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 3 Definizioni 3 Utilizzazione di una codificazione 4 3. Il codice IP 5 Generalità 5 Prima cifra 5 Seconda cifra 6 Lettera addizionale 7 Lettera supplementare 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. 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. 2 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. 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". 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". 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,,,,, ø 1, 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). ø 1 MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7 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. 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. 4 MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7
3. Il codice IP Generalità 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. 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. Prima cifra 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. 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). ø 12,,, 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. 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) MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7 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. IP X1: protetto contro la caduta verticale di gocce d acqua IP X3: protetto contro la pioggia IP X5 : protetto contro i getti d acqua IP X7 : protetto contro gli effetti dell immersione temporanea IP X2: protetto contro la caduta verticale di gocce d acqua con un inclinazione dell involucro fino a 15 IP X4: protetto contro gli spruzzi d acqua IP X6 : protetto contro potenti getti d acqua quali le onde del mare e proiezioni simili 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). 6 MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7
Lettera addizionale 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. 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. Lettera supplementare 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. 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) MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7 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. 8 MERLIN GERIN - Dossier Tecnico n 7
Schneider Electric S.p.A. 20041 AGRATE (MI) Italia Tel. 039 6558111 Fax 039 6056900 www.schneiderelectric.it 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.