Guida tecnica Criteri di installazione ed esercizio per i quadri

Medium voltage products
Guida tecnica
Criteri di installazione ed esercizio
per i quadri elettrici di media tensione
Indice
3 1. 4 2.
4 2.1 5 2.2 6 2.3 7 2.4 8 3. 10 4. 12 5.
14
6. Introduzione
La normativa di riferimento
Condizioni di servizio normali Condizioni di servizio speciali Condensa e inquinamento
Vibrazioni, scosse, oscillazioni
Le diverse condizioni ambientali e loro
impatto sulle condizioni di servizio della
cabina elettrica
Le scariche parziali
Suggerimenti per progettare in modo corretto una cabina elettrica (best practice)
Conclusioni
1
2
1. Introduzione
I quadri elettrici di media tensione hanno raggiunto oggi
livelli molto elevati di affidabilità. La Normativa stringente e
l’esperienza maturata con milioni di pannelli installati in tutto
il mondo in svariate condizioni di installazione e in ambienti
difficili hanno fatto sì che i guasti in esercizio siano eventi
percentualmente rari e spesso dovuti al non rispetto delle
prescrizioni e ad una non corretta manutenzione.
Scopo della guida è analizzare le principali problematiche
relative all’ambiente di installazione e dare delle indicazioni
all’utente finale in termini di requisiti da fornire al costruttore
e misure ed accorgimenti da adottare al fine di garantire il
funzionamento corretto delle apparecchiature nel tempo.
Fig. 1 Esempio di cabina di media tensione con quadro UniSec
3
2. La normativa di riferimento
2.1 Condizioni di servizio normali
La normativa di riferimento per i quadri di media tensione
è la Norma IEC 62271-200, High-voltage switchgear and
controlgear, Part 200: A.C. metal-enclosed switchgear and
controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and
including 52 kV. Tale Norma richiama spesso, per gli aspetti
non specifici dei quadri elettrici, la Norma generale delle
apparecchiature e quadri di media tensione ovvero la IEC
62271-1, High-voltage switchgear and controlgear Part 1:
Common specifications.
Nella IEC 62271-200, al capitolo 9.1 Informazioni da fornire
nelle richieste di offerta e negli ordini, si specifica che il
richiedente, all’atto di una richiesta di offerta o un ordine di
un’installazione di apparecchiatura con involucro metallico,
dovrebbe fornire, oltre alle caratteristiche elettriche principali
del sistema, anche le condizioni di servizio, se diverse da
quelle normali, quali:
– minima e massima temperatura ambiente;
– l’esposizione anormale a vapore;
– umidità;
– fumi;
– gas esplosivi;
– eccessiva polvere o sale;
– radiazione termica;
– il rischio di terremoti o di altre vibrazioni dovute a cause
esterne all’apparecchiatura in consegna.
In sostanza, qualsiasi condizione che devii dalle condizioni
di servizio normali o che possa influenzare il corretto
funzionamento dell’apparecchiatura.
Per la definizione di quali siano le condizioni di servizio
normali, bisogna far riferimento all’art. 2 della IEC 62271-1.
Quest’ultima, per apparecchiature di manovra per interno,
definisce i seguenti limiti:
– La temperatura dell’aria ambiente non deve superare i
40 °C e il suo valore medio, rilevato su un periodo di
24 h, non deve superare i 35 °C. Valori preferenziali della
temperatura dell’aria ambiente minima sono –5 °C, –15 °C
e –25 °C.
4
– L’effetto dell’irraggiamento solare può essere trascurato.
– L’altitudine non deve superare 1000 m.
– L’aria ambiente non deve presentare significative
contaminazioni dovute a polvere, fumo, sali, gas o vapori
corrosivi o infiammabili. In assenza di prescrizioni specifiche
da parte dell’utilizzatore, il costruttore potrà supporre che
non ve ne siano.
– Le condizioni d’umidità dovranno essere le seguenti:
- il valore medio dell’umidità relativa, rilevato su un periodo
24 h, non supera 95%;
- il valore medio della pressione di vapore d’acqua, su un
periodo di 24 h, non supera 2,2 kPa;
- il valore medio dell’umidità relativa, rilevato su un periodo
di 1 mese, non supera 90%;
- il valore medio della pressione di vapore d’acqua, rilevato
su un periodo di 1 mese, non supera 1,8 kPa.
