ITIS Leonardo da Vinci - Parma venerdì 25 giugno 2010 Le norme sui quadri elettrici CEI-EN 61439-1 e 2 codificate CEI 17-113 e 17-114 ringrazia il Collegio Periti di Parma e le persone intervenute all incontro 26 giugno 2010 Slide 1
L impianto elettrico e i quadri di Bassa Tensione Dopo vent anni cambia il cuore dell impianto BT Alta tensione Media tensione Bassa tensione 26 giugno 2010 Slide 2
L offerta quadristica di ABB per l impianto utilizzatore Quadri di distribuzione, di potenza e d automazione Grosso industriale ABB MNS ABB MNS-R Alte potenze automazione ABB IS2 ABB Normal center macchine 26 giugno 2010 Slide 3
L offerta quadristica di ABB per l impianto utilizzatore Quadri per civile, terziario ed industriale Domestico ABB Gemini ABB altri centralini Civile Ipermercati, alberghi, ospedali, teatri ABB ArTu Terziario avanzato 26 giugno 2010 Slide 4
La nuova Norma Quadri CEI EN 61439 Il nuovo progetto normativo 26 giugno 2010 Slide 5
Le precedenti norme internazionali IEC 60439 E quelle europee CEI EN 60439 IEC 60439-1 Ed. 4.0 Quadri di bassa tensione - Parte 1: Quadri di serie (AS) e non di serie (ANS) + Emendamento 1, 1 / 2004 + Corrigendum 1, 11/2004 http://www.iec.ch Norma CEI 17-13/1 (CEI EN 60439-1 Ed.4 2000) Apparecchiature soggette a prove di tipo (AS) e appar. parzialmente soggette a prove di tipo (ANS) + V1 2005 (fasc.7543) CEI EN 60439-1/A1 - Norma CEI 17/43, 2000 (fasc.5756) - Norma CEI 17/52, 1997 (fasc.3442r) http://www.cenelec.org 26 giugno 2010 Slide 6
Le prime norme disponibili del nuovo CEI EN: Si parte con le due nuove CEI EN 61439-1 e 61439-2 CEI EN 61439-1 Questa norma si applica ai Quadri - sia progettati, fabbricati e verificate una tantum, - sia standardizzati e fabbricati in quantità. Requisiti supplementari possono essere richiesti per Quadri per navi (IEC 60092-302) Quadri per Veicoli su rotaia Apparecchi in atmosfere esplos. da IEC 60079 e 61241 Quadri a bordo macchina dalla IEC 60204 CEI EN 61439-2 Definisce i requisiti dei quadri di potenza per sezionamento-protezione (CPS-assembly), con tensione nominale < 1000 V in alternata o < 1500 V in continua 26 giugno 2010 Slide 7
Evoluzione e albero normativo delle CEI EN 61439 La futura genesi di qualsiasi quadro elettrico Dalle precedenti Norme 60439 alle nuove CEI EN 61439 IEC 60439-1 IEC 60439-3 IEC 60439-4 IEC 60439-5 IEC 60439-2 CEI EN 61439-1 regole generali CEI EN 61439-2 quadri di potenza CEI EN 61439-3 quadri di distribuzione CEI EN 61439-4 quadri per cantiere CEI EN 61439-5 quadri distrib. di potenza CEI EN 61439-6 sistemi di sbarre Il fascicolo standard CEI EN 61439-1, Parte 1 sarà la norma generale che prescriverà le prestazioni obbligatorie per tutti i quadri di BT, ad esso si aggiunge il fascicolo relativo a quella tipologia di quadro elettrico 26 giugno 2010 Slide 8
L albero genealogico delle nuove CEI EN sui quadri Due già pronte le altre arriveranno La CEI EN 61439-1 sarà la norma base per tutte le sottonorme della famiglia 61439 (per ora 6 totali) 61439-1 61439-2 Di potenza CPS 61439-3 Distribuzione finale 61439-4 Quadri cantiere 61439-5 Per distribuzione di potenza 61439-6 Sistemi di sbarre 26 giugno 2010 Slide 9
Avvicendamenti normativi Dalla vecchia norma due nuove norme La precedente norma CEI EN 60439-1 sarà sostituita dalle nuove CEI EN 61439-1 e CEI EN 61439-2 60439-1 61439-1 61439-2 Dal centralino al power-center La nuova norma non è retroattiva 26 giugno 2010 Slide 10
La filosofia portante del progetto CEI EN 61439 Superamento graduale delle precedenti 60439 Nella precedente CEI EN 60439/1: le singole norme erano autonome dalla norma base. Per realizzare un ASD bastava la 60439/3, la quale se del caso ripeteva le specifiche della norma generale. Adesso la conformità è dichiarata alla specifica norma, che però si rifà alla base per le prove e le definizioni standard. Dunque la norma base CEI EN 61439-1 è sempre necessaria Fino al 2014 ci sarà sovrapposizione tra la 60439-1 e le 61439-1 e 2 Intorno al 2015 sarà aggiornato l intero nuovo pacchetto 61439-x 60439-1 2010 60439-1 e 60439-x 2014 61439-1 e 61439.2 2015 61439-x 26 giugno 2010 Slide 11
0 1 La nuova CEI EN 61439 si applica a tutti i quadri Compresi quelli a bordo macchina Impianto DM 37/08 CEI 64-8 quadri impianto Direttiva BT Direttiva EMC CEI EN 61439 CEI 23-51 Equipaggiamento elettrico CEI EN 60204 quadro macchina Direttive BT, EMC e Macchine CEI EN 61439 macchina Anche la nuova 61439 si applica a tutti i quadri: d impianto (cabina, distribuzione, ecc) e di macchina (automazione, processo, ecc) Direttiva macchine (Direttiva EMC) 26 giugno 2010 Slide 12
Novità, sparisce la norma per involucri vuoti I contenuti rientrano nella norma generale I requisiti della norma per involucri vuoti da assiemare, IEC 62208, saranno inseriti nelle diverse norme specifiche CEI 17-71 (settembre 99) 26 giugno 2010 Slide 13
La novità principale della nuova CEI EN 61439-1 Nasce l approccio sperimentale-analitico Verifica del progetto: verifica eseguita su un quadro prototipo o su parti di esso, per dimostrare che il progetto soddisfa le prescrizioni della Norma specifica del quadro. E la sostanza della norma Sono 3 i modi di verifica: riguardano il costruttore originale (V.), che le svilupperà adeguatamente all interno di cataloghi e guide di cablaggio. Nel caso il costruttore finale o del quadro (V.), volesse modificare ulteriormente il quadro, esso si aggiungerebbe al costruttore originale, assumendone la stessa definizione e conservando quella di costruttore del quadro (V.) 26 giugno 2010 Slide 14
Fine dualità AS e ANS nella nuova CEI EN 61439-1 Tre strade diverse conducono allo stesso traguardo Un quadro sarà conforme alla nuova CEI EN 61439 se risponde ad almeno una delle 3 seguenti procedure (verifiche di progetto): - Verificato con prova in laboratorio (ex prove di tipo) - Verificato attraverso calcoli - Verificato con criteri fisico/analitici o deduzioni progettuali (regole di progetto) 26 giugno 2010 Slide 15
Nuovi modi di verifica della conformità di un quadro Sulle ceneri del passato si costruisce il futuro Ieri le 60439 Oggi le CEI EN 61439 Provato al tipo Calcolato o estrapolato Prove di verifica Verifiche con calcoli Regole di progetto AS ANS Quadro conforme alla norma Fine della dualità AS e ANS, nasce l approccio analiticosperimentale: un quadro sarà conforme alla CEI 61439 se risponde ad uno dei tre modi di verifica 26 giugno 2010 Slide 16
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Evoluzione linguistica della norma Prove di verifica: test effettuati su un campione per verificare che il progetto soddisfa i requisiti pertinenti la norma (le precedenti prove di tipo) Verifica con calcolo o valutazione (3.9.3): verifica con analisi o calcolo, applicate ad un campione a dimostrare che il progetto soddisfa i requisiti della norma. Regola di progetto (3.9.4): specifica regola per la progettazione di un quadro, che può essere alternativa al test 26 giugno 2010 Slide 17
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Cambia la forma, non la sostanza e resta il rigore Prove di verifica Le prove di verifica si effettuano in laboratorio su più quadri prototipi. Sono onerose per costo, attrezzature e tempo. Se le precedenti prove (di tipo) secondo la IEC 60439, soddisfano anche i requisiti della nuova IEC 61439, la verifica di tali requisiti non deve essere ripetuta 26 giugno 2010 Slide 18
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Il costruttore si sdoppia in pensiero e azione Dal Sistema costruttivo prestabilito al Sistema di quadri Costruttore originale: organizzazione che ha effettuato il progetto originale e le verifiche in accordo con la presente Norma e con le Norme specifiche del quadro In sostanza chi propone, come ABB, un sistema di quadri, (progetta e realizza l intera famiglia di quadri, esegue le prove di verifica, calcola e deriva con le regole di progetto, distribuisce cataloghi e componenti sciolti da assiemare) Costruttore del quadro: organizzazione responsabile del quadro finito. In sostanza, chi assembla, collauda e targhetta (CE) il quadro montato, cablato e fornito all impiantista. 26 giugno 2010 Slide 19
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Il costruttore originale disegna, prova e propone Le tre modalità di verifica riguardano il costruttore originale (V.), che le svilupperà adeguatamente all interno dei propri cataloghi e guide di cablaggio, offrendo un ampio ventaglio di soluzioni (schede, tabelle, manualistica, software ecc) Nel caso il costruttore finale o del quadro volesse derivare ulteriormente il quadro, esso si aggiungerebbe al costruttore originale, assumendone la stessa definizione e conservando quella di costruttore del quadro 26 giugno 2010 Slide 20
