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CARATTERISTICHE DEL QUADRO
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Nei quadri elettrici si distinguono, dal punto di vista funzionale, le seguenti tre partifondamentali:- parti meccaniche destinate a sostenere, proteggere e a rendere funzionanti le parti attive;- parti attive (arrivi, sistemi di collegamento e apparecchi), destinate alla formazione dei circuiti
elettrici di potenza e ausiliari;- suddivisioni interne e isolamento aventi la funzione di sostegno delle parti attive e di difesa e
protezione degli operatori contro lo shock elettrico e contro il passaggio di corpi solidi daun’unità funzionale all’altra adiacente.
Nel seguito verranno esaminati nel dettaglio gli aspetti progettuali e costruttivi delle diverseparti con particolare riferimento ai quadri GEWISS.
La parte strutturale dei quadri di distribuzione primaria e secondaria deve caratterizzarsi perrobustezza e solidità; a tale scopo si realizzano strutture rigide, veri e propri telai di sostegnointerni al quadro, aventi lo scopo di supportare tutte gli apparecchi elettrici e le barre e diresistere alle sollecitazioni elettrodinamiche in caso di correnti di cortocircuito.
Le tendenze attuali si orientano verso due distinte tipologie di strutture: - la struttura monoblocco tipica dei quadri di distribuzione secondaria per installazioni sia a
parete che a pavimento.- la struttura componibile mediante kit di montaggio dove: zoccolo base, montanti e telai vengono
facilmente assemblati grazie a riscontri fissi. Con questa tipologia di struttura si possonorealizzare ampie configurazioni, tutte caratterizzate dall’estrema facilità di gestione del quadronelle varie fasi: montaggio, movimentazione, stoccaggio a magazzino ...
Completano poi la cosiddetta “carpenteria del quadro” i telai funzionali, le porte e i pannelliposteriori e laterali e le pannellature per la configurazione frontale.
In sede di definizione del quadro, il progettista dell’impianto elettrico dovrà indicare il numeroe la tipologia degli interruttori da montare; in tal modo il progettista/costruttore del quadro siorienterà nella scelta dell’involucro (Fig. 2.1) in base alla capacità e alle prestazioni richieste,e del sistema di connessione a seconda che vi sia prevalenza di interruttori scatolati o modulari.
In generale, comunque, tutti gli apparecchi e i circuiti devono essere disposti all’interno delquadro in modo da mantenere distanze di isolamento conformi a quelle specificate nellerelative prescrizioni di prodotto affinché il loro funzionamento sia assicurato con il necessariogrado di sicurezza e la manutenzione sia facilitata.
ARCHITETTURA DIPRODOTTO
● Fig. 2.1
Contenitori di distribuzione
elettrica per bassa tensione
Quadri a parete Quadri a pavimento Armadi componibiliQuadri da incasso
275
Un elemento importante del “sistema costruttivo prestabilito“ è l’assemblaggio delle partimeccaniche che compongono gli involucri adatti alla realizzazione di quadri elettrici.
La gamma dei contenitori della serie 47 CVX permette di costruire quadri elettrici conprestazioni ai massimi livelli perché soddisfano l’esigenza di resistenza meccanica, elettrica etermica richieste dalle tipologie d’impianto attuale.
Grazie alle moderne tecnologie di produzione (presso-piegatura, saldatura laser, verniciaturacon polveri epossi-poliestere, guarnizioni di tenuta in colata continua, ...) gli involucri dellaserie 47 CVX permettono di soddisfare le esigenze tecniche ed ambientali più elevate.
Inoltre i contenitori sono adatti, con semplici montaggi, ad essere equipaggiati con gliinterruttori modulari della serie 90 fino a 125 A e con interrutori scatolati fino a 1600 A nelleesecuzioni fisse, rimovibili ed estraibili, garantendo i massimi valori delle prestazioni.