In queste condizioni, può manifestarsi occasionalmente
condensa per effetto di brusche variazioni di temperatura
in periodi di elevata umidità. La Norma indica che per
resistere agli effetti dell’umidità e della condensa elevate
si dovrebbero utilizzare apparecchiature di manovra
progettate e testate per queste condizioni. Gli effetti, infatti
possono essere particolarmente critici quali il cedimento
dell’isolamento o la corrosione di parti metalliche. Sempre
la Norma suggerisce che la formazione di condensa
può essere prevenuta con particolari accorgimenti nella
costruzione dell’edificio o dei locali, con opportuna
ventilazione e riscaldamento degli ambienti o utilizzando
dispositivi deumidificatori.
– Le vibrazioni dovute a cause esterne all’apparecchiatura
e a sussulti del terreno sono insignificanti in rapporto alle
condizioni normali di funzionamento dell’apparecchiatura,
in sostanza, le condizioni di servizio normali richiedono che
non vi sia rischio significativo di eventi sismici. Anche in
questo caso, in assenza di prescrizioni specifiche da parte
dell’utilizzatore, il costruttore potrà supporre che non ve ne
siano.
2.2 Condizioni di servizio speciali
Sempre la norma 62271-1 definisce le condizioni di servizio
speciali dando comunque dei livelli normalizzati. In particolare,
vengono analizzate le seguenti condizioni:
– Altitudine superiore a 1000 m: il livello di tenuta
dell’isolamento nominale deve essere moltiplicato per il
fattore Ka secondo la seguente formula che non prevede
correzioni fino a 1000m:
K a = em (H – 1000)/8150
dove:
– H è l’altitudine, in metri;
– m è una costante e vale:
• m = 1 per tensione a frequenza di esercizio, a impulso
atmosferico e a impulso di manovra fase-fase;
• m = 0,9 per tensione a impulso di manovra longitudinale;
• m = 0,75 per tensione a impulso di manovra fase-terra.
Per gli apparecchi ausiliari non sono necessarie precauzioni
fino a 2000 m.
– Inquinamento: per l’installazione in un ambiente inquinato,
si dovrebbe specificare il livello di inquinamento. Per
l’installazione all’interno, si può fare riferimento alla IEC
60932, oggi sostituita dalla IEC/TS 62271-304.
– Temperatura e umidità: per l’installazione in un luogo in
cui la temperatura devii significativamente dalle condizioni
di servizio normali si possono adottare i seguenti intervalli
preferenziali:
• -50 °C e +40 °C per climi molto freddi;
• -5 °C e +55 °C per climi molto caldi.
La Norma sottolinea che in determinate regioni in presenza
di venti caldi e umidi, possono verificarsi improvvisi sbalzi di
temperatura con formazione di condensa anche all’interno.
In condizioni interne tropicali, il valore medio dell’umidità
relativa misurato durante un periodo di 24 h può arrivare al
98%.
– Vibrazioni, scosse, oscillazioni: dove esiste una qualsiasi
condizione anomala, le prescrizioni per l’applicazione
particolare dovrebbero essere specificate dall’utilizzatore.
Per le installazioni in zone sismiche, l’utilizzatore deve
specificare il livello di severità secondo la IEC/TS 62271210.
– Velocità del vento: la Norma sottolinea che in alcune regioni
possono presentarsi venti di particolare intensità, che
l’utilizzatore deve specificare. Questi requisiti si applicano in
realtà alle apparecchiature per esterno.
– Altri parametri: quando nel luogo in cui si intende installare
l’apparecchiatura di manovra e di comando predominano
condizioni ambientali speciali fare riferimento alla IEC
60721.
Tornando alla Norma IEC 62271-200, questa prescrive che
l’apparecchiatura con involucro metallico, destinata ad essere
utilizzata in condizioni di servizio più severe delle condizioni
normali di servizio, deve essere classificata secondo la IEC/TS
62271-304 con una “classe di progetto” 1 o 2 per dimostrare
l’attitudine a sopportare tali condizioni severe.
5
2. La normativa di riferimento
2.3 Condensa e inquinamento
Come visto nel capitolo precedente, per l’installazione
all’interno in un ambiente inquinato, si può fare riferimento
alla IEC 60932, oggi sostituita dalla IEC/TS 62271-304,
High-voltage switchgear and controlgear – Part 304: Design
classes for indoor enclosed switchgear and controlgear for
rated voltages above 1 kV up to and including 52 kV to be
used in severe climatic conditions.
