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ANTEPRIMA: NORMA IEC 61800-5-1 SUI POWER DRIVE SYSTEMS

22/10/2021
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Antonio Fabiani, Membro CEI, CENELEC e IEC SC 22G e MT 61800-5-1

Sviluppi normativi in corso e novità della futura edizione 2022.

1. Gli azionamenti elettrici: definizioni e riferimenti regolatori

Gli azionamenti elettrici, comunemente chiamati “drives”, di qualsiasi potenza e tensione, hanno una moltitudine di applicazioni e rappresentano una fetta importante del mercato mondiale dei sistemi di automazione e controllo dei macchinari.

In gergo normativo si distinguono in:

  • Power Drive Systems (PDS), se si tratta di un’installazione completa
  • Complete Drive Module (CDM), quando ne rappresentano una parte funzionalmente autonoma e ben definita
  • Basic Drive Module (BDM), laddove invece siano solo l’elemento di base di un sistema più complesso.

A livello industriale, nel linguaggio corrente, assumono diversi nomi tra i quali: inverter, convertitori, drives, avviatori, VFD (Variable Frequency Drive), VSD (Variable Speed Drive), ecc.

È evidente che la carenza di sicurezza di un dispositivo così importante in un macchinario non solo può compromettere il funzionamento della macchina ma, peggio, contribuire seriamente a diminuire la confidenza nella sicurezza intrinseca dell’equipaggiamento elettrico di cui il dispositivo è parte.

I PDS rappresentano un settore in continua evoluzione tecnologica per il quale l’obiettivo della sicurezza nel funzionamento è inevitabilmente obiettivo prioritario.

Ad oggi, i principali riferimenti esistenti in tema di azionamenti elettrici per il macchinario sono:

  • Direttiva Macchine 2006/42/EU
  • Direttiva Bassa Tensione 2014/35/EU, per la quale la IEC 61800-5-1 risulta essere armonizzata
  • Direttiva Compatibilità elettromagnetica 2014/30/EU
  • Norma IEC 60204-1 (EN 60204-1) “Sicurezza del macchinario – Equipaggiamento elettrico delle macchine”.

2. L’attuale Norma

La Norma IEC 61800-5-1 “Adjustable speed electrical power drive systems – Part 5-1: Safety requirements – Electrical, thermal and energy” riguarda le prescrizioni di sicurezza elettrica, termica ed energetica degli azionamenti elettrici a velocità variabile.).

Come recita il sommario della Norma, essa specifica i requisiti per gli azionamenti elettrici a velocità variabile, o per i loro componenti, per gli aspetti relativi a sicurezza elettrica, termica ed energetica.

Si applica agli azionamenti elettrici a velocità variabile costituiti da un convertitore, da apparecchiature di controllo e da uno o più motori.

La Norma si applica agli azionamenti in c.c. alimentati sino a 1 kV c.a. a 50/60 Hz e agli azionamenti in c.a. con tensione di alimentazione fino a 35 kV a 50/60 Hz e tensione di uscita fino a 35 kV.

Gli aspetti riguardanti EMC, sicurezza funzionale, ecc., degli azionamenti sono oggetto di altre parti della serie IEC 61800.

La Norma non tratta le apparecchiature azionate, se non per le prescrizioni di interfacciamento, gli azionamenti per trazione e per i veicoli elettrici (automotive). Il campo di applicazione della Norma non riguarda i dispositivi impiegati come parti componenti un PDS quando questi sono conformi alle prescrizioni di sicurezza delle corrispondenti Norme di prodotto.

La Norma attualmente in vigore venne pubblicata nel 2007, sia a livello IEC, sia a livello CENELEC, diventando EN 61800-5-1, poi recepita dal CEI nel 2009 come CEI EN 61800-5-1. Successivamente nel 2016, venne pubblicata un Modifica (Amendment 1).

