Il codice IP (International Protection) identifica in modo univoco e codificato i gradi di protezione degli involucri per apparecchiature elettriche. L’attuale edizione italiana della Norma CEI EN 60529 (IEC529 ex CEI 70-1) “Gradi di protezione degli involucri” è stata pubblicata nel giugno 1997 (fascicolo CEI 3227 C).
Il Codice IP: Classificazione e Gradi di Protezione
La Norma CEI EN 60529 permette di indicare, attraverso il codice IP (dal francese “Indice de Protection”, ovvero “Degree of Protection” o “Grado di Protezione”), il livello di protezione degli “involucri elettrici” contro l’accesso a parti attive e contro la penetrazione di corpi solidi estranei e dell’acqua. È importante notare che la norma non entra nel merito della protezione contro i rischi d’esplosione, umidità, vapori corrosivi, muffe o insetti.
La prima cifra del codice IP indica il grado di protezione contro la penetrazione di corpi solidi estranei, e deriva da prove effettuate con calibri o strumenti particolari.
L’ultima novità normativa risale al 2014: con l’entrata in vigore della Variante V2 della Norma CEI EN 60529 (IEC529 ex CEI 70-1), sono stati modificati alcuni paragrafi rispetto alla Norma base ed è stato introdotto il grado di protezione IP X9, che offre “protezione contro getti d’acqua ad alta pressione e a temperatura elevata”. Per alta pressione la Norma intende 80-100 bar e per temperatura elevata 80°C + 5°C (condizioni di prova). È fondamentale comprendere che un involucro IP X9 potrebbe non essere IP X6, ovvero potrebbe essere protetto contro getti d’acqua ad alta pressione e a temperatura elevata, ma non protetto contro getti d’acqua potenti.
L’installatore o il progettista devono scegliere componenti idonei a seconda del luogo dell’installazione. A volte la scelta è di buon senso, altre volte il grado di protezione minimo è imposto da documenti normativi.
Protezione Contro Contatti Diretti e Indiretti
La protezione contro i contatti indiretti può essere messa in atto con tutti i metodi previsti dalla norma generale impianti, escludendo la protezione ottenuta mediante locali non conduttori e mediante il collegamento equipotenziale non connesso a terra.
La protezione contro i contatti diretti può essere attuata tramite gli usuali mezzi, quali barriere o involucri che presentino un grado di protezione almeno IP XXB o IP 2X e un isolamento in grado di sopportare una tensione di prova di 500 V, valore efficace in corrente alternata, per 1 minuto. Non sono ammesse protezioni mediante ostacoli o con parti tenute fuori dalla portata di mano.
La Gestione Termica nei Quadri Elettrici: Ventilazione e Condizionamento
I quadri elettrici, siano essi dedicati a sistemi di controllo o finalizzati a impianti di distribuzione dell’energia, devono sempre essere realizzati conformemente alle norme e garantire condizioni di dissipazione termica tali da assicurare temperature al loro interno compatibili con la componentistica in essi contenuta. Stante la complessità sempre maggiore dei sistemi di controllo e la densità dei componenti all'interno dei quadri, sovente è necessario attuare soluzioni adeguate per smaltire il calore prodotto dagli elementi elettrici.
A tale scopo, possono essere utilizzate aperture di ventilazione per consentire lo smaltimento naturale del calore. Nei casi in cui tale soluzione non sia sufficiente, si ricorre alla ventilazione forzata o a sistemi di condizionamento (chiller). Quello della ventilazione forzata combinata alla filtrazione, propria dei gruppi filtro, è il metodo più diffuso per efficacia, economicità e facilità di manutenzione. La ventilazione dei quadri elettrici è impiegata sia in applicazioni indoor sia outdoor. Per le prime, dove la polluzione dell’aria non è mai particolarmente elevata, il grado di protezione IP54 è generalmente più che sufficiente.
Strumenti CAD per il Dimensionamento Termico
I CAD elettrici della Serie 2020 di Electro Graphics, inclusi Eplus, iDEA, CADelet e Smart, gestiscono gli elementi necessari per l’equilibrio termico dei quadri elettrici. Questi strumenti permettono il dimensionamento e la scelta di ventilatori o condizionatori da un archivio di apparecchi appositamente definito come elementi accessori delle carpenterie dei quadri. Sono state definite due nuove categorie di accessori per gestire le caratteristiche di ventilatori e chiller. Per ogni elemento sono definibili le caratteristiche tipologiche, dimensionali ed elettriche; per i ventilatori sono poi definite le portate in aspirazione libera e la portata effettiva. Altresì, per i chiller sono definite le capacità di raffreddamento in condizioni L35-L35 e L35-L50, secondo la norma DIN 3168.