Questa Norma deve essere utilizzata per condizioni di servizio
più severe, rispetto a quelle previste dalle Norme IEC 62271-1
e 62271-200, relativamente alla condensa e all’inquinamento;
non si applica, invece, ai fenomeni di corrosione.
La Norma definisce, relativamente alle diverse condizioni di
servizio, le seguenti categorie:
C0
Normale assenza di condensa - Ambiente con controllo della
(≤ 2 volte all’ anno)
temperatura e dell’umidità.
- Edificio o locale proteggono il
quadro dalle variazioni climatiche
esterne giornaliere.
CL
Condensa poco frequente
(≤ 2 volte al mese)
- Ambiente senza controllo della
temperatura e dell’umidità.
- Edificio o locale proteggono il
quadro dalle variazioni climatiche
esterne giornaliere, tuttavia
fenomeni di condensa non
possono essere esclusi.
CH
Condensa frequente
(> 2 volte al mese)
Inquinamento leggero
- Equivale a quanto previsto
dalla IEC 62271-1 ovvero non
significativamente inquinato da
polvere, fumi o gas corrosivi e/o
infiammabili, vapori o sale;
- Siano presenti precauzioni per
contenere l’inquinamento in
caso di inquinamento pesante.
PH
Inquinamento pesante
- Non include comunque zone
soggette a polvere conduttiva o
a fumi industriali che producano
depositi conduttivi;
- Non siano presenti precauzioni
per contenere l’inquinamento
o il quadro è in prossimità della
fonte di inquinamento.
Come esempio di ambienti inquinati la norma suggerisce le
seguenti caratteristiche:
Per ambienti con inquinamento leggero PL:
– aree senza industrie e con bassa densità di case con
impianti di riscaldamento;
– aree rurali;
– aree montane.
6
Per ambienti con inquinamento pesante PH:
– aree con industrie non particolarmente inquinanti e/o media
densità abitativa con impianti di riscaldamento;
– aree esposte al vento proveniente dal mare ma non a
ridosso della costa (almeno parecchi km);
– aree con alta densità industriale e sobborghi di grandi città
con elevata densità di impianti di riscaldamento;
– aree prossime al mare.
Sulla base della combinazione delle precedenti categorie,
la Norma definisce, per le condizioni servizio, tre gradi di
severità:
Grado 0
C OP L
Grado 1
C LP L o C OP H
Grado 2
C LP H o C HP L o C HP H
dove il Grado 0 corrisponde alle condizioni di servizio normale definite
dalla IEC 62271-1.
La norma definisce inoltre tre classi di progetto corrispondenti alle tre
classi di severità di condizioni di servizio viste sopra: la Classe 0, 1 e 2.
Classe di progetto 0
- Nessun test richiesto.
- Sufficiente la conformità alla IEC 62271-200
Classe di progetto 1
- Test richiesti
- Test di invecchiamento di livello 1 (par. 8.1)
- Ambiente senza controllo della
temperatura e dell’umidità.
- Edificio o locale proteggono in
modo minimo il quadro dalle
variazioni climatiche esterne
giornaliere, quindi i fenomeni di
condensa sono frequenti.
PL
Tutte le suddette aree dovranno essere situate almeno dai 10
ai 20 km dal mare e non esposte a venti dominanti provenienti
dal mare stesso
- Valutazione dei risultati del test positiva secondo
procedura diagnostica (par. 9)
Classe di progetto 2
- Test richiesti
- Test di invecchiamento livello 2 (par. 8.2)
- Valutazione dei risultati del test positiva secondo
procedura diagnostica (par. 9)
Per quanto riguarda i test di invecchiamento, sono così definiti dalla
Norma:
Test di invecchiamento
Livello 1
Tre test della durata di 7 giorni identici in
camera climatica
Test di invecchiamento
Livello 2
Sette test della durata di 7 giorni identici in
camera climatica
(o quattro test addizionali rispetto al livello 1)
I quadri elettrici sono infine sottoposti ad una valutazione sulla
base della seguente procedura diagnostica:
1) non si devono essere verificate scariche distruttive durante
i cicli climatici del test di invecchiamento;
2) non si devono essere verificate scariche distruttive durante
la procedura di diagnostica che prevede dei test di
isolamento in camera climatica;
3) una valutazione sulla meccanica, opzionale, può essere
effettuata sulle porte e sugli apparecchi di manovra e
protezione considerando ad esempio tempi di manovra,
coppie, velocità dei contatti, funzionamento degli
interblocchi, e deve dare risultati compatibili con le
tolleranze date dai costruttori.