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Il sistema di quadri individua il costruttore originale 26 giugno 2010 Slide 21
Nuovi concetti e definizioni nella CEI EN 61439-1 Il costruttore (finale) del quadro Costruttore del quadro: è il responsabile del quadro finito, cioè chi assembla, collauda e targhetta (CE) il quadro finito Dalla collana tecnica di ABB SACE l utile quaderno N 4: Gli interruttori ABB nei quadri di bassa tensione Assemblatore Progettista Impresa Il quadrista è chiunque abbia una partita IVA - non servono requisiti professionali o titoli di studio - non ci sono esami di idoneità da superare - non è prevista una patente pubblica - l installatore può realizzare quadri elettrici e fatturarli 26 giugno 2010 Slide 22
Specifiche da indicare nella DICO allegata al quadro La completa identità del quadro a norme Grandezze identificative del quadro (DICO) a) tensione nominale (U n ) (del quadro) (vedi 5.2.1); b) tensione nominale d impiego (Ue) (vedi 5.2.2); c) tensione nominale di tenuta a impulso (U imp ) (vedi 5.2.4); d) tensione nominale di isolamento (Ui) (vedi 5.2.3); e) corrente nominale del quadro (I na ) (vedi 5.3.1); f) corrente nominale di ogni circuito (I nc ) (vedi 5.3.2); g) corrente ammissibile di picco (I pk ) (vedi 5.3.4); h) corrente ammiss. di breve durata (I cw ) (vedi 5.3.5); i) corrente nominale di cortocircuito condizionata (I cc ) (vedi 5.3.6); j) frequenza nominale (f n ) (vedi 5.4); k) fattore/i nominale/i di contemporaneità (RDF) (vedi 5.3.3) 26 giugno 2010 Slide 23
La marcatura del quadro secondo la CEI EN 61439 Si arricchisce la targhetta dei nuovi quadri Il costruttore del quadro deve apporre una o più targhe, visibili, indelebili e leggibili quando il quadro è in esercizio. La conformità è verificata con prova e mediante esame a vista. Le 4 specifiche necessarie sulla targhetta: - Costruttore del quadro, chi è responsabile e risponde legalmente del quadro - Matricola o altro codice univoco (stringa alfanumerico a discrezione del costruttore) - Data di costruzione (in passato non richiesto) - Norma di riferimento (in passato non richiesto) 26 giugno 2010 Slide 24
Marcatura CE e targhetta secondo la CEI EN 61439 Conferme e aggiunte al passato La conformità alla nuova norma 614390 è sufficiente (non necessaria) per la marcatura CE e l esportabilità in Europa Esempio di targhetta - Elettroquadri Spinelli - N 1457-97/879 AS - Norma CEI EN 61439-2 - 5 maggio 2009 I n 63 A 50 Hz U e 230/400 V Circuiti 1 2 3 4 I n (A) 32 25 10 10 I cw 50 ka IP2XC 26 giugno 2010 Slide 25
Il costruttore (del quadro) e la comunicazione Gestire in sicurezza il quadro (uso e manutenzione) Il costruttore del quadro deve specificare nei documenti - cataloghi le eventuali condizioni particolari per l installazione, l uso e la manutenzione del quadro e degli equipaggiamenti in esso contenuti. Il catalogo completo dei quadri di BT di ABB SACE Se esiste una condizione speciale di servizio, essa deve essere conforme con le prescrizioni particolari applicabili o si deve prevedere un accordo particolare tra il costruttore del quadro e l utilizzatore (allegato C). L utilizzatore deve informare il costruttore del quadro se esistano queste condizioni eccezionali di servizio. Manuali uso e manutenzione allegati ai prodotti delle serie Tmax ed Emax di ABB SACE 26 giugno 2010 Slide 26
Logistica del quadro secondo la CEI EN 61439 La questione degli schemi elettrici da allegare Schemi elettrici Come in passato la norma non li richiede allegati a tappeto al quadro ma solo nei casi complessi Fattibilità di quadri misti Utilizzando CEI EN 61439-1 + CEI EN 60204 impianto (distribuzione) + macchina (automazione) (oppure CEI EN 60439-1 + CEI EN 60204 finché si può, che risulta più facile) La CEI EN 61439 e la CEI 23-51 sono del tutto estranee la 23-51 è valida solo in Italia. 26 giugno 2010 Slide 27
Conferma delle variabili elettriche precedenti Ovvio qualche ritocco dopo quasi vent anni Sono confermate le definizioni relative a: - I pk corrente ammissibile di picco - I cw corrente ammissibile di breve durata - I cc corrente di corto circuito condizionata - I cp corrente di corto circuito presunta - U imp tensione d impulso - U i tensione d isolamento - U n tensione nominale - U e tensione d impiego - Gradi di protezione IP 26 giugno 2010 Slide 28
La corrente nominale del quadro nelle CEI EN 61439 Prima mancava ma poteva essere meglio definita I na = corrente nominale quadro (obbligatoria - novità) - dipende dal numero e tipo di entrate di potenza - con unica entrata è il carico del montante, normalmente inferiore alla taratura dell interruttore, declassato per la temperatura interna maggiore dell aria libera - con più entrate è di fatto la somma dei carichi entranti a regime (limitati dagli interruttori generali se presenti) Dalla norma: e la corrente inferiore tra le seguenti: - la somma delle correnti d entrata in parallelo; - la corrente che le sbarre sono in grado di distribuire al massimo di carico In pratica è la più alta corrente circolante o entrante nel quadro nella condizione estrema ma ammissibile di carico 26 giugno 2010 Slide 29
Una nuova corrente e una ben nota tensione Una scelta di funzionalità e di sicurezza Punti dove la scarica incombe Uscite attacchi I nc = Corrente nominale di un circuito - E la corrente fissata dal costruttore del quadro in funzione dei valori nominali degli apparecchi interni, della loro disposizione fisica e della loro utilizzazione. basi fisse per estraibili U imp = Tensione nominale ad impulso (specifica nuova e obbligatoria) - per distanze inferiori a tabella, occorre prova di tipo - fino a 1,5 x distanze tabellate, occorre misurazione - oltre 1,5, sufficiente esame a vista sbarre 26 giugno 2010 Slide 30
Dalle nuove norme CEI EN 61439-1 e 2 Importanti novità di fondo - La tensione di scarica passa da 120 V 5 s a 60 V 5 s - Viene suggerita la sezione minima del neutro (8.6.1) - non sono più esplicitate le condizioni per l alimentazione di componenti elettronici (ex paragrafo7.9), inseriti in verifiche EMC I calcoli per le sovratemperature sono stati migliorati e la valutazione del fattore di contemporaneità (RDF) è più accurata. 26 giugno 2010 Slide 31
Altre importanti novità della CEI EN 61439 Nuove funzionalità dimostrabili con prove Vengono richieste (e verificate con prove) - la protezione contro la corrosione, - la stabilità termica, - la resistenza agli ultravioletti, - la resistenza degli isolanti al calore, - la resistenza meccanica - mezzi di sollevamento Nuova definizione delle distanze in aria Si impone per barriere orizzontali raggiungibili (h<1.6 m) il grado di protezione IPXXD; 26 giugno 2010 Slide 32
Altre importanti novità della CEI EN 61439 Fattore nominale di contemporaneità (RDF) Il fattore nominale di contemporaneità è il valore, per unità, della corrente nominale, assegnata dal costruttore del quadro, con il quale possono essere caricati simultaneamente ed in maniera continuativa i circuiti d uscita di un quadro tenendo in considerazione le mutue influenze termiche. La posizione di fissaggio influenza i moti termoconvettivi interni Il fattore nominale di contemporaneità moltiplicato per la corrente nominale dei circuiti, deve essere uguale o maggiore dei carichi presunti per i circuiti d uscita. I carichi presunti dei circuiti d uscita devono essere definiti nelle Norme specifiche del quadro. 26 giugno 2010 Slide 33
Condizioni ambientali (poche modifiche) La temperatura all interno e all esterno del quadro La temperatura media ambiente è di 35 C. Il campo di valori può andare: da -5 C a + 40 C all interno da -25 C a + 40 C all esterno All interno All interno temperatura All esterno 40 C max assoluto ammesso 40 C max assoluto ammesso temperatura 35 C valore medio 35 C valore medio All esterno tempo - 5 C minimo assoluto ammesso tempo - 25 C minimo assoluto ammesso 26 giugno 2010 Slide 34