La gamma 47 CVX comprende contenitori con varie soluzioni per permettere agli installatori eai quadristi di scegliere la più rispondente alle proprie esigenze, come esemplificato in Fig. 2.2.
Nelle pagine successive sono presentate le serie principali di prodotti per l’installazione inambienti interni e la realizzazione di impianti di distribuzione elettrica in bassa tensione.
Questa gamma lascia ampio margine ai quadristi, i quali seguendo le istruzioni di montaggiorealizzano quadri elettrici secondo la normativa vigente e rispettando le prestazioni nominali.
PARTI MECCANICHE
Struttura
● Fig. 2.2
Tipologie di contenitori
GEWISS ed
esempi di installazioneQUADRI DA INCASSO CVX 160iContenitori con involucro da incasso per luoghi ristretti
QUADRI DA PARETE CVX 160 E CVX 250Contenitori monoblocco per un rapido cablaggio ed una veloceinstallazione per ambienti del terziario e dell’industria
QUADRI DA PAVIMENTO CVX 630Strutture monoblocco di tipo aperto, affiancabili, per impianti dimedia potenza
ARMADI COMPONIBILI CVX 1600Sistemi componibili e affiancabili con segregazioni interne perimpianti industriali
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
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CVX 160i
Sono contenitori in metallo zincato di ridotta profondità (105 mm), adatti per l’incasso in paretiin muratura o in cartongesso, equipaggiabili con una porta trasparente o piena. Il prodotto ègià preconfigurato negli accessori di installazione interna e di configurazione frontale.
Il sistema funzionale interno è costituito da un telaio estraibile, che può essere indifferentementecablato a banco oppure dopo averlo fissato nella cassa murata. Tutti i componenti sono inmateriale zincato per garantire l’equipotenzialità di tutti gli elementi installati. I profili del telaiosono tali da presentare la medesima interfaccia del quadro da parete per l’aggancio diaccessori e di staffe di supporto dei profili EN 50022 (DIN35) ed EN 50035 (G32).
Le particolarità delle soluzioni permettono le regolazioni delle perpendicolarità nelle variedirezioni (orizzontali e verticali) recuperando così eventuali non allineamenti durante la fase dimuratura del contenitore.
Le numerose prerotture eseguite nella parte da incasso facilitano le soluzioni per l’entrata eduscita dei conduttori.
Quadri da incassoCVX 160i
● Fig. 2.3
Struttura del quadro
da incasso CVX 160i
Porta trasparente
Pannellatura frontale
Contenitore da incasso
Cornice
Telaio funzionale
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Sono contenitori da installare a parete, realizzati con struttura monoblocco di lamieraverniciata con polvere epossi-poliestere di colore RAL 7035, e disponibili in due profondità(170 e 255 mm), tipicamente usate per la realizzazione di quadri di distribuzione secondaria.
I kit standard di installazione consentono infatti il montaggio di apparecchi modulari e scatolatisu guida DIN ad interasse 150/200 mm, di interruttori scatolati con piastre e pannelliappositamente predisposti e di altri dispositivi montati su piastra regolabile in profondità.
Sono predisposte piastre passacavi per facilitare sia l’ingresso che l’uscita dei conduttori chepuò avvenire con tubi o canali/passerelle.
Si possono realizzare quadri con grado di protezione IP 30-40-55-65 e soluzioni sia con portatrasparente (vetro curvo temprato di sicurezza) sia con porta piena.
Il sistema funzionale per il montaggio dei supporti delle apparecchiature e per il fissaggio deipannelli frontali è già predisposto nella cassa.
Quadri da pareteCVX 160 e CVX 250
● Fig. 2.4
Struttura del quadro da
parete CVX 160 e CVX 250
Piastre passacavi
Porta trasparente
Cassada parete
CVX 160 CVX 250
Piastre passacavi
Porta trasparente
Cassada parete
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
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Con questa struttura monoblocco in lamiera di acciaio, la serie 47 CVX è la risposta per gliimpianti di tipo terziario, caratterizzati da elevato numero di circuiti controllati.