2.4 Vibrazioni, scosse, oscillazioni
Come già visto, per le vibrazioni, scosse e oscillazioni
l’utilizzatore deve specificare eventuali condizioni anomale.
In particolare, per le zone sismiche, l’utilizzatore deve
specificare il livello di severità secondo la IEC/TS 62271-210,
High-Voltage Switchgear and Controlgear – Part 210: Seismic
qualification for metal enclosed and solid-insulation enclosed
switchgear and controlgear assemblies for rated voltages
above 1 kV and up to and including 52 kV.
La norma definisce due livelli di severità:
– livello 1, consigliato per picchi di accelerazioni del suolo/
pavimento fino a 0,5 g;
– livello 2, raccomandato per le accelerazioni di picco al
suolo/pavimento fino a 1,0 g.
La Norma definisce anche la forma dello spettro (o Required
Response Spectra, o RRS) che deve essere tale da simulare
varie condizioni legate all’intensità, alla profondità e alla
distanza dall’epicentro del sisma, al tipo di suolo e alla
posizione sopraelevata del quadro, posto ai piani superiori.
A seguito dell’effettuazione del test, la Norma definisce due
classi di accettazione:
– Classe 1: il quadro deve mantenere la propria funzionalità
durante e dopo il test. Successivamente potrebbe essere
necessaria della manutenzione con sostituzione di alcune
parti al fine di garantire il funzionamento nel tempo;
– Classe 2: il quadro deve mantenere la propria funzionalità
durante e dopo il test. Successivamente non deve essere
necessaria alcuna manutenzione.
La Norma definisce esattamente i criteri e i controlli da
effettuare per attribuire la classe.
Come esempio, di seguito vengono presentate le RRS
corrispondenti al livello di severità 2 indicate nella Norma.
Severity Level 2 (hor.):
40
RRS (hor.) ZPA 1g d=2% (level 2)
RRS (hor.) ZPA 1g d=5% (level 2)
RRS (hor.) ZPA 1g d=10% (level 2)
Horizonthal Acceleration [m/s2]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
100
Frequence [Hz]
Severity Level 2 (horizonthal) – Zero period acceleration (ZPA) = 1 g
7
3. Le diverse condizioni ambientali
e loro impatto sulle condizioni di
servizio della cabina elettrica
Innanzi tutto bisogna considerare che la cabina elettrica non
è un ambiente normalmente sigillato verso l’esterno, quindi le
condizioni ambientali esterne influiscono pesantemente sulle
condizioni ambientali interne.
Ad esempio, la pressione dell’aria si può considerare uguale
all’interno e all’esterno.
Ovviamente anche le condizioni dell’edificio o del locale
influiscono sulle condizioni ambientali interne e vanno, quindi
attentamente considerate.
Relativamente alla temperatura, la trasmissione del calore
verso l’interno dovuto all’irraggiamento solare, dipende dai
materiali con cui è stato costruito l’edificio ovvero dalla loro
conduttività termica.
Se i materiali garantiscono un buon isolamento termico, le
variazioni di temperatura esterne tra giorno e notte vengono
smorzate e, conseguentemente, può essere più difficile la
formazione di condensa. Tuttavia le porte sono normalmente
di materiale metallico, quindi ottimi conduttori termici; a
seconda del loro orientamento possono trasferire all’interno
discrete quantità di calore dando luogo a sbalzi termici
considerevoli.
Parte del calore è, invece, generato all’interno dalle stesse
apparecchiature elettriche; tale calore dipende dalla corrente
e, quindi, dal carico della cabina. Notevoli variazioni di carico
possono conseguentemente generare notevoli sbalzi termici.
Dato che la temperatura interna influisce sulla vita delle
apparecchiature, si tende sempre a valutare con attenzione la
ventilazione naturale o forzata dell’edificio o dell’ambiente.
Figura 2: esempio di cabina con infiltrazioni d’acqua dal soffitto
8
Per quanto riguarda l’umidità, la pioggia battente può, oltre
che aumentare l’effetto di raffreddamento per evaporazione,
causare problemi qualora la sigillatura dei cavi all’ingresso
della cabina elettrica non sia adeguata anche nei periodi di
piogge abbondanti.