Tabella 1 – Cronistoria della Norma IEC 61008-5-1

3. L’esigenza di una nuova edizione

Sono ormai trascorsi quattordici anni dall’ultima revisione sostanziale e completa della Norma e questo, se da un lato può far pensare a una Norma la cui rappresentazione dello stato dell’arte è deficitaria, dall’altro dimostra che l’attuale versione è ancora in grado di rappresentare la sicurezza dei prodotti avendo al suo interno solidi principi per la progettazione, la costruzione e la verifica degli azionamenti/convertitori.

Ad ogni modo, IEC ha ritenuto di avviare un processo di revisione col fine di procedere all’emissione di una nuova edizione (Ed. 3) entro il 2022, con il programma riportato in Tabella 2.

Tabella 2 – Programma di elaborazione nuova edizione della Norma IEC 61008-5-1

Come si può vedere, originariamente la nuova edizione avrebbe dovuto essere rilasciata nel 2020 ma le ben note ragioni legate alla pandemia da Covid-19 non hanno permesso di proseguire i lavori con la scaletta immaginata, costringendo di fatto il Gruppo di mantenimento a posticipare il fine lavori di un paio d’anni.

Ciò nondimeno il Gruppo si è ritrovato ben sette volte, solo nel 2021, a distanza, per proseguire i lavori e altri tre incontri sono previsti fino a fine anno.

Oltre alle valutazioni relative all’età, l’utilizzo della Norma IEC 61800-5-1 da parte di produttori e laboratori sin dal suo rilascio ha identificato diversi argomenti da implementare, o argomenti che necessitano di ulteriori informazioni per una migliore comprensione del corpo normativo.

Il Gruppo di mantenimento è costituito da circa venti membri attivi di undici nazionalità diverse – Italia inclusa – su quattro continenti.

I lavori normativi hanno prodotto diversi CD (bozze) e, attualmente, è in fase di verifica il CDV (doc. 22G/429/CDV), ossia la bozza finale da sottoporre a votazione.

Va detto che ad ogni votazione il Gruppo di mantenimento ha ricevuto centinaia di commenti, a dimostrazione dell’enorme interesse del mondo industriale per questa importante Norma.

4. Principali interventi operati nella nuova edizione

Diverse questioni importanti hanno influenzato l’ambito e l’approccio scelto per la revisione della IEC 61800-5-1.

Allo stato delle cose, la nuova edizione conterrà le seguenti modifiche tecniche significative rispetto alla precedente edizione:

  • armonizzazione con la Norma generica IEC 62477-1
  • armonizzazione con la Norma americana UL 61800-5-1 e canadese CSA C22.2 N. 274
  • informazioni più dettagliate sulla valutazione dei componenti e le relative norme di riferimento
  • requisiti aggiornati per i rischi di varia natura.

4.1 Definizioni

Solitamente nella lettura di una norma si dà poca importanza alle “Definizioni”, ritenendole poco significative e certamente noiose. Al contrario, molto spesso, esse assumono un’importanza notevole, soprattutto nella corretta lettura e interpretazione dei dettami normativi.

Col fine di rendere chiara la lettura della norma, il Gruppo di lavoro ha prestato particolare attenzione alle definizioni, provvedendo all’allineamento a tutte le altre Norme della Serie IEC 61800 e alla Norma generica IEC 62477.

4.2 Armonizzazione con la Norma IEC 62477-1

La nuova struttura e il contenuto si basano sulla IEC 62477-1, considerando modifiche e nuovi argomenti, tra i quali:

  • scopo modificato per includere la trasmissione/ricezione radio
  • definizione del “Uso previsto (Intended use)”
  • rielaborati in modo significativo i concetti di analisi di “guasto singolo” e di “funzionamento anomalo”
  • nuovi requisiti sulla protezione da cortocircuito e sovraccarico
  • protezione contro la scossa elettrica allineata alle Norme di base IEC 61140 e IEC 60364-4-41, compreso il coordinamento dell’isolamento secondo la IEC 60664, con rielaborazione/aggiunta dei seguenti concetti:
    • classificazione della tensione decisiva
    • isolamento, tensione di lavoro, distanze per isolamento funzionale su circuiti stampati e assiemi, isolamento solido, compatibilità con RCD, condizioni di accesso per PDS ad alta tensione
  • nuovo paragrafo sulla protezione contro i rischi energetici, il fuoco, i rischi termici e meccanici
  • nuove indicazioni sulla protezione contro le sollecitazioni ambientali.