La struttura permette l’affiancabilità e l’ispezionabilità dello zoccolo. È possibile installareinterruttori modulari serie 90, interruttori scatolati fino a MTS/E 630, nonché un sistema a barrepiatte o sagomate. Disponibile in due altezze (1400, 1800 mm) e due larghezze (600, 850mm) con grado di protezione IP 30/55 è completato con porte anteriore in vetro curvotemprato di sicurezza o porta piena in lamiera, con apertura reversibile destra/sinistra.
I pannelli frontali realizzati in lamiera d’acciaio e verniciati sono disponibili in diverse altezzeper permettere la massima razionalità dello spazio. I pannelli laterali permettono soluzioni conaerazione e con ventilazione forzata. La presenza delle piastre passacavi facilita il passaggiodei conduttori sia dal tetto (canali/passerelle) che dal pavimento (cavidotti).
Quadri a pavimentoCVX 630
● Fig. 2.5
Struttura del quadro
a pavimento CVX 630
Porta trasparente
Pannello laterale
Struttura monobloccocon zoccolo
Piastra passacaviCVX 630
279
CVX 1600
ArmadiCVX 1600
● Fig. 2.6
Struttura dell’armadio
CVX 1600Telaio funzionale
Pannello posteriore
Porta/pannellolaterale
Testata
Montanti
Porta trasparente/piena
Base preassemblatacon zoccolo
Il sistema degli armadi è realizzato con il montaggio di componenti che permettano di costruirestrutture con differenti dimensioni per adeguarsi alle richieste tecniche e normative.
Le elevate prestazioni strutturali, unitamente all’ampia accessoriabilità e flessibilità diconfigurazione, rendono idoneo l’armadio GEWISS a realizzare soluzioni impiantistiche dielevate prestazioni fino a 3200 A, utilizzando gli interruttori scatolati della serie MTS, nellatotalità delle esecuzioni (fissa - rimovibile - estraibili), i sistemi di collegamento e segregazione(fino alla Forma 4). L’ampia gamma offre 2 opzioni in altezza (1800, 2000 mm), 3 dimensioni inlarghezza (400, 600, 850 mm, equivalenti a 12/24/36 moduli) e 3 dimensioni in profondità(400, 600, 800 mm).Le soluzioni adottate permettono la realizzazione di armadi, con grado di protezione IP31/41/65, con porte frontali trasparenti con vetro curvo temprato di sicurezza o piene e concoperture frontali (pannelli) ad interasse 100 mm.
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
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Il grado di protezione di un quadro elettrico riflette la necessità di impedire o di limitare icontatti con le parti attive (in tensione) e la penetrazione di corpi solidi all’interno del quadrostesso. In accordo con la Norma CEI EN 60529 questi valori sono identificati dalla siglainternazionale IP seguita da numeri e lettere che identificano i livelli di sicurezza, la cui strutturaè riportata nella Fig. 2.7.
Ad eccezione di casi specifici (ambienti pericolosi), non esiste correlazione per i quadridestinati all’installazione in ambiente interno tra il grado di protezione e la tipologiadell’impianto, salvo che il grado minimo debba essere uguale a IP 2X.
In generale, se non diversamente specificato, il grado di protezione indicato vale per l’interoquadro (struttura affiancata), purché lo stesso venga installato in accordo con le istruzioni delcostruttore. Qualora il quadro richieda l’intervento di personale autorizzato ad accedere aparti in tensione, deve essere dichiarato il grado di protezione delle parti interne (ad es.segregazioni).
Nei casi in cui viene realizzato un quadro ANS, per assegnare il grado di protezione IP ènecessario eseguire idonee prove di tipo o, in alternativa, utilizzare involucri standardizzatipreventivamente provati e certificati.