Figura 3: esempio di danni esterni da dove l’umidità può infiltrarsi
Nel costruire e posizionare canaline e condotti, è necessario
considerare il livello della falda nelle diverse stagioni al fine di
effettuare la corretta sigillatura dei cavi e impedire l’ingresso
dell’acqua che, peraltro, può entrare anche dalle porte e,
addirittura, dal basamento dell’edificio stesso qualora mal
progettato o deteriorato.
Figura 4: esempio di cubicoli cavi con presenza d’acqua
L’umidità relativa, dipendendo dalla temperatura, può quindi
variare notevolmente per le cause suddette e causare
condensa sopra tutto nei punti più freddi dell’edificio.
Si ricorda, a tal proposito, il processo che porta alla condensa
del vapore acqueo contenuto nell’aria. Innanzi tutto, quando,
per un certo valore di temperatura e pressione, il contenuto
d’acqua è massimo si dice che l’aria è satura. Il rapporto tra
la quantità d’acqua presente nell’aria e la quantità contenuta
nell’aria satura a parità di condizioni viene detta umidità
relativa. Poiché quest’ultima varia, a parità di pressione, dalla
temperatura ne consegue che, al diminuire della temperatura
e a parità d’acqua contenuta nell’aria, l’umidità relativa
aumenta. A valori elevati di umidità relativa basta, quindi,
anche una piccola diminuzione di temperatura per causare
condensa. Bisogna in realtà sottolineare che la temperatura
da considerare è quella dell’aria vicina all’oggetto considerato
ma, soprattutto, che è fondamentale la temperatura
dell’oggetto stesso. Ecco perché la condensa è più frequente
nei punti o sugli oggetti più freddi della cabina, ad esempio
vicino al pavimento o sulle pareti metalliche o vicino alle zone
meno coibentate quali finestre e prese d’aria.
Fig. 5:esempio di cabina con notevole deposito di polveri e altri agenti
inquinanti
Purtroppo un’elevata umidità relativa, così come la
contemporanea presenza di agenti inquinanti quali polveri
e sali, influisce negativamente sul fenomeno delle scariche
parziali, superficiali e corona; questo fenomeno può portare
con il tempo a scariche distruttive sugli apparecchi elettrici e
sul quadro.
9
4. Le scariche parziali
La scarica parziale, per definizione, è una scarica elettrica
che interessa solo parzialmente il dielettrico esistente
tra due conduttori. Anche se mette in gioco piccole
quantità di energia, tuttavia causa un lento ma progressivo
deterioramento del materiale dielettrico e può portare con il
tempo ad una scarica distruttiva per il dispositivo o il quadro
elettrico interessato dal fenomeno.
Le scariche parziali possono essere di natura diversa: interna,
superficiale e per effetto corona.
Le scariche interne sono dovute alla presenza, all’interno
del dielettrico, di piccole cavità o vacuoli che normalmente
si formano durante i processi di produzione del prodotto.
All’interno dei vacuoli è presente aria o gas con una costante
dielettrica minore di quella del materiale isolante circostante; il
campo elettrico nei vacuoli è quindi maggiore e può superare
la rigidità dielettrica del gas interno dando luogo ad una
scarica elettrica. Le successive scariche possono avvenire per
tensioni inferiori e progressivamente deteriorare il materiale
fino alla scarica distruttiva finale.
Per quanto riguarda l’interazione con le condizioni ambientali
della cabina, le scariche superficiali sono quelle più importanti
in quanto agevolate dalle condizioni superficiali stesse per
la presenza di umidità mista ad agenti inquinanti (sali, fumi,
polveri, ecc.). Le scariche superficiali si manifestano in
presenza di una elevata componente del campo elettrico
parallela alla superficie, spesso innocua per il materiale
isolante ma tale da provocare ripetute scariche in aria in
prossimità della superficie stessa. Tale scarica porta al
degrado dello strato superficiale dell’isolante lasciando una
traccia visibile (o tracking) che progredisce con una velocità
che dipende anche dall’umidità e dall’inquinamento fino ad
arrivare alla scarica elettrica completa e distruttiva.
Il terzo caso, anch’esso importante nel nostro caso, sono
le scariche per effetto corona. Tali scariche si formano in
aria in presenza di campi elettrici elevati, in particolare in
corrispondenza di punte o spigoli acuti e nei così detti punti
tripli ovvero nei punti di giunzione tra conduttore, dielettrico e
aria e producono ozono O3.