4.3 Armonizzazione con normative nordamericane

La nuova edizione tiene conto delle deviazioni nazionali degli Stati Uniti secondo la UL 61800-5-1 la cui diffusione nel Nord America è sempre maggiore a partire dall’edizione del 2012. Le deviazioni non armonizzabili sono state inserite nell’allegato AA dedicato.

I temi rilevanti sono anche stati armonizzati con la Norma canadese CSA C22.2 n. 274; le deviazioni nazionali non armonizzabili sono state inserite nell’allegato BB dedicato.

Qualche argomento rilevante è stato armonizzato considerando gli aspetti di sicurezza relativi a azionamenti BDM/CDM/PDS in alta tensione per i quali oggigiorno si utilizza la UL 347A come riferimento principale.

4.4 Prove e verifiche

Il capitolo delle prove è stato aggiornato con alcuni requisiti aggiuntivi o modificati, tra cui i più significativi sono quelli di seguito riportati:

  • test di non accessibilità significativamente rielaborato
  • test di verifica del grado IP significativamente rielaborato
  • prove per i BDM/CDM/PDS montati a parete o a soffitto
  • nuova prova di fissaggio delle maniglie e dei comandi manuali
  • nuova prova antistrappo
  • considerazioni sulle alimentazioni da fonte di energia limitata
  • nuove prove dei collegamenti equipotenziali di protezione
  • procedura di prova per la determinazione della tensione di lavoro
  • test di sovraccarico in uscita
  • nuovo capitolo sulla prova di pressione idrostatica
  • nuova prova sulla misura dei campi elettromagnetici (EMF).

4.5 Altre varianti

Il capitolo sulle informazioni e sulla documentazione è stato variamente rielaborato con indicazioni più complete e precise, soprattutto per i manuali.

Anche gli Allegati, in conseguenza di quanto sopra, sono stati variamente rielaborati e completati; si segnalano in particolare quelli riguardanti: Informazioni aggiuntive per la protezione contro le scosse elettriche, simboli, linee guida per la compatibilità con RCD, interruzione automatica dell’alimentazione, valutazione del rischio (Guida IEC 116).

Da segnalare anche:

  • nuovo Allegato P per la valutazione dei componenti
  • nuovo Allegato Q per la protezione delle persone contro i campi elettromagnetici per frequenze da 0 Hz/300 GHz.

Conclusioni

I lavori del Gruppo di mantenimento proseguiranno fino al consolidamento di un draft di norma presentabile ai Comitati Tecnici nazionali.

Se tutto procede come nei piani, entro il 2022 vedrà la luce la nuova edizione della IEC 61800-5-1.

Di certo, l’impatto non sarà irrilevante, soprattutto per i costruttori di azionamenti, vista la mole di novità e modifiche.

Solo per dare un’idea, l’attuale bozza è di circa 250 pagine a fronte delle 110 dell’attuale testo normativo: a queste vanno aggiunte altre 160 pagine di allegati per il Nord America.

Sarà inevitabile una fase di studio approfondito, con conseguente adeguamento dei prodotti e dei metodi di prova.

Da ricordare anche che una volta emessa, la norma dovrà poi essere posta al vaglio dei Consulenti della Comunità Europea affinché se ne accerti l’armonizzare con le Direttive Europee applicabili.


Courtesy of Nidec ASI
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