Dossier tecnico n° 7

Dossier tecnico n° 7
Involucri e gradi di protezione
Involucri e gradi
di protezione
Dossier tecnico n° 7
Redatto a cura del
Attività Bassa Tensione
La protezione delle persone contro i contatti diretti è imposta dalla legge
(in Italia il Decreto n° 547 del Presidente della Repubblica del 27 aprile 1955),
e prescritto dalle norme per gli impianti elettrici (in Italia le norme dei comitati
tecnici 11 e 64 del CEI). Inoltre la protezione dei materiali contro alcune delle
influenze esterne è spesso richiesta dalle norme che riguardano i prodotti.
Da queste considerazioni si deduce che esprimere quale sia il grado di
protezione offerto dagli involucri e come le norme ne definiscono una codifica
è una informazione indispensabile per tutti, dai progettisti agli installatori,
dagli utilizzatori agli organismi di controllo.
Questo è lo scopo del presente Dossier.
Indice
1. Introduzione
2
2. Generalità
Definizioni
Utilizzazione di una codificazione
3
3
4
3. Il codice IP
Generalità
Prima cifra
Seconda cifra
Lettera addizionale
Lettera supplementare
5
5
5
6
7
7
4. Criteri per la concezione
dei prodotti elettrici
8
5. Conclusioni
8
Questa pubblicazione fa parte della collana "Dossier tecnici" coordinata
dai Servizi Tecnici Centrali di Mrlin Gerin.
I Dossier Tecnici rappresentano un agile strumento di lavoro frutto del patrimonio
di esperienze e competenze aziendali.
La collezione ha lo scopo di fornire informazioni più approfondite ed essere un
valido strumento di riferimento nei campi specifici delle apparecchiature
elettromeccaniche, dell'elettronica industriale, del trasporto e della distribuzione
dell'energia elettrica.
1
Involucri e gradi di protezione
1. Introduzione
Affinché un prodotto soddisfi nel tempo
le esigenze funzionali che gli sono
assegnate è bene che sia protetto
contro le influenze esterne in grado
di deteriorarlo; inoltre l’inserimento
del componente nell’ambiente non
deve essere motivo di pericolo né per
le persone né per le cose.
Per soddisfare quest’ultima esigenza
si possono applicare diversi metodi,
usati insieme o separatamente, che
si riconducono a uno dei seguenti:
■ la messa fuori portata per
allontanamento, in altezza od
orizzontalmente, ad esempio per
mezzo di un ostacolo,
■ il rivestimento totale per mezzo
di un solido non conduttore, utilizzato
in particolare per i cavi ma di difficile
applicazione quando ci sono parti
in movimento,
■ la sistemazione in involucro, che è
oggetto di questo dossier.
2
Quest’ultimo metodo presenta
il vantaggio di soddisfare con più facilità
anche l’altra esigenza, la protezione
dei materiali contro le influenze esterne
come ad esempio:
■ la penetrazione dei corpi estranei che
potrebbero perturbare il funzionamento
meccanico o elettrico.
Tra questi si trovano la sabbia e
la polvere così come i piccoli animali e
gli insetti che volando o arrampicandosi
potrebbero penetrarvi,
■ acqua o altri liquidi che potrebbero
modificare lo stato degli isolanti
provocandone il danneggiamento,
■ impatti meccanici che potrebbero
deformare o incrinare le parti fragili.
■ gas corrosivi presenti nell’ambiente,
■ campi elettromagnetici irradiati,
■ radiazioni diverse, tra cui la luce.
L’involucro, costituendo un supporto,
permette anche di realizzare insiemi di
apparecchi complementari e coordinati.
Questo è quindi il metodo di protezione
più diffuso.
Viene utilizzato per i componenti
elettronici così come per quelli
informatici, per gli elettrodomestici,
per apparecchiature ad alta o bassa
tensione, per le macchine rotanti.
L’involucro può essere parte integrante
di un prodotto o essere costruito
separatamente e venduto vuoto ad un
quadrista.
