La serie di norme per i quadri elettrici in bassa tensione è stata ristrutturata radicalmente
La serie di norme per i quadri elettrici in bassa tensione è stata ristrutturata radicalmente e sono state introdotte modifiche sostanziali. La precedente normativa in materia, Norma CEI EN 60439-1 (CEI 17-13/1), rappresentava sia una norma di prodotto per i quadri soggetti a prove di tipo (AS) e parzialmente soggetti a prove di tipo (ANS) sia forniva le regole generali di riferimento per i quadri trattati dalle successive parti della serie CEI EN 60439 (Condotti sbarre, quadri per persone non addestrate, quadri per cantiere, ecc.).
La nuova CEI EN 61439-1 “Apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione (quadri BT) – Parte 1: Regole generali” (CEI 17-113) non possiede questa caratteristica ed è quindi da utilizzarsi esclusivamente come norma per ”regole generali” e deve essere di riferimento alle successive parti di prodotto della serie 61439. La norma di prodotto che sostituisce
Un’altra criticità della Norma CEI 17-13/1 è che si prestava a una difficile interpretazione per le prove ed in particolare per la derivazione dei quadri ANS. Con l’approccio delle verifiche è stata eliminata la discriminante fra i quadri provati con prove di tipo (AS) e i quadri parzialmente provati con prove di tipo (ANS). Non esistono, quindi, quadri di serie A e quadri di serie B.
A seguito dell’eliminazione dei quadri AS e ANS, sono state introdotte, nella nuova norma, tre differenti tipi di verifiche; per ogni requisito si può scegliere tra: la verifica con prove; la verifica con calcoli; la verifica con la conformità alle regole di progetto. Viene, quindi, lasciata al costruttore o al quadrista la facoltà di scegliere, per ogni prova, un possibile metodo di verifica poiché sono alternativi ed hanno il medesimo livello di sicurezza.
Per quanto riguarda il problema del riscaldamento del quadro sono state chiarite le prescrizioni relative alla sovratemperatura e in particolare è stato trattato in maniera più dettagliata il fattore di contemporaneità per le prove. Infine, per la parte strutturale del quadro, sono state incorporate le prescrizioni derivate dalla norma per gli involucri vuoti (CEI EN 62208); ne consegue che tutte le proprietà costruttive e dei materiali devono essere verificate.
La nuova serie di Norme CEI EN 61439
Il lavoro di ristrutturazione della nuova normativa in sede internazionale IEC è iniziato nel 1999 ed è terminato nel gennaio 2009 con la pubblicazione delle IEC 61439-1 e IEC 61439-2. Questo percorso di ristrutturazione ha portato ad ampie discussioni tra i costruttori provenienti dai diversi paesi a causa delle differenze tra i vari mercati.
Le nuove norme sono state ratificate dal CENELEC come EN a novembre 2009 e soddisfano i requisiti essenziali delle Direttive Bassa Tensione 2006/95/CE ed Compatibilità Elettromagnetica 2004/108/CE.
La parte 0 della IEC 61439 rappresenta una guida all’utilizzo con riferimento alle funzioni di impiego del quadro. Il documento è un technical report ed è ancora in fase di approvazione.
Cambiamenti della CEI EN 61439-1: Regole generali
Come anticipato in precedenza, la nuova norma è di riferimento per le regole generali e non può essere, quindi, utilizzata da sola per specificare un quadro oppure per determinarne la conformità.
• Per ogni tipo di quadro di bassa tensione sono necessarie due norme:
• La marcatura viene eseguita utilizzando la norma specifica del quadro realizzato; non sarà quindi più possibile certificare che un quadro non ha una norma specifica come accadeva con
• E’ allo studio del CEI SC 17D, proprio in questi giorni, una nuova proposta di norma, presentata da alcuni costruttori italiani, che possa definire le prescrizioni e certificare i quadri installati in ambienti particolari come moli, campeggi, aree di parcheggio pubblico, ecc. La proposta sarà inviata in sede IEC per l’approvazione.
Per i quadri macchina si applica la parte 1, quando previsto; per la marcatura invece può essere usata la parte 2 relativa ai ”Quadri di potenza”. Per quadri che sono parte integrante della macchina si applica
Il costruttore del quadro è la persona o l’organizzazione che si assume la responsabilità del quadro finito ovvero chi riporta il proprio nome sulla targa del quadro. Oltre a questa figura, nella nuova norma è stato definito anche il costruttore originale cioè la persona o organizzazione che ha effettuato il progetto originale e le verifiche associate al quadro (o al sistema di quadri) in accordo con la norma applicabile. Il costruttore del quadro può coincidere con il costruttore originale oppure differire.