Condizioni ambientali (poche modifiche) Umidità all interno, all esterno e l inquinamento Grado di inquinam. 1: Si danno quattro gradi di inquinamento Non esiste inquinamento o soltanto inquinamento secco e non conduttore. L inquinamento è ininfluente Dati ambientali Umidità relativa Altitudine s/m Installazione interna 50 % (40 C) < 2000 m Installazione esterna < 100 % (25 C) < 2000m Per apparecchiature destinate ad essere utilizzate ad altitudini superiori, è necessario tenere in considerazione la riduzione della rigidità dielettrica, della capacità di interruzione degli apparecchi e dell effetto di raffreddamento dell aria. Gradi d inquinamento - grado 1 interno molto pulito (ambulatori, alimentari) - grado 2 polvere secca non conduttrice (domestico, - grado 3 polvere persistente conduttrice (industria) - grado 4 inquinamento persistente (petrolchimico) Grado di inquinam. 2: Presenza normale di solo inquinamento non conduttore; occasionalmente si può verificare una conduttività temporanea provocata dalla condensazione 26 giugno 2010 Slide 35
Condizioni ambientali e contatti diretti Gradi IP minimi di protezione Grado di inquinam. 3: Presenza di inquinamento conduttore o di polvere secca che diventa conduttrice in seguito alla condensazione. Minimo IP contatti diretti in generale x fronte e retro IP2X IPXXB Per esterno seconda cifra almeno 3 Il grado di protezione del quadro si applica normalmente alla posizione di servizio (vedi 3.2.3) di parti asportabili. Se asportando una parte si perde il grado IP, si deve trovare un accordo tra il costruttore del quadro e l utilizzatore per adottare provvedimenti per un adeguato grado di protezione Grado di inquinam. 4: L inquinamento provoca una conduttività persistente, causata, per esempio, da polvere conduttrice, da pioggia o altre condizioni bagnate 26 giugno 2010 Slide 36
Avvertenze generiche di funzionalità e sicurezza CEI EN 61439-1 art. 8.4.3.2.2 Se sono montati su porte o piastre di copertura apparecchi con una tensione che supera i limiti della bassissima tensione,..se la corrente nominale di funzionamento dell apparecchio collegato è minore o uguale a 16 A, una connessione elettrica equivalente prevista e verificata appositamente per questo scopo (contatto strisciante, cerniere protette contro la corrosione) è da considerarsi soddisfacente. CEI EN 8.4.5.1 Apparecchi che possono essere manovrati o componenti che possono essere sostituiti da persone comuni La protezione contro i contatti con parti attive deve essere mantenuta quando si manovrano gli apparecchi o quando si sostituiscono i componenti. Durante la sostituzione di alcune lampade o cartucce portafusibili sono ammesse aperture maggiori di quelle stabilite per il grado di protezione IP XXC. CEI 17-82 26 giugno 2010 Slide 37
Logistica del quadro secondo la CEI EN 61439 L accessibilità degli operatori Impianto (CEI 17-113) sezionatori interruttori morsettiere quota consigliata 20 < h < 200 cm Gli organi di comando dei dispositivi di interruzione di emergenza (vedi 536.4.2 della IEC 60364-5-53) devono essere accessibili all interno di una zona tra 0,8 m e 1,6 m dalla base del quadro Gli strumenti indicatori che devono essere letti dall operatore, devono essere collocati all interno di una zona tra 0,2 e 2,2 m sopra la base del QUADRO; > 20 cm 26 giugno 2010 Slide 38
Continuità elettrica del circuito di protezione 10.5.2 Effettiva continuità della messa a terra tra le masse del quadro ed il circuito di protezione. La verifica deve essere eseguita utilizzando uno strumento di misura della resistenza che è in grado di far circolare almeno 10 A (c.a. o c.c.). È fatta passare una corrente tra ogni massa e il terminale per il conduttore di protezione esterno. La resistenza deve essere < 0,1 Ohm 10.6.2 Compatibilità elettromagnetica. I requisiti di prestazione per la compatibilità elettromagnetica devono essere confermati mediante esame a vista o se necessario da prove (si veda J.10.12). 26 giugno 2010 Slide 39
La nuova Norma Quadri CEI EN 61439 Novità in sala prove 26 giugno 2010 Slide 40
Evoluzione nelle prove di laboratorio Conferma delle precedenti e aggiunte di nuove PROVE PRECEDENTI 1 RISCALDAMENTO 2 CORTO CIRCUITO 3 PROVE DIELETTRICE 4 PROVE MECCANICHE 5 GRADO DI PROTEZIONE 6 EFFICIENZA CIRCUITO DI PROTEZIONE 7 DISTANZE ISOLAMENTO IN ARIA PROVE PRESENTI E FUTURE 1 RISCALDAMENTO 2 CORTO CIRCUITO 3 PROVE DIELETTRICE 4 PROVE MECCANICHE 5 GRADO DI PROTEZIONE 6 EFFICIENZA CIRCUITO PROTEZIONE 7 DISTANZE D ISOLAMENTO IN ARIA 8 RESISTENZA CORROSIONE 9 TENUTA INSERTI METALLICI 10 SOLLEVAMENTO 11 CARICO STATICO 12 UV APPLICAZIONI X ESTERNO E STRUTTURE IN PLASTICA 13 TENUTA AD IMPULSO E DICHIARAZIONE OBBLIGATORIA Sono ancora richieste tutte ma con modifiche Nuove prove 26 giugno 2010 Slide 41
Tenuta di materiali e componenti Le verifiche comprendono l oggetto e la sua funzione La verifica del progetto comprende: 1) Costruzione: 10.2 resistenza dei materiali e loro parti; 10.3 grado di protezione degl involucri; 10,4 distanze in aria e superficiali; 10,5 protezione contro le scosse e integrità dei dispositivi; 10,6 incorporazione di dispositivi di commutazione e componenti ; 10,7 interno dei circuiti elettrici e connessioni; 10,8 terminali per conduttori esterni 2) Rendimento: 10.9 proprietà dielettriche; 10.10 sovratemperatura; 10,11 tenuta al corto circuito; 10.12 compatibilità elettromagnetica; 10.13 operazione meccanica. ABB Febbraio 2010 Slide N 26 giugno 2010 Slide 42
Tenuta di materiali e componenti L importantissima tabella D1 per derivare il quadro La tabella D1 elenca le tre modalità disponibili per verificare la conformità del quadro alla norma 1 Resistenza materiali. Resistenza alla corrosione Proprietà del materiale isolante: - Stabilità termica - Resistenza al normale calore - Resist. calore anormale e fuoco Resistenza alle radiazioni UV Sollevamento Impatto meccanico (no per CPS) Marcatura 2 Grado di protezione (IP) 3 Distanze in aria e superficiali Prova di tipo Calcolo Regole di progetto SI NO NO SI NO NO SI SI SI 26 giugno 2010 Slide 43
Tenuta di materiali e componenti L importantissima tabella D1 per derivare il quadro Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 4 Protezione da scosse elettr. e integrità circuito PE: continuità tra parti conduttrici del il circuito di protezione SI NO NO Efficacia per guasti esterni SI SI SI 5 Integr. dispositivi e compon. NO NO SI 6 Circ. e connes. elettr. interne NO NO SI 7 Terminali per cond. esterni NO NO SI 26 giugno 2010 Slide 44
Tenuta di materiali e componenti La scala crescente e completa delle tensioni Protezione contro i fulmini Quando si richiedono dispositivi di protezione contro i fulmini, (SPD) essi devono essere protetti da cortocircuiti non controllati come specificato dal costruttore degli SPD Tensione d impiego (U e ) (di un circuito di un quadro). Se diversa dalla tensione nominale del quadro, il costruttore del quadro stabilisce l appropriata tensione d impiego del circuito. Tensione nominale (U n ) (di un quadro) Il costruttore del quadro deve stabilire la (le) tensione (i) nominale (i) necessaria per il funzionamento. La massima tensione nominale d impiego di ogni circuito non deve mai superare la sua tensione nominale di isolamento (U i ) U e U n U i U imp 26 giugno 2010 Slide 45
Tenuta di materiali e componenti Tensione normale a 50 Hz ed impulsiva 8 Propr. dielettriche Prova di tipo Calcolo Regole di progetto Prova di tensione a frequenza rete SI NO NO Impulso di tensione SI NO SI Nuova tabella dei valori di test in accordo a IEC 60664-1 Per verificare la tenuta dielettrica si possono effettuare le prove di tipo che sono: * prova a frequenza industriale 50 Hz * prova all impulso di tensione (U imp ) Il relè di sovracorrente non deve intervenire, quando la corrente in uscita è inferiore a 100 ma.. Fattore 1.5 x distanza in aria 26 giugno 2010 Slide 46
La tenuta dielettrica alla frequenza industriale (50 Hz) Valori ritoccati verso il basso rispetto a prima I circuiti principali, ausiliari e comando, che sono collegati al circuito principale, devono essere sottoposti alla tensione di prova secondo la seguente Tabella 8 Tensione nominale di isolamento U i (tra le fasi in c.a. o in c.c.) Tensione di prova dielettrica in c.a. valore efficace (V) Tensione di prova dielettrica in c.c. (V) U i 60 1 000 1 415 60 < U i 300 1 500 2 120 300 < U i 690 1 890 2 670 690 < U i 800 2 000 2 830 800 < U i 1000 2 200 3 110 1000 < U i 1500-3 820 Circuiti principali La tensione è applicata con valori crescenti e mantenuta per 5 s Tensione nominale di isolamento U i (tra le fasi in c.a. o in c.c.) Tensione di prova dielettrica in c.a. valore efficace (V) U i 12 250 12 < U i 60 500 60 < U i 2 U i + 1000 (minimo 1500) Circuiti ausiliari a tensione ridotta Per i circuiti principali si provano: - tutti i circuiti cortocircuitati rispetto all involucro messo a massa - ciascun polo principale rispetto tutti gli altri cortocircuitati con l involucro e a terra 26 giugno 2010 Slide 47