Come indicato in Tab. 2.1, il grado di protezione dei quadri GEWISS può variare da IP30 aIP65 in modo da soddisfare tutte le esigenze applicative. In particolare le due versionimonoblocco e componibile consentono di mantenere il grado di protezione più adatto al tipodi installazione: IP31/41 (senza porta frontale), IP40/41 (con una porta frontale e aerazionilaterali) o IP55/65, sempre utilizzando un’unica serie di carpenteria.
Note: - quando non è richiesta una cifra caratteristica, quest’ultima deve essere sostituita dalla lettera “X” (“XX” se sono omesse entrambe le cifre)- le lettere addizionali e/o supplementari possono essere omesse senza essere sostituite- nel caso di più lettere supplementari, si deve applicare l’ordine alfabetico- se un involucro fornisce diversi gradi di protezione per differenti sistemi di montaggio, il costruttore deve indicare nelle istruzioni i gradi di
protezione corrispondenti ai differenti sistemi di montaggio.Per un maggior approfondimento si rimanda alle Tab. 2.2, 2.3 e 2.4.
Lettere caratteristiche (Protezione Internazionale)
Prima cifra caratteristica (cifra da 0 a 6, o lettera X)
Seconda cifra caratteristica (cifra da 0 a 8, o lettera X)
Lettera addizionale (lettere A, B, C, D)
Lettera supplementare (lettere H, M, S, W)
Grado di protezione(codice IP)
IP 2 3 C H● Fig. 2.7
Struttura del codice IP
SERIE IP31/41 IP40/41 IP55
Quadri da pareteQuadri da incasso
Quadri da pavimentoArmadi
■
■
■
■
■
■
■
■
■
● Tab. 2.1
Caratteristiche IP dei quadri
GEWISS
IP65
■
■
281
Apparecchiatura H ad alta
tensione
Provato in moto M contro l’ingresso
d’acqua
Provato da fermo S contro l’ingresso
d’acqua
Con misure di W protezione addizionali
da specificare
2° CIFRA
CARATTERISTICA0 1 2 3 4 5 6 7 8
TAB. 2.3 - 2A CIFRA CARATTERISTICA: PROTEZIONE CONTRO LA PENETRAZIONE DELL’ACQUA.
TAB. 2.2 - 1A CIFRA CARATTERISTICA: PROTEZIONE CONTRO L’INGRESSO DI CORPI SOLIDI.
In ambienti In ambienti Luoghi esposti Luoghi Luoghi soggettiumidi con umidi con Luoghi esposti alla pioggia Luoghi soggetti soggetti a a inondazione
Impiego In ambienti componente componente in alla pioggia ma e agli spruzzi a lavaggio con lavaggio temporanea o a Funzionalità consentito asciutti in posizione posizione non non agli spruzzi (es.: stazione getti d’acqua di energico e sommersione subacquea
verticale perfettamente dal basso con passaggio media potenza a mareggiate sotto la neve perpredeterminata verticale di veicoli) (moli) lunghi periodi
Vasca di Vasca di Spruzzatore Spruzzatore Ugello Ø 6,3 mm Ugello Ø 12,5 mm In vasca con 1 mgocciolamento gocciolamento dall’alto rotante a 360° portata 12,5 l/min portata 100 l/min di battente d’acqua
Nessuno
Protezione Di condensa Di condensa A pioggia A spruzzo contro Nessuna (caduta di (caduta di gocce con angolo da tutte Getti da tutte Protezioni Immersione Immersione
la penetrazione gocce verticali) con angolo fino a 60° le direzioni le direzioni d’acqua temporanea permanentedi acqua fino a 15°) dalla verticale mareggiate
15°
60°
0.15m
1mSecondo accordicliente-costruttore
Luoghi chiusi Luoghi ordinari Luoghi ordinari Luoghi ordinari
Impiego (accessibili con presenza solo di posa su parti posa anche Luoghi Luoghi
consentito In involucri solo a persone oggetti grossolani verticali o su su ripiani occasionalmente permanentementeautorizzate posa su piani orizzontali orizzontali polverosi polverosi
