Il metodo del baricentro dei carichi elettrici. Norma CEI 64-8/8, punto 6.3. Proposta di modifica. Una motivazione importante.

 A proposito della proposta, formulata al punto 6.3 di CEI 64-8/8, su come determinare il punto (baricentro dei carichi elettrici) , in cui  i progettisti dovrebbero collocare il quadro principale di un impianto elettrico utilizzatore, per alimentare i quadri elettrici secondari al fine di ridurre il più possibile le perdite della distribuzione primaria in bassa tensione, salta agli occhi come la norma al riguardo di un problema di peso e non banale non ponga, errando e incomprensibilmente, in merito alcuna ipotesi di lavoro, proponendo così agli utenti della norma una precisa indicazione senza una qualche giustificazione sul piano tecnico.  Posta l’autorevolezza dell’ente proponente ciò non sembra accettabile. 

Nel testo normativo si legge che il calcolo del baricentro dei carichi elettrici viene definito calcolando la media delle distanze del presunto quadro principale dai quadri secondari pesate ciascuna dalla energia annua assorbita dal corrispondente quadro secondario considerato.

Le ipotesi non direttamente esplicitate, ma fondanti della precisa perentoria indicazione fornita dalla norma, è che l’energia annua consumata da ogni quadro secondario sia proporzionale alla corrente dallo stesso richiesta  e che le perdite relative ad ogni circuito costituente l’impianto di distribuzione siano proporzionali alla predetta corrente richiesta: ad esempio, tripla energia annua consumata, tripla corrente richiesta e tripla perdita joule nel circuito di alimentazione.

Già questa ipotesi fondamentale non è, e non di poco, verificata nella normale prassi progettuale da riferire ai diversi circuiti indipendenti costituenti l'impianto, che il testo normativo considera.

Ad esempio a me risulta che un carico che assorbe una corrente di 282 A dissipa una potenza per metro di ogni fase del relativo circuito solo del 53 % superiore a quella dissipata da ogni fase di un carico che assorbe una corrente di 94 A, pari a 1/3 di 282 A e non tripla.   

La regola fondante del calcolo del baricentro dei carichi proposto dalla norma tecnica che chiede di pesare le distanze dei quadri secondari dal quadro principale con l’energia annua  assorbita dai carichi al fine di ridurre le perdite di trasmissione primaria  non vale.

Il peso da assegnare alle energie annue assorbite, in condizioni tutte da definire, cui il testo normativo nemmeno accenna, sembra pesantemente da rivedere.

Anche l'AI dopo un serrato confronto sembra avermi dato ragione!! Ci fidiamo !!

Il baricentro dei carichi elettrici. Una proposta per il CEI

Il calcolo del baricentro proposto dalla norma tecnica CEI intende decisamente minimizzare le perdite di energia di un impianto elettrico utilizzatore.

Lo fa calcolando le coordinate nel piano cartesiano del punto (baricentro dei carichi elettrici) (collocamento del quadro elettrico principale), dal quale è consentito alimentare n noti carichi elettrici (sottoquadri/quadri di reparto) dell’impianto caratterizzati ciascuno da una definita posizione in pianta (coordinate cartesiane, xi,yi) e dall’energia annua Ei necessaria per il loro funzionamento, con lunghezze dei circuiti tali da minimizzare le perdite joule nei circuiti della complessiva distribuzione.

Come può la norma tecnica affermare che il baricentro dei calcoli così calcolato minimizza le perdite della distribuzione dell’energia elettrica nell’impianto preso in esame? Ciò senza indicare nessuna delle numerose ipotesi che eventualmente consentono la predetta puntuale affermazione.

Le numerose importanti ipotesi necessariamente da considerare sono state indicate nei precedenti interventi in questo thread dal titolo “Con il metodo del baricentro (6.3 di CEI 64-8/8) gli utenti della norma sono presi in giro?”,  nel thread dal titolo “Sempre sul baricentro dei carichi elettrici. Quale regola d'arte nella CEI 64-8, Parte 8?” e nell’articolo “Il calcolo del baricentro dei carichi elettrici” pubblicato circa un anno fa sempre in  EY.