Distanza d isolamento superficiale E legata alla tensione nominale d isolamento Le distanze di isolamento in aria e superficiali dei componenti interni devono essere conformi alle prescrizioni delle specifiche Norme di prodotto. Il costruttore originale sceglie la (le) tensione/i nominale/i d isolamento (U i ) del quadro dalla quale deriva la (l e ) distanza d isolamento superficiali. Per ogni circuito, la tensione d isolamento deve essere maggiore della tensione d impiego (U e ) U e < U i Distanza superficiale U i = tensione d isolamento (catalogo, riguarda il sistema di quadri) U e = tensione di effettivo lavoro del quadro (al contatore) 26 giugno 2010 Slide 48
Distanza d isolamento superficiale Conferme sui gradi d inquinamento dell ambiente Piena conferma della definizione del grado d inquinamento ambientale da cui dipenderà la minima distanza superficiale da garantire nel quadro lungo gli isolanti Grado 1: sala operatoria Grado 3: officina meccanica, terziario Grado 2: ambiente domestico Grado 4: petrolchimico, fonderia 26 giugno 2010 Slide 49
Distanze d isolamento superficiale La resistenza alla corrosione superficiali (tracking) La scarica superficiale dipende dal materiale e dal suo CTI (Comparative Tracking Index) valore in volt che esprime la max tenuta sopportabile senza formazione di scarica gruppo CTI (tracking) materiale I > 600 II 600 > CTI > 400 IIIa 400 > CTI > 175 formazione di scarica IIIb 175 > CTI > 100 I materiali inorganici (vetro e ceramica) sono i migliori L importanza delle nervature - tensione d isolamento U i - grado inquinamento - gruppo materiale Minima distanza superficiale 26 giugno 2010 Slide 50
Distanze d isolamento superficiale Come prima non sono un gran problema Sono distanze di solito già verificate dalle normali necessità funzionali e di montaggio Tensione nominale di isolament o U i V b) Minime distanze di isolamento superficiale Grado di inquinamento 1 2 3 Gruppo del Gruppo del materiale c) Gruppo del materiale c) material e I I II IIIa e IIIb I II IIIa IIIb 32 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 40 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,6 1,8 1,8 50 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,7 1,9 1,9 63 1,5 1,5 1,5 1,5 1,6 1,8 2 2 80 1,5 1,5 1,5 1,5 1,7 1,9 2,1 2,1 100 1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 2 2,2 2,2 125 1,5 1,5 1,5 1,5 1,9 2,1 2,4 2,4 160 1,5 1,5 1,5 1,6 2 2,2 2,5 2,5 200 1,5 1,5 1,5 2 2,5 2,8 3,2 3,2 250 1,5 1,5 1,8 2,5 3,2 3,6 4 4 320 1,5 1,6 2,2 3,2 4 4,5 5 5 400 1,5 2 2,8 4 5 5,6 6,3 6,3 500 1,5 2,5 3,6 5 6,3 7,1 8,0 8,0 26 giugno 2010 Slide 51
La tenuta ad impulso (verifica con prova) E diventata una prestazione obbligatoria Prova d impulso L impulso di 1,2/50 µs si applica 5 volte ad intervalli > 1 s tra - tutti i circuiti cortocircuitati rispetto all involucro a massa - ciascun polo rispetto a tutti gli altri cortocircuitati con l involucro e a terra U 1 0,9 0,5 0,3 0 Impulso normalizzato T 1 T 2 t Affinché il risultato sia accettabile, non si deve verificare alcuna scarica durante le prove Regole di progetto (alternative alla prova) Le distanze di isolamento in aria devono essere di 1,5 volte i valori specificati in Tabella 1. Nota: il fattore 1,5 viene applicato ai valori di tabella 1 per evitare le prove di tenuta ad impulso per le verifiche di progetto. E un fattore di sicurezza che tiene in considerazione le tolleranze di fabbricazione. Per mantenere la stessa tenuta d impulso dentro un quadro si devono montare solo apparecchi che dispongono tutti di una pari tenuta all impulso di tensione (volt) 26 giugno 2010 Slide 52
La tenuta ad impulso (verifica con prova) L aria rarefatta dell alta montagna isola meglio Le distanze d isolamento in aria tra le parti in tensione, le parti destinate ad essere collegate a terra e le distanze tra i poli devono sopportare la tensione di prova data in Tab. 10 in funzione della tensione di tenuta a impulso. Tensione nominale di tenuta ad impulso U imp Tensioni di prova ed altitudini corrispondenti durante la prova U 1,2/50, c.a., (valore di picco) e c.c. Valore efficace in c.a. Livello 200 m 600 m 1000 m 2000m Livello 200 m 600 m 1000 m 2000 m mare mare 2,5 2,95 2,8 2,8 2,7 2,5 2,1 2,0 2,0 1,9 1,8 4,0 4,8 4,8 4,7 4,4 4,0 3,4 3,4 3,3 3,1 2,8 6,0 7,3 7,2 7,0 6,7 6,0 5,1 5,1 5,0 4,7 4,2 8,0 9,8 9,6 9,3 9,0 8,0 6,9 6,8 6,6 6,4 5,7 12,0 14,8 14,5 14,0 13,3 12,0 10,5 10,3 9,9 9,4 8,5 Tensione verso terra 300 220/380, 230/400 240/415, 260/440 277/480 220, 230 240, 260 277 220 440-220 Livello all inizio dell install. Livello circuiti di distrib. Livello carichi Livello protetto 6 4 2,5 1,5 Significato delle categorie di tenuta all impulso 26 giugno 2010 Slide 53
Distanze d isolamento Si misurano oppure si deve fare la prova all impulso Le distanze in aria devono essere sufficienti alla tensione di tenuta all impulso (U imp ). Tali distanze sono quelle in Tabella 1 salvo verificarle con prova in laboratorio prima e individuale poi (collaudo) Le distanze d isolamento in aria e superficiali nel quadro, si applicano tra F-F, F-N e tra F-T e N-T Tensione nominale di tenuta ad impulso U imp kv Minime distanze di isolamento in aria mm 2,5 1,5 4,0 3,0 6,0 5,5 8,0 8,0 12,0 14,0 a) Basate su un campo non omogeneo, condizioni e grado di inquinamento 3 Le distanze di isolamento in aria si possono verificate mediante misure fisiche, o mediante verifiche delle quote dei disegni progettuali 26 giugno 2010 Slide 54
Distanze d isolamento Attenzione ai problemi delle forme di segregazione Qualche problema per le distanze in aria può localizzarsi nelle segregazioni e similari, causa la relativa vicinanza tra parti metalliche nude esposte alla scarica in aria. Maggiori problemi per le distanze superficiali che non per quelle in aria. Gli isolanti organici nel tempo degradano e si corrodono, favorendo le scariche. 26 giugno 2010 Slide 55
Distanze d isolamento Confronto tra prova all impulso e a 50 Hz Grandezza nominale Tipo di prova Riferimenti numerici Prova all impulso U imp tensione d impulso all impulso 1,2/50 µs tab 1 (CEI EN 61439-1) Prova d isolamento U i tensione d isolamento 50 Hz tab 8 (CEI EN 61439-1) U 1 0,9 0,5 0,3 0 T T 1 impulso normalizzato t e m p o d i fr o n t e T 1 = 1,2 µ s ± 3 0 % t e m p o d i c o d a T 2 = 5 0 µ s ± 2 0 % r a p p o r t o T 1 - T 2 T 1 = 1,6 7 x T 2 T 2 t Tens.. d'isolamento Tens. di prova c.a. Ui (val. efficace) Tens. di prova c.c. Ui 60 1000 1415 60 < Ui 300 1500 2120 300 < Ui 690 1890 2670 690 < Ui 800 2000 2830 800 < Ui 1000 2200 3110 1000 < Ui 1500-3820 26 giugno 2010 Slide 56
La nuova Norma Quadri CEI EN 61439 Sovratemperatura 26 giugno 2010 Slide 57
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Modalità di verifica: prova, calcolo e regole di progetto La verifica della sovratemperatura si può effettuare con prova di tipo e con le regole di progetto, senza alcun limite alla potenza o alla corrente del quadro Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 9 Sovratemperatura SI SI SI Prove di verifica Regole di progetto Fino a 1600 A CEI 17-43 Metodi di calcolo fino a 630 A col metodo delle potenze P diss < P invol Fino 1600 A Quadri finali Prova temper. Regole di progetto Calcolo Fino 630 A 26 giugno 2010 Slide 58
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Verifiche dirette (prove) e indirette (regole di progetto) Il flusso di raffreddamento ricorda da vicino una normale stufa a legna Disponendo di prove di sovratemperatura, con opportune regole si possono derivare quadri senza limiti di corrente o di potenza Utilizzando solo metodi di calcolo, il campo in correnti o potenze per la derivazione di quadri conformi, è più ridotto: 1) < 630 A metodo delle potenze P diss < P invol 2) < 1600 A col metodo delle CE 17-43 (ridotto rispetto ai precedenti 3150 A) L insieme si prova introducendo opportuni fattori di contemporaneità sull insieme delle uscite (dipende dal numero e tipo di entrate di potenza, con unica entrata è inferiore alla taratura dell inter-ruttore) 26 giugno 2010 Slide 59