ed addestrate) pareti verticali inaccessibili inaccessibili
Sfera Ø 12,5 mm Camera a Camera a Sfera Ø 50 mm + dito di prova Filo rigido Ø 2,5 mm Filo rigido Ø 1 mm circolazione di talco circolazione di talco
Mezzo Nessunodi prova
Protezione Corpi solidi Corpi solidi Corpi filiformi Corpi filiformicontro Nessuna con dimensione con dimensione con diametro con diametro Protetto contro Stagno alla
l’ingresso dei minima minima superiore superiore la polvere polverecorpi solidi superiore a 50 mm superiore a 12,5 mm a 2,5 mm a 1 mm
1° CIFRA
CARATTERISTICA0 1 2 3 4 5 6
ø2,5mm
ø50mm ø12,5mm
ø1mm
Luoghi chiusi Luoghi accessibili Luoghi dove Luoghi dove Impiego consentito (accessibili solo anche a persone si usano piccoli utensili si usano oggetti
a persone autorizzate) non addestrate (cacciaviti) filiformi
Calibro di prova
Protezione delle persone al contatto con Il dorso della mano Le dita Attrezzi piccoli Fili, aghi, chiodi
3° LETTERA
ADDIZIONALEA B C D
100mm
ø50mm
80mm
ø12mmø2.5mmø35mm
100mm
100mm 100mm
100mm
ø35mmø1mm
LETTERA SUPPLEMENTARE
Filo rigido Ø 2,5 mm.con superficie d’arresto
Filo rigido Ø 1 mm.con superficie d’arresto
Mezzodi prova
Dito di prova Ø 12 mmSfera Ø 50 mm
TAB. 2.4 - LETTERA ADDIZIONALE
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
282
Un’altra grandezza che definisce la protezione di un quadro è la sua capacità di resistere agliimpatti meccanici esterni. Questa viene identificata dalla lettera IK seguita da due numeri infunzione dei vari valori di impatto (Joule).
In base alla norma CEI EN 50102, il grado IK rappresenta la resistenza, a temperaturaambiente, all’energia d’urto (Tab. 2.5) misurata in joule (J); infatti 1 joule è dal punto di vistaenergetico l’energia d’urto di un martello del peso di un etto che cade dall’altezza di un metro.
Grado di protezionecontro impattimeccanici (codice IK)
● Tab. 2.5
Protezione degli involucri
contro gli impatti meccanici (1) Nessuna protezione
La norma CEI EN 60439-1 non dà nessun riferimento a questi valori, quindi il costruttore delsistema prestabilito deve eseguire le prove indicate dalla norma CEI EN 50102. Questa normaidentifica il metodo di prova la classifica dei valori di impatto (11 gradi da IK 00 a IK 10) e leattrezzature di prova che possono essere:- martello a molla: per valori dai IK 01 a IK 07- martello a pendolo: per valori dai IK 01 a IK 10- martello a caduta libera: per valori dai IK 07 a IK 10.
Se parti diverse dal quadro elettrico hanno differenti gradi di protezione, quest’ultimi devonoessere indicati separatamente.
Il grado di resistenza dei quadri CVX, testato nel laboratorio GEWISS, è riportato in Tab. 2.6.
SERIE COMPONENTI IN PLASTICA COMPONENTI IN METALLO VETRO
Quadri da pareteQuadri da incasso
Quadri da pavimentoArmadi
● Tab. 2.6
Caratteristiche IP dei quadri
GEWISS
CODICE IK 00 IK 01 IK 02 IK 03 IK 04 IK 05 IK 06 IK 07 IK 08 IK 09 IK 10
ENERGIA (J) - (1) 0,15 0,20 0,35 0,50 0,70 1 2 5 10 20
IK 09IK 09
--
IK 10IK 10IK 10IK 10
IK 07IK 07IK 07IK 07
283
Si considera parte attiva un conduttore o una parte conduttrice destinata ad essere in tensionein condizioni normali di esercizio, compreso il conduttore di neutro (N) ma non, perconvenzione, il conduttore PEN, cioè il conduttore messo a terra che assicura sia le funzioni diconduttore di protezione che di neutro.
