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APPARECCHI DI ILLUMINAZIONE: EVOLUZIONE TECNOLOGICA E NORMATIVA

28/07/2020
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Anticipazioni sulla nuova edizione della norma per apparecchi di illuminazione IEC 60598-1.

Matteo Raimondi, Presidente CEI SC 34D

Franco Rusnati , Segretario CEI SC 34D

Premessa

L’evoluzione tecnologica ha fatto passi importanti negli ultimi anni. In particolare, negli ultimi due decenni si è assistito, con un processo che è ancora in atto, a due fasi principali di evoluzione del mercato dell’illuminazione.

La prima ha riguardato la sostituzione delle vecchie tecnologie ad incandescenza e a scarica con le nuove tecnologie LED. La seconda ha visto il trasformarsi di un semplice apparecchio di illuminazione in un componente di un sistema interconnesso in grado di regolare la tipologia e quantità di luce, interagendo con i sensori nel sistema, per fornire la migliore soluzione illuminotecnica, salvaguardando sia l’aspetto prestazionale, sia quello energetico. Quello che era un semplice contenitore con un portalampade e una lampadina, si è trasformato in un concentrato tecnologico pieno di elettronica e di tecnologia.

Il Sottocomitato 34D CEI “Apparecchi di illuminazione” ha seguito con grande attenzione questa evoluzione partecipando attivamente ai Comitati internazionali IEC e CENELEC con esperti nazionali di rilievo e numerose proposte per adeguare le normative all’evoluzione tecnologica. Basti pensare che, attualmente, la presenza di esperti Italiani nel WG 1 del SC 34D (LUMEX)IEC è diventata sempre più numerosa e qualificata, passando da due esperti nel 2010 agli attuali 5 membri iscritti. Proprio per affermare il peso del CT italiano, in quella sede è attualmente ricoperto anche il ruolo di Convenor con i compiti di segreteria del WG.

Evoluzione normativa

In una fase di continua trasformazione tecnologica, è chiaro e necessario che la normativa debba stare al passo, adeguandosi con nuovi requisiti per i nuovi prodotti. Le molteplici discussioni e proposte in sede IEC hanno portato alla pubblicazione di una nuova edizione della norma generale sugli apparecchi di illuminazione che è in procinto di essere votata e quindi pubblicata. Quella che era nata come una semplice variante, ha visto incrementare il numero di proposte di modifica arrivando a ben 39 fragment (pacchetti di modifica). È in corso di pubblicazione l’edizione 9 della Norma IEC 60598-1 che, una volta ratificata dal CENELEC, verrà recepita dal CEI come Norma CEI EN IEC 60598-1 (CEI 34-21 ed. 11).

Le varianti più significative riguardano le nuove necessità di mercato di fornire prodotti sempre più efficienti e sempre più connessi, ma non mancano aggiornamenti delle prescrizioni esistenti che si sono rese necessarie proprio per adeguarle alle nuove tecnologie. Tra le principali modifiche introdotte, nel seguito dell’articolo riporteremo alcuni dei fragment di maggiore interesse.

Revisioni dei requisiti per il fissaggio delle coperture su sorgenti luminose non sostituibili dall’utilizzatore finale

Già la precedente edizione del 2015 aveva introdotto una classificazione, e i conseguenti requisiti, per la sostituibilità delle sorgenti luminose. Oltre alle lampadine che tutti conoscono (sorgenti sostituibili dall’utilizzatore finale), il mondo dell’illuminazione offre anche apparecchi in cui la sostituibilità della sorgente luminosa non è così semplice come in passato. I singoli LED sono montati su un modulo (circuito stampato) che, per esigenze di dissipazione del calore, è meccanicamente fissato ad un dissipatore, normalmente con delle viti e con pasta termo-conduttiva tra le due parti. La sua sostituzione non è quindi una semplice operazione che può fare chiunque, ma deve essere effettuata dal fabbricante, dal suo servizio di assistenza o da personale qualificato. In alcuni casi, il modulo presenta anche delle parti in tensione (piste del circuito stampato) che, se accessibili, possono creare un pericolo.

Ecco il motivo per cui la norma ha previsto che la copertura sia dotata di marcature che avvertono l’utilizzatore del possibile pericolo e che sia fissata con almeno due viti. Quest’ultimo requisito (due viti) è risultato particolarmente oneroso in certe costruzioni. Le norme orizzontali richiedono l’uso di utensile, ma non le due viti. Del resto, chi prende in mano un cacciavite per aprire un coperchio compie la stessa operazione volontaria sia con una che con due viti. Questo è il motivo per cui il requisito è stato rivisto richiedendo solo un dispositivo apribile con l’uso di attrezzo.