A nostro avviso la norma tecnica, per il rigore con il quale si deve sempre esprimere, anziché produrre pagine e pagine, costose e da leggere sull’argomento, avrebbe dovuto in poche righe ricordare l’importanza di uno studio relativo alla collazione del quadro principale di un impianto elettrico utilizzatore ai fini del contenimento delle perdite di distribuzione dell’energia ai diversi carichi e ricordare che un orientamento di larga massima sulla sua conveniente collocazione si può ottenere mediante il calcolo della lunghezza media dei circuiti da realizzare, ponderata per mezzo delle energie annue richieste dai carichi.  

Più utilmente la norma avrebbe potuto eventualmente fornire agli utenti della norma approfondimenti sulle varie grandezze (non poche !) che a parità di energia annua richiesta possono influenzare significativamente il risultato.

Con il metodo del baricentro (6.3 di CEI 64-8/8) gli utenti della norma sono presi in giro? Osservazione n. 5

Osservazione n. 5

Noi non dovremmo sempre credere a tutto quello che la Norma Tecnica ci propone. 

A proposito dell’Allegato A di CEI 64-8, Parte 8, ho una ulteriore osservazione negativa da fare, che, come le numerose precedenti osservazioni, non depone a favore della perentoria indicazione fornita della Norma.  Si badi bene :  Norma e non Guida!

L’allegato A ci propone per il calcolo della collocazione più favorevole per la riduzione delle perdite di trasmissione dell’energia di un impianto elettrico industriale/artigianale le medesime formule che consentono il calcolo del baricentro di n masse nello/nel spazio/piano.

Al posto delle masse la norma propone di considerare i consumi delle energie annue di n carichi elettrici. Ciò con tutti gli evidenti e non pochi limiti (errori ?) già prospettati nei precedenti punti di queste mie note.

La soluzione prevista dalla norma propone di calcolare la posizione, in cui collocare il quadro di distribuzione principale dell’impianto elettrico, allo scopo di contenere il più possibile le perdite complessive nei circuiti di alimentazione dei carichi. Essa propone il calcolo del baricentro dei carichi elettrici come se si trattasse di calcolare il baricentro di masse pensate concentrate e distribuite nello spazio.  

Questa analogia non sembra tornare immediatamente applicabile al caso in esame per il motivo che la rete di alimentazione dei carichi elettrici (sottoquadri) prevede solo molto raramente che i sottoquadri siano raggiunti a partire dal quadro principale con il percorso più breve ( distanza geometrica ). E’ vero invece che i sottoquadri di un impianto elettrico sono in quasi tutta generalità raggiunti attraverso percorsi in canala o in cunicolo paralleli ai muri dei locali in uso.

Ciò comporta una ulteriore ragione per ritenere errato la precisa raccomandazione della Norma Tecnica di collocare il quadro principale di distribuzione il più vicino possibile al baricentro così come calcolato con le formule indicate nel testo della norma stessa.

Qualche volta la Regola d'Arte è cosa diversa dalla Norma Tecnica.

Con il metodo del baricentro (6.3 di CEI 64-8/8) gli utenti della norma sono presi in giro? Osservazione n. 4

 La regola che si legge alla fine del punto A1, Metodo del baricentro, dell’Allegato A di CEI 64-8, Parte 8, raccomanda “di posizionare il trasformatore o il quadro di distribuzione che alimento questo gruppo di n carichi il più vicino possibile al baricentro di questi carichi elettrici.”

Tale regola è proposta dalla Norma senza alcuna nota di avvertimento o ipotesi di lavoro. Oltre alle criticità già esposte con le osservazioni 1,2 e 3 in precedenti recenti note la regola non tiene conto che le energie annue relative ai carichi possono essere, a parità appunto di energia, consumate a fattori di potenza ben diversi, con il risultato che i pesi da attribuire alle stesse energie devono essere valutati altrettanto ben diversamente: pesano certamente di più i carichi che a parità di energia (e di potenza) lavorano a basso fattore di potenza: c'è differenza  tra insiemi di motori di piccola, media taglia non singolarmente rifasati da un lato e forni elettrici dall'altro. I pesi da attribuire aumentano al diminuire dei fattori di potenza e all’aumentare delle potenze in gioco. Da pochi percento al 60%-70%.