Può essere costituito di materiali
differenti: metallici o sintetici, isolanti o
conduttori.
Per facilitare le relazioni tra costruttori,
utilizzatori e legislatori, le norme
definiscono la terminologia,
le caratteristiche e i metodi di verifica
di un prodotto o di un impianto.
Per la protezione assicurata dagli
involucri è disponibile la pubblicazione
IEC 529 (CEI EN 60529).
Si deve tenere ben presente che
questa norma definisce la protezione
che gli involucri possono assicurare e
non la loro resistenza agli urti, che è
oggetto di normative di prodotto.
Queste norme sono dette "orizzontali" e
non si possono applicare se non
associate alla norma di prodotto
considerata o alla specifica particolare
a cui si riferisce.
Per estensione i gradi di protezione
sono utilizzati anche per caratterizzare
le barriere.
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
2. Generalità
Definizioni
Per comprendere a pieno la portata
reale delle norme è indispensabile fare
riferimento alle definizioni del
vocabolario utilizzato, definizioni che
hanno una propria normalizzazione.
Di seguito si trovano alcuni termini
utilizzati quando si parla di protezione
del componente elettrico per mezzo
di involucri. In considerazione dei
numerosi scambi internazionali si è
riportato anche il riferimento alla
terminologia inglese.
Il riferimento che segue ciascun
termine serve per identificarlo
nel Vocabolario Elettrotecnico
Internazionale (IEV).
involucro (enclosure) IEV 826-03-12
"Elemento in grado di fornire
all’apparecchiatura la protezione contro
alcune influenze esterne e contro
il contatto diretto in ogni direzione".
La CEI EN 60529 aggiunge le seguenti
note:
1) Gli involucri assicurano a persone e
ad animali la protezione contro
l’accesso a parti pericolose.
2) Le barriere, le aperture o qualsiasi
altro mezzo, sia fissato all’involucro sia
facente parte del materiale contenuto,
atti a impedire o limitare la
penetrazione dei dispositivi di prova
specificati, sono considerati facenti
parte dell’involucro purché la rimozione
di tali mezzi sia possibile con l’uso
di una chiave o attrezzo".
Le figure 1 e 2 illustrano queste
definizioni.
In questo modo gli involucri realizzano
la protezione contro i contatti diretti.
Il loro utilizzo può anche contribuire
alla protezione contro i contatti indiretti
se viene assicurata la continuità
metallica delle masse.
■
grado di protezione (degree of
protection)
"Livello di protezione di un involucro
contro l’accesso a parti pericolose e
contro la penetrazione di corpi estranei
solidi e/o contro l’ingresso di acqua e
verifica mediante metodi di prova
normalizzati".
■
parte pericolosa (hazardous part)
"Una parte alla quale è pericoloso
avvicinarsi o che è pericolosa da
toccare".
Non ha importanza di quale pericolo
si tratti: elettrico (alta e bassa
tensione), meccanico, termico o altro.
■
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
■ distanza adeguata (adequate
distance)
"Distanza che impedisce
l’avvicinamento del calibro
di accessibilità alle parti pericolose".
Questa distanza varia in funzione
della tensione alla quale si trovano
le parti interne all’involucro.
■ calibro di accessibilità (access probe)
"Dispositivo di prova che simula
in modo convenzionale una parte
della persona o un attrezzo o un
oggetto equivalente impugnato
da una persona per verificare
l’adeguata distanza in aria dalle parti
pericolose".
È bene notare il carattere
convenzionale della rappresentazione
delle parti del corpo.
Il "dito di prova articolato" non pretende
di rappresentare né le falangi più
lunghe, né le più strette; è solamente
il nome di un calibro di prova che
rappresenta un dito di dimensioni
normali.
Se si ha bisogno di una protezione
maggiore, conviene utilizzare il grado
superiore.
Questo tipo di calibro è utilizzato per
verificare la protezione delle persone.
Il criterio secondo il quale un dato
calibro soddisfi ad una prova è che,
anche se esso penetra parzialmente,
rimanga ad una distanza adeguata.
