Verifica termica prevista dalla norma CEI EN IEC 61439-1 e 2 zoppa?

 

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.

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[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.

 

Quando un quadro elettrico non provato al cortocircuito può essere installato?

 

Pare che secondo la norma tecnica applicabile un quadro elettrico non provato al cortocircuito possa essere installato

a)    quando la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione è minore di 10 kA, 

oppure

b)    quando ha in ingresso un dispositivo di protezione che limita a 17 kA la corrente di picco in corrispondenza del suo potere di interruzione o in corrispondenza della corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione,

oppure

c)     quando è installato a monte del quadro un dispositivo di protezione in grado di limitare a 17 kA la corrente di picco della corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione.

A me sembra errata questa formulazione in quanto le due condizioni a) e b) o a) e c) devono essere soddisfatte contemporaneamente. Almeno se vogliamo dare una giustificazione tecnica alla disposizione normativa. Ciò in quanto spesso non vale la regola che, quando la corrente di cortocircuito è pari a 10 kA, la corrente di picco corrispondente è inferiore a 17 kA. Ciò è vero solo se il fattore  della corrente di cortocircuito è inferiore o uguale a 0,5. Ricordo che 0,5 è il valore del fattore di potenza convenzionale con cui vengono testati gli interruttori automatici di protezione per determinarne il potere di interruzione per la classe di potere di interruzione fino a 10 kA. La realtà impiantistica non rispetta certo questa convenzione.

E’ significativo al fine di dare ragione alla mia non trascurabile affermazione esaminare con attenzione il caso descritto nell’allegato C della guida CEI 121-5 in vigore. Esso descrive un quadro con In pari a 630 A, per il quale la guida non prevede, a mio avviso erroneamente, la necessità di eseguire le prove di corto circuito. Faremo questo esame prossimamente e dimostreremo come l'esempio possa risultare fuorviante per gli utenti della norma e della guida.

Interruttori automatici BT a valle dei trasformatori

Sappiamo che i costruttori di interruttori mettono a disposizione con dovizia interruttori automatici per BT atti a interrompere correnti di corto circuito elevate con cosfi pari a 0,2 e non meno.
A valle dei trasformatori da una certa taglia in su i cosfi delle correnti di corto circuito sono ben inferiori a 0,2.
Pertanto tutti i quadri elettrici che si trovano a valle di tali trasformatori sono forse a norme CEI, ma non rispondono, progettualmente parlando, alla regola d'arte. La loro installazione non è sicura.
Ho trovato casualmente che esiste sul mercato un interruttore il cui cosfi di riferimento per poteri di interruzione superiori o uguali a 100 kA è pari a 0,15.
Quindi i progettisti oltre che essere chiamati a rispondere di non corretta progettazione, potrebbero non poter produrre la scusante che non esistono interruttori automatici adeguati per le applicazioni sopra richiamate, che sono numerose.
Ricordo che i fusibili possono aver un cosfi di riferimento pari a 0,1.
Allego le caratteristiche dell'interruttore MASTERPACT che per PI pari a 100 kA presenta un cosfi "normalizzato" di 0,15.

Progetto CEI C. 1133 di Guida alla normativa applicabile ai quadri elettrici di bassa tensione e riferimenti legislativi.

 

Osservazione al punto C. 8, ( pa. 88 ),  Verifica delle sovratemperature con il metodo delle potenze dissipate

A pag. 88 della Guida si ripete quel che dice la norma a proposito di una delle condizioni per l’applicabilità del sopra richiamato metodo di verifica e precisamente quanto segue:  “  …. e si basa sulla ipotesi che la potenza dissipata sia uniforme all’interno dell’involucro.”  Ciò è quanto si legge nella Guida ufficiale. 

