Quadri elettrici - I blogs del`ISIS Leonardo da Vinci`

Quadri elettrici
Quadri per uso Industriale
I quadri elettrici, erano soggetti alla Norma CEI 17-13, che riporta le prescrizioni generali e distingue:
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AS Apparecchiatura costruita in serie: ovvero apparecchiatura conforme a un tipo prestabilito o
comunque senza scostamenti tali che ne modifichino in modo determinante le prestazioni
rispetto all’apparecchiatura tipo provata, secondo quanto prescritto nelle norma
ANS Apparecchiatura non costruita in serie
La nuova norma CEI EN 61439 (in vigore dal 2015) abolisce la distinzione tra AS e ANS e definisce due
modi di essere del costruttore: il costruttore originale ed il costruttore del quadro.
Il primo è l’organizzazione che ha progettato, costruito e verificato (con le verifiche di progetto) il
prototipo del quadro (il quadro o la gamma di quadri) in accordo con la relativa norma di prodotto
(es: la CEI EN 61439-2 per i Quadri di potenza).
Il costruttore originale, in sostanza, è l’organizzazione che realizza il sistema di quadri (sistema di
quadri: gamma completa di componenti meccanici ed elettrici (involucri, sbarre, unità funzionali,
ecc.), definita dal costruttore originale, che può essere assemblata in accordo con le istruzioni del
costruttore originale per ottenere quadri differenti).
Il secondo è l’organizzazione che si assume la responsabilità del quadro finito e mette il nome sulla
targa del quadro. Il costruttore del quadro è chi effettivamente costruisce il quadro, nel senso che
si procura i diversi particolari e componenti e li assembla, seguendo le istruzioni del costruttore
originale, realizzando il manufatto finito, montato e cablato, sfruttando una delle già menzionate
opportunità, pronte all’uso, presentategli dal costruttore originale.
La norma ammette ancora che alcune fasi del montaggio dei quadri siano realizzate anche fuori dal
laboratorio o dall’officina del costruttore del quadro (sul cantiere o a bordo macchina), attenendosi
comunque alle sue istruzioni.
Operativamente i quadristi e gli installatori, intesi come costruttori finali, potranno come di
consueto utilizzare prodotti commercializzati in kit e presentati nei cataloghi dei costruttori originali,
per assemblarli nella configurazione di quadro di cui hanno bisogno.
Il costruttore originale dovrà:
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progettare il quadro o la linea di quadri;
eseguire le prove sui prototipi;
superare queste prove per dimostrare la rispondenza alla Norma del quadro (Norma di
prodotto);
derivare dalle prove altri allestimenti attraverso la verifica mediante valutazione o per confronto
con il progetto originale (provato);
aggiungere gli ulteriori allestimenti ottenuti senza prove ma con gli altri metodi di verifica;
fornire la documentazione tecnica (es: cataloghi o guide di montaggio) con le istruzioni per la
scelta dei componenti e il montaggio del quadro.
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Il costruttore del quadro avrà invece la responsabilità:
• di assemblare il quadro rispettando le istruzioni fornite dal costruttore originale;
• di eseguire le verifiche individuali (collaudo) su ogni quadro realizzato;
• di redigere la dichiarazione CE di conformità del quadro (che allega e archivia col fascicolo tecnico).
L’elenco delle verifiche individuali (collaudo finale) prescritte dalla Norma e a carico del costruttore
del quadro è il seguente:
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Caratteristiche relative alla costruzione
 Grado di protezione degli involucri;
 Distanze di isolamento in aria e superficiali;
 Protezione contro la scossa elettrica ed integrità dei circuiti di protezione;
 Installazione dei componenti;
 Circuiti elettrici interni e collegamenti;
 Terminali per conduttori esterni;
 Funzionamento meccanico
Caratteristiche relative alla prestazione:
 Proprietà dielettriche;
 Cablaggio, prestazione di condizioni operative e funzionalità.
Queste prove possono essere effettuate in qualsiasi ordine di successione.
Il fatto che le verifiche individuali siano effettuate dal costruttore del quadro, non esonera
l’installatore dal verificarle dopo il trasporto e l’installazione del quadro.
Classificazione funzionale
In relazione alle funzioni cui sono destinati, i quadri possono essere suddivisi nelle seguenti
tipologie:
Quadri principali di distribuzione
I quadri principali di distribuzione, detti anche Power Center (PC), sono in genere installati subito a
valle dei trasformatori MT/BT o dei generatori. Questi quadri comprendono una o più unità
d’ingresso, eventuali congiuntori di barra ed un numero relativamente ridotto di unità di uscita.
