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)
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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.