La definizione di costruttore originale è stata richiesta dal Comitato Tecnico italiano. Egli è colui che progetta, realizza e verifica un sistema di quadri, definito da una gamma completa di componenti meccanici ed elettrici (involucri, sbarre, unità funzionali, ecc.) che possono essere assemblati in accordo con le istruzioni del costruttore originale per ottenere quadri differenti.
La definizione di costruttore originale è stata richiesta dal Comitato Tecnico italiano. Egli è colui che progetta, realizza e verifica un sistema di quadri, definito da una gamma completa di componenti meccanici ed elettrici (involucri, sbarre, unità funzionali, ecc.) che possono essere assemblati in accordo con le istruzioni del costruttore originale per ottenere quadri differenti.
Pertanto il costruttore originale, che progetta il sistema di quadri, deve garantire:
- le verifiche sugli esemplari rappresentativi del sistema;
- le istruzioni per la scelta dei componenti e per il montaggio corretto del quadro.
Invece, il costruttore del quadro, che pone la targa al quadro, deve effettuare le seguenti operazioni per ogni sua realizzazione:
- la scelta e il montaggio dei componenti, seguendo le istruzioni del costruttore originale;
- la verifica della configurazione realizzata;
- le verifiche individuali.
Prescrizioni di costruzione
La costruzione meccanica del quadro si deve effettuare con materiali che resistono a sollecitazioni meccaniche, elettriche e termiche, all’umidità, alla corrosione, anche attraverso l’idoneo trattamento delle superfici.
Per ogni requisito, nella nuova norma sono state introdotte le verifiche per valutare l’idoneità dei materiali.
Ad esempio le minime distanze di isolamento in aria sono in funzione della tensione nominale a impulso Uimp. La norma fornisce le minime distanze di isolamento in aria basate su un campo elettrico non omogeneo e grado di inquinamento 3 per ambiente industriale.
Tutti gli apparecchi devono essere idonei per la tensione nominale di tenuta a impulso del quadro e deve essere sempre dichiarata per ogni quadro.
Protezione contro la scossa elettrica
Le misure di protezione, con il quadro installato, devono essere conformi alla norma impianti IEC 60364 (CEI 64-8). Come per gli impianti, anche per un quadro si applicano le seguenti protezioni:
- protezione principale (contro i contatti diretti);
- protezione in caso di guasto (contro i contatti indiretti).
Criteri di dimensionamento delle condutture
Vi sono diversi metodi che possono essere utilizzati per calcolare la portata delle sbarre e dei cavi anche se sono da considerarsi semplicemente come un aiuto al costruttore che deve rispettare i limiti di sovratemperatura previsti. La nuova norma fornisce, nell’allegato H, un riferimento per determinare le portate dei conduttori all’interno del quadro.
Sovratemperatura
Il fenomeno termico è quello più complesso da valutare all’interno del quadro a partire dal progetto e poi attraverso le verifiche. Questa difficoltà può dipendere:
- dalla complessa geometria del quadro, che non consente uno studio analitico della trasmissione del calore;
- dai componenti del quadro, che influenzano l’ambiente e si influenzano reciprocamente;
- dalla distribuzione delle correnti in numerosi circuiti e dalla variabilità dei carichi nel tempo.
Per correnti elevate non sono da trascurare le perdite di energia prodotta da correnti parassite, da riscaldamenti localizzati, ecc.
Protezione contro il cortocircuito
Il costruttore del quadro deve specificare la tenuta al cortocircuito del quadro e può farlo in due modi.
1. Quadro con un dispositivo di protezione contro il cortocircuito (DPCC) in entrata che limita la corrente in durata ed eventualmente in ampiezza. La tenuta al cortocircuito viene specificata dal valore della corrente di cortocircuito che il quadro può sopportare per il tempo di interruzione del dispositivo di protezione ed è la corrente di cortocircuito condizionata dallo stesso dispositivo di protezione posto all’ingresso del quadro; il quadro può essere installato in un punto dell’impianto dove la corrente di cortocircuito presunta Icp ≤ Icc;
2. Quadro senza dispositivo di protezione contro il cortocircuito (DPCC). La tenuta al cortocircuito può essere specificata mediante la corrente nominale ammissibile di breve durata Icw, assieme alla sua durata e alla corrente nominale di picco associata Ipk, oppure mediante la corrente ci cortocircuito nominale condizionata Icc. In questo caso ultimo caso il costruttore deve indicare le caratteristiche del dispositivo di protezione che deve essere installato a monte.