Nel testo “Quadri di BT, edizioni TNE, autori V. Carrescia e V. Scarioni, a proposito della stessa ipotesi si legge invece : “La potenza dissipata all’interno dell’involucro è ripartita uniformemente. Questa condizione posta dalla norma è alquanto vaga. Una interpretazione realistica può essere la seguente: gli apparecchi, compatibilmente con le dimensioni e le distanze di rispetto proprie di ciascuno di essi, sono collocati in modo da interessare la superficie frontale del quadro, trascurando nella valutazione la zona fino a 0,2 m di altezza alla base del quadro e quella oltre 2 m dal suolo.”

Dal giorno alla notte tra il contenuto della Guida e quello del libro edito da TNE.  E' da notare che le singole pagine della Guida hanno un costo, ad un confronto grossolano, quasi 5 volte superiore a quello del libro. Nella Guida si ripete solo il puro contenuto della norma, e nulla di più, e non si affrontano i problemi ( non certo una gran guida ! ). Il libro ne ripete il contenuto e riconoscendone i limiti, li evidenzia e si sforza almeno di offrire nel caso specifico una interpretazione della vaga indicazione contenuta nella norma.

Concludo affermando che nel rapporto benefici/costi il testo TNE vale 50 volte la Guida del CEI.

Ciò non è accettabile.

Commento alla nuova Guida del CEI sull'applicazione delle norme CEI EN 61439 -1 e CEI EN 61439-2,integrazione 1

Nuova norma CEI EN 61439-1 e CEI EN 61439-2

Osservazioni alla “GUIDA ALLA NORMATIVA APPLICABILE AI QUADRI ELETTRICI DI BASSA TENSIONE E RIFERIMENTI LEGISLATIVI”- Integrazione n. 1

Quanto segue è da riferire esclusivamente all’allegato E della guida ( verifica termica dei quadri per confronto ).

Non ho trovato nella norma CEI EN 61439-1 il punto 10.40.3 ( 32 ) richiamato nelle conclusioni dell’allegato; il riferimento sembra errato.
Non si richiama nell’allegato il punto g ) di 10.10.3.2 della norma CEI EN 61439-1, per il quale il quadro da verificare deve avere “lo stesso o inferiore numero di circuiti in uscita per ogni scomparto”. Ciò non è verificato per il terzo scomparto dei quadri da confrontare, per cui “sembrerebbe” contraddetto l’esito positivo affermato nelle conclusioni ( 33 ).
Nella guida si è fatta una semplificazione pericolosa, senza indicarne i limiti.
Infatti nell’esempio presentato nella guida manca il richiamo all’effettuazione di una verifica fondamentale richiesta dalla norma CEI EN 61439-1 al suo punto  f), che al riguardo dei requisiti che i quadri devono possedere recita: “avere la stessa o minore potenza dissipata nello stesso scomparto di quella usata per la prova;” l’estensore della guida non ha eseguito il confronto del terzo scomparto ( sezione C ) del quadro in prova con il terzo scomparto provato, come richiesto, ma l’ha eseguito con il secondo scomparto, per risparmiarsi forse la fatica di calcolare la potenza in dissipata nel terzo scomparto provato. Con ciò si è commesso un errore, non tanto nel caso specifico in esame, quanto di procedura in generale.
Se infatti l’utente della guida seguisse passo passo la procedura illustrata nella stessa, potrebbe incappare in un errore. Se la guida non ripete minuziosamente quanto la norma chiede, necessariamente ne risulta la possibilità di indurre in errore l’utente, che non sempre conosce i dettagli della norma specifica, non sempre ha il tempo per farlo e che non sempre è in grado di tener presente e soprattutto di ben valutare tutte le condizioni al contorno che devono accompagnare il confronto.
La norma chiede di verificare che ogni scomparto da verificare dissipi meno potenza del corrispondente scomparto provato. Quindi globalmente il quadro e puntualmente ogni scomparto deve essere secondo la norma per tale aspetto confrontato. Ciò non è stato fatto dall’estensore della guida, né colpevolmente si è fatto cenno in generale alla necessità di farlo.
Se nell’esempio proposto dalla guida il terzo scomparto provato fosse risultato poco significativo in quanto a potenza dissipata al suo interno e le potenze dissipate nei primi due scomparti in precedenza confrontati fossero risultate poco diverse tra loro, cioè quelle relative agli scomparti in esame di poco inferiori rispetto a quelle relative agli scomparti provati, l’esito della verifica non avrebbe subito modifiche e si sarebbe concluso ancora positivamente, con molti dubbi invece sulla reale fondatezza di un tale giudizio.
In effetti, come sopra ipotizzato, si potrebbe verificare il caso che i due quadri di uguali dimensioni e simili per tanti altri aspetti, presentino nei primi due scomparti potenze dissipate tra loro poco diverse, mentre la potenza dissipata nel terzo scomparto da verificare potrebbe superare in modo apprezzabile quella relativa al terzo scomparto provato, alterando così in misura significativa i flussi dello smaltimento di calore verso l’esterno. Per entrare ancor più nel dettaglio si può pensare che il contenimento della sovratemperatura, nel secondo scomparto provato, nell’esempio esposto nella guida, sia di 20°K, in quanto il terzo scomparto contiguo, sede di poca potenza dissipata, richiama al suo interno una parte apprezzabile del calore prodotto nel secondo scomparto. Ma una tale favorevole situazione non potrebbe invece riconoscersi nel caso del quadro da esaminare, il cui terzo scomparto potrebbe risultare sede di una più consistente potenza dissipata.
Nella guida la procedura presentata deve essere modificata, in quanto fuorviante. Il confronto, se fatto per singoli scomparti, deve e essere eseguito per tutti gli scomparti che compongono il quadro, in modo tale che sia verificata sia la condizione che la potenza dissipata in tutto il quadro è per il caso in esame inferiore a quella del quadro provato e che la stessa condizione è verificata anche per ogni singolo scomparto.
Ritengo che non sia grave che a qualcuno sfugga qualche errore e imprecisione, ma è inammissibile che non ci sia un controllo a valle in grado di eliminare tali errori e imprecisioni, almeno per la gran parte.