■ calibro-oggetto (object probe)
"Dispositivo di prova che simula un
corpo solido estraneo per verificare la
possibilità di penetrazione
nell’involucro".
La prova è soddisfacente se un dato
calibro non penetra completamente
nell’involucro.
apparecchiatura di comando e
di manovra (switchgear and
controlgear) IEV 441-11-01
"Termine generale applicabile ai
dispositivi di manovra e alla loro
combinazione con dispositivi associati
di comando, misura, protezione e
regolazione, oltre che alle combinazioni
di tali apparecchi con le
interconnessioni, accessori, involucri e
strutture di supporto associati".
■
,,,,,,
,
,,,,,
,
ø1
2
2
fig. 1: una maschera fissata davanti ad una
apertura impedisce il passaggio del filo o
“calibro di prova” di diametro 1 mm, da cui un
grado di protezione IP 3XD (secondo la norma
CEI EN 60529).
,
,,,,,
ø 2,5
< 12,5
,,
,,,,
ø1
fig. 2: un pannello fisso, all’interno di un
involucro, impedisce il passaggio dei “calibri di
prova” di diametro 2,5 e 1 mm, da cui un grado
di protezione IP 2XD
(secondo la norma CEI EN 60529).
■ complesso in involucro (enclosed
assembly) IEV 441-12-02
"Complesso che comprende una parete
su tutte le sue facce laterali, superiore
e inferiore, in modo da assicurare un
grado di protezione specificato".
3
Involucri e gradi di protezione
Utilizzazione di una
codificazione
Codificare non significa soltanto "riunire
disposizioni di legge in un codice",
ma anche "rendere razionale, costituire
un sistema organizzato".
Le due accezioni del termine sono
valevoli in questo caso.
La codificazione permette di
rappresentare mediante un simbolo alfa
numerico le caratteristiche, facendo
riferimento alla loro definizione e
alla loro verifica.
4
La codificazione può essere utilizzata
per diversi obiettivi:
■ per specificare il livello delle
esigenze.
È il caso delle regolamentazioni per
la protezione degli utenti o dei
lavoratori.
È anche il caso di certe norme di
impianti per determinati ambienti;
può anche essere il caso di specifiche
particolari di un utilizzatore.
■ da parte di un costruttore per
descrivere le caratteristiche dei suoi
prodotti.
Alcune norme di prodotto danno
la possibilità di scegliere il grado
di protezione da utilizzare in funzione
di ciò che si deve realizzare.
Per quanto riguarda la protezione
assicurata dagli involucri delle
apparecchiature elettriche, la normativa
internazionale definisce attualmente
il codice IP.
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
3. Il codice IP
Generalità
Prima cifra
Il codice IP è descritto dalla
pubblicazione 529 della Commissione
Elettrotecnica Internazionale
(in Italia CEI EN 60529).
IP significa "International Protection".
Questo codice permette di descrivere
il grado di protezione fornito dagli
involucri contro l’accesso a parti
pericolose, la penetrazione di corpi
solidi estranei e contro gli effetti
dannosi dell’acqua per mezzo di cifre e
lettere descritte in seguito.
A seguito delle decisioni prese per le
edizioni precedenti della norma, troppo
pesanti da ridiscutere, la prima cifra
caratteristica indica simultaneamente:
■ la protezione delle persone contro
l’accesso a parti pericolose e
■ la protezione dei materiali contro
la penetrazione dei corpi estranei
Per verificare la conformità a una prima
cifra, si devono quindi utilizzare due
calibri (un calibro di accessibilità e un
calibro-oggetto) applicando le forze
specificate dalle norme o con uno
stesso calibro ma utilizzando due criteri
di interpretazione per valutare l’esito
della prova.
Questo codice normalizzato è destinato
ad essere utilizzato nelle norme
di prodotto.
Può anche essere utilizzato per
caratterizzare un involucro vuoto,
ma possono nascere delle difficoltà
di interpretazione:
■ dove devono essere poste le parti
pericolose per essere "a una distanza
adeguata"?