Negli ambienti inquinati, sono presenti gas contenenti ossidi
d’azoto prodotti dalle combustioni di combustibili fossili in
presenza di aria. Alle elevate temperature raggiunte nella
combustione, parte dell’azoto e dell’ossigeno contenuti
nell’aria si combinano tra loro per formare NO, il radicale
monossido di azoto:
Figg. 6 e 7: esempio di scarica superficiale e di scarica distruttiva
Tanto maggiore è la temperatura della fiamma, tanto maggiore
è la quantità di NO prodotta. Rapidamente il monossido di
azoto viene ossidato dall’ossigeno a biossido di azoto NO2.
Entrambi NO e NO2 vengono chiamati ossidi d’azoto NOx.
Ora, in presenza di umidità, l’ozono si combina con l’acqua
formando il radicale ossidrile OH:
O 3 → O 2 + O*
O* + H2O → 2OH
Per arrivare, infine, alla formazione di acido nitrico:
OH + NO2 → HNO3
N 2 + O2 → 2 NO
10
L’acido nitrico aggredisce i materiali metallici circostanti
corrodendoli e formando depositi conduttivi che facilitano
la scarica superficiale. L’ozono stesso, inoltre, provoca il
degrado progressivo degli isolanti polimerici fino ad arrivare
per tracciamento alla scarica completa. Anche in questo
caso, quindi, il fenomeno è agevolato dalla presenza di
umidità e di agenti inquinanti.
Gli isolanti polimerici, ed in particolare le gomme insature,
sono particolarmente esposti all’azione degradante dell’ozono
che è in grado di innescare reazioni che portano alla rottura
delle catene polimeriche. La suscettibilità agli attacchi cresce
con l’aumentare nella struttura chimica del numero dei doppi
legami carbonio-carbonio poiché essi sono la sede delle
reazioni con l’O3.
O
O
R 1 R 3
R1 R3
O
Si possono produrre due effetti: rottura della catena di atomi
di carbonio o collegamento trasversale tra catene di atomi di
carbonio. Nel primo caso, spezzandosi le lunghe sequenze di
carbonio, il materiale diventa più fluido e perde resistenza alla
tensione. Nel secondo caso si ha la formazione di legami tra
catene parallele e ciò porta ad una minor elasticità e ad una
maggior fragilità. Entrambi gli effetti danno luogo al fenomeno
genericamente denominato invecchiamento.
La presenza di umidità e di agenti inquinanti è in ogni
caso rilevante nell’accentuazione dei fenomeni sopracitati
e, conseguentemente, dei loro effetti negativi sulle
apparecchiature. Nel grafico seguente, tratto da un test
effettuato su un’apparecchiatura rientrata da un’installazione,
è evidente la correlazione tra umidità relativa e livello di
scariche parziali (fonte EA Technology).
3
C = C C C
R2 R4 R2
O R4
%RH, Temperature
100
10
90
9
80
8
70
7
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
10
1
0
0
Level of Ultrasonic Activity
29/03/200503/04/200508/04/200513/04/200518/04/200523/04/200528/04/200503/05/200508/05/200513/05/2005
00:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:00
Date
°C
%RH
Ultrasonic
11
5. Suggerimenti per progettare in modo corretto una cabina elettrica
(best practice)
Con riferimento alla Norma IEC 61936, Power installations
exceeding 1 kV a.c. – Part 1: Common rules, tutto il capitolo
7.5 è dedicato ai requisiti per gli edifici adibiti a cabine
elettriche.
La Norma sottolinea che le aree contenenti apparecchiature
elettriche devono impedire l’ingresso dell’acqua e rendere
minimo il rischio di condensa. I materiali utilizzati per i muri,
i soffitti e i pavimenti non devono consentire né venire
danneggiati da infiltrazioni d’acqua. In particolare i materiali
che costituiscono il rivestimento esterno dell’edificio dovranno
essere in grado di sopportare agenti atmosferici quali pioggia,
sole, venti contenenti sostanze aggressive, ecc.