L’utilizzatore, quando ordina un quadro, deve indicare le condizioni di cortocircuito nel punto di installazione.
Le verifiche di progetto del quadro
La nuova norma consente per le verifiche l’approccio “delle tre opzioni” con prove, calcoli o regole di progetto. Si tratta di metodi alternativi con un livello di sicurezza equivalente.
La verifica di progetto è eseguita su un quadro campione o su parti di quadro per dimostrare che il progetto soddisfi le prescrizioni della norma applicabile; queste verifiche devono essere effettuate dal costruttore originale.
Le prove di verifica sono eseguite su un quadro campione o su parti di quadro per verificare che il progetto soddisfi le prescrizioni della norma applicabile; esse sono equivalenti alle “prove di tipo”.
Un quadro, verificato in accordo con la sua norma dal costruttore originale e realizzato o assemblato da un altro costruttore, non richiede più la ripetizione delle verifiche di progetto purché tutte le prescrizioni ed istruzioni, fornite e specificate dal costruttore originale, siano state soddisfatte.
Di seguito viene riportata la tabella con le opzioni più importanti delle verifiche effettuabili (contenute nell’allegato D della Norma CEI EN 61439-1).
Robustezza dei materiali e delle parti del quadro
La verifica dei materiali e delle parti del quadro si effettua con le seguenti prove:
- protezione contro la corrosione: prove cicliche di temperatura e umidità con severità
- stabilità termica: prova del caldo secco in stufa;
- resistenza alle radiazioni ultraviolette: prova agli UV per parti sintetiche del quadro per
esterno;
- tenuta dei materiali isolanti al calore e al fuoco: prova in cella;
- tenuta dei materiali isolanti al calore anormale e al fuoco causato dagli effetti elettrici interni: prova del filo incandescente;
- resistenza meccanica dei mezzi di bloccaggio e delle cerniere delle porte: 200 manovre;
- idoneità al trasporto del quadro: prova di sollevamento;
- impatto meccanico: prova del grado IK che deve essere specificato nella norma di prodotto;
- marcatura: prova di indelebilità e leggibilità delle targhe.
Se si utilizza un involucro vuoto in conformità con
Dichiarazione della tenuta a impulso
Nella CEI 17-13/1 la dichiarazione della tenuta a impulso era facoltativa e decideva il costruttore del quadro se effettuare la prova di tenuta a impulso; importante in ogni caso era il rispetto delle distanze di isolamento in aria. Nella nuova Norma CEI EN 61439-1 la dichiarazione della tenuta a impulso è obbligatoria e la verifica può essere ottenuta mediante una delle seguenti opzioni:
- con la prova di tensione a impulso; in alternativa il costruttore può effettuare un’equivalente prova in c.a. o c.c. che sono più gravose; oppure
- con le regole di progetto; in questo caso le distanze di isolamento in aria devono essere 1,5 volte quelle specificate in tab. 1 campo non uniforme e grado di inquinamento 3 e vanno verificate con le misure fisiche delle distanze di isolamento.
Riscaldamento
Il costruttore originale è responsabile della scelta dei metodi di verifica appropriati. La verifica delle sovratemperature può essere effettuata:
- mediante prove con corrente (prove in laboratorio)
- mediante calcoli di un o quadro a scomparto singolo con corrente nominale non superiore a
Il calcolo può essere effettuato in accordo con il metodo della IEC 60890 (CEI 17-43) ponendo delle specifiche condizioni. Per i limiti di applicazione della CEI 17-43 di quadri derivati da configurazioni provate, il CEI ha dato un’interpretazione contenuta in un’Appendice alla CEI EN 61439-1.
