A34. Prove sui quadri elettrici. 1. Premesse. 2. Quadri AS e ANS

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1 A34 Prove sui quadri elettrici 1. Premesse Nel testo apparecchiatura è sinonimo di quadro. Si definisce quadro elettrico la combinazione, in un unico complesso, di apparecchiature elettriche destinate a svolgere, in un impianto elettrico, funzioni di protezione e di manovra, con gli eventuali relativi dispositivi di comando, misura, segnalazione. Le Norme di riferimento per quadri di bassa tensione (1000 V AC e 1500 V DC), sono: CEI 17-13/1 (EN ) Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per BT. Parte 1: apparecchiature soggette a prove di tipo (AS) e apparecchiature parzialmente soggette a prove di tipo (ANS). CEI Metodo per la determinazione delle sovratemperature, mediante estrapolazione, per le apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione (quadri BT) non di serie (ANS). CEI (EN 50298) Involucri vuoti per apparecchiature assiemate di protezione e manovra per BT (verifiche non trattate nel presente manuale). 2. Quadri AS e ANS ❿ Scopo delle prove di tipo è la verifica della conformità di un dato tipo di quadro alle prescrizioni della Norma relativa (CEI 17-13/1) e vanno effettuate su un esemplare di quadro o su parti del quadro che siano costruite secondo lo stesso progetto o progetti simili. I quadri costruiti in serie (AS) disponibili sul mercato sono realizzati da ditte specializzate, completi di carpenteria e apparecchi già montati oppure da assiemare, a cura dell installatore, rispondenti alla normativa seguendo le istruzioni del costruttore. Per questi quadri il costruttore stesso ha eseguito una serie di prove di tipo su prototipi (supponendo che possano essere estese a tutta la produzione). I quadri costruiti non in serie (ANS) sono invece quelli ai quali sono state apportate una o più modifiche significative alla struttura di base (AS). In questo caso occorre eseguire una serie di calcoli per verificare, in via teorica, che le condizioni di esercizio (temperatura, tenuta al c.to-c.to) rimangano entro limiti accettabili. È utile evidenziare che è possibile avere un esemplare unico di quadro tipo AS, così come possibile avere un numero elevato di quadri identici tipo ANS. Su tutti i quadri, sia AS sia ANS, occorre eseguire, a montaggio ultimato, una serie di prove individuali (su ogni esemplare di quadro). Le prove di tipo ❿ comprendono: verifica dei limiti di sovratemperatura (vedi paragrafo 3); verifica delle proprietà dielettriche (vedi paragrafo 4); verifica della tenuta al corto circuito (vedi paragrafo 6); verifica dell efficienza del circuito di protezione e tenuta al corto circuito (vedi paragrafo 7-8); verifica dell isolamento in aria e superficiale (vedi paragrafo 9);

2 ❿ Le prove individuali hanno lo scopo di rilevare difetti inerenti ai materiali e alla fabbricazione. Tali prove sono effettuate su ogni nuovo quadro dopo il suo montaggio. verifica del funzionamento meccanico (vedi paragrafo 9); verifica del grado di protezione (vedi paragrafo 9); verifica della compatibilità elettromagnetica (EMC) (vedi paragrafo 10). Le prove individuali ❿ comprendono: ispezione visiva dell apparecchiatura (compreso il cablaggio) (vedi paragrafo 11); prova di funzionamento elettrico (eventuale) (vedi paragrafo 11); prova dielettrica (isolamento) (vedi paragrafo 4); controllo della continuità del circuito di protezione (vedi paragrafo 8); resistenza d isolamento (vedi paragrafo 5). 3. Verifica dei limiti di sovratemperatura Prova di tipo: quadri AS È eseguita con gli apparecchi installati e con I n scelta in modo da riprodurre la condizione più gravosa possibile di sovratemperatura. Ogni circuito deve essere percorso da una corrente di prova I p pari a: I p I n K c dove K c fattore di contemporaneità dato dal rapporto tra I effettive e I n. In assenza di informazioni di I n, la Norma CEI 17-13/1 consiglia l uso della tabella 1. La prova va condotta per un tempo di almeno 8 ore. Per quadri chiusi con I n deboli, la potenza dissipata può essere simulata con resistori di riscaldamento all interno del quadro, che producano la stessa quantità di calore. Tab. 1. Coefficienti di contemporaneità per la prova di sovratemperatura nei quadri (da Norma CEI 17-13/1). Numero dei circuiti principali Fattore di contemporaneità 2-3 circuiti K c 0,9 4-5 circuiti K c 0,8 6-9 circuiti K c 0,6 Lo scopo della prova è verificare il non superamento delle sovratemperature specificate nella tabella 2 per le diverse parti del quadro. Per la misura devono essere usate termocoppie o termometri, protetti contro le correnti d aria e le radiazioni di calore. Prova di tipo: quadri ANS Secondo la Norma CEI (vedi paragrafo 1), la verifica dei limiti di sovratemperatura si applica ai quadri ANS mediante estrapolazione (calcolo anziché misura) di risultati di prove effettuate su altri quadri. L applicazione è subordinata alle condizioni della tabella 3.

