione per adeguarsi alla norma 61439-1 e 2; in particolare, per le prove eseguite secondo la 60439-1 considerate soddisfacenti anche ai fini della conformità alla Norma 61439-1 e 2, è necessario eseguire solo le specifiche prove aggiuntive.

Conclusioni
Se ci si concentra per un istante sulle pressioni crescenti di domanda di:

• utilizzo più elevato degli impianti
• ottimizzazione del progetto dei quadri
• criteri di sicurezza più severi

i cambiamenti introdotti nella nuova norma sono importanti e, in alcuni casi, assolutamente necessari.

Tutti i quadri che non hanno una specifica norma di prodotto saranno coperti da prescrizioni specifiche e per il costruttore del quadro non ci sono possibilità di “evitare” la verifica di conformità.
Nella nuova norma, i metodi di verifica e conferma delle prestazioni di progetto sono pratici e pragmatici, riflettendo allo stesso tempo le differenti esigenze del mercato e tenendo conto delle modalità di costruzione dei quadri stessi. Sono anche considerate differenti alternative e metodi equivalenti di verifica di una caratteristica (o più di una) particolare di un quadro, e questi sono ben definiti e, come già detto, il loro utilizzo in qualche modo ristretto.

Quando si utilizzano alternative alle prove di tipo, si utilizza un approccio di tipo “compensativo”, aggiungendo margini di sicurezza per garantire l’equivalenza dei diversi metodi: nella pratica, la norma è generalmente basata sulla caratterizzazione delle prestazioni, ma nei casi in cui si utilizzano le regole di progetto la norma stessa deve essere soprattutto prescrittiva.

A fine 2009 la norma IEC 61439-1 (e la Parte 2) è diventata Norma Europea EN. Le norme europee sono state ratificate e registrate all’interno della Gazzetta Ufficiale della Comunità Europea (GUCE), il che significa che la completa conformità alla norma rappresenta la strada più semplice per l’ottenimento della rispondenza alle Direttive Europee “Bassa Tensione” e “Compatibilità Elettromagnetica”, come sappiamo necessaria per l’applicazione corretta della Marcatura CE sul quadro di bassa tensione da parte del Costruttore.