■ dove possono depositarsi l’acqua o
la polvere senza nuocere al buon
funzionamento dell’apparecchiatura?
Nella pratica i gradi di protezione
saranno richiesti solo quando
l’involucro sarà in servizio con
componenti al suo interno.
Il costruttore dell’apparecchiatura finale
ha dunque la responsabilità della
conformità alla norma del prodotto
finito. Ma il costruttore dell’involucro
deve indicare nella sua
documentazione dove devono essere
montati i componenti all’interno
affinché il grado di protezione
dichiarato sia mantenuto.
Infine, l’installatore che effettua il
collegamento del sistema (passaggio
dei cavi), lo fissa e in certi casi ne
adatta gli ausiliari (pulsanti, apparecchi
di misura,.....) deve fare attenzione a
mantenere il grado di protezione
specificato.
Le lettere IP del codice sono seguite da
due cifre indipendenti e talvolta da
lettere.
Nel caso in cui il grado di protezione
corrispondente a una delle cifre non sia
precisato (perché non sia necessario o
perché non sia conosciuto) viene
sostituito con una X.
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
I diversi gradi corrispondono alle
seguenti protezioni:
IP 0X: nessuna protezione.
IP 1X: si tratta di una rete o di un
involucro in cui l’apertura più grossa
non permette il passaggio di una sfera
di diametro 50 mm che rimane ad una
distanza adeguata dalle parti
pericolose.
Questo corrisponde
approssimativamente alla protezione
contro il passaggio della mano.
IP 2X: la rete di protezione ha le maglie
più strette e il diametro del calibrooggetto è di 12,5 mm.
Inoltre, il "dito di prova articolato" deve
restare a distanza adeguata dalle parti
pericolose (rif. fig. 3).
IP 3X: l’involucro non deve lasciar
penetrare i corpi estranei di diametro
superiore a 2,5 mm.
La prova è effettuata con un asta
d’acciaio con la punta senza sbavature
perché sarebbe difficile l’utilizzo di una
sfera di 2,5 mm.
IP4X: come il grado precedente
sostituendo 2,5 mm con 1 mm.
IP 5X e IP 6X: questi due gradi
corrispondono alla protezione contro
la penetrazione della polvere.
L’IP 5X permette la penetrazione della
polvere in quantità tale da non nuocere
al buon funzionamento
dell’apparecchiatura o da non
comprometterne la sicurezza.
L’IP 6X non ammette alcuna
penetrazione della polvere.
La verifica è effettuata in una cabina
di prova all’interno della quale viene
mantenuto del talco in sospensione
mediante una corrente d’aria. Inoltre,
all’interno dell’involucro viene creata
una depressione a meno che la norma
di prodotto particolare non specifichi
che questo sia di categoria 2, cioè che
il funzionamento normale del
complesso in involucro non possa
creare delle depressioni interne
sensibili. Anche se le prove sono
effettuate con del talco, si
considereranno in questo modo anche
gli effetti che possono creare tutti gli
altri tipi di polvere.
L’indicazione data dalla prima cifra
implica la conformità dei prodotti a tutti
i gradi inferiori.
,,
,,,, ,,,,,
ø 12
sfera 12,5
fig. 3: la sfera non entra, ma la punta del dito tocca la parte in tensione, per cui l’IP 2X non è
soddisfatto (secondo la norma CEI EN 60529)
5
Involucri e gradi di protezione
Seconda cifra
La seconda cifra caratteristica del
codice IP indica il grado di protezione
contro gli effetti dannosi della
penetrazione dell’acqua.
È precisato che le prove (rif. fig. 4)
sono effettuate con acqua dolce senza
agenti tensioattivi.
L’interpretazione delle prove per queste
cifre può essere delicata in quanto è
accettato che l’acqua penetri
nell’involucro se non provoca effetti
dannosi.