3 Tab. 2. Limiti di sovratemperatura nei quadri elettrici con temperatura ambiente o C (da Norma CEI 17-13/1). Parti di un apparecchiatura Componenti incorporati Terminali per conduttori esterni isolati Sbarre, conduttori e contatti di innesto di parti asportabili collegate alle sbarre Organi di comando manuale Involucri e coperture esterne accessibili Connessioni tipo presaspina Sovratemperatura (K) In accordo con le norme relative ai componenti singoli o in assenza di norme, secondo le istruzioni del costruttore. 70 Limitata da: resistenza meccanica del materiale; possibili influenze sulle parti vicine; limite di sovratemperatura ammissibile per i materiali isolanti a contatto con il conduttore; influenza della temperatura del conduttore sugli apparecchi a esso connessi; per i contatti a innesto, natura e trattamento superficiale del materiale dei contatti Determinata dai limiti fissati per i componenti del quadro di cui fanno parte. Tab. 3. Condizioni di applicazione per il calcolo della sovratemperatura nei quadri ANS chiusi (da Norma CEI 17-43). Condizioni a. Uniformità della ripartizione all interno del quadro della potenza dissipata. b. Possibile circolazione dell aria all interno senza ostacoli. c. Somma delle correnti di alimentazione in DC o AC 3150 A fino a 60 Hz. d. Perdite per correnti parassite su strutture metalliche trascurabili. e. Aperture di uscita aria di sezione 1,1 volte quelle d ingresso con quadro in esecuzione IP 2X. f. Presenza nel quadro di non più di tre diaframmi orizzontali. g. Aperture di ventilazione interne tra le celle di sezione al 50% di quella orizzontale della cella.

4 Le informazioni per l impostazione del calcolo sono: dimensioni dell involucro; installazione dell involucro (lati liberi per scambio di calore all esterno); progetto dell involucro (con o senza aperture di ventilazione); numero di diaframmi orizzontali interni; potenza dissipata da ciascun apparecchio; potenza dissipata dai conduttori. Le formule risolutive per il calcolo della sovratemperatura dell aria interna a metà altezza ϑ 0,5 e alla sommità ϑ 1 del quadro, sono rispettivamente: ϑ 0,5 k d W d x dove: k coefficiente d involucro; d coefficiente che tiene conto di ostacoli orizzontali che si oppongono al circolo dell aria; W d potenza dissipata dai componenti inseriti nel quadro; x esponente che per gli involucri senza apertura di ventilazione vale 0,804. (d, W d, x sono ricavati da grafici riportati dalla Norma CEI 17-43). ϑ 1 c ϑ 0,5 Fig. 1. Distribuzione caratteristica di sovratemperatura ϑ all interno di un quadro 1 3 rispettivamente a h, h, h 2 4 (da catalogo Gewiss). dove: c fattore di distribuzione della temperatura (ricavato da grafici riportati nella Norma CEI 17-43). La distribuzione caratteristica della sovratemperatura è fornita dalla figura Verifica delle proprietà dielettriche ❿ La tensione nominale di tenuta all impulso U imp è il valore di picco di un impulso di tensione di forma e polarità determinate, che il circuito di un apparecchiatura può sopportare senza cedimento dell isolamento, secondo quanto specificato dai valori forniti dalla Norma CEI 17-13/1. Prova di tipo: quadri AS È una prova di tensione dove il costruttore ha dichiarato il valore di tensione nominale ❿ di tenuta all impulso U imp. Vanno effettuate le seguenti prove: Tensione applicata: 1. tra tutte le parti attive e le masse del quadro; 2. tra ciascun polo e tutti gli altri che, per questa prova, sono collegati alle masse del quadro. La prova deve essere eseguita con i valori di U riportati nelle tabelle 4, 5, sia per i circuiti di potenza sia ausiliari separati o meno dai primi con trasformatore; la tensione, di forma sinusoidale tra 45 Hz e 62 Hz non deve superare il 50% dei valori forniti nelle tabelle e deve essere mantenuta per 5 s.

