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QUADRI ELETTRICI DI BASSA TENSIONE – Parte 2

02/12/2019
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Nel vivo nella Guida CEI 121-5 tra aspetti di installazione, verifiche e manutenzione

In questa seconda parte di approfondimento sulla Guida CEI 121-5 alle Norme per quadri elettrici di bassa tensione, è illustrata, una sintesi dei contenuti della Guida a partire dal suo Capitolo 5 sui dati di specificazione.

Evidentemente il presente articolo può solo dare un’idea sommaria dell’ampiezza delle tipologie di quadri e di tutti gli aspetti fondamentali trattati dalla Guida, alla quale si rimanda, si è tentato però di offrire una panoramica sufficientemente completa.

Dati di specificazione

Nella Norma CEI EN 61439-1 è data rilevanza al rapporto contrattuale tra il committente (o il progettista) ed il costruttore del quadro, attraverso l’Allegato C che rappresenta un modello per identificare le caratteristiche necessarie al costruttore del quadro, permettendo un rapporto più chiaro tra committente e costruttore.

La Guida riporta un significativo esempio applicativo corredato da una dettagliata tabella (Allegato BB della CEI EN 61439-2, per i quadri di potenza, dove sono riportate le caratteristiche che l’utilizzatore può indicare al costruttore per la realizzazione del quadro, tra le quali: Protezione contro l’ingresso di corpi solidi e l’ingresso di liquidi; Impatto meccanico esterno (IK); Resistenza ai raggi UV; Resistenza alla corrosione; Temperatura dell’aria ambiente (diverse); Massima umidità relativa; Condizioni speciali di servizio; Dimensioni massime esterne e masse; Tipo e Verso dei conduttori esterni; Materiale del conduttore esterno; Metodi di trasporto; Dettagli sull’imballaggio; Prescrizioni relative all’accessibilità in esercizio da parte di persone autorizzate per l’estensione; Protezione contro i contatti diretti di parti interne pericolose in tensione durante la manutenzione o l’aggiornamento; Forma di segregazione).

Caratteristiche del quadro

La Guida CEI 121-5 descrive le caratteristiche del quadro che servono per assicurare la compatibilità con i valori nominali dei circuiti ai quali il quadro è collegato e con le condizioni dell’impianto. Nella Tab. 3 la Guida riporta le caratteristiche che devono essere dichiarate dal costruttore  del quadro e dove vanno poste in base alla Norma CEI EN 61439-2 dei quadri di potenza (con confronto con quelle della vecchia Norma CEI EN 60439-1 per quadri AS e ANS), tra le quali, ad esempio: Nome del costruttore, Tipo o numero di identificazione, data/lotto di fabbricazione, Nor- ma di riferimento (esempio IEC 61439-2), Tensione nominale del quadro (Un), Tensione operativa nominale del circuito (Ue), Tensione nominale di isolamento ad impulso (Uimp), Tensione nominale i isolamento (Ui), Corrente nominale (InA), Corrente nominale di ogni circuito (Inc), Corrente nominale ammissibile di picco (Ipk), Corrente nominale ammissibile di breve durata (Icw) e durata, caratteristiche del o dei dispositivi di protezione contro il cortocircuito, Corrente nominale di cortocircuito condizionata (Icc), Frequenza nominale (fn), Fattore o fattori nominali di contemporaneità (RDF), forma interna di segregazione, tipo di connessioni elettriche delle unità funzionali (fisse, estraibili, rimovibili), misure adottate per la protezione contro la scossa elettrica, dimensio- ni complessive, peso, Prescrizioni addizionali per specifiche condizioni di servizio; Grado di inquinamento, tipo di sistema di messa a terra (TT, TN, IT), per installazione all’esterno o in ambienti chiusi, fisso o trasportabile, Grado di protezione (grado IP), se destinato all’utilizzo da parte di PES/PAV o di PEC, Classificazione relativa alla compatibilità elettromagnetica (EMC), eventuali condizioni speciali di servizio, tipo di configurazione dell’involucro esterno, livello di resistenza all’urto (IK), tipo di costruzione: se con parti solo fisse o anche estraibili e rimovibili, istruzioni per il trasporto, l’installazione e la manutenzione.