Altre osservazioni si possono fare e le faremo per dimostrare che la raccomandazione proposta dalla Norma, così come perentoriamente formulata, appare del tutto inappropriata.

Con il metodo del baricentro (6.3 di CEI 64-8/8) gli utenti della norma sono presi in giro? Osservazione 2 e 3

 Osservazione n. 2 Il baricentro di che cosa?

Nel fare il calcolo del baricentro la norma CEI 64-8, Parte 8 non è precisa sulle grandezze da “pesare” per determinarlo. E non è una cosa da poco.
Caso a. Poiché la prima Parte 8 è dedicata all’efficienza degli impianti elettrici, essa propone di pesare l’energia annua assorbita da ogni carico.
Caso b. Nel trattare poi l’argomento la norma concede, nel caso non fossero disponibili i dati relativi ai consumi di energia dei previsti carichi elettrici, di riferirsi alle potenze degli stessi carichi ( potenze nominali, potenze medie, …. ?).
Caso c. Con il terzo metodo (calcolo del percorso medio più breve) proposto nella norma per determinare la posizione migliore, in cui collocare il quadro principale dell’impianto, la norma improvvisamente ritiene che si possano pesare i quadrati delle energie annue consumate dai carichi.
Credo che a nessuno sfugga la differenza sostanziale, che intercorre tra le tre grandezze che la norma quasi indifferentemente propone di pesare per calcolare il baricentro dei carichi, senza offrire alcun commento di approfondimento.
Ovviamente la collocazione del baricentro che risulta dalla ponderazione delle tre ben diverse grandezze, cui fare riferimento, risulterà diversa. Quale la collocazione più corretta? Pare non trascurabile la confusione presente nella parte del documento coinvolta.
Perché la norma propone in cinque, sei pagine, se non di più, l’uso di formule peraltro banali, per calcolare le coordinate di un baricentro, senza definirne nei vari casi il più autentico significato?
Torneremo a considerare il confronto tra il caso a, il caso b e il caso c, in quanto ci pare di poter cogliere un vero e proprio errore commesso dalla norma.
Non pare possibile, ma forse è proprio così!

Osservazione n. 3

La norma alla fine del punto A1, Metodo del baricentro, dell’Allegato A (CEI 64-8, Parte 8) raccomanda “di posizionare il trasformatore o il quadro di distribuzione che alimento questo gruppo di n carichi il più vicino possibile al baricentro di questi carichi elettrici".

A parte, come già detto, che non è la stessa cosa in un impianto elettrico posizionare il trasformatore e il quadro principale (!), ritengo che la Norma CEI 64-8 commetta un altro non trascurabile errore nel proporre una tale precisa raccomandazione.

Poiché il testo normativo non pone ipotesi di sorta e assumendo che l’energia è il prodotto della potenza erogata per il tempo di erogazione, vale infatti l’osservazione che segue.

A parità di energia E consumata annualmente da un carico che assorba tale energia con una corrente costante I1 e da un carico che la assorba con una corrente costante I2 pari alla metà di I1, evidentemente per un tempo T2 doppio del tempo T1 che vale per I1, e

a parità, di massima, di sfruttamento del rame delle condutture, come può conseguire ad una ordinaria progettazione, le perdite in ogni metro di conduttura non sono nei due casi per niente uguali, come perentoriamente lascia intendere in pratica la ingiustificata raccomandazione della norma CEI all'inizio citata.

Ad esempio per una I1 e I2 pari rispettivamente a 100 A e a 50 A le perdite unitarie nel circuito percorso dalla corrente I1 di massima è sede di perdite pari a 1,48 volte quelle del circuito interessato dalla corrente inferiore I2.

Quindi il peso della stessa energia E nella determinazione del baricentro è per i due circuiti ben diverso da quello che la norma semplificando (?) ipotizza. Si deve tener presente che per rapporti di corrente I1/I2 superiori a 2 il valore delle perdite per metro di circuito aumenta rispetto a 1,48.

Anche dal punto di vista dei costi di primo impianto, oltre che di gestione, la raccomandazione della Norma non fa tornare i conti, cioè essa comporta un maggior costo iniziale, che pare non dovuto.

Se ho ragione (necessità dei revisori !), ci si può chiedere se sia possibile che una norma di derivazione internazionale avvalli tali imprecisioni (errori !). Dove sta il problema

Con il metodo del baricentro (6.3 di CEI 64-8/8) gli utenti della norma sono presi in giro?