5 Tenuta degli involucri isolanti, verificata applicando la U 1,5 volte i valori indicati in tabella 4, tra un foglio metallico collegato all esterno dell involucro, al di sopra delle aperture e delle giunzioni, e le parti attive collegate alle masse situate all interno dell involucro presso le aperture e le giunzioni. Tenuta dielettrica delle manopole isolanti, verificata applicando una U 1,5 volte i valori indicati in tabella 4, tra le parti attive e un foglio metallico avvolto sulla manopola; per la prova il telaio non deve essere collegato a terra o ad altro circuito. Per l esecuzione della prova si usa uno strumento multifunzione (vedi Scheda 63) oppure una valigia multifunzione (vedi Scheda A33). La prova è considerata superata se non vi sono state né perforazioni né scariche superficiali. Tab. 4. Valori per la prova di tensione applicata su circuiti di potenza e ausiliari direttamente collegati tra loro in relazione alla tensione nominale d isolamento U i del quadro (da Norma CEI 17-13/1). Tensione nominale d isolamento U i (tra le fasi) [V] Tensione di prova dielettrica (in AC) [U eff r.m.s.] U i U i U i U i U i U i 1500 (valore valido solo per DC) Tab. 5. Valori per la prova di tensione applicata su circuiti ausiliari non direttamente collegati tra loro in relazione alla tensione nominale d isolamento U i del quadro (da Norma CEI 17-13/1). Tensione nominale d isolamento U i (tra le fasi) [V] Tensione di prova dielettrica (in AC) [U eff r.m.s.] U i U i U i 60 2 U i 2500 (minimo V) Sui quadri dove il costruttore non ha dichiarato il valore di tensione nominale di tenuta all impulso U imp va effettuata la prova di tensione relativa con i valori come da tabella 6, applicata tra:

6 ogni parte attiva (compresi i circuiti ausiliari collegati direttamente a quelli di potenza); ogni polo del circuito principale e gli altri poli; ogni circuito ausiliario non collegato ai circuiti di potenza e: i circuiti di potenza, altri circuiti, le masse, l involucro e la base di montaggio. 1,2 L impulso di U di µs deve essere applicato tre volte per 50 ciascuna polarità a intervalli di 1 s e la U può essere in AC o DC: nel primo caso va applicata per tre cicli della sinusoide, nel secondo per 10 ms per ciascuna polarità. Il risultato è positivo se non si sono verificate scariche distruttive con cedimento degli isolanti, o con scariche in aria e superficiali. Prova individuale: quadri AS È applicata a cura dell installatore ed è simile a quella già descritta. Lo strumento usato deve fornire una f Hz e mantenerla per ogni valore di I di dispersione. Se il costruttore non fornisce la U imp, il quadro deve essere provato per applicazione di tensione. Se i circuiti hanno già subito la prova dielettrica di tipo, la U da applicare è ridotta dell 85% dei valori indicati nelle tabelle 4 e 5. Per la prova i dispositivi di manovra e protezione devono essere chiusi oppure la U di prova deve essere applicata a tutte le parti del circuito e tra queste e il telaio del quadro. Tutto l equipaggiamento elettrico del quadro deve essere collegato ad eccezione di quei circuiti progettati per tensioni minori. Devono essere scollegati, invece, gli apparecchi che possono provocare passaggi pericolosi di I dovute a collegamenti comuni a massa (TA, TV, strumenti di misura). La prova si inizia con una U che non deve superare il 50% dei valori di tabella e Tab. 6. Tensione di tenuta dielettrica per prove a impulso (da Norma CEI 17-13/1). Tensione nominale di tenuta a impulso U imp [kv] Livello mare Tensioni di prova e altitudini corrispondenti U 1,2/50 AC (valore di picco) e DC [kv] 200 m 500 m 1000 m 2000 m Livello mare Valore efficace AC [kv] 200 m 500 m 1000 m 2000 m 0,33 0,36 0,36 0,35 0,34 0,33 0,25 0,25 0,25 0,25 0,23 0,5 0,54 0,54 0,53 0,52 0,50 0,38 0,38 0,38 0,37 0,36 0,8 0,95 0,90 0,90 0,85 0,80 0,67 0,64 0,64 0,60 0,57 1,5 1,80 1,70 1,70 1,60 1,50 1,30 1,20 1,20 1,10 1,06 2,5 2,90 2,80 2,80 2,70 2,50 2,10 2,00 2,00 1,90 1,77 4 4,90 4,80 4,70 4,40 4,00 3,50 3,40 3,30 3,10 2,83 6 7,40 7,20 7,00 6,70 6,00 5,30 5,10 5,00 4,75 4,24 8 9,80 9,60 9,30 9,00 8,00 7,00 6,80 6,60 6,40 5, ,80 14,50 14,00 13,30 12,00 10,50 10,30 10,00 9,50 8,48