RIFASAMENTO INDUSTRIALE n. 2, norma CEI EN 61439 e CEI 17-13

RIFASAMENTO INDUSTRIALE n. 2
Dimensionamento del conduttore di terra
In alcune applicazioni ordinarie un costruttore di apparecchiature di rifasamento automatico chiede di utilizzare un conduttore di terra di sezione pari al 60% del conduttore di fase dell'alimentazione. Abbiamo rivisitato la norma CEI 64-8 per verificare se in essa si potesse trovare la giustificazione di una tale richiesta così precisa. In realtà non abbiamo trovato nei disposti della norma questa curiosa disposizione. Pur ritenendo che tale richiesta non risulti in genere pericolosa, non è chiaro il motivo per il quale il costruttore si assuma la responsabilità di andare oltre la norma, quando sarebbe stato sufficiente rimandare ai contenuti della norma tecnica vigente. A difesa del costruttore si può dire che questi per il conduttore di protezione chiedendo il 60 % della sezione del conduttore di fase si cautela ( con un 20 % supplementare ) rispetto alla possibile scelta prevista/concessa dalla norma CEI 64-8, quella convenzionale.
Propongo le seguenti osservazioni al riguardo. Supponiamo come spesso accade che il quadro di rifasamento automatico si trovi nel locale cabina di trasformazione appena a valle del quadro generale di BT. Sappiamo che le correnti di corto circuito verso terra nel locale cabina di trasformazione sono quasi uguali alle corrispondenti di corto circuito trifase, per le quali devono essere dimensionati i conduttori di fase. Non si capisce per quale motivo il conduttore di protezione in tale situazione possa essere scelto di sezione metà ( 50 % ) o sezione pari al 60 % di quella del conduttore di fase, visto che la corrente che lo può interessare è la stessa che percorre il corrispondente conduttore di fase.
Aggiungiamo a completamento di quanto esposto, come segnale di attenzione di come anche alle stesse norme si debba guardare con attenzione critica, che la stessa possibilità concessa dalla norma di scegliere la sezione del conduttore di protezione con il calcolo non è cautelativa, almeno nella situazione presentata, che riguarda cioè i locali cabine di trasformazione e quelli ad essi vicini e che può risultare abbastanza generale. Infatti mentre le correnti di corto circuito in prossimità del trasformatore si manifestano con un transitorio non trascurabile, la formula presentata all’articolo 543.1.1 della norma CEI 64-8 per consentire il calcolo della sezione minima da adottare non tiene conto di tale fenomeno: ciò purtroppo a sfavore della sicurezza.
Per concludere troviamo più giusto che il costruttore del quadro di rifasamento debba demandare la scelta della sezione del conduttore di protezione al progettista dell’impianto elettrico e/o della modifica o ampliamento dello stesso ( legge 46/90 e DM 37/2008 ) o comunque alle regole di buona tecnica vigenti, ricordando solo ciò che la norma CEI sulle apparecchiature ( AS e ANS ) propone ai fini della protezione dai contatti indiretti.
Di quel numero particolare pari al 60 % affacciatosi nel nostro approfondimento parleremo in un’altra occasione, quando tratteremo la tenuta dei quadri di rifasamento al corto circuito.