I diversi gradi definiti dalla seconda
cifra corrispondono alle seguenti
situazioni:
IP X0: nessuna protezione.
IP X1: questo primo grado corrisponde
alla protezione contro la caduta
verticale di acqua alla quale possono
essere sottoposti i prodotti da interno a
seguito di perdite o di gocce di
condensa sul soffitto del locale o sulle
tubature che passano al di sopra
dell’involucro.
IP X2: anche questo grado corrisponde
alla caduta di acqua, ma con una
portata maggiore e inclinazione fino a
15° rispetto alla verticale. È il caso ad
esempio, del materiale installato sulle
navi.
IP X3: questo grado corrisponde alla
tenuta contro la pioggia.
L’angolazione massima d’annaffiatura è
di 60° rispetto alla verticale.
La base dell’involucro può essere
aperta.
La prova può essere fatta con un tubo
oscillante provvisto di ugelli (ripartiti
lungo un arco di 60° da entrambe le
parti della verticale) o con un ugello
d’annaffiamento in cui uno schermo a
contrappeso limita l’angolo di incidenza
dei getti. In entrambi i casi è precisata
la portata dell’acqua.
IP X4: per questo grado di protezione,
la portata di ogni ugello è la stessa del
grado precedente, ma questi sono
disposti su tutti i 180°; inoltre l’arco
oscilla di +180° in modo che la
protezione dall’acqua sia garantita
verso tutte le direzioni.
È la prova di tenuta alla pioggia
battente e agli spruzzi.
IP X5 e IP X6: questi sono i gradi di
tenuta a getti d’acqua, ondate del mare
ecc.
Le condizioni di prova sono più severe
per il grado 6 che per il grado 5 in
quanto nel primo caso il diametro
dell’ugello e la portata dell’acqua sono
maggiori.
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,,,
,,,
,,,
,,,
IP X1: protetto contro la caduta verticale
di gocce d’acqua
IP X2: protetto contro la caduta verticale
di gocce d’acqua con un’inclinazione
dell’involucro fino a 15°
IP X3: protetto contro la pioggia
IP X4: protetto contro gli spruzzi d’acqua
IP X5 : protetto contro i getti d’acqua
IP X6 : protetto contro potenti getti d’acqua
quali le onde del mare e proiezioni simili
,,,
,,,
,,,
IP X7 : protetto contro gli effetti
dell’immersione temporanea
IP X8 : protetto contro gli effetti
dell’immersione continua
(condizioni di prova concordata tra
il costruttore e l’utente).
fig. 4 : i differenti metodi di prova previsti dalla norma per attribuire la seconda cifra del codice IP.
IP X7 e IP X8: non corrispondono
più a proiezione di acqua,
ma all’immersione temporanea o
continua.
Inoltre, gli involucri che soddisfano
questi gradi devono essere designati
con una doppia marcatura se
soddisfano ugualmente a un grado
inferiore, ad esempio IP X5 / X7 (un
secchio rovesciato immerso nell’acqua
ha un IP X8 ma non ha l’IP X4).
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
Lettera addizionale
Lettera supplementare
In certi casi la protezione assicurata
da un involucro contro l’accesso a parti
pericolose è migliore di quello indicato
nella prima cifra (che indica anche
la protezione contro la penetrazione
dei corpi estranei).
È ad esempio il caso in cui una
apertura dell’involucro è mascherata
da un ostacolo o da un ripiegamento
della lamiera.
Si può allora caratterizzare questa
protezione con una lettera addizionale
aggiunta dopo le due cifre.
Questo permette di avere delle
aperture che servono per la
dissipazione termica salvaguardando
del tutto il grado di protezione delle
persone richiesto.
Il codice IP comprende anche alcune
lettere supplementari, messe di seguito
agli altri caratteri, che aggiungono una
informazione particolare.
La lettera W indica una protezione
contro le intemperie verificata mediante
metodi diversi da quelli utilizzati per
la seconda cifra caratteristica, difficili
da applicare a materiali di grandi
dimensioni.