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Fattori di contemporaneità e regime termico Ogni circuito interno deve portare la propria corrente nominale (se serve si prova uno alla volta e si verifica il regime raggiunto) La diversa posizione degli attacchi posteriori orizzontali e verticali influenza il raffreddamento RDF (in inglese) = Coefficiente di contemporaneità - Il singolo circuito deve reggere la propria corrente nominale di pieno carico (prova specifica di temperatura a regime) - l intero quadro si prova adottando un opportuno coefficiente di contemporaneità sulle uscite o su parte di esse, così da ottenere la corrente nominale (in entrata) L insieme si prova con fissati fattori di contemporaneità (dipende dal numero e tipo di entrate; con unica entrata la corrente è in genere inferiore alla taratura dell interruttore a causa del relativo riscaldamento localizzato). l fattore di contemporaneità può essere stabilito: - per un gruppo di circuiti; - per tutto il quadro. 26 giugno 2010 Slide 60
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Limiti ammissibili a regime per le sovratemperatura Le sovratemperatura in Tab. 6 si applicano con una temperatura media dell aria ambiente inferiore o pari a 35 C e non devono essere superati quando i quadri sono verificati secondo la nuova norma Componenti incorporati a) Parti di un quadro Sovratemperature K In accordo con le relative prescrizioni delle norme di prodotto per i componenti singoli, o secondo le istruzioni del costruttore del componente, tenendo in considerazione la temperatura interna del quadro Terminali per conduttori esterni isolati 70 b) Sbarre e conduttori Limitata da: - resistenza meccanica del materiale conduttore; - possibili influenze sull apparecchio adiacente; - limite di temperatura ammissibile per i materiali isolanti a contatto con il conduttore; - influenza della temperatura del conduttore sugli apparecchi ad esso connessi; - per i contatti ad innesto, natura e trattamento superficiale del materiale dei contatti. Organi di comando manuale: - di metallo - di materiale isolante Involucri e coperture esterne accessibili: - superfici metalliche - superfici isolanti Connessioni particolari del tipo presa a spina e spina 15 c) 25 c) 30 d) 40 d) Determinata dai limiti fissati per i componenti dell equipaggiamento di cui fanno parte e) 26 giugno 2010 Slide 61
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura La dinamica della prova sperimentale La verifica con prova impone i seguenti passi: 1) Selezione della variante più onerosa del quadro Le specifiche prestazionali sulla dissipazione termica del catalogo ArTu vanno ancora bene 2) Prova con uno dei possibili metodi (è definito dal costruttore) - Unica unità provata con unico fattore di contemporaneità - Unità funzionali provate separatamente da quadro e da sbarre (poi sono provati anche come unica unità completa) - Unità funzionali e sistemi sbarre provati separatamente dal quadro e poi il quadro provato completo 3) Estensione dei risultati alle varianti (stessa costruzione, dimensioni maggiori o uguali, stesse (o migliori) condizioni di ventilazione e di segregazione, stesse o minori potenze dissipate e, stesso o minor numero di circuiti in uscita per ogni sezione, stessa o ridotta densità di corrente nei sistemi sbarre 26 giugno 2010 Slide 62
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Due strade quando si decide per la prova di verifica In pratica si danno due casi: - la somma delle correnti d impiego in uscita verso i carichi, stabilite dall impiantista è < della corrente d impiego (o nominale) d entrata o della somma delle entrate: Σ I B uscite < Σ I B entrate Entrata > uscite - la somma delle correnti d impiego in uscita verso i carichi stabilite dall impiantista è > della corrente d impiego (o nominale) d entrata o della somma delle entrate; Σ I B uscite > Σ I B entrate Entrata < uscite 26 giugno 2010 Slide 63
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Il quadro di partenza con S IB uscite > S IB entrate Entrata < uscite La versione teorica iniziale delle correnti nominali, può essere interpretata come indicato nelle due configurazioni che seguono, che adottano un fattore di contemporaneità di 0,8 per gruppi di apparecchi [1600 A] A1 1600 A [1600 A] B1 800 A B2 400 A B3 400 A C1 630 A C2 200A C3 200A C4 200A C5 200A D 2 a D1 400 A D2 Sezione A Sezione B Sezione C Sezione D D 2 b D 2 c D 2 d Da D2a a D2d Ciascuno da 100 A 26 giugno 2010 Slide 64
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Un primo stato di carico provato in temperatura Il quarto scomparto è scarico (aperto), il terzo e il secondo sono in parte caricati con coefficiente 0,8. In tal modo nel primo passa ancora 1600 A cioè la sua corrente nominale Attenzione a garantire il libero flusso di raffreddamento attraverso l interruttore [1600 A] A1 1600 A [1600 A] [320 A] [0 A] [0 A] [1280 A] [320 A] B1 800 A [640 A] B2 400 A [320A] B3 400 A [320 A] Regime A C1 630 A [0 A] C2 200A [160A] C3 200A [160A] C4 200A [0A] C5 200A [0A] [0 A] D 2 a D1 400 A [0 A] Sezione A Sezione B Sezione C Sezione D D2 D 2 b D 2 c D 2 d Da D2a a D2d Ciascuno da 100A 26 giugno 2010 Slide 65
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Un secondo stato di carico provato in temperatura Il quarto scomparto è caricato a 320 A, il terzo e il secondo a 640. Nel primo passano ancora 1600 A. Lo stato più gravoso sarà quello di riferimento per la prova di sovratemperatura La classica ottimale soluzione termica a salice piangente [1600 A] A1 1600 A [1600 A] [960A] [320 A] [0 A] [640 A] [640 A] [320 A] B1 800 A [640 A] B2 400 A [0 A] B3 400A [0 A] Regime B C1 630 A [504 A] C2 200A [136A] C3 200A [0A] C4 200A [0A] C5 200A [0 A] D 2 a D1 400 A [320 A] Sezione A Sezione B Sezione C Sezione D D2 D 2 b D 2 c D 2 d Da D2a a D2d Ciascuno da 100A 26 giugno 2010 Slide 66
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Derivazione a mezzo regole di progetto Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 9 Sovratemperatura SI SI SI Conviene collocare in basso le tarature con correnti elevate onde ridurne il percorso Allestimenti verificati in questo modo rispettano le seguenti operazioni: - le unità funzionali sono dello stesso gruppo del unità usata per il test - lo stesso tipo di costruzione utilizzati per il test; - le stesse dimensioni globale o maggiore utilizzate per il test; - lo stesso raffreddamento o maggiore del quadro testato; - la stessa separazione interna o ridotta come per il test (se esistano); - le stesse o minori perdite nella stessa sezione utilizzata per il test. - lo stesso o minor numero di circuiti in uscita per ogni sezione. L assieme in fase di verifica può comprendere tutto o parte dei circuiti dell assieme verificato 26 giugno 2010 Slide 67
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Principi di derivazione logica dalla prova Ogni circuito interno deve reggere la corrente nominale (si prova uno alla volta e si verificano le temperature a regime) Nel grande ci sta il piccolo Disponendo di un quadro già conforme alla tenuta termica, con un sistema disponibile, la stessa circuiteria o una similare (stessi watt da dissipare) può essere contenuta nella stessa carpenteria (L x l x h) o in una più grande Se ne prova uno per tutti Superata la prova di temperatura su un prototipo, esso fa da capostipite per tutti gli altri quadri generati (compresi) da quello, cioè aventi perdite termiche minori o uguali. Da cui la convenienza a provare prototipi pieni e ben distribuiti per tirare al limite le temperature Se ciascuna parte va bene, l insieme va bene Accoppiando scomparti, singolarmente conformi alla temperatura, l insieme finale è anch esso conforme 26 giugno 2010 Slide 68
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Derivazione a mezzo calcolo Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 9 Sovratemperatura SI SI SI Trasmissione del calore (conduzione, irraggiamento e convezione) da interruttore a quadro e ad ambiente Quadro con I n < 630 A - Viene determinata la potenza dissipabile in un involucro (tabella P diss T, ricavabile da dati costruttore o simulazione con resistenze); - Rispettati i vincoli si calcola la potenza tot. dissipata e la temperatura assoluta - Il quadro è verificato se questa temperatura è < temperatura di servizio dei componenti installati (caricati al max all 80% della loro portata in aria libera) Quadro con I n < a 1600 A - Rispettati i vincoli si calcola la potenza totale dissipata e la temperatura assoluta col metodo della norma IEC 60890 (CEI 17-43); - Il quadro è verificato se questa temperatura è inferiore alla max temperatura di servizio dei componenti installati (caricati all 80% della portata in aria libera) 26 giugno 2010 Slide 69