Quadri secondari di distribuzione
I quadri secondari comprendono una vasta categoria di quadri destinati alla distribuzione
dell’energia e sono dotati solitamente di un’unità d’ingresso e di numerose unità di uscita.
Quadri di manovra motori
I quadri di manovra motori sono destinati al comando e alla protezione centralizzata dei motori;
comprendono quindi le relative apparecchiature coordinate di manovra e protezione e quelle
ausiliarie di comando e segnalazione. Sono anche chiamati Motor control center (MCC).
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Quadri di comando, misura e protezione
I quadri di comando, misura e protezione, sono in genere costituiti da banchi che contengono
prevalentemente apparecchiature destinate al comando, alla misura e al controllo degli impianti e
dei processi industriali.
Quadri a bordo macchina
I quadri a bordo macchina sono funzionalmente simili ai precedenti; hanno il compito di consentire
l’interfacciamento della macchina con la sorgente di energia elettrica e con l’operatore. Ulteriori
prescrizioni per i quadri che sono parte integrante della macchina sono stabilite dalla serie IEC
60204.
Quadri per cantiere
I quadri per cantiere hanno varie dimensioni, che vanno dalla semplice unità di prese a spina a veri
e propri quadri di distribuzione in involucro metallico o in materiale isolante. Sono generalmente di
tipo mobile o comunque trasportabile.
Dati di targa del quadro
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Tensione nominale (Un)
Tensione nominale di impiego (Ue)
Tensione di isolamento nominale (Ui)
Tensione nominale di tenuta ad impulso (Uimp)
Corrente nominale del quadro (InA)
Corrente nominale di un circuito (InC)
Corrente nominale ammissibile di breve durata (Icw)
Corrente nominale ammissibile di picco (Ipk)
Corrente di cortocircuito condizionata (Icc)
Fattore nominale di contemporaneità (RDF)
Grado di protezione
Misure di protezione delle persone
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Quadri per uso domestico e similari
La norma CEI 23-51 si interessa dei quadri elettrici ad installazione fissa con corrente nominale non
superiore a 125 A ed è stata redatta con lo scopo di semplificare le operazioni di verifica e
certificazione rispetto ai quadri per uso industriale.
La norma 23-51 si applica ai quadri realizzati ponendo entro involucri conformi alla norma CEI 2348 e CEI 23-49 almeno due dispositivi (un unico interruttore non costituisce un quadro) che nell’uso
ordinario dissipano una potenza non trascurabile (interruttori automatici o differenziali,
trasformatori, lampade, ecc..).
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Sono ad installazione fissa
Devono essere utilizzati a temperature ambiente non superiore a 25° C ma che occasionalmente
possono raggiungere i 35° C.
Sono previsti per un impiego in corrente alternata con tensione nominale non superiore a 440V
e con una corrente di corto circuito presunta non superiore a 10 kA (valore efficace della
componente simmetrica) elevabile a 15 kA se protetti da dispositivi limitatori di corrente (fusibili
o interruttori) che limitano il valore di picco della corrente di cortocircuito a 15 kA in
corrispondenza del loro potere di interruzione nominale.
Se anche una sola delle condizioni indicate non dovesse essere verificata il quadro deve essere
riferito alla Norma CEI EN 61439.
Corrente nominale del quadro InA
La corrente nominale del quadro InA è il valore più basso tra la corrente nominale in entrata Ine e la
corrente nominale in uscita Inu
Per corrente nominale in entrata del quadro si intende l’85% della corrente nominale o della somma
delle correnti nominali dei dispositivi di protezione e/o manovra (magnetotermico,
magnetotermico-differenziale, differenziale puro, interruttore di manovra ecc.) di ingresso del
quadro destinati ad essere usati contemporaneamente.
La corrente nominale in uscita del quadro Inu si ottiene sommando le correnti nominali In dei
dispositivi di protezione e/o manovra in uscita utilizzati contemporaneamente. Se non si conoscono
i circuiti che possono funzionare contemporaneamente si considera la somma delle correnti
nominali di tutti i dispositivi in uscita.
32 A
10A
10A
a
Nell’esempio in figura (a) Ine = 32 · 0,85 = 27 A,
Inu = 36 A, quindi InA = 27 A. Mentre nel caso b,
Ine = 50 · 0,85 = 43, Inu = 36 A e quindi InA = 36 A.
50A
16A
10A
10A
In assenza di dispositivi di protezione e/o
manovra in entrata, la corrente nominale del
quadro si può identificare con la corrente
nominale in uscita.
16A
b
In un quadro con più interruttori in ingresso, la
InA del quadro può essere calcolata come sopra, considerando la Ine come somma dell’85% della
correnti nominali dei vari interruttori, utilizzati contemporaneamente.