La Norma specifica che le condizioni climatiche all’interno
dell’edificio devono essere definite e certe tramite
raffreddamento, riscaldamento, deumidificazione, ventilazione
(così detti sistemi HVAC) o adeguata progettazione
dell’edificio stesso. In generale è preferibile l’utilizzo di
ventilazione naturale; in caso di ventilazione forzata è
raccomandato il monitoraggio del sistema. In ogni caso, le
aperture di ventilazione è consigliabile non siano poste di
fronte o nelle vicinanze dei quadri di MT e devono prevenire
l’ingresso di corpi estranei o parassiti.
Fig. 8: esempio di aperture di ventilazione con grata
12
Va posta attenzione, nella scelta dei sistemi HVAC, di
non introdurre nella cabina elettrica impurità o sostanze
chimicamente aggressive tali che potrebbero compromettere
il buon funzionamento dell’apparecchiatura. Qualora ve ne
fosse la necessità bisognerà, quindi, adottare opportuni filtri o
scambiatori di calore.
I muri della cabina, qualora priva del trasformatore MT/BT,
dovranno avere una conducibilità termica da 0,3 a 3 W·K-1·m-1
tale da isolare termicamente la cabina. Dato che le porte di
accesso sono uno dei punti di maggior scambio termico con
l’esterno, si dovrà porre attenzione all’orientamento e alla
scelta del materiale e della finitura.
Come prima cosa, la cabina elettrica deve essere stagna
all’ingresso dell’acqua con particolare attenzione al pavimento
e al tetto.
Ciò implica non solo una costruzione secondo criteri moderni
di tenuta all’acqua, ma anche di verificare, prima della
costruzione, il livello della falda nei vari periodi dell’anno e il
comportamento del terreno e del territorio quando soggetti
ad abbondanti piogge. In generale, possiamo dire che una
corretta valutazione delle condizioni ambientali deve basarsi
su una serie di dati storici secondo la più opportuna base
temporale in relazione alla grandezza in esame (giornaliera,
mensile, stagionale, …). Infatti, il sopraluogo prima
dell’installazione, andando ad esaminare una situazione
specifica, potrebbe non essere esaustivo nella determinazione
della compatibilità ambiente–prodotto. A seguito di questa
analisi, la cabina elettrica dovrà essere, se necessario,
opportunamente sopra elevata. Qualora fosse posta a
livello del terreno, dovranno essere previste opportune
canalizzazioni di drenaggio dell’acqua piovana per evitare che
questa penetri all’interno della cabina elettrica. Particolare
attenzione andrà, quindi, posta ai vani delle porte di accesso
per evitare gocciolamenti sulla porta e accumuli d’acqua sulla
soglia.
Gli ingressi dei cavi dovranno essere sigillati per impedire
infiltrazioni d’acqua, d’aria inquinata o parassiti. I cunicoli
cavi dovranno essere coperti per evitare che umidità e aria
inquinata possano penetrare nell’ambiente interno. Se si
prevede che ci possa essere un accumulo d’acqua all’interno
del cunicolo cavi, è bene prevedere un pozzetto di accumulo
dell’acqua con una pompa di estrazione attivata dal livello
dell’acqua. Particolare attenzione va posta nel caso in cui
la cabina abbia il pavimento sopraelevato rispetto al solaio,
quindi con ampio spazio dedicato ai cavi di potenza e
ausiliari, dove l’aria esterna può insinuarsi. Se il pavimento
non è opportunamente sigillato, è facile avere condensa nella
parti inferiori delle apparecchiature di MT.
Fig. 10: esempio di cabina di MT con quadro UniGear
Fig. 9: ingresso cavi sigillato
I punti d’ingresso per polvere, fumi o gas corrosivi e/o
infiammabili, vapori o sale sono la struttura stessa della
cabina se deteriorata e le porte di accesso. Rendere
impermeabile il rivestimento esterno agli agenti inquinanti è
sicuramente il punto di partenza. Le porte andranno dotate di
sistemi di richiusura per evitare che rimangano aperte dopo
l’ingresso del personale. Un’ulteriore barriera può essere
costituita da un’anticamera subito dopo la porta di accesso
alla cabina elettrica.
Tenere l’ambiente interno in leggera sovrappressione rispetto
all’ambiente esterno grazie all’azione del sistema HVAC può
rendere più difficile l’ingresso degli agenti inquinanti all’interno
della cabina.
E’ importante anche utilizzare opportuni filtri sulle prese di
aspirazione.
I pavimenti dovrebbero comunque essere trattati in modo da
minimizzare il depositi di polvere e facilitarne la pulizia.