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Quando la prova di verifica non serve Il quadro è verificato se la temperatura finale alla totale potenza dissipata, non supera la temperatura di lavoro ammissibile degli apparecchi, che perciò potranno reggere un carico < all 80% della corrente nominale Col primo metodo, alternativo alla prova, deve essere: 0 < I na < 630 A (criterio simile alla CEI 23-51): P tot < P inv - P tot = somma perdite totali dei componenti attivi - P inv = massima potenza dissipabile da involucro mantenendo le temperature ai diversi strati del quadro inferiori ai rispettivi valori sopportabili dai componenti Il metodo non evita del tutto la prova, giacché richiede l impiego di resistori come generatori di calore e di termometri per rilevare le temperature di regime nel quadro 26 giugno 2010 Slide 70
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Quando la prova di verifica non serve Il secondo metodo fino a 1600 A è esente da prova e si sviluppa tutto a freddo e a tavolino, applicando il noto algoritmo di costruzione della mappa termica del quadro, disegnabile mediante la CEI 17-43, in uso da anni presso molti quadristi assemblatori. L alto valore di forma ostacola non poco il raffreddamento Multipli altezza involucro Curva caratteristica di sovratemperatura 1,0 0,5 D t 0,5 D t1,0 Estremità superiore Metà altezza D t Sovratemperatura dell'aria all'interno 26 giugno 2010 Slide 71
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura La distribuzione della temperatura con la CEI 17-43 con A e < 1,25 distribuzione lineare Multipli altezza involucro 1,0 t 1 t 0,75 t 0,75 B = t 1 ; 0,75 0,5 t 0,5 A = t 0,5 ; 0,5 Sovratemperatura dell'aria all'interno Estremità superiore t 0,75 = c. t 0,5 metà altezza t Per A e 1,25 m 2 la sovratemperatura segue una distribuzione lineare, che parte dal minimo (ambiente) e arriva al massimo all'altezza dei tre quarti del quadro; la temperatura resta poi costante. 26 giugno 2010 Slide 72
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura La distribuzione della temperatura con la CEI 17-43 con A e > 1,25 distribuzione lineare Multipli altezza involucro 1,0 0,5 metà altezza t Sovratemperatura dell'aria all'interno estremità superiore B = t 1 ; 1 t 0,5 A = t 0,5 ; 0,5 Tali temperature si dovranno confrontare con quelle sopportabili dagli apparecchi o tollerabili dall operatore (sui pannelli, maniglie, etc) Per A e > 1,25 m 2 la sovratemperatura è lineare, dal minimo (ambiente) al massimo all'estremità superiore dell'involucro. 26 giugno 2010 Slide 73
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura L equivalenza termica tra componenti diversi Unità funzionali - sostituzione degli apparecchi Un apparecchio può essere sostituito con un apparecchio similare, di una serie differente da quella utilizzata nella prova originale, purché la potenza dissipata e la sovratemperatura dell apparecchio, quando provato in conformità con la norma di prodotto, sia la stessa o inferiore. Devono essere mantenute le disposizioni fisiche all interno dell unità funzionale e i valori nominali dell unità funzionale 26 giugno 2010 Slide 74
Tenuta materiali e componenti, la sovratemperatura Problemi ed opportunità dalla sostituibilità? Vantaggi della sostituibilità di un componente con un altro mantenendo la medesima conformità termica - Concede l intercambiabilità energetica di un componente - Il sostituto deve avere perdite termiche uguali o minori - Occorre conoscere la temperatura del componente - Se tutto è < (conservativo) il componente nuovo è sostituibile - Non si accenna ad altre prestazioni (I 2 t, I cc R int ) Problemi formali e difficoltà d applicazione - Difficile reperibilità delle temperature dei componenti - Riluttanza o impossibilità a fornire questi valori di temperatura - Attesa per una qualche soluzione normativa 26 giugno 2010 Slide 75
La nuova Norma Quadri CEI EN 61439 Corto circuito 26 giugno 2010 Slide 76
Tenuta materiali e componenti in corto circuito I guasti che deve sopportare per norma il quadro Il quadro deve sopportare senza danno tutti e soli i guasti a valle sulle linee di uscita. Limite d inizio di corti per il quadro La nuova norma non considera ancora il guasto ad arco interno 8 8 8 8 8 8 8 Corti circuiti estranei al quadro Corti circuiti interessanti il quadro 26 giugno 2010 Slide 77
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Finalità della prova sotto corto circuito Attenzione!!! Con la prova di corto si verifica la tenuta strutturale delle parti attive (rame) e passive (carpenterie) non il potere di interruzione delle protezioni 26 giugno 2010 Slide 78
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Conferma di tenuta senza prove, calcoli e derivazioni Un ampia fetta di quadri in BT non richiedono prova di tipo di corto circuito: - medio- bassa potenza in cabina - elevata distanza dalla cabina - forte limitazione di picco con interruttori limitatori Come prima la verifica del cortocircuito per il quadro non è richiesta se: I cp 10 ka (presunti efficaci nel punto d installazione) oppure I pk 17 ka (corrente di picco limitata da interruttore o fusibile all ingresso o a monte del quadro SI I cp presunta dell'impianto (valore efficace) è: SI prova di corto? NO! I cp < 10 ka NO Per l'interruttore generale la corrente di picco nel caso di corto circuito massimo ammissibile all entrata del quadro è: I pk < 17 ka NO prova di corto? SI! 26 giugno 2010 Slide 79
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Il caso limite di protezione da corto con interruttore Anche per CEI EN 61439 non serve la prova di tipo di corto circuito se il picco limitato dall interruttore è < 17 ka in corrispondenza della I cp presunta nel punto d installazione del quadro I pk I pk (I cn ) > 17 ka I pk (I cp ) < 17 ka I pk (I cn ) 17 ka I pk (I cp ) occorre prova? I cp presunta < I cn No! I pk picco limitato I cp 26 giugno 2010 Slide 80
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Al quadro sotto corto ci pensano gli apparecchi ABB Interruttore T1 160 T2 160 T3250 T4 250 T4 320 T5 I cp (415V) 36 ka 50 ka 14 ka 25 ka 25 ka 10 ka 17 ka I picchi di corrente limitati sono inferiori ai 17 ka alle correnti di guasto efficaci indicate I cp 26 giugno 2010 Slide 81
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Verifiche dirette (prove) e indirette (regole di progetto) 10 Corto circuito SI Prova di tipo Calcolo Regole di progetto La verifica in corto circuito si può effettuare con prova di tipo e con le regole di progetto (come per la sovratemperatura) SI SI Quadri finali Regole di progetto Prova in corto Calcolo CEI 17-52 Le regole di progetto in corto circuito sono riportate in una apposita tabella 13 (vedi oltre) 26 giugno 2010 Slide 82
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La tenuta in corto circuito senza prove e derivazioni Regole di progetto : - Sistema di riferimento provato (produttore o costruttore originale) - Applicazione Tab. 13 della norma Nel caso di verifica con prove le condizioni residue dopo la prova sono: - Minime distanze in aria (stesso isolamento) - Gradi IP esterni ed interni immutati Corrente nominale di corto-circuito condizionata (I cc ) valore della corrente presunta di corto-circuito, dichiarata dal costruttore del quadro, che il quadro stesso può sopportare, durante il tempo totale di funziona-mento (tempo di apertura) del dispositivo di protezione contro il cortocircuito (SCPD), nelle condizioni specificate 26 giugno 2010 Slide 83
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Dalla realtà impiantistica alla modellazione matematica Per la sua intrinseca origine casuale, il corto circuito si deve studiare di tipo induttivo, con cos ϕ inversamente proporzionale alla corrente presunta V I φ V I V φ I V φ I Dalla norma la consueta astrazione matematica Si assegna un angolo ϕ in funzione inversamente proporzionale alla corrente di corto circuito o di prova n 0,7 1,5 Cos ϕ 5 ka 1,7 0,5 10 ka 2 (n) 0,3 (cos φ) I cp (ka) 20 ka 2,1 0,25 50 ka 2,2 I pk /I cp 0,2 26 giugno 2010 Slide 84
Tenuta materiali e componenti in corto circuito I parametri standard per la prova di corto circuito Il valore di picco della corrente (da cui gli sforzi elettrodinamici), si ottiene moltiplicando il valore efficace per il fattore n. I valori di n ed del corrispondente fattore di potenza sono indicati nella Tab. 7 corrente di cos φ n cortocircuito I cp (ka) I 5 0,7 1,5 5 < I 10 0,5 1,7 10 < I 20 0,3 2 20 < I 50 0,25 2,1 50 < I 0,2 2,2 I t V Il coordinamento dei dispositivi di protezione deve essere concordato tra il costruttore del quadro e l utilizzatore I I pk Salvo un diverso accordo tra il costruttore originale e l utilizzatore, il valore della corrente di prova nella sbarra di neutro deve essere almeno il 60 % della corrente di fase durante la prova trifase. 26 giugno 2010 Slide 85