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Dati di targa
Tutti i quadri devono avere una targa. Può essere posta anche dietro la porta e deve indicare con scritte
indelebili:
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nome o marchio del costruttore,
tipo del quadro e numero di identificazione,
corrente nominale del quadro,
natura della corrente e frequenza,
tensione nominale di funzionamento,
grado di protezione se superiore a IP2XC.
Le verifiche da eseguire
1. Verifica della costruzione e dell’identificazione - Il quadro deve avere la targa e deve essere
conforme agli schemi circuitali e ai dati tecnici allegati;
2. verifica dei limiti di sovratemperatura - Verifica che la potenza totale dissipata dal quadro (Ptot)
sia inferiore alla potenza massima dissipabile dall'involucro (Pinv)
3. verifica del cablaggio, del funzionamento meccanico ed eventualmente del funzionamento
elettrico. Controllo del corretto collegamento dei cavi e degli apparecchi;
4. verifica dell’efficienza del circuito di protezione - Nei quadri metallici controllare a vista o se
necessario con prove strumentali il buon collegamento delle masse al conduttore di protezione;
5. prova della resistenza di isolamento.
Verifica dei limiti di sovratemperatura
Le apparecchiature installate nel quadro devono dissipare una potenza totale non superiore a quella
che l’involucro può disperdere nell’ambiente circostante.
Occorre pertanto che sia verificata la relazione: Ptot = Pdp + 0,2 Pdp + Pau ≤ Pinv
Dove:
Pdp: potenza dissipata dai dispositivi di manovra e/o protezione dichiarata dal costruttore.
0,2 Pdp: valore che tiene conto della potenza dissipata dai collegamenti, relè, timer, ecc..
Pau: potenza dissipata da altri componenti (trasformatori, lampade, ecc.) che dissipano una
potenza significativa nei confronti di Pdp.
Pinv: potenza dissipabile dall’involucro dichiarata dal costruttore dell’involucro stesso
Per calcolare la potenza dissipata bisogna tenere conto della corrente che effettivamente percorre
ogni polo attivo perciò sono stati introdotti due coefficienti: Ke (fattore di utilizzo in entrata) e
K (fattore di contemporaneità in uscita).
Ke può assumere valore convenzionale pari a 0,85 o, se minore Ke = Inu/In dove In è la corrente
nominale del dispositivo in ingresso e Inu la corrente nominale in uscita dal quadro. La potenza
dissipata dall’interruttore in entrata andrà quindi moltiplicata per il quadrato di Ke.
K=0,8
Se sono noti i carichi in uscita il fattore di contemporaneità K di Fino a 3 circuiti:
K=0,7
ciascun circuito può essere ricavato dal rapporto tra la corrente Da 4 a 5 circuiti:
K=0,6
assorbita dal carico e la corrente nominale del dispositivo posto a Da 6 a 9 circuiti:
K=0,5
protezione e/o manovra di quel circuito. Altrimenti si possono Oltre 9 circuiti:
5
utilizzare valori convenzionali del tanto più bassi quanto maggiore è il numero di circuiti in uscita,
come riportato nella tabella.
(Per dispositivi quadripolari la norma considera tre poli trascurando la potenza dissipata dal polo di
neutro per squilibrio dei cavi).
Per semplicità (che va comunque a favore della sicurezza) è possibile calcolare la Ptot ponendo
Ke=K=1 e ripetere il calcolo con i veri valori di Ke e K solo se Ptot risulta maggiore di Pinv.
Per meglio chiarire le modalità di verifica si può far riferimento alle figure seguenti in cui sono
rappresentati alcuni esempi di calcolo per la verifica dei limiti di sovratemperatura.
Esempio
Nel quadro a lato, supponendo una Pinv = 46 W ed essendo
Ke=0,85 e K = 0,75 (dalla tabella a pag. 5) possiamo calcolare le
potenze dissipate dagli interruttori con l’ausilio della tabella in
basso:
63 A
1
Pdp=10·3·0,85+(2,5·1+·2,5·3+·3·2+2,5·3)·0,7=33,17 W
Pau =0
Ptot= Pdp+0,2·Pdp+Pau= 33.17+0,2·33,17+0=39,80 W
10A
2
10A
3
16A
4
10A
5
Quindi Ptot < Pinv la verifica è positiva
Dispositivo
1
2
3
4
5
Potenza dissipata dai dispositivi del quadro
Pd/polo (W)
Pdn (W)
n° poli
10
3
30
2,5
1
2,5
2,5
3
7,5
3
2
6
2,5
3
7,5
6
K
0,85
0,7
0,7
0,7
0,7
Pdp (W)
21,67
1,22
3,67
2,94
3,67