RIFASAMENTO INDUSTRIALE n. 1 - NORMA CEI EN 60439, CEI 17-13 Considerazioni sugli schemi elettrici

RIFASAMENTO INDUSTRIALE N. 1 - NORMA CEI EN 60439, CEI 17-13
Considerazioni sugli schemi elettrici
Siamo stati chiamati a collaudare un impianto di media importanza. In cabina di trasformazione era presente una apparecchiatura di rifasamento a gradini. Tra i documenti a corredo dell’apparecchiatura abbiamo esaminato uno schema multifilare. Abbiamo notato che tale schema riportava solo i simboli degli apparecchi e dei componenti e le reciproche connessioni e non anche le loro caratteristiche nominali e i loro codici identificazione.
Se negli schemi elettrici esaminati, che pensiamo non differiscano da quelli normalmente forniti da altri costruttori, i vari componenti, quali fusibili, condensatori, regolatori, modulo di controllo e protezione, contattori e sezionatori sono identificati solo da segni grafici e sigle precise, che si rifanno alla normativa internazionale sui segni grafici, gli stessi costruttori non sono esonerati, secondo il nostro convincimento, dall’obbligo di definire con estrema precisione gli stessi apparecchi e componenti utilizzati. I motivi che richiedono tale puntuale identificazione sono molti. Citiamo tra questi in questa sede solo il fatto che in caso di contestazioni di qualsiasi natura sembra giusto ci sia testimonianza documentale dettagliata dell’equipaggiamento fornito e il fatto che i costruttori dei quadri tradizionali, cioè gli installatori, i quadristi e le grandi società elettrocommerciali da sempre forniscono tale identificazione. Infatti per regola il progettista negli elaborati di progetto non indica per i prodotti marche, ma taglie e regolazioni. L’installatore a sua volta scegliere su una rosa di marche eventualmente indicata dal progettista quella che intende utilizzare. L’installatore, i quadristi e le grandi società elettrocommerciali inoltre dovrebbero fornire, e di regola lo fanno, gli schemi con l’individuazione precisa sotto i vari aspetti di tutti gli apparecchi previsti e non solo di questi.
Volendo sintetizzare non ci sembra accettabile che gli schemi da fornire possano risultare diversi per i dettagli da presentare al cliente negli schemi a seconda che si tratti di quadri elettrici definibili secondo la norma vigente di tipo AS o di tipo ANS. Non ci pare che la norma tecnica per essi possa essere applicata in maniera diversa. Soprattutto ritengo che ragioni tecniche, di buon senso e di responsabilità non consentano la fornitura di documenti incompleti. Ragioni economiche e cioè di contenimento dei costi, certo ragioni di maggior peso nel caso delle costruzioni AS nei confronti di quelle ANS, non sembrano giustificare un comportamento diverso.
La nostra conclusione più importante riguarda il fatto che non ci capacitiamo di come una simile prassi viga da sempre nell'indifferenza generale.