Per meglio comprendere i fenomeni di isolamento, riscaldamento, cortocircuito che avvengono in un quadro, la Guida CEI 121-5, alla quale si rimanda per fondamentali maggiori dettagli, descrive le seguenti caratte- ristiche nominali e le relative relazioni:

  • Tensione nominale Un; tensione nominale di impiego Ue dei cir- cuiti (vale la relazione Un ≥ Ue);
  • Sovratensioni: valore efficace del- la tensione di isolamento Ui dei circuiti per sollecitazioni di lunga durata a frequenza nominale; valore istantaneo della tensione di isolamento ad impulso Uimp, sovratensioni transitorie di breve durata (vale la relazione Ue ≤ Ui<Uimp);
  • Corrente nominale del quadro InA, che indica il valore massimo di corrente che il quadro è in grado di portare e distribuire; corrente nominale di un circuito Inc, che è la corrente massima che un circuito del quadro può portare in condizioni nominali di servizio quando è alimentato da solo;
  • Prestazioni nominali di un quadro in cortocircuito: corrente nominale ammissibile di picco Ipk; corrente nominale ammissibile di breve durata Icw; corrente nominale ammissibile condizionata Icc. Un cortocircuito provoca nel quadro sollecitazioni dovute a forze estremamente elevate tra conduttori, alte sovratemperature, riduzione del grado di isolamento dell’aria ed eventuali sovrapressioni sulla struttura. Un quadro deve essere in grado di sopportare queste sollecitazioni termiche e dinamiche provocate dalle correnti di guasto possibili nel punto di installazione.

Condizioni di servizio

La definizione di una collocazione all’interno o all’esterno definisce le condizioni normali per protezione contro la penetrazione di corpi solidi o di acqua, l’esposizione ai raggi ultravioletti (UV), la temperatura ambiente come valore minimo, massimo e medio e il valore di umidità relativa. Sempre in funzione dell’installazione, sono definiti anche i requisiti di resistenza all’impatto meccanico e di resistenza contro la corrosione.

Sono inoltre stabiliti i requisiti derivanti dal livello di inquinamento, dal valore di pressione in funzione dell’altitudine alla quale il quadro viene installato e dall’ambiente elettromagnetico.

Infine, sono specificate tutte le condizioni di esercizio, definite “speciali”, diverse da quelle prima definite e che possono avere influenza su una caratteristica operativa del quadro.

La Guida CEI 121-5 riporta una dettagliata tabella (Tab. 4) con le prescrizioni per le condizioni normali di esercizio, e una tabella (Tab. 5) con una serie di esempi per le condizioni speciali di esercizio riferite alla Norma CEI EN 61439-1 e relative Parti.

Tra le condizioni speciali di servizio si riportano: valori di temperatura o umidità diversi per condizioni climatiche estreme, forte inquinamento, presenza di muffe e piccoli animali, urti e vibrazioni particolari, eventi sismici, pericolo di esplosione o incendio, sovratensioni elevate, sovracorrenti ripetitive, ambiente elettromagnetico particolare.

Installazione, messa in servizio e manutenzione

I principali sistemi d’installazione sono a pavimento o a parete. La Guida CEI 121-5 richiama le prescrizioni per l’installazione del quadro in modo da garantire un’adeguata accessibilità sia agli organi di manovra che alle altre parti che possono essere oggetto di manutenzione.

Vanno considerati i tipi di conduttori di collegamento all’impianto e i punti di ingresso/uscita di questi anche per garantire il grado di protezione IP previsto. La Guida considera anche le dimensioni del quadro in modo che non esistano impedimenti per porte o vie di passaggio/fuga; la necessità di costituire sezioni di dimensioni e peso movimentabili, indicazioni per il sollevamento, posizione dei golfari e delle funi ecc.

Per la messa in servizio la Guida indica che prima di alimentare il quadro è necessario compiere una serie di controlli per ridurre al minimo le possibili situazioni di pericolo che possono determinarsi nel trasporto (allen- tamento dei serraggi, possibile penetrazione di corpi estranei o polveri conduttrici, ecc.). La Guida riporta una lista delle operazioni preliminari di controllo da eseguire (verifiche meccaniche ed elettriche) e la sequenza delle operazioni di “messa in tensione”.

La manutenzione è un complesso di attività tecniche ed amministrative rivolte alla conservazione, al ripristino della funzionalità e l’efficienza di una qualsiasi apparecchiatura di un impianto.

L’attività di manutenzione deve essere organizzata secondo un preciso piano di manutenzione redatto dall’utilizzatore sulla base delle informazioni fornite dal progettista/quadrista che ha assemblato il quadro, raccogliendo la documentazione fornita dai costruttori delle apparecchiature e integrandola con quanto di sua competenza, come previsto dalle Norme della serie CEI EN 61439.

Si possono considerare due differenti livelli di manutenzione: la manutenzione ordinaria e la manutenzione straordinaria. Nella Tab. 6 la Guida CEI 121-5 riporta un esempio di piano di manutenzione. Altri esempi di interventi per i controlli periodici e per una corretta manutenzione, per quadri da 630 A e 1600 A, sono riportati negli allegati C e D.

Per la manutenzione si rimanda anche alla Guida CEI 0-10, “Guida alla manutenzione degli impianti elettrici” e alla Norma CEI 0-15, “Manutenzione delle cabine elettriche MT/BT dei clienti/utenti finali”.