7 va aumentata fino al valore pieno in pochi secondi, mantenuto per 1 s ed è superata se non si sono verificate perforazioni o scariche superficiali. Se il costruttore invece fornisce la U imp anche le prove dielettriche individuali devono essere conformi a quelle di tenuta alla U di impulso. La U non deve essere inferiore al 30% della U imp nominale (senza correzione dell altitudine), o al doppio della U isolamento, in caso questo valore sia maggiore del precedente 30% di U imp. La procedura di prova e simile a 1,2 quella per la prova di tipo U ( µs applicato tre volte per 50 ciascuna polarità ad intervalli di 1 s). Non è necessario eseguire queste prove sui quadri ANS la cui resistenza d isolamento è stata verificata (vedi successivamente). 5. Misura della resistenza d isolamento Prova di tipo e individuale: quadri ANS È indicata per i quadri che non sono stati sottoposti alle prove di tensione applicata (prove dielettriche). Per la misura si può usare una valigia multifunzione (vedi Scheda A32): i puntali dello strumento sono collegati tra i conduttori attivi e la massa (fig. 2). Per la prova occorre scollegare i circuiti progettati per tensioni minori e quelli che durante la prova potrebbero assorbire una I che potrebbe danneggiarli. La U di prova è di 500 V DC e il valore minimo di resistenza d isolamento R iso è Ω per ogni volt di tensione nominale U 0 verso terra dei circuiti provati. Esempio 1 In un quadro alimentato a 230/400 V la R iso risulta: R iso U kω quindi, su un carico di 230 kω, con U 500 V, lo strumento deve far circolare una corrente: I 500 2,17 ma Fig. 2. Schema applicativo per la misura della resistenza d isolamento R iso su un quadro ANS con valigia multifunzione (da fascicolo tecnico HT ITALIA).

8 6. Verifica della tenuta al corto circuito Prova di tipo: quadri AS La tenuta al c.to c.to fornisce la resistenza del quadro alle sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche dovute alla I di corto circuito. Per le modalità di esecuzione della prova si fa riferimento allo schema di flusso di figura 3; viceversa la tabella 7 specifica i casi in cui non è necessaria la verifica. I risultati da ottenere sono in sintesi: Fig. 3. Schema di flusso che riproduce le situazioni riscontrabili e le tecniche adottate dal costruttore per la prova di tenuta al corto circuito come previste dalla Norma CEI 17-13/1. i conduttori non devono presentare deformazioni inaccettabili; l isolamento dei cavi e dei supporti isolanti non deve essere deteriorato; i cavi non devono essere sconnessi dai terminali d uscita e presentare allentamenti di serraggio; è ammessa una deformazione dell involucro purché non sia compromesso il grado di protezione e le distanze di isolamento non siano ridotte a valori inferiori a quelle fissate; l eventuale strumento rivelatore non indichi una I di guasto. Prova di tipo: quadri ANS La tenuta al c.to c.to può essere calcolata per estrapolazione partendo da risultati ottenuti da una prova di tipo attuata su quadri similari.