 

A mio avviso la risposta al titolo è SI !

Secondo 6.3 della Parte 8 di CEI 64-8 il metodo del baricentro è utile per determinare la posizione del trasformatore e del quadro di potenza, per mantenere al minimo le perdite nelle condutture, per mantenere al minimo le distanze dai carichi principali, per ridurre la lunghezza e le sezioni dei conduttori, contenendo le cadute di tensione. Tali obiettivi sono elencati tra le righe del testo.
Nel testo dell’Allegato A si legge anche “Si raccomanda di posizionare il trasformatore o il quadro di distribuzione che alimenta questo gruppo di n carichi il più vicino possibile al baricentro di questi carichi.”

Propongo e proporrò di seguito di volta in volta con lo stesso titolo  le mie osservazioni che lo dimostrano.
Prima osservazione
Il normatore non ha le idee chiare sul posizionamento del trasformatore e del quadro di potenza. All’inizio di 6.3 ci si riferisce “alla posizione del trasformatore e del quadro di potenza” e successivamente nell’Allegato A ci si riferisce alla posizione de “il trasformatore o il quadro di distribuzione” .In un caso vale la congiunzione “e” e in un caso vale la congiunzione “o”. Si tratta di due elementi ben distinti, che non possono non essere considerati separatamente. Ad esempio nella guida CEI 121-5 si riporta l’esempio di una conduttura a valle di un importante trasformatore MT/BT lunga 100 m ( 5 x 240 mm2 per fase ), non certo trascurabile nel nostro contesto.
Nel proporre il metodo del baricentro la norma non considera tale distinzione, commettendo un presunto primo errore, già esposto nell’articolo ( https://www.electroyou.it/gtedeschi/wik ... ei-carichi ) a disposizione dei lettori di EY. Il presunto errore riguarda proprio il fatto che la norma nel proporre il metodo omette di tener conto della conduttura che alimenta il quadro principale. Si tratta con grande evidenza della conduttura più importante per energia in transito.
Seguiranno prossimamente altre puntuali osservazioni.

 

PROPOSTA PER COLMARE IL BUCO NERO CHE SEMBRA INGUAIARE LA VERIFICA TERMICA DEI QUADRI ELETTRICI DI POTENZA COME PREVISTA DALLA NORMA CEI EN IEC 61439

 

Con riferimento al buco nero, a nostro avviso presente nella norma e nella guida CEI, che trattano la verifica termica dei quadri elettrici, in conformità con lo spirito prudente, che sempre ha ispirato e deve ispirare i contenuti dei documenti normativi, che, ricordo, trattano primariamente la sicurezza degli impianti elettrici, ci chiediamo se non sia il caso  di inserire finalmente nel testo della norma CEI 64-8 un articolo che segnali almeno il rischio, che abbiamo in passato trattato e che mi risulta non sia mai stato rappresentato.

Ecco di seguito in corsivo un possibile testo dell’articolo, che proponiamo, eventualmente da perfezionare.

Ai fini delle valutazioni relative al riscaldamento dei quadri elettrici e delle condutture elettriche di potenza si deve tener conto che in corrente alternata per i circuiti derivati da un circuito principale di alimentazione la somma algebrica delle correnti insistenti nei circuiti derivati può essere superiore alla corrente circolante nel circuito principale di alimentazione, a causa del sempre possibile e quasi naturale sfasamento nel tempo delle correnti circolanti nei circuiti derivati.

Tale aspetto di non poco peso, incomprensibilmente ancora non preso in considerazione dall’ambiente normativo, ancorchè già segnalato, non riguarda il solo riscaldamento dei quadri elettrici, ma riguarda anche il mutuo riscaldamento delle condutture, ognivolta che nella stessa conduttura coesistono cavi di alimentazione di un nodo elettrico e cavi in uscita dallo stesso nodo. In tal caso non si può far riferimento ad una possibile limitazione della somma delle correnti circolanti dei circuiti derivati, in quanto giustificata dalla taratura della protezione da sovraccarico del circuito di alimentazione.

Costerebbe poco e sembrerebbe dovuto! Perché non si fa? Giusto ?