Quadri elettrici di bassa tensione
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La verifica della sovratemperatura
Nei vari punti del quadro non devono essere superate le temperature tollerabili dai diversi componenti. La verifica può essere condotta con uno dei metodi seguenti:
- prova a carico (si caricano i circuiti alla corrente nominale fissata dal costruttore attraverso opportuni coefficienti di contemporaneità nominali e si misurano le temperature con adatte termosonde);
- per estrapolazione (si derivano dai valori ottenuti da un quadro simile provato);
- calcoli
La norma EN 61439-1 riporta due metodi di calcolo, calcolo delle potenze dissipate, per quadri con corrente nominale fino a 630 A e singola cella, e calcolo secondo la norma CEI 17-43, per quadri con corrente nominale non superiore 1600 A.
In quadri con scomparto singolo fino a 630 A la somma delle potenze dissipate all'interno del quadro da apparecchi e conduttori, tenuto conto della potenza dissipabile dall'involucro, non deve determinare una sovratemperatura dell'aria all'interno del quadro superiore a quella sopportabile dai vari apparecchi come dichiarato dal costruttore dell'apparecchio nel normale funzionamento.
Per quadri con corrente nominale non superiore 1600 A, in attesa che vengano stabiliti metodi unificati in sede Cenelec, ci si può riferire alla norma CEI 17-43, la cui applicabilità presuppone però l'accertamento delle seguenti condizioni:
- la potenza dissipata dai vari componenti è indicata dal costruttore del componente stesso;
- la distribuzione della potenza dissipata all'interno dell'involucro è pressoché uniforme;
- la corrente nominale di ciascun circuito non eccede l'80% della corrente convenzionale termica in aria libera ( Ith ) degli apparecchi di manovra e dei vari componenti elettrici inclusi nel circuito
- la struttura meccanica e le apparecchiature installate sono disposte in modo da non impedire significativamente la circolazione dell'aria ;
- i conduttori che portano correnti maggiori di 200 A e le parti strutturali adiacenti sono sistemate in modo tale da limitare la formazione di correnti parassite e le perdite per isteresi ;
- tutti i conduttori hanno una sezione minima, determinata in base alla loro portata, almeno pari a quella indicata nella norma IEC 60364-5-52 (tabella CEI UNEL 35024/1).
- per gli involucri con ventilazione naturale l'area delle aperture di uscita dell'aria è almeno 1,1 volte l'area delle aperture di entrata;
- non ci sono più di tre diaframmi orizzontali nel quadro o in o in uno scomparto del quadro (diaframma è l'elemento che separa una cella dalle altre celle);
- per involucri con celle e ventilazione naturale, l'area delle aperture di ventilazione in ogni diaframma orizzontale non è inferiore al 50% della sezione orizzontale della cella.
La norma consente di calcolare la sovratemperatura dell'aria a mezza altezza e nella parte superiore del quadro e di interpolare questi valori per le altezze intermedie.
Per poter procedere con i calcoli occorre conoscere: le dimensioni dell'involucro (larghezza, profondità e altezza),il tipo di installazione (quanti lati esposti all'aria, fissato a muro, ecc..), le dimensioni delle aperture di ventilazione, il numero di piani di delimitazione orizzontali interni e la potenza dissipata, considerando l'effettiva corrente che li percorre, da ogni apparecchio e conduttore installati all'interno dello scomparto.
Figura 6 – Quadri con superficie equivalente maggiore di 1,25 m
Figura 7 – Quadri con superficie equivalente fino a 1,25 m2
Per determinare la temperatura dell'aria a metà altezza all'interno del quadro la norma propone la formula 
dove 
è la temperatura media all'interno del quadro, k è la costante d'involucro, P è la potenza termica dissipata dai componenti contenuti nell'involucro, x è un esponente variabile da 0,7 a 0,8 in relazione all'aerazione. La sovratemperatura massima alla sommità del quadro si può invece ricavare per mezzo della relazione 
, dove c è il f attore di distribuzione della temperatura dell'involucro. L a temperatura dell'aria, calcolata all'altezza d'installazione di ogni apparecchio, non deve superare la temperatura ammissibile dell'aria ambiente dichiarata dal costruttore per quell'apparecchio. La EN 61439-1 ha ristretto l'ambito di applicabilità della CEI 17-43 da 3150 A a 1600 A. Ciò nonostante è ancora ammessa la possibilità di estendere l'uso del calcolo per i quadri fino a 3150 A mediante la CEI 17-43, anche se solo per i quadri derivati da prototipi simili già sottoposti a prova. Le possibili soluzioni sono descritte nel diagramma di flusso di figura 8.
Figura 8 – Scelta del metodo di verifica della sovratemperatura di un quadro.
La protezione contro i contatti diretti e indiretti
Le protezioni contro i contatti diretti si realizza, nella grandissima maggioranza dei quadri, mediante involucri in lamiera o in resina che assicurano un grado di protezione almeno uguale a IPXXB. Le norme prevedono la possibilità di adottare anche altre misure di protezione contro i contatti diretti che però non sono facilmente applicabili ai quadri nel loro insieme (SELV e PELV, isolamento delle parti attive, involucri, barriere, segregazione).
Per quanto riguarda invece la protezione contro i contatti indiretti, se il quadro è metallico
Normalmente si ricorre alla messa a terra coordinata con un dispositivo di interruzione dell'alimentazione (non necessariamente installato nell'interno del quadro).
Come è noto nei sistemi TT si ricorre all'intervento di un interruttore differenziale quando la tensione totale di terra supera 50 V, mentre nei sistemi TN all'intervento di un interruttore automatico entro 0,4 s in presenza di una corrente di guasto data dal rapporto fra la tensione di fase e l'impedenza dell'anello di guasto U0/ZS.
La sezione del conduttore di protezione può essere ricavata con la nota formula:
ricordando che t è il tempo massimo di interruzione del guasto in secondi e k è un coefficiente che dipende dalla temperatura finale tollerabile sul conduttore PE.
Il conduttore PEN deve avere una sezione non inferiore a quella necessaria per il conduttore di neutro , con un minimo di 10 mm2 per il rame e 16 mm2 per l'alluminio.
La protezione può essere ottenuta con doppio isolamento se le parti attive oltre al normale isolamento funzionale sono completamente contenute in involucri isolanti affinché sia reso impossibile, anche durante le abituali manovre, entrare in contatto con parti metalliche casualmente in tensione.
Fine
5 settembre 2011