9 Tab. 7. Casi per i quali non è prevista la prova di tenuta al corto circuito (da Norma CEI 17-13/1). 1. Quadro con corrente di corto circuito I cc 10 ka o corrente nominale di breve durata. 2. Quadro protetto da limitatore con corrente di picco I pk 17 ka in corrispondenza della I cc presunta massima ammissibile ai terminali di entrata del quadro. 3. Circuiti ausiliari alimentati da trasformatore con S 10 kva, con U secondaria 110 V; oppure S 1,6 kva con U secondaria 110 V. In entrambi i casi la U cc 4%. 4. Parti del quadro (sbarre, apparecchi di protezioni e manovra, connessioni ecc.), già sottoposte a prove di tipo valevoli per le condizioni in cui si trovano a operare nel quadro. 7. Verifica della efficienza del circuito di protezione Prova di tipo e individuale: quadri AS e ANS La verifica si attua con esame a vista oppure, se necessario, con misura della resistenza dei conduttori di protezione ed equipotenziali del quadro, il cui risultato deve essere 0,1 Ω. 8. Verifica della tenuta al corto circuito del circuito di protezione Prova di tipo e individuale: quadri AS e ANS Una sorgente di prova monofase deve essere connessa tra l entrata di una fase e l entrata del conduttore di protezione; se il quadro ha quest ultimo separato, deve essere scelto il conduttore di fase più vicino. Per ogni tipo di unità d uscita occorre eseguire un apposita prova, realizzando con bulloni un corto circuito tra la fase d uscita e il corrispondente terminale del conduttore di protezione. Ogni unità d uscita sottoposta a prova deve possedere un dispositivo di protezione, compresi tra quelli previsti per detta unità, che lasci passare il massimo valore della I pk e dell I 2 t. La prova può essere eseguita col dispositivo all esterno del quadro che deve essere isolato da terra. La tensione di prova deve essere uguale al valore monofase della U n di impiego e la I cc presunta utilizzata deve essere il 60% della I cc presunta della prova di resistenza al c.to c.to trifase del quadro. Tutte le altre condizioni devono essere analoghe a quelle per la prova di tenuta al c.to c.to. La prova è valida se la continuità e la tenuta al c.to c.to del conduttore di protezione rimane come nella condizione iniziale. 9. Verifica delle distanze di isolamento in aria e superficiali (A), funzionamento meccanico (B) e grado di protezione (C) Prova di tipo: quadri AS e ANS (A) Gli apparecchi del quadro devono avere distanze conformi a quelle specificate nelle prescrizioni a essi relative e devono restare inalterate nelle condizioni normali di servizio. (B) I dispositivi che non abbiano

10 subito prove specifiche di funzionamento meccanico devono subirle a montaggio avvenuto; la prova comprende 50 cicli di manovra (es. aprichiudi) ed è positiva se il funzionamento non è compromesso. (C) Il grado di protezione (IP) dei quadri deve essere provato secondo le indicazioni della Norma CEI Verifica della compatibilità elettromagnetica (EMC) ❿ L immunità riguarda la capacità di apparecchiature di funzionare correttamente in presenza di campi elettromagnetici esterni; l emissione riguarda il contenimento dei disturbi generati dalle stesse. Prova di tipo: quadri AS e ANS Nessuna prova di immunità ❿ o emissione è richiesta sui quadri che soddisfino le seguenti condizioni (approccio modulare): i componenti (tutti) siano conformi alle norme EMC di prodotto o generiche in relazione al tipo di ambiente specificato; il montaggio e cablaggio del quadro sia effettuato secondo le indicazioni fornite dai fabbricanti dei componenti; i quadri incorporino solo componenti elettromeccanici. Negli altri casi la verifica dell immunità deve essere conforme ai valori della tabella 8. Tab. 8. Livello di severità per le prove di immunità EMC secondo la Norma CEI 17-13/1. Tipo di prova 1,2/50 µs 8/20 µs sovratensioni impulsive (IEC ); transitori/treni veloci (IEC ); campo elettromagnetico (IEC ); scariche elettrostatiche (IEC ). 8 kv/scariche in aria Livello di severità 2 kv (tra fase e terra) 1 kv (tra fase e fase) 2 kv 10 V/m 8 kv/scariche in aria I limiti di emissione devono essere verificati secondo le norme CISPR (International Special Committee on Radio Interference; dette norme confluiranno in quelle EN): CISPR 11 classe B per ambiente 1; CISPR 11 classe A per ambiente Ispezione del quadro Prova individuale: quadri AS e ANS Si deve verificare: l efficacia degli organi di manovra e interblocchi meccanici, la sistemazione ordinata e corretta dei cavi con siglatura conforme agli schemi, la congruità circuitale rispetto agli schemi, il grado IP e il rispetto delle distanze minime superficiali in aria, la qualità delle connessioni. A seconda della complessità del quadro può essere necessaria una prova di funzionamento elettrico per verificare interblocchi, consensi ecc.