Rischio fotobiologico da luce blu

La norma prevedeva un metodo di valutazione per il rischio da luce blu rimandando al Technical Report IEC 62778. Secondo quest’ultimo documento, gli apparecchi sono classificati in gruppi di rischio RG0, RG1 o con una distanza di visione. La classificazione in gruppi di rischio ha portato ad un’ingiustificata richiesta del gruppo di rischio RG0 (riservato a prodotti che vengono fissati per un tempo molto lungo, come TV, monitor, schermi del PC, ecc.), motivo per cui nella nuova edizione della norma è stato eliminato ogni riferimento a RG0, chiarendo inoltre che la distanza di visione, quando prevista, è da intendersi per una visione prolungata della sorgente di illuminazione, cosa che normalmente non avviene.

Requisiti EMF

Al fine di avere una norma che contenga tutti gli aspetti di sicurezza, ed essendo l’apparecchio sempre più tecnologico, nella nuova edizione della norma è stato introdotto il requisito di conformità alle radiazioni EMF secondo la Norma CEI EN 62493 (“Valutazione delle apparecchiature di illuminazione relativamente all’esposizione umana ai campi elettromagnetici”), ovvero viene richiesto che l’apparecchio non emetta radiazioni pericolose. In questo modo potrà essere citata come unica norma nelle dichiarazioni CE di conformità senza l’esigenza, come in passato, di citare altre norme per aspetti di sicurezza non coperti. 

Terra di protezione e terra funzionale

Sempre di più si fa uso di filtri elettronici per limitare le emissioni RF e per aumentare l’immunità alle perturbazioni elettromagnetiche (direttiva EMC). Da qui l’esigenza di distinguere i requisiti per la terra di protezione (collegamento richiesto per la protezione contro i contatti indiretti in apparecchi di classe I) e la terra funzionale (collegamento richiesto al fine di far funzionare in maniera corretta i filtri).

Parti rotanti

Per garantire un corretto raffreddamento delle componenti elettroniche, una possibile soluzione è quella di dotare l’apparecchio di ventole di raffreddamento (specie negli apparecchi professionali di grossa potenza, ma non è raro trovare anche delle applicazioni domestiche). Sono stati quindi introdotti requisiti per evitare che le parti rotanti possano causare un pericolo per chi, inavvertitamente, infila il dito nelle fessure. Le misure introdotte riguardano anche l’eventualità che un bambino possa accedere alle ventole; per questo motivo viene richiesta la conformità al dito di prova con dimensioni che simulano la mano di un bambino.

Marcatura della tensione nominale

Pur sembrando banale, il requisito relativo alla marcatura della tensione nominale ha portato a numerose problematiche di interpretazione. Nelle precedenti edizioni, in caso di utilizzo di lampade ad incandescenza (normalmente disponibili con la tensione nominale adeguata al paese in cui viene commercializzata) aveva portato alla possibilità di evitare la marcatura della tensione nominale sugli apparecchi. Oggi, in Europa, per effetto della Direttiva eco-design, le lampade ad incandescenza non sono più disponibili e sono state sostituite da lampade elettroniche che hanno quindi portato a riconsiderare il requisito.

Apparecchi con unità di alimentazione a flusso costante

Esistono sul mercato unità di alimentazione per LED che compensano la riduzione dell’efficienza dei moduli LED per invecchiamento con un progressivo aumento della corrente di pilotaggio. Questo permette di avere apparecchi di illuminazione con un flusso che rimane praticamente costante per tutta la sua vita. In questo caso non è necessario sovradimensionare l’impianto per tenere conto di fattori di invecchiamento riducendo la potenza di installazione prevista dai calcoli illuminotecnici. Sono quindi state definite le modalità di prova per gli apparecchi con questa tecnologia poiché le condizioni termiche peggiori si verificano quando i LED sono a fine vita e non nelle condizioni iniziali.

