I cavi elettrici dei circuiti sollecitati da sovraccarico o
da cortocircuito devono risultare appropriatamente protetti da pericolosi riscaldamenti.
Le norme tecniche forniscono ai progettisti indicazioni precise per la
protezione dei cavi e per rendere accettabile il corrispondente rischio. Prima però i progettisti devono determinare
con cura la portata dei cavi.
Per i quadri elettrici la situazione è solo un po’ più
complicata, ma di massima sussiste una analoga procedura da seguire. Per la
protezione dei circuiti posti all’interno dei quadri (ma non per i circuiti da attribuire ai circuiti
esterni che ai quadri si connettono) le misure da adottare per la loro
protezione sono di massima quelle previste per i circuiti elettrici dalla stessa
norma CEI 64-8. Rimane da determinare quella che è la “portata” del quadro, in
analogia con la portata dei cavi. Questa “portata” si configura nella capacità più
articolata del quadro di svolgere il suo compito di distribuzione della
corrente senza che le temperature dei conduttori, degli apparecchi di manovra e
protezione, dei materiali isolanti, delle parti accessibili alle persone (strutture
di contenimento e organi di manovra), degli strumenti .., raggiungano temperature pericolose e/o
tali da compromettere la corretta funzione loro assegnata[1].
Praticamente i progettisti del quadro devono fissare una
temperatura o più temperature lungo lo sviluppo verticale del quadro, che non
devono essere superate nel suo esercizio ordinario. Ciò si fa in genere
calcolando le potenze dissipate dai componenti all’interno del quadro e
confrontando la somma di tali potenze con la capacità dell’involucro da
adottare di smaltirla (dimensioni, materiale, areazione, … ) contenendo la
temperatura interna nei limiti prescritti dalle norme tecniche e tali da
garantirne la funzionalità.
La serie delle norme CEI EN IEC 61439 -1 e 2 e la guida CEI
121-5 forniscono le indicazioni utili per procedere a tale dimensionamento. Le
norme e la guida dedicano anche con esempi decine e decine di pagine alle
regole da seguire per garantire il dovuto controllo delle temperature, che i
componenti all’interno di un quadro possono raggiungere, a significare
l’importanza che a questa verifica viene riconosciuta per questioni di
funzionalità e di sicurezza.
A noi però sembra in proposito di dover segnalare un
importante buco normativo che riguarda proprio l’aspetto sopra richiamato, cioè
la verifica termica dei quadri elettrici.
I documenti normativi, anche se non detto del tutto
esplicitamente sostengono la regola che l’interruttore generale del quadro, o
più a monte chi per esso, con il contenimento della corrente nominale InA del relativo circuito possa
limitare anche la somma delle correnti dei suoi circuiti derivati, responsabili
delle corrispondenti potenze dissipate e quindi garantire il controllo della
temperatura interna del quadro.
Il buco normativo consiste nel fatto che la norma nel caso
specifico non tiene conto che le correnti nella pratica comune impiantistica sono
alternate e possono risultare sfasate tra loro nel tempo e che a parità di
corrente limitata nel circuito principale la somma algebrica delle correnti,
che percorrono i circuiti derivati. Il riscaldamento del quadro può risultare pertanto
ben maggiore di quello previsto dalla norma con la limitazione della sua corrente
di alimentazione. La norma ipotizza errando che le correnti in gioco siano
tutte in fase tra loro.
Ovviamente maggiori sono gli sfasamenti tra le correnti dei
circuiti (forni, gruppi di grossi motori, gruppi di motori frazionari, capacità
di rifasamento, … ) maggiore risulta l’entità della potenza dissipata dai
circuiti nel quadro[2]
rispetto a quella considerata nella verifica eseguita secondo le indicazioni
normative[3], cioè a parità di corrente
nel circuito di alimentazione e con correnti erogate in fase con essa e tra di
loro. Si può peraltro osservare come l’incremento di potenza dissipata da
considerare a causa dell’aumento della temperatura di funzionamento dei
conduttori, di cui le norme chiedono di tener conto, e l’incremento di potenza
dissipata da considerare a causa del possibile sfasamento tra le stesse correnti
di carico possano risultare dello stesso ordine di grandezza.
Pertanto non è giustificato il fatto di non dover tener
conto della maggior potenza dissipata a causa dello sfasamento sempre possibile
tra le correnti erogate dal quadro nelle condizioni che lo vedono alimentato
con la sua corrente nominale[4].
L’ipotesi che la limitazione imposta con la prevista
taratura dell’interruttore automatico principale possa impedire la possibilità
che la temperatura interna al quadro raggiunga valori superiori a quanto
previsto con le modalità di verifica indicate nelle norme e nella guida non è verificata,
come in passato è stato segnalato.
Troviamo oggettivamente sorprendente il fatto che la norma e la guida non abbiano considerato che nell’effettuare la verifica termica dei quadri elettrici sia ordinariamente necessario considerare anche l’ordinario sfasamento che sussiste tra le correnti. Le norme e più ancora la guida dovrebbero almeno segnalare il problema.
[1] Si osserva anche che nella norma CEI 64-8 i quadri elettrici non risultano oggetto di prescrizioni. Al punto 511.1 si dice “Ogni componente elettrico deve essere conforme alle prescrizioni di sicurezza delle Norme CEI che lo riguardano e deve essere installato in accordo con le prescrizioni della presente Norma e con le istruzioni fornite dal costruttore, tenendo conto in particolare delle condizioni ambientali.” e ancora al punto 526.5 si legge “Si devono prendere precauzioni per evitare che la temperatura raggiunta nel servizio ordinario dalle connessioni e dalle apparecchiature danneggi l’isolamento dei conduttori e modifichi le prestazioni delle apparecchiature (vedi anche 511.1).”
[2] Per cogliere l’aspetto pratico del fenomeno di cui si tratta, si può facilmente calcolare che due circuiti, per i quali si prevede uno sfasamento tra le correnti di 30 °C, dissipano una potenza superiore di oltre il 7% della potenza messa in gioco negli stessi due circuiti
-quando percorsi da correnti in fase tra loro e in fase naturalmente con la corrente del circuito di alimentazione e
-quando tali correnti in fase tra loro richiedono dal
circuito di alimentazione la stessa corrente che richiede la coppia di correnti
tra loro sfasate.
[3]
Si fa presente come elemento da non trascurare che a parità di aumento dello
sfasamento tra le correnti all'aumentare dello sfasamento aumenta anche l'entità dell'incremento della corrente e della potenza da considerare.
[4]
Differenze di temperatura di qualche decina di gradi dei conduttori implicano
differenze nella potenza dissipata dagli stessi pari al 4%, 8%, 12%
rispettivamente per 10 °C di aumento, per 20°C e 30°C.
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