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La tenuta in corto circuito senza prove e derivazioni I cp F-PE = 60% I cp FFF quindi, nei TN I dm = 60% I cu (magnetotermici differenziali) corto 3F I = I cp corto F-N I = 60 % I cp 26 giugno 2010 Slide 86
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Le diverse tenute sotto corto circuito Il quadro dispone d un interruttore di protezione? NO Il quadro ha a monte un interruttore di protezione? NO Si definisce una corrente di corto circuito nominale ammissibile di breve durata I cw SI SI Si definisce una corrente di corto circuito condizionata I cc dal dispositivo d ingresso Si definisce una corrente di corto circuito condizionata I cc dal dispositivo a monte I (A) transitoria picco 1 s (50 onde) Icc breve durata t(s) 26 giugno 2010 Slide 87
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Le due diverse condizioni di corto circuito per il quadro I cp Prova di corto circuito condizionata I cp Prova di corto circuito di breve durata Il quadro sente solo l effettiva corrente di guasto che viene interrotta dall interruttore generale. Si esprime in valore efficace Il quadro sente la corrente di prova I cw per 1 secondo a 50 Hz senza intervento delle protezioni (sono fuori gioco). Si esprime in valore efficace I cc I cw 26 giugno 2010 Slide 88
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Le due diverse condizioni di corto circuito per il quadro I cw I cc 26 giugno 2010 Slide 89
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Breve durata e corrente di picco sopportabile Ipk e Icp Corrente di breve durata I cw, di picco I pk, e presunta I cp : - I cw è il valore efficace della corrente relativa alla prova di corto circuito per 1 secondo senza apertura delle protezioni - I pk è la corrispondente corrente di picco tenuta dal quadro, queste correnti sono : - legate da un rapporto prefissato dalla norma Prova di corto - date in alternativa alla corrente condizionata I cc - tenute dalle sbarre principali (e quadro) senza protezione - I cp è la corrente efficace presunta di corto circuito nel punto d installazione Relazione riassuntiva I cp corrente di corto presunta < I cw corrente di breve durata 26 giugno 2010 Slide 90
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La corrente condizionata Icc Corrente di corto circuito condizionata I cc : - I cc è il valore efficace della corrente applicata durante la prova di corto circuito e interrotta dalle protezioni; essa è * in alternativa alla corrente di corto di breve durata I cw * interrotta dalle protezioni automatiche Relazione riassuntiva I cp corrente di corto presunta < I cc corrente condizionata 26 giugno 2010 Slide 91
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La sintesi di conformità nei due casi Icc e Icw È nota la corrente di corto circuito (I cc ) condizionata (val, efficace) È nota la corrente di corto circuito di breve durata del quadro I cw (valore efficace) I cp (presunta impianto) < I cc (condizionata del quadro con un dispositivo specificato) I cp (presunta dell impianto) < I cw (del quadro) SI NO SI NO Quadro idoneo Quadro non idoneo Quadro idoneo Quadro non idoneo 26 giugno 2010 Slide 92
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Le diverse correnti sotto corto circuito Schematizzazione matematico-geometrico del corto circuito. In realtà la corrente di corto, dopo un picco iniziale, si "smorza sul valore efficace presunto nel punto di guasto. corr. nominale di picco I pk corrente di corto condizionata I cc (valore efficace) i(t) corr. nomin. Corrente di breve durata I cw 1 secondo Corrente presunta di corto circuito I cp tempo I cp 26 giugno 2010 Slide 93
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Dalla breve durata la corrente di picco sopportabile Ipk ArTu L Parete ArTu L Pavimen. ArTu M Parete ArTu M Pavimento ArTu K P=200mm P=250mm P=150/200mm P=250mm Corrente nominale fase-fase 25kA (1s) 35kA (1s) 25kA (1s) 35kA (1s) 105kA (1s) di corto 50kA (3s) circuito fase-neutro 9kA (1s) 21kA (1s) 9 ka (1s) 21kA (1s) 60kA (1s) di breve durata fase-pe 9 ka (1s) 15 ka (1s) 9 ka (1s) 15 ka (1s) 60 ka (1s) Corrente nominale di corto circuito di picco max 52,5 ka 74 ka 52,5 ka 74 ka 254 ka I pk = I cw. n 26 giugno 2010 Slide 94
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La sostituibilità nel rispetto delle prestazioni in corto La verifica in corto si può effettuare con una delle tre modalità. Utilizzando i dati di prova, con la tab 13 di controllo, che fissa le regole di progetto, o con la CEI 17-52, si possono realizzare una grande quantità di altri quadri Quadri finali Regole di progetto Prova in corto Calcolo CEI 17-52 26 giugno 2010 Slide 95
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Derivazione a mezzo regole di progetto (tab 13) Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 10 Corto circuito SI SI SI 1 I valori nominali della tenuta al cortocircuito, di ogni circuito del quadro da verificare, sono minori o uguali di quelli del progetto di riferimento? 2 Le dimensioni delle sezioni delle sbarre e delle connessioni, di ogni circuito del quadro da verificare, sono > di quelle del progetto di riferimento? 3 Le distanze tra le sbarre e le connessioni, di ogni circuito del quadro da verificare, sono maggiori o uguali di quelle del progetto di riferimento? 4 I supporti sbarre e delle connessioni, di ogni circuito del quadro da verificare sono dello stesso tipo, forma e materiale ed hanno la stessa o inferiore spaziatura, su tutta la lunghezza delle sbarre, del progetto di riferimento? 5 I materiali e le proprietà dei materiali dei conduttori di ogni circuito del quadro da verificare, sono gli stessi del progetto di riferimento? SI NO 26 giugno 2010 Slide 96
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Derivazione a mezzo regole di progetto (tab 13) 10 Corto circuito SI Prova di tipo Calcolo Regole di progetto SI SI 6 I dispositivi di protezione contro il cortocircuito, di ogni circuito del quadro da verificare, sono della stessa costruzione e serie, con stesse o migliori caratteristiche di limitazione (I 2 t, I pk ) e basati sui dati forniti dal costruttore del dispositivo, ed hanno la stessa configurazione del progetto di riferimento? 7 La lunghezza dei conduttori attivi non protetti, secondo 8.6.4, di ogni circuito non protetto da verificare è < di quella del progetto di riferimento? 8 Se il quadro da verificare comprende un involucro, il progetto di riferimento comprendeva l involucro quando era stato provato? 9 L involucro del quadro da verificare fa parte dello stesso progetto e tipo ed ha almeno le stesse dimensioni di quelle del progetto di riferimento? 10 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 NO 26 giugno 2010 Slide 97
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Derivazione a mezzo regole di progetto (tab 13) Regole di progetto : - Sistema di riferimento provato (produttore) - Applicazione Tab. 13 norma 61439-1 Dalla tab 13: ( ) 6. I dispositivi di protezione contro il cortocircuito, di ogni circuito del quadro da verificare, sono della stessa costruzione e serie, con stesse o migliori caratteristiche di limitazione (I 2 t, I pk ) e basati sui dati forniti dal costruttore del dispositivo, ed hanno la stessa configurazione del progetto di riferimento? SI NO 26 giugno 2010 Slide 98
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Derivazione a mezzo regole di progetto (tab 13) Regole di progetto : - Sistema di riferimento provato (produttore) - Applicazione Tab. 13 norma 61439-1 Nota alla tab 13 a) La protezione da corto circuito dello stesso tipo ma di una diversa serie può intendersi equivalente, se il relativo costruttore dichiara che le prestazioni sono le stesse o migliori in ogni specifica, di quelle della protezione verificata (potere di rottura, caratteristica di limitazione I 2 t, I pk, distanze critiche) 26 giugno 2010 Slide 99