Ad esempio, l’attrezzatura necessaria
ad eseguire le prove dielettriche sotto
la pioggia è utilizzata per verificare
la protezione contro le intemperie
dell'apparecchiatura ad alta tensione
in involucro metallico.
Le lettere M e S sono utilizzate ad
esempio per le macchine rotanti per
indicare che sono state provate con
il rotore in Movimento o Senza
movimento.
Ha uno dei seguenti significati:
IP XXA: lascia penetrare i corpi
estranei di diametro superiore a
50 mm, ma il calibro di prova resta
ad una distanza adeguata dalle parti
pericolose.
IP XXB: significa che i corpi estranei di
diametro superiore a 12,5 mm possono
penetrare nell’involucro, ma che il dito
di prova non penetra più di 80 mm,
quindi non oltre la sua superficie di
arresto di 50 x 20 mm restando a una
distanza adeguata delle parti pericolose
(rif. fig. 5).
IP XXC: lascia penetrare i corpi
estranei di diametro superiore a
2,5 mm, ma un asta d’acciaio dello
stesso diametro e 100 mm di
lunghezza resta ad una distanza
adeguata dalle parti pericolose.
IP XXD: situazione identica a quella
del grado precedente, ma con un filo
di diametro di 1 mm.
La lettera addizionale è utilizzata anche
quando è richiesta la sola protezione
delle persone.
MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
,,,,,,
sfera 12,5
,,,,,
15
fig. 5: la sfera entra ma il dito di prova resta a
distanza dalle parti in tensione, da cui IP 1XB
(secondo la norma CEI EN 60529)
7
Involucri e gradi di protezione
4. Criteri per la concezione dei prodotti elettrici
Queste nozioni di protezione hanno
una grande influenza sulla concezione
dei diversi prodotti, poiché la protezione
deve essere assicurata non solo
dall’involucro esterno, ma anche dagli
involucri o parti di involucro interni
(barriere, ostacoli, ecc...).
Il grado di protezione delle persone
deve quindi essere definito allo stesso
modo per le parti interne che possono,
in occasione di manovre, essere
all’origine di un contatto diretto come
ad esempio nel caso dell’estraibilità
di un interruttore. Inoltre, anche se un
involucro assicura il grado di protezione
richiesto, è necessario fare in modo
che questo non possa essere asportato
parzialmente o totalmente.
La questione non si pone per macchine
come motori, trasformatori, ecc.., ma è
di importanza primaria per i quadri nei
quali alcuni scomparti devono essere
accessibili durante il normale esercizio.
In questi casi si considerano due tipi
di scomparti:
■ quelli all’interno dei quali non
si accede se non eccezionalmente
(giri-sbarre) che saranno dotati almeno
di coperture bullonate.
Non essendo la manovra di apertura
agevole, si suppone che questa sarà
accompagnata da istruzioni dettate
da procedure di sicurezza
quelli che possono essere aperti
durante le normali manovre
di esercizio.
Questi sono chiusi generalmente
da porte che devono allora essere
lucchettate o bloccate da un sistema
di asservimento che completa la
protezione assicurata dall’involucro.
Non deve mai succedere che,
a seguito di tutte queste operazioni
di manutenzione ed esercizio,
la continuità elettrica dell’involucro
metallico possa venire a mancare
qualunque sia la posizione
del prodotto.
■
5. Conclusioni
Per essere adatti allo scopo,
tutti i prodotti elettrici devono essere
conformi alle relative norme.
Ma queste utilizzano le norme
orizzontali, in particolare quelle che
trattano dei gradi di protezione.
Sia il costruttore che l’utilizzatore
dovranno quindi accompagnare la
lettura di questo Dossier Tecnico con
quello delle norme di prodotto
corrispondenti.
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MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n° 7
Schneider Electric S.p.A.
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In ragione dell’evoluzione delle Norme e dei materiali, le
caratteristiche riportate nei testi e nelle illustrazioni del presente
documento si potranno ritenere impegnative solo dopo
conferma da parte di Schneider Electric.