11 A35 Prove sui quadri elettrici per uso domestico e similare 1. Premesse La Norma di riferimento per queste prove è la CEI Prescrizioni per la realizzazione, le verifiche e le prove dei quadri di distribuzione per installazioni fisse per uso domestico e similare. I quadri devono essere: adatti a essere usati a temperatura ambiente a 25 o C (eccezionalmente può raggiungere i 35 o C); destinati all uso in AC con U n 440 V; con I n in entrata 125 A; destinati a incorporare apparecchi di manovra e protezione con I n 125 A; con I cc presunta 10 ka o protetti con dispositivi limitatori con I di picco non eccedente 17 ka. Inoltre la stessa norma distingue due tipologie di quadri per l effettuazione delle prove: quadri con I n monofase 32 A prove da effettuare: 1. controllo visivo dei dati di targa e della conformità del quadro a schemi e dati tecnici; 2. verifica del cablaggio del funzionamento meccanico ed elettrico. quadri con I n in entrata 125 A prove da effettuare: a. controllo visivo dei dati di targa e della conformità del quadro a schemi e dati tecnici; b. verifica dei limiti di sovratemperatura con calcolo della potenza dissipata; c. verifica della resistenza d isolamento; d. verifica dell efficienza del circuito di protezione; e. verifica del cablaggio e del funzionamento meccanico ed elettrico. Per i quadri che incorporano componenti elettrici e/o elettronici che emettono e/o che non sono immuni dai disturbi elettromagnetici, occorre eseguire una serie di prove nei riguardi della EMC (immunità ed emissione), similmente a quanto già esposto nella Scheda A34, paragrafo 10. I limiti di emissione, invece, devono essere verificati in relazione alla condizione ambientale d installazione del quadro come da Norma EN Verifica dei punti 1., 2., a., c., d., e., Per i punti 1., 2., e. il significato è immediato; per il punto c. si fa riferimento alla Scheda A34, paragrafo 5 e per il punto d. si fa riferimento alla Scheda A34, paragrafo 7, già esposti. 4

12 A35 Prove sui quadri elettrici per uso domestico e similare 3. Verifica dei limiti di sovratemperatura con calcolo della potenza dissipata La potenza totale dissipata nel quadro P tot è pari alla sommatoria: P tot P dp 0,2P dp P au [W] dove: P dp somma della P dissipata dai dispositivi di manovra e protezione aumentata del 20% (0,2) per tener conto di altri dispositivi; P au potenza dissipata da trasformatori, lampade di segnalazione ecc. La P dp deve tener conto del fattore di utilizzazione K e e del fattore di contemporaneità K. Per i circuiti di entrata K e è stato assunto pari a 0,85 (determinato sperimentalmente mediante prove termiche); se la corrente in uscita I nu è inferiore a 0,85 volte la corrente nominale dei dispositivi di manovra e protezione I n, in luogo di K e si può utilizzare, per la verifica, il valore dato dal rapporto: I nu I n In mancanza di informazioni delle correnti in uscita dei circuiti del quadro per il fattore di contemporaneità K si può fare ricorso ai seguenti valori (tab. 1). Tab. 1. Valori del fattore di contemporaneità K per la verifica della potenza dissipata nei quadri. Numero circuiti principali Fattore di contemporaneità (K) 2 e 3 0,8 4 e 5 0,7 da 6 a 9 compresi 0,6 10 e più 0,5 Il valore della potenza totale deve risultare inferiore alla potenza dissipabile dall involucro P inv fornita dal costruttore del medesimo: P tot P inv