Verifica della Sovratemperatura Interna Secondo CEI 17-43
Il processo di gestione termica si integra perfettamente con la verifica termica dei quadri progettati e schematizzati, utilizzando il noto metodo previsto dalla norma CEI 17-43 (IEC 60890) “Metodo per la determinazione delle sovratemperature, mediante estrapolazione, per le apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione (quadri BT) non di serie (ANS)”. Un algoritmo dedicato calcola la temperatura di equilibrio all'interno del quadro, considerando l’effetto degli eventuali ventilatori o chiller presenti.
La verifica della sovratemperatura interna del quadro può essere eseguita nell'ambiente grafico dei software CAD, a partire dai dati delle apparecchiature presenti nello schema elettrico. La funzione che permette di eseguire la verifica della sovratemperatura ora permette di tenere conto di eventuali sbarre presenti all'interno dell’armadio o quadro e di calcolare e valutare un’unità di raffreddamento, se necessaria. La finestra di verifica della sovratemperatura quadro si avvia con il comando CEI1743 o con l’apposita icona.
Documento e Parametri di Calcolo
Nella scheda iniziale "Documento", nel riquadro dei dati tecnici del quadro, è necessario inserire la temperatura massima interna accettata, con un valore predefinito di 55°C. La temperatura effettiva risultante dal calcolo verrà visualizzata in rosso se superiore alla temperatura massima accettata. Tale temperatura è calcolata secondo il metodo a interpolazione previsto dalla CEI 17-43 sulla base della potenza dissipata dalle apparecchiature presenti all'interno del quadro, dati desunti dalle schede articolo dei componenti nello schema associato, da altri elementi dissipativi dichiarati nella finestra "Apparecchiature", e dall'effetto dissipativo dei conduttori o delle sbarre di rame presenti nel quadro.
Esclusione di Elementi e Gestione delle Sbarre
Un’apposita opzione aggiunta nei dati tecnici di ogni articolo materiale presente in archivio permette di escludere l'elemento dal calcolo della sovratemperatura. È possibile assegnare fino a tre tipologie di sbarre di rame nude con disposizione verticale e fino a tre tipologie di sbarre di rame nude per la connessione con i dispositivi (orizzontali). Le tipologie sono estratte dalle tabelle presenti nella norma, compresa l'opzione con due conduttori per fase. Per ciascuna tipologia è riportata la portata ed è possibile personalizzarne la lunghezza. Il fattore di carico, richiesto, rappresenta il rapporto medio tra la corrente di funzionamento e la portata massima delle sbarre, permettendo al software di stimare la potenza dissipata dalle sbarre.
Raffreddamento: Ventilazione Forzata e Condizionamento
Nel caso in cui la temperatura massima del quadro elettrico sia superiore alla massima permessa, è possibile intervenire nella scheda "Raffreddamento" per individuare il metodo migliore per abbassare la temperatura, scegliendo tra ventilazione forzata e condizionamento.
Calcolo della Ventilazione Forzata
La formula generale di scambio termico con l'aria usata nel calcolo è: Pr = F x (Ti - Te) / Ka, dove:
- Pr: potenza evacuata
- F: flusso d'aria in m³/h
- Ti: temperatura interna
- Te: temperatura esterna
- Ka: costante dell'aria
È possibile impostare un valore di altitudine o imporre una costante dell'aria personalizzata. Il software calcola il flusso d'aria minimo per garantire una potenza refrigerante sufficiente a riportare la variazione di temperatura entro i limiti impostati. L’algoritmo utilizzato è di tipo ricorsivo: una volta calcolata la potenza evacuata sulla base delle temperature esistenti, si determinano le nuove condizioni di temperatura interna utilizzando il metodo della norma CEI 17-43; ricorsivamente si ricalcola la potenza evacuata con i nuovi valori termici calcolati, fino a che si raggiunge un equilibrio entro il decimo di grado di variazione per iterazioni successive. Definita così la potenza da evacuare, su tale base è impostato il filtro di ricerca nell'archivio "Ventilatori" per la scelta del ventilatore da utilizzare. Nelle elaborazioni, è considerato il flusso d'aria netto e il filtro di ricerca impostato garantisce un flusso minimo necessario. Se un elemento soddisfa le impostazioni ricercate e viene selezionato, i dati di sovratemperatura vengono aggiornati considerando il flusso d'aria e la potenza refrigerante conseguente.
Calcolo del Condizionamento (Chiller)
Analogamente alla scelta dei ventilatori, è possibile selezionare un condizionatore per asportare la potenza necessaria per il raffreddamento del quadro. I condizionatori sono gestiti in archivio con la tipologia "Chiller" e con capacità di raffreddamento specificata secondo la norma DIN 3168:
- Capacità di raffreddamento L35/L35: potenza asportabile limite per mantenere temperatura interna ed esterna pari a 35ºC.