Più specificamente per il quadro elettrico, qualora sia
inevitabile un’elevata umidità relativa per lunghi periodi è
bene inserire nelle Product Technical Requirement opportuni
riscaldatori anti-condensa nei compartimenti cavi e
interruttore delle varie unità funzionali del quadro.
L’edificio dovrebbe essere dotato di igrostati e termostati per
far scattare un allarme in caso di condizioni climatiche critiche
o meglio ancora di registratori di temperatura e umidità per
verificare l’andamento di questi due parametri in vari punti
dell’edificio, durante il giorno e nelle varie stagioni.
Figg. 11 e 12: esempio di porta d’accesso e controllo della guarnizione
La periodica manutenzione dello stato dell’edificio e dei punti
critici evidenziati è comunque necessario per mantenere
il controllo dell’ambiente interno alla cabina elettrica, ad
esempio, verifica dello stato dell’edificio (soprattutto tetto
e muri esterni), pulizia delle canaline di scolo dell’acqua
piovana, stato delle griglie di ventilazione e delle sigillature
dei cavi, stato delle guarnizioni di porte e finestre, stato della
pulizia e presenza di corpi estranei, ecc.
Poiché il piano di manutenzione delle apparecchiature
presente nelle Istruzioni per l’installazione, l’esercizio e la
manutenzione si riferisce a condizioni ambientali normali, in
condizioni speciali il piano di manutenzione va ritarato nella
periodicità e nella tipologia dei controlli e degli interventi
secondo quanto concordato con il costruttore.
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6. Conclusioni
Come abbiamo visto la normativa si limita a definire i limiti per
le condizioni di servizio ma non suggerisce delle contromisure
per limitare gli effetti negativi sulle apparecchiature elettriche
in funzione delle diverse cause e della loro intensità. Il primo
passo, comunque, è prendere atto delle condizioni di servizio
e, nel caso siano più severe del normale, comunicarle ai
costruttori per definire i limiti e, se possibile, le eventuali
soluzioni.
Ulteriori provvedimenti, che possono essere applicati
all’edificio della cabina elettrica, derivano dall’esperienza e da
buone pratiche costruttive.
Di seguito riassumiamo quanto descritto, in modo propositivo
ma non esaustivo, nei paragrafi precedenti; i provvedimenti
indicati non rappresentano una specifica costruttiva ma sono
semplicemente una guida tecnica a supporto degli specialisti
che dovranno scegliere e dimensionare le migliori soluzioni in
base alle specifiche situazioni.
Condizioni di servizio
Causa
Possibili provvedimenti
Normale (par 2.1)
- Nessuna causa particolare
- Nessun provvedimento particolare
Grado severità 0
Speciale (par 2.2)
- Ventilazione naturale
- Temperatura e umidità
Grado severità 1 e 2
- Materiali esterni dell’edificio a prova d’acqua e di agenti inquinanti;
- Soffitto e pareti coibentati (conducibilità termica da 0,3 a 3 W•K-1•m-1)
- Sistema HVAC per raffreddamento, riscaldamento, deumidificazione, ventilazione
- Porte isolate termicamente, colore chiaro e orientate correttamente;
- Evitare accumuli d’acqua sulla soglia
- Corretto posizionamento in altezza della cabina in funzione del livello della falda, delle
precipitazioni e delle caratteristiche del terreno
- Canalizzazioni esterne di drenaggio
- Solaio e pavimento sopraelevato stagni
- Ingressi cavi sigillati
- Pozzetto di raccolta d’acqua e pompa d’evacuazione automatica nel cunicolo cavi
- Riscaldatore anticondensa almeno negli scomparti cavi
- Installazione di igrostati e termostati nell’edificio e controllo dell’andamento nel tempo
- Manutenzione periodica delle apparecchiature e dell’edificio internamente ed
esternamente
- Agenti inquinanti (polveri, sali,
vapori, fumi, ecc.)
- Mantenere l’ambiente interno in sovrappressione tramite il sistema HVAC con filtri sulle
prese di aspirazione
- Ingressi cavi sigillati
- Porte con richiusura automatica
- Anticamera tra porta d’accesso e locali interni
- Pavimenti trattati per facilitare la pulizia
- Manutenzione periodica delle apparecchiature e dell’edificio internamente ed
esternamente
- Vibrazioni, scosse, oscillazioni
- Edificio antisismico
- Quadro ed apparecchiature antisismiche
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