Verifica mediante prove con corrente
Il quadro deve essere verificato mediante uno dei seguenti metodi, stabiliti dal costruttore originale:
1) si considerano le singole unità funzionali, le sbarre principali e di distribuzione e il quadro collettivamente e si prova il quadro completo con fattore di contemporaneità 1;
2) si considerano le singole unità funzionali separatamente e il quadro completo comprese le sbarre principali e di distribuzione;
3) si considerano le singole unità funzionali, le sbarre principali e di distribuzione separatamente e poi il quadro completo.
Per la prova vengono prese le configurazioni critiche nelle condizioni più gravose:
- all’interno della più piccola cella, prevista per questa unità funzionale;
- con la variante peggiore per l’eventuale segregazione interna considerando la dimensione delle aperture di ventilazione;
- con l’involucro installato della massima potenza dissipata per volume;
- con la variante peggiore per ventilazione dell’involucro in funzione del tipo di ventilazione (convezione naturale o forzata) e della dimensione delle aperture di ventilazione;
Se i quadri provati sono le varianti più gravose, si possono utilizzare i risultati di prova per stabilire le grandezze nominali delle varianti similari senza effettuare ulteriori prove.
Per la derivazione delle configurazioni di un quadro da quelle provate bisogna che esistano le seguenti condizioni:
- le unità funzionali devono appartenere allo stesso gruppo dell’unità funzionale scelta per la prova;
- devono avere lo stesso tipo di costruzione come quello usato per la prova;
- devono avere le stesse o maggiori dimensioni esterne di quelle usate per la prova;
- devono avere le stesse o migliori condizioni di raffreddamento di quelle usate per la prova (convezione forzata o naturale, stesse o maggiori aperture di ventilazione);
- devono avere la stessa o inferiore forma di segregazione interna di quella usata per la prova;
- devono avere la stessa o minore potenza dissipata nello stesso scomparto di quella usata per la prova;
- devono avere lo stesso o ridotto numero di circuiti di uscita per ogni scomparto.
Sostituzione di un apparecchio
La nuova norma ammette la sostituzione di un apparecchio con un altro che può essere di una serie differente da quella utilizzata nella prova originale, purché la potenza dissipata e la sovratemperatura dell’apparecchio, quando provato in conformità con la norma di prodotto, sia la stessa o inferiore.
In che modo i costruttori possono applicare il paragrafo 10.10.3.5 della Norma IEC 61439-1 per la sostituzione degli apparecchi?
Il SC 17D del CEI, in attesa che il problema venga risolto a livello internazionale, ha fornito la seguente interpretazione, che è riportato in un’appendice alla CEI EN 61439-1:
- i valori di sovratemperatura dei terminali del prodotto non è significativo ai fini dell’intercambiabilità degli apparecchi, purché gli stessi rispondano integralmente ai requisiti prescritti dalla relativa norma di prodotto;
- il quadrista/assemblatore dovrà anche prestare attenzione alle protezioni combinate di corto circuito e dovrà tenere in considerazione le soluzioni, le informazioni e le istruzioni di montaggio contenute all’interno della documentazione tecnica fornita da parte del costruttore degli apparecchi.
Inoltre, i costruttori dei quadri dovranno anche tener conto:
- del mantenimento della disposizione fisica degli apparecchi all’interno dell’unità funzionale;
- del mantenimento dei valori nominali dell’unità funzionale;
- della potenza dissipata dell’apparecchio “nuovo” che dovrà essere inferiore o uguale a quella dichiarata per l’apparecchio in sostituzione.
La verifica al cortocircuito
La verifica può essere effettuata:
- con le prove in laboratorio;
- con i calcoli.
- con le regole di progetto.
La verifica della tenuta al cortocircuito non è richiesta nei seguenti casi:
1) per i quadri che hanno correnti nominali di breve durata o correnti nominali di cortocircuito condizionate non superiori a 10 kA valore efficace.
2) per i quadri protetti da dispositivi limitatori di corrente aventi una corrente di picco limitata non superiore a 17 kA in corrispondenza della corrente presunta di cortocircuito massima ammissibile ai terminali del circuito di entrata del quadro.
3) per i circuiti ausiliari dei quadri previsti per essere collegati a trasformatori la cui potenza nominale non superi i 10 kVA con una tensione nominale secondaria che non sia inferiore a 110 V, oppure non superi 1,6 kVA con una tensione nominale secondaria inferiore a 110 V, e la cui impedenza di cortocircuito non sia inferiore al 4%.
Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Se sono installati solo componenti elettromeccanici, il quadro non subisce le prove di compatibilità elettromagnetica; se invece il quadro incorpora dispositivi elettronici esso deve essere sottoposto alle prove corrispondenti ai requisiti essenziali. Non sono tuttavia richieste prove se:
- gli apparecchi sono conformi alle norme armonizzate di compatibilità per la condizione ambientale prevista (sono marcati CE);
- il montaggio e il collegamento degli apparecchi è realizzato in accordo con le istruzioni del costruttore (per quanto riguarda le mutue influenze, la messa a terra, ecc.).
Se non sono soddisfatte queste condizioni, devono essere fatte le prove come previsto dalla nuova norma.
Verifiche individuali
Le verifiche individuali devono essere effettuate su tutti i quadri realizzati a cura dell’assemblatore e mettono in evidenza i difetti dei prodotti e dell’assemblaggio. Il buon esito delle verifiche permette di redigere il verbale di collaudo.
Il costruttore del quadro deve stabilire se la verifica individuale va effettuata durante e/o dopo il montaggio.
Esse sono suddivise in
1) verifiche di costruzione:
a) grado di protezione dell’involucro;
b) distanze di isolamento in aria e superficiali;
c) protezione contro la scossa elettrica e integrità dei circuiti di protezione;
d) installazione degli apparecchi di manovra e dei componenti;
e) circuiti elettrici interni e collegamenti;
f) terminali per conduttori esterni;
g) funzionamento meccanico.
2) verifiche di prestazione:
a) proprietà dielettriche;
b) cablaggio, prestazioni in condizioni operative e funzionalità.
Distanze di isolamento in aria
Se le distanze di isolamento in aria sono:
- minori dei valori dati in tab. 1, si deve effettuare una prova alla tensione di tenuta a impulso
- uguali o maggiori dei valori dati in tab. 1, si deve effettuare la verifica con una misura
- uguali o maggiori di 1,5 volte i valori dati in tab. 1 si deve effettuare la verifica con un esame a vista.
Per i quadri con la corrente in entrata fino a
CEI EN 61439- 2: “QUADRI DI POTENZA”
E’ un quadro utilizzato per distribuire e controllare l’energia per tutti i tipi di carichi previsti per applicazioni industriali, commerciali e applicazioni similari. Si applicano tutte le prescrizioni della parte 1 “Regole Generali” e differisce per l’aggiunta dei requisiti di parti estraibili (distanze di sezionamento, forme di segregazione).
E’ lo stesso quadro trattato dalla Norma CEI EN 60439-1 ma non sono previste operazioni da parte di persone comuni. E’ un quadro solo per persone esperte o avvertite.
Suddivisione interna di un quadro di potenza
I quadri di potenza possono essere suddivisi per ottenere tra le unità funzionali, tra le celle separate o tra gli spazi protetti degli involucri una o più delle seguenti condizioni:
- protezione contro i contatti con parti pericolose; il grado di protezione deve essere almeno uguale IP XXB;
- protezione contro il passaggio di corpi solidi estranei; il grado di protezione deve essere almeno uguale a IP 2X.
La suddivisione può essere ottenuta mediante diaframmi o barriere, mediante l’isolamento delle parti attive o con una custodia che è parte integrante di un apparecchio.
La forma di segregazione e i gradi di protezione devono essere oggetto di accordo tra il costruttore del quadro e l’utilizzatore.
La nuova norma non impone l’una o l’altra esecuzione ma ha normalizzato quattro diverse forme di segregazione interna del quadro.
L’introduzione di gradi di segregazione più spinta mira a ottenere la protezione delle persone contro i contatti diretti e manutenzioni più sicure. Oltre alla protezione delle persone, una maggiore segregazione interna può essere di aiuto nel confinare gli effetti di un eventuale guasto senza danneggiare troppo le parti adiacenti. Quindi si ha una continuità di servizio sicuramente maggiore.
Conclusioni
La nuova normativa ha inserito dei cambiamenti importanti che possono influire su tutti i soggetti interessati (costruttori/quadristi, installatori, laboratori e utilizzatori). Il concetto dell’approccio delle “tre opzioni” attraverso la scelta di prove, calcoli e regole di progetto per la verifica di un quadro, come metodi alternativi con un livello di sicurezza equivalente, non è facile da assimilare ed occorrerà del tempo per capirlo e sperimentarlo.
Fonte: ceimagazine