- Capacità di raffreddamento L35/L50: potenza asportabile limite per mantenere una temperatura interna di 35ºC con una temperatura esterna di 50ºC.
Questo valore di potenza refrigerante (Capacità di raffreddamento L35/L50) è considerato ai fini del calcolo della sovratemperatura. Per la scelta in archivio il filtro preimpostato determina la potenza refrigerante minima richiesta. Con la selezione del ventilatore o del condizionatore i dati di sovratemperatura vengono aggiornati considerando il flusso d'aria e la potenza refrigerante conseguente. La scelta del ventilatore o chiller consente di integrare sullo schema i dati ad esso associati, quali sagoma di rappresentazione, codifica materiale o tabella identificativa, permettendo di inserire la sagoma associata nel disegno CAD o un blocchetto tabella per l'esportazione dei materiali in Tabula.
Relazione di Calcolo Dettagliata
Il foglio con la relazione di calcolo è dettagliato secondo quanto previsto dalla norma e riporta anche il grafico dell'andamento della sovratemperatura all'interno del quadro in esame.
Prescrizioni Specifiche per Ambienti Particolari
Sicurezza in cantiere: L'impianto elettrico
Impianti Elettrici nelle Gallerie Stradali
La Norma si applica agli impianti elettrici delle gallerie stradali soggette o non soggette al controllo di prevenzione incendi. Le prescrizioni valgono per tutti gli impianti ubicati all’interno della galleria o comunicanti con il suo interno. Ogni ventilatore deve essere alimentato mediante un circuito esclusivo direttamente dalla cabina elettrica di alimentazione. Per motivi legati alla sicurezza degli operatori e per facilità nelle attività di manutenzione, ogni ventilatore deve essere sezionabile localmente tramite l’installazione di presa a spina industriale con interruttore di blocco, entrambi con caratteristiche tali da garantire la continuità elettrica a 400 °C almeno per 90 minuti. I ventilatori devono essere collegati all’alimentazione elettrica di emergenza. Il sistema di comando e controllo del sottosistema di ventilazione deve essere collegato all’alimentazione elettrica di sicurezza. I ventilatori devono essere dotati di trasduttori sismici per la misura delle vibrazioni secondo una qualsiasi direzione radiale e un sensore deve rilevare il distacco meccanico del ventilatore. Con lo scopo principale di gestire correttamente ogni evento in ordinario o in emergenza, ogni ventilatore deve essere equipaggiato con un variatore di velocità incorporato direttamente o nelle sue immediate vicinanze. Un’efficace soluzione alla lotta antincendio nelle gallerie stradali si ottiene con l’implementazione del sistema di mitigazione incendio Colombo, attraverso una semplice modifica dell’impianto idrico-antincendio tradizionale.
Impianti Elettrici nelle Saune
Con la nuova norma si prescrive l'obbligo, per tutti i circuiti della sauna ad eccezione del riscaldatore, di una protezione addizionale contro i contatti diretti da attuarsi mediante interruttori differenziali aventi una corrente differenziale nominale non superiore a 30 mA. Gli apparecchi elettrici devono avere almeno il grado di protezione IP 24 ma, se è prevedibile l'impiego di getti d'acqua per la pulizia, deve essere adottato almeno un grado di protezione IP X5.
All'interno della sauna sono vietate le prese a spina e gli interruttori, ad eccezione di quelli incorporati nel riscaldatore, devono essere installati all'esterno del locale (ad esempio l'interruttore luce). Le condutture è bene che siano installate al di fuori delle zone, ad esempio sul lato freddo dell'isolamento termico. Qualora le condutture siano installate nelle zone 1 o 3, per esempio sul lato caldo dell'isolamento termico, l'isolante deve essere adatto alle particolari condizioni di posa, caratterizzate da temperature superiori alla normale temperatura di riferimento. La portata, solitamente riferita alla temperatura ambiente, deve perciò essere opportunamente ritoccata. Possono essere considerate esterne alla sauna le condutture incassate e isolate termicamente, rispetto al locale della sauna, dalla necessaria coibentazione. Eventuali guaine metalliche e tubi protettivi metallici non devono poter essere toccati durante l'uso ordinario. Gli apparecchi utilizzatori di riscaldamento della sauna devono essere installati in accordo con le indicazioni fornite dal costruttore in riferimento alla Norma CEI EN 60335-2-53 “Sicurezza degli apparecchi elettrici d'uso domestico e similare” Parte 2: “Norme particolari per apparecchi di riscaldamento per sauna”. È altresì fondamentale considerare il tipo di cavo da usare per il collegamento del riscaldatore. Le istruzioni degli apparecchi non dotati di temporizzatore, previsti per essere installati nelle saune pubbliche, devono specificare la necessità che nel locale del sorvegliante sia presente una lampada spia che segnali quando la stufa è in funzione.
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