Verifiche di progetto, costruttive e prestazionali

Nella Norma CEI EN 61439-1 vengono introdotti una serie di requisiti costruttivi e verifiche a cui è necessario sottoporre i materiali costruttivi facenti parte del quadro per verificarne l’idoneità meccanica.

Se si utilizza un involucro vuoto, in conformità con la CEI EN 62208, e non modificato, non è richiesta la ripetizione delle prove dell’involucro (vedi 10.2 della Norma CEI EN 61439-1).

Per involucri metallici ferrosi o ad altre parti metalliche ferrose facenti parte del quadro la Guida CEI 121-5 descrive la protezione contro la corrosione. Per materiali isolanti la Guida riporta  la verifica della stabilità termica (con la prova del caldo secco, secondo la Norma CEI EN 60068-2-2), la verifica della resistenza al calore anormale ed al fuoco e la verifica della resistenza alla radiazione ultravioletta (UV).

Altre verifiche descritte sono quelle relative al funzionamento meccanico, del grado di protezione IP, delle distanze di isolamento in aria e superficiali all’interno del quadro.

Per quanto riguarda le Verifiche prestazionali di progetto, la Guida CEI 121-5 descrive le seguenti.

Verifica delle proprietà dielettriche: la “verifica di tenuta ad impulso” può essere effettuata mediante Prova (con adeguata apparecchiatura per generare l’impulso o con prove alternative) o mediante Valutazione.

Verifica di riscaldamento del quadro per il corretto dimensio- namento termico: con i circuiti percorsi dalle loro correnti no- minali, le temperature non devono superare i limiti tollerati per i componenti, superfici e connessioni. Il costruttore può scegliere di effettuare la verifica di riscaldamento del quadro applicando indifferentemente uno dei tre seguenti metodi che devono essere considerati tra loro equivalenti al fine della verifica:

  1. eseguendo la prova reale con passaggio della corrente nei circuiti;
  2. mediante la derivazione dei valori nominali delle correnti rispetto a varianti similari provate;
  3. mediante il calcolo.

La Guida CEI 121-5 ne descrive le modalità facendo riferimento al Quadro, alle Sbarre, ai Cavi, Unità Funzionali e Apparecchi.

Verifica della tenuta al cortocircuito: i quadri elettrici devono resistere alle sollecitazioni termiche e dinamiche derivanti dalle correnti di cortocircuito fino ai valori nominali assegnati dal costruttore.

Inoltre, devono essere protetti contro gli effetti delle correnti di cortocircuito da mezzi appropriati (Interruttori automatici, fusibili, ecc.) incorporati nel quadro o esterni ad esso. In funzione della sua costruzione e di come il quadro è specificato per la tenuta al cortocircuito, si hanno prescrizioni e modalità di prova differenti.

La Guida precisa anche le esclusioni dalla verifica di tenuta al cortocircuito.

L’esecuzione delle prove di tenuta al cortocircuito prevede la riproduzione in laboratorio di un cortocircuito, nelle stesse condizioni che si avrebbero nel caso in cui si verificasse un guasto di impedenza nulla nel punto dell’impianto ove è prevista l’installazione del quadro.

Per Confronto con il progetto, il metodo di calcolo descritto nel nuovo Allegato P della Norma CEI EN 61439-1, è applicabile solo nell’ipotesi che esista un quadro originario di riferimento già sottoposto alla prova di cortocircuito. Inoltre il confronto si può applicare solo se le sollecitazioni previste, in kA, sono inferiori a quelle del quadro di riferimento provato.

Per Confronto con il progetto con utilizzo della check-list la norma prevede di confrontare il qua- dro da verificare con un quadro che ha già superato la prova di tenuta al cortocircuito (progetto di riferimento): se tutti i requisiti sono soddisfatti il quadro in esame non deve essere sottoposto ad altre verifiche.

Se un qualsiasi punto identificato nella lista di controllo non dovesse essere conforme alle pre- scrizioni della stessa, si deve utilizzare o la Verifica mediante prove o la Verifica mediante calcoli.

La Tab. 9 della Guida illustra le Prescrizioni da considerare per la Verifica del cortocircuito me- diante confronto con il progetto di riferimento (10.5.5.3, 10.11.3, 10.11.4 e Tab. 13 della Norma CEI EN 61439-1).

Compatibilità Elettromagnetica (EMC): il quadro deve rispondere alle prescrizioni contenute nel- la CEI EN 61439-1 riguardanti la compatibilità elettromagnetica, previste in Allegato J (con riferimenti ai paragrafi 9.4 per le prescrizioni e 10.12 per le prove associate).

La Guida CEI 121-5 illustra le Condizioni ambientali per la EMC per Ambienti definiti A e B. A queste due diverse condizioni ambientali corrispondono diversi livelli di severità per la compatibilità elettromagnetica. Vengono inoltre descritte le Prescrizioni di prova. Le prove non sono richieste se gli apparecchi e i componenti incorporati sono conformi alle relative norme per la EMC, e il loro montaggio nel quadro è realizzato secondo le istruzioni del costruttore dei componenti.