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Derivazione a mezzo regole di progetto (tab 13) Condizioni da verificare - Quadro già testato a disposizione per la comparazione - I cw < I cw (quadro testato) - Estensione dei risultati di prova utilizzando il metodo proposto dalla IEC 61117 (e rispettandone i vincoli) Ogni circuito può essere verificato con esito positivo utilizzando le righe 6, 8, 9 e 10 della Tab 13 usata per la verifica secondo le regole di progetto D D 1 / 4 D 26 giugno 2010 Slide 100
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Ulteriori limiti desunti dalla prova di breve durata (Icw) 1 sec = 50 cicli completi i(t) i 2 (t) 0 t i 2 ( t) dt = I 2 t Se: - I = I cw - t = 1 sec I 2 cw I cw 2 è l energia specifica passante sopportata dal quadro nella prova di beve durata (1 s) è il picco di corrente max (nel 1 periodo) n x I cw sopportato dal quadro nella prova di breve durata 26 giugno 2010 Slide 101
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La sintesi di conformità nei due casi Icc e Icw I cw (sistema-quadro) I cp presunta (+ interruttore) I pk sist = I cw. n I pk int I 2 t sist = I cw2. t (i 2 t) int I pk sist > I pk int I 2 t sist > (i 2 t) int Sistema idoneo SI NO Sistema non idoneo 26 giugno 2010 Slide 102
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Esempio di Regole di progetto per la tenuta in corto E' nota la I cw di breve durata del quadro (val. eff.) I (A) picco 1 s (50 onde) Icw breve durata I 2 T I cp presunta < I cw t(s) NO SI Quadro OK SI E' presente a monte del quadro un interruttore che alla I cp presunta ha I 2 t < I 2 t (quadro) e I pk < I pk (quadro) Quadro KO NO Dalla prova di breve durata si ha: - l energia passante I 2 t sopportata - il picco di corrente I pk sopportato. Se tali valori sono rispettati dall interruttore disponibile, non servono altre verifiche sperimentali 26 giugno 2010 Slide 103
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Esempio di Regole di progetto per la tenuta in corto I cw I 2 t I cp Dati impianto Catalogo quadro I pk SI Quadro OK I cw > I cp? SI NO I 2 t > I 2 t? I pk > I pk ( quadro) (interruttore) I cn I 2 t I pk NO Catalogo interruttore Quadro OK Quadro KO 26 giugno 2010 Slide 104
I Tenuta materiali e componenti in corto circuito Problemi sulle uscite dal quadro I O O devono avere una adeguata corrente di corto circuito di breve durata é sufficiente indicare la corrente di corto circuito condizionata 26 giugno 2010 Slide 105
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Esempio di Regole di progetto per la tenuta in corto Impianto (quadro) esistente: V n = 400 V; I cp = 35 ka I cw = 35 ka da cui: I 2 t quadro = 35 2 x 1 = 1225 MA 2 s I pk quadro = 35 x 2,1 = 73.5 ka Dati impianto nuovo: V n = 400 V; I cp = 60 ka Per verificare la compatibilità con l esistente, si deve: - determinare I 2 t e I p dell interruttore a monte del quadro - verificare che gli interruttori interni al quadro abbiano l adeguato potere di interruzione, singolarmente o back-up. A monte del quadro, viene installato un Tmax T5H che a I cu = 70 ka presenta I 2 t interruttore < 4MA 2 s I pk interruttore < 40 ka Nel quadro ci sono scatolati Tmax T1,T2,T3 (N) e I cu = 36 ka (415 V). Dalle tabelle di Back-up tali interruttore risultano idonei all impianto in quanto il loro potere di interruzione viene elevato a 65 ka dall interruttore T5H (back-up) posto a monte Il nuovo quadro è dunque idoneo, per quanto riguarda il cto cto 26 giugno 2010 Slide 106
ArTu Tenuta materiali e componenti in corto circuito Esempio di Regole di progetto per la tenuta in corto T2 160 ArTu Dati impianto: V n = 400 V I cp = 45 ka T2 160 T3 250 T3 250 T3 250 Barre verticali sagomate I n (IP65) 800, I cw max 35 ka. Dobbiamo verificare che le sollecitazioni ridotte dagli interruttori posti a valle del sistema siano compatibili. Nelle celle ci siano: Tmax T3S250 Tmax T2S160 Dalla I cw del sistema di barre si ricava che: I pk sist = I cw. n = 35. 2,1 = 73,5 [ka] I 2 t sist = I cw 2. t = 35 2. 1 = 1225 [(ka) 2 s] Dalle curve di limitazione e di I 2 t per T3S250 si ha: Per I cp 45 ka corrisponde I pk int < 30 ka corrisponde I 2 t int < 2 [(ka) 2 s] Quindi, essendo I pk int <I pk sist (30<73,5) e I 2 t int <I 2 t sist (2<1225) Il sistema di barre è perciò compatibile con il quadro 26 giugno 2010 Slide 107
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Protezione con T3S 250 < 2 ka 2 s < 30 ka 45 ka 45 ka Un Tmax T3S a I cc = 45 ka I p interruttore < 30 ka I 2 t interruttore < 2 MA 2 s 26 giugno 2010 Slide 108
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Legame geometrico tra distanza portabarre e Icw X max = distanza max tra due portabarre consecutivi. N portabarre in funzione della I cc max Barra codice portata Portabarre codice N barre per fase X max 25 ka (mm) X max 35 ka (mm) BA0400 BA0800 400A 800A Lineare PB0803 PB0803 1 1 4 550 4 550 5 425 4 550 1/4 X X BA0400 BA0800 400A 800A Scalare PB0802 PB0802 1 1 4 550 4 550 4 550 4 550 X 1/4 X Il corretto numero di portabarre garantisce la tenuta agli sforzi elettrodinamici in caso di cortocircuito. Valutare la distanza massima (X max) da non superare tra due portabarre consecutivi in funzione della I cc massima La distanza tra il primo portabarre e la fine della barra deve essere < 1 / 4 di X. 26 giugno 2010 Slide 109
Catalogo tecnico 1STC802001D0904 Catalogo generale quadri per distribuzione Tenuta materiali e componenti in corto circuito Legame geometrico tra distanza portabarre e Icw Barre sagomate dal catalogo ArTu 26 giugno 2010 Slide 110
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La convenienza di un sistema sbarre completo Un sistema costruttivo prevede un sistema di sbarre provato e accessoriabile e tutte le apparecchiature necessarie a sopportare i forti sforzi di corto circuito D D barrette orizzontali IP20 portabarre isolanti serrabarre 1 / 4 D 26 giugno 2010 Slide 111
Tenuta materiali e componenti in corto circuito La questione dei traversini tra sbarre e interruttori Connessioni delle unità funzionali di uscita all alimentazione Se un quadro contiene dei conduttori tra la sbarra collettrice principale e l alimentazione delle unità funzionali di uscita, che non soddisfano le prescrizioni di 8.6.4, un circuito di ogni tipo deve essere sottoposto ad una prova aggiuntiva. CEI E 61439 art 8.6.4 Scelta ed installazione di conduttori attivi non protetti per ridurre la possibilità di cortocircuito In un quadro i conduttori attivi non protetti da dispositivi contro il cortocircuito devono essere scelti ed installati in modo tale che, nelle normali condizioni di funzionamento, un cortocircuito interno tra le fasi o tra fase e terra sia estremamente poco probabile I cc = I cw 26 giugno 2010 Slide 112
Tenuta materiali e componenti in corto circuito Distanza di primo fissaggio al crescere della Ipk 450 700 400 350 300 T2 600 500 T4 250 400 Dalla guida ai quadri ArTu 200 150 100 50 Distanza supporti] Ipk [ka] 300 200 100 Distanza supporti] Ip [ka] 0 10 100 1000 0 10 100 1000 600 500 400 300 200 100 Distanza supporti] 0 10 100 T5 Ip [ka] 1000 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 50 Distanza supporti] Ip [ka] 60 80 100 150 200 S6 500 26 giugno 2010 Slide 113
Tenuta materiali e componenti Differenze tra CEI 17-43 (temper) e CEI 17-52 (corto) - Nella CEI 17-43 non si richiedono riferimenti ad alcuna prova di tipo sulla tenuta alle sovratemperature; nella CEI 17-52 invece tale riferimento è vincolante - Nella CEI 17-43 il calcolo è nettamente più preciso che nella CEI 17-52, dove le approssimazioni sono larghe ed è grande la difficoltà di approssimazione del calcolo alla realtà fisica nel caso di grosse strutture complesse Serve il catalogo (prove di tipo) per CEI 17-52 Non serve il catalogo (prove di tipo) per CEI 17-43 26 giugno 2010 Slide 114
Tenuta materiali e componenti Differenze tra sovratemperature e corto circuito condizioni e prestazioni Sforzi Norme di calcolo Prova di tipo Campo d impiego Precisione di calcolo protegge dal guasto interno Sovratemp. CEI 17-43 non richiesta adesso fino a 1600 A (senza prova) ottima sotto le condizioni previste no mai Corto circuito CEI 17-52 CEI 11-26 necessaria sotto i valori di prova grossolana no mai 26 giugno 2010 Slide 115
Tenuta materiali e componenti EMC, manovre meccaniche e forme segregazione Prova di tipo Calcolo Regole di progetto 11 Compatibil. elettrom. SI NO SI 12 Operaz. meccaniche SI NO NO Conferma delle forme La separazione può essere realizzata con sezioni o barriere (metallico o nonmetallico), isolamento di parti vive o l involucro di un'apparecchiatura (interruttore scatolato) 200 manovre (erano 50) Forma 1 Forma 2A Forma 2B Forma 3A Forma 3B Forma 4A Forma 4B 26 giugno 2010 Slide 116