Circuiti in corrente continua con modulazione della tensione (PWM)

Il mercato dell’elettronica fa largo uso di circuiti in cui la tensione viene modulata con periodi ON e periodi OFF. Tali circuiti sono utilizzati, ad esempio, per la dimmerazione dei LED in cui è molto più semplice fornire una forma d’onda modulata piuttosto che una corrente continua regolata e che porta ad uno spostamento delle coordinate cromatiche. Nelle norme orizzontali è stato verificato che, se tale modulazione avviene con frequenza tra 10 e 200 Hz, la sensibilità del corpo umano al passaggio delle correnti corrispondenti risulta particolarmente aumentata. È stato quindi necessario introdurre delle limitazioni ai valori di tensione massima accessibili per questi circuiti per evitare pericoli di scossa elettrica.

Il sistema PELV

Fino alle attuali edizioni della norma, si è sempre e solo parlato del sistema SELV (Safety Extra Low Voltage), ovvero la bassissima tensione di sicurezza, che permette di avere dei circuiti isolati in bassissima tensione in cui non vi è alcun pericolo di scossa elettrica; entro certi limiti di tensione è anche possibile accedere ad entrambe le polarità del circuito senza pericolo. Il sistema SELV è stato largamente utilizzato dalle sorgenti alogene tradizionali che non avevano particolari esigenze. Con l’avvento dei LED e per garantire una maggiore protezione contro le sovratensioni, può essere utile, per questioni funzionali, un collegamento a terra del circuito. Tale prassi non era consentita dal sistema SELV e dalla norma in quanto, collegando a terra un polo, l’altro potrebbe essere portato a tensioni superiori in caso di guasto verso terra nell’impianto. Da qui l’esigenza di introdurre i requisiti per il sistema PELV (Protective Extra Low Voltage) in cui il collegamento a terra è consentito a fronte della limitazione dell’accessibilità all’altro polo dove i limiti di tensione sono sensibilmente ridotti.

Tecnologia dell’Informazione

Come anticipato in premessa, gli apparecchi di illuminazione sono sempre più elettronici e sempre più interconnessi con il mondo della tecnologia dell’informazione (ICT). Non è quindi raro vedere apparecchi che sono alimentati da una porta USB o dotati di una porta USB per alimentare altri prodotti. Con il nuovo sistema PoE (Power over Ethernet) è anche possibile prelevare della potenza dai cavi di collegamento delle reti dati degli edifici tramite la porta RJ45 (quella usata dai computer per il collegamento alla rete dati). Una delle possibili applicazioni è quella di avere un ufficio o un ambiente in cui gli apparecchi di illuminazione vengono alimentati esclusivamente dalla rete dati. In questo modo, oltre a non avere la necessità della rete di potenza, gli apparecchi possono comunicare con la rete ed essere comandati da sistemi intelligenti. È inoltre possibile trasmettere dati con la stessa luce emessa dall’apparecchio modulando in modo non visibile l’emissione (sistema Li-Fi). Tutto questo ha richiesto di integrare la norma degli apparecchi di illuminazione con le prescrizioni, la classificazione e le protezioni fornite dalla norma relativa alla tecnologia dell’informazione (serie di Norme CEI EN 61368). Ad esempio, sono state inserite delle prove di funzionamento anormale ipotizzando la massima tensione fornita dalla porta USB che, in caso di guasto, può avere un innalzamento della tensione.

Classificazione IP X9

Una delle possibili applicazioni degli apparecchi di illuminazione è quella dell’illuminazione delle gallerie. Questo ambiente è particolarmente gravoso per la sporcizia che può accumularsi sugli apparecchi e che può limitare l’emissione luminosa. Il gestore della strada ha quindi la necessità di effettuare pulizie frequenti che normalmente devono essere eseguite nel minor tempo possibile per ridurre al massimo il disservizio delle strade. In molti casi la pulizia è effettuata con i getti ad alta pressione particolarmente efficaci per la rimozione dello sporco. Si è quindi ritenuto opportuno introdurre, nella nuova edizione della norma, il grado di protezione IPX9 non inizialmente previsto. Sono inserite le modalità di verifica e di prova che rimandano alla norma orizzontale CEI EN 60529 (gradi di protezione degli involucri – codice IP) che prevede anche i requisiti per l’apparecchiatura di prova. Nell’elaborazione del nuovo requisito si è però visto che la modalità di verifica con acqua riscaldata a 80 °C (come previsto dalla norma orizzontale) non è necessaria per tutte le applicazioni. Questo ha portato ad una doppia classificazione: IPX9 con acqua a 80 °C e con acqua a temperatura ambiente (normalmente 15 °C). La marcatura sull’apparecchio di illuminazione dovrà quindi indicare a quale temperatura è verificata la protezione contro l’ingresso di acqua ad alta pressione, rispettivamente IPX9 (80 °C) e IPX9 (15 °C).