Verifiche individuali: Il costruttore del quadro deve eseguire le verifiche individuali su ciascun quadro allo scopo di identificare eventuali difetti dei materiali o di fabbricazione e per accertare il corretto funzionamento del quadro. Ciascuna verifica individuale deve essere documentata tramite un verbale di collaudo. La Guida illustra le verifiche individuali relative alla Costruzione e Prestazione del quadro.

Arco interno di un quadro elettrico

Nel capitolo 19, la Guida CEI 121-5 descrive il metodo di prova dei quadri elettrici per bassa tensione in condizioni d’arco in aria dovuto a un guasto interno, e le informazioni sull’attitudine dell’apparecchiatura assiemata a limitare il rischio di lesioni alle persone e di danni risultanti da un arco dovuto a guasto interno.

Viene descritto da quali cause può verificarsi un arco interno, quali protezioni adottare per evitarlo e quali verifiche effettuare prima di decidere di richiedere che il quadro sia in grado di contenere (o di sopportare) un arco interno limitandone gli effetti esterni; la probabilità che si verifichi un arco interno in un quadro correttamente realizzato è infatti molto bassa. Ne viene descritta la Classificazione e la Verifica.

Quadri elettrici di comando e controllo delle macchine

A livello internazionale è allo studio un documento normativo per gli equipaggiamenti elettrici di comando delle macchine. Il CT 44 e il SC 121B del CEI hanno chiarito i riferimenti che la Guida riporta per gli equipaggiamenti elettrici di comando delle macchine e destinati ai costruttori di questi quadri.

Allegati

Sono infine da segnalare, in quanto molto utili, gli Allegati riportati nella Guida CEI 121-5.

Allegato A: Applicabilità delle tre opzioni di verifica

L’Allegato D della Norma CEI EN 61439-1, a partire dalla lista delle verifiche di progetto da effettuare per dimostrare la conformità del progetto alla Norma, definisce l’applicabilità di tre opzioni di verifica equivalenti fra loro, che sono:

  • verifica mediante prove;
  • verifica mediante confronto con il progetto di riferimento provato;
  • verifica mediante valutazione (calcoli, regole di progetto, ecc.).

Rispetto alla Tab. D.1 della Norma CEI EN 61439-1, nella Tab. A.1 della Guida, sono stati aggiunti i paragrafi della norma che definiscono:

  • le relative prescrizioni di costruzione o di prestazione, per un migliore comprensione delle prescrizioni per le prove ed il loro scopo;
  • le verifiche individuali per avere una lista di riferimento completa di tutte verifiche necessarie da effettuare su ogni singolo quadro prima della sua consegna;
  • le note che indicano quando è possibile effettuare la verifica.

Allegato B: Quadri diversi dal mercato europeo, in particolare regole per il Nord America

La Norma CEI EN 61439-1, negli Allegati L e M, fornisce rispettivamente indicazioni per le Distanze d’isolamento in aria e superficiali e i Limiti di sovratemperatura adottati nel Nord America.

Vengono indicate le Classificazione degli involucri fatta da UL e NEMA (sono organismi di normazione, comunemente riconosciuti in Nord America, che hanno stabilito un sistema di classificazione degli involucri in funzione della protezione garantita nei diversi ambienti di utilizzo).

Sono infine riportate considerazioni relative alla progettazione, costruzione e verifica di un quadro destinato al mercato nordamericano, nonché relative alla certificazione dei Prodotti (distinguendo tra componenti, apparecchiature, sistemi ed impianti).

La Guida CEI 121-5 riporta poi due dettagliati e interessati esempi di realizzazione di due diversi quadri di distribuzione con allegata tutta la documentazione necessaria per la progettazione, costruzione, realizzazione, verifica e messa in servizio: fronte quadro, schemi, dati di ingresso, dichiarazioni di conformità, verifiche di progetto con i calcoli per la verifica delle sovratemperature ed il collaudo del quadro oltre alle istruzioni per la messa in servizio e la manutenzione:

Allegato C: Esempio 1: Quadro di distribuzione con corrente nominale (InA) di 630 A

Allegato D: Esempio 2: Quadro di distribuzione con corrente nominale (InA) di 1600A

Allegato E: Esempio di verifica delle Sovratemperature.

Allegato F: Riporta 17 tra i più significativi Quesiti posti al CEI a chiarimento di possibili dubbi interpretativi delle Norme dei quadri e che riguardano aspetti di progettazione, realizzazione, verifica, certificazione e esercizio (modifica di condizioni iniziali), le cui risposte sono state formulate dai maggiori esperti membri dei comitati CEI.

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