Prova di tensione di isolamento in DC

La norma prevede una verifica degli isolamenti applicando un valore di tensione in corrente alternata (normalmente 2U + 1000 V per l’isolamento di base e 4U + 2000 V per l’isolamento rinforzato). Questa prova è rimasta invariata negli anni e nelle precedenti edizioni in quanto perfettamente utilizzabile per tutte le costruzioni. Con l’avvento dell’elettronica, dei filtri capacitivi e dei circuiti oscillanti, qualche laboratorio ha verificato alcune condizioni limite. In alcuni casi si assiste a delle micro-scariche sull’isolamento oppure alla parziale accensione dei LED durante la prova oppure alla rottura dei LED per effetto delle correnti parassite. Tali condizioni possono portare ad un’errata interpretazione del risultato. Queste problematiche possono essere risolte sostituendo la prova in corrente alternata con una corrispondente prova in corrente continua. Nella norma vengono definiti tutti i parametri necessari per effettuare una prova in corrente continua equivalente a quella in corrente alternata.

Apparecchi di illuminazione da incasso destinati ad essere ricoperti da materiale isolante

È la modifica con maggiore impatto sulle modalità di prova dei prodotti da incasso. Fino all’edizione corrente, gli apparecchi da incasso sono stati classificati come “non idonei ad essere ricoperti da materiale isolante” oppure come “idonei ad essere ricoperti”. Per i primi, che riportano un simbolo per avvisare l’installatore di tale limitazione, per simulare condizioni di installazione, viene costruito un box di prova in legno che copre interamente l’apparecchio nella parte incassata per riprodurre un controsoffitto con dimensioni ridotte con poca ventilazione. Per i secondi invece, non identificati da nessun simbolo in quanto non hanno limitazione di installazione, la modalità di prova è la medesima, ma con il box di prova ricoperto da 20 cm di lana di vetro. È su questi ultimi che si è concentrata la nuova norma. Con i prodotti LED, è sempre più frequente una costruzione in cui, nella parte incassata, il prodotto si presenta come un prodotto chiuso con delle alette di raffreddamento. L’installatore non ha quindi esigenze particolari (es. caduta di materiali) ed installa il materiale isolante (lana di vetro) direttamente in contatto con l’apparecchio di illuminazione. La norma si è pertanto adeguata alla prassi di installazione richiedendo che le prove termiche siano effettuate con la lana di vetro in diretto contatto con l’apparecchio, prove che danno risultati particolarmente onerosi, ma che meglio simulano le condizioni reali di funzionamento.

Condensatori di filtro

Ancora l’elettronica ha portato a riconsiderare dei requisiti. Per esigenze di filtro e di protezione, sono sempre maggiori i casi in cui è necessario particellare gli isolamenti mediante dei filtri (normalmente condensatori o resistori) per dare dei riferimenti a circuiti differenti o per altre esigenze circuitali. Ovviamente questi componenti non possono essere componenti qualsiasi, in quanto parte integrante del sistema di protezione contro la scossa elettrica, ma devono essere componenti che abbiano garanzie sulla loro tenuta alle sollecitazioni. Un progetto parallelo per allineare la norma delle unità di alimentazione (CEI EN 61347-1) e quella degli apparecchi di illuminazione ha trovato compimento in questa edizione della norma in cui si trovano i requisiti per i componenti che ponticellano tutte le tipologie di isolamento e per tutte le tensioni previste.

Conclusioni

Questi argomenti sono solo alcuni dei nuovi requisiti introdotti nella futura nuova edizione della norma generale degli apparecchi di illuminazione CEI EN IEC 60598-1. Ovviamente il percorso non si ferma qui e, pur essendo in corso di pubblicazione la nuova edizione IEC, si sta già lavorando a possibili modifiche per revisioni future. Ad esempio, sempre più sono utilizzati apparecchi di illuminazione a batteria, sia in campo domestico, sia in campo industriale o professionale ed è importante studiare requisiti appropriati per questa tipologia di prodotti. Il lavoro non è finito ed un continuo confronto ed interazione tra il Comitato CEI e i Comitati IEC, in cui la norma viene scritta, è fondamentale per tutti gli utenti della norma. 

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