Con questa definizione è evidente che tutti i sistemi di connessione sono da considerare partiattive, compresi i terminali di allacciamento dei conduttori alle apparecchiature. Il grado diprotezione minimo previsto è IP 2X.
Gli involucri della serie 47 CVX garantiscono un range di prestazioni da IP 30 a IP 65. Nel casodi minore grado di protezione (quadro senza porta) l’accesso alle parti attive in tensioneavviene con l’uso di un attrezzo. Altre misure per la protezione contro i contatti diretti deveessere oggetto di un accordo tra il costruttore del quadro installato e l’utilizzatore.
Le barre interconnettono i diversi montanti tra loro e assicurano al quadro la possibilità didistribuire la corrente elettrica dagli alimentatori alle utenze secondo le esigenze di esercizio ed’impianto.
Le barre sono dimensionate di solito in modo uniforme per tutto il quadro e sono costituite daconduttori di rame o di alluminio. In generale i conduttori di ogni fase sono realizzati con unprofilato sagomato a profilo continuo oppure a sezione rettangolare.
Particolarmente innovativo è il sistema di barre sagomate a profilo continuo predisposto per iquadri GEWISS che presenta, a parità di sezione trasversale una superficie maggiore rispettoalle sezioni rettangolari, per cui a parità di portata è maggiore lo scambio termico e, diconseguenza, è facilitato il raffreddamento. La varie fasi di montaggio (posizionamento deiportabarre sulle rispettive traverse, posizionamento delle basette di appoggio sui portabarreterminali, inserimento a scatto delle barre) possono essere eseguite da un unico addetto senzala necessità di serrare viti; operazione quest’ultima che deve essere effettuata solo a conclusionedel montaggio, per garantire la resistenza agli sforzi elettrodinamici.
Il profilo delle barre sagomate varia in funzione della portata e possono essere posizionate inposizione orizzontale, verticale, con giunzioni a T o a L grazie a un giunto universale,appositamente studiato per ridurre al minimo la resistenza di contatto. Anche i portabarre inmateriale isolante, sono tali da garantire la massima tenuta agli sforzi elettrodinamici nei casipiù gravosi di cortocircuito (Fig. 2.8).
PARTI ATTIVE E CIRCUITIDI PROTEZIONE
Sistemi dicollegamento
● Fig. 2.8
Esecuzione di un sistema
di collegamento con barre
sagomate a profilo continuo
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
284
- calcolo in base alla formula: SPE (mm2) =
La formula determina il valore minimo della sezione del conduttore di protezione necessaria persopportare le sollecitazioni termiche causate dalle correnti di guasto. L’espressione i2t non è chela caratteristica di limitazione del dispositivo posto all’ingresso del quadro (A2s); k è un fattoreche dipende dal materiale conduttore, dal materiale isolante e dalle temperature iniziale efinale (vedere Tab. 2.8).
Per la protezione contro i contatti indiretti si utilizzano due sistemi nella costruzione dei quadrielettrici:- conduttore di protezione separato- parti conduttrici delle strutture.
La serie 47 CVX per il suo particolare sistema costruttivo permette di risolvere il problema conentrambe le soluzioni. Infatti tutte le masse sono assiemate con un contatto tra loro e con ilcircuito di protezione, ad esempio una barra di terra, come in Fig. 2.9. Questa viene montatadirettamente sulla carpenteria e permette di collegare sia il conduttore di protezione in entratasia i vari singoli collegamenti connessi con le utenze.
Non è necessario collegare al circuito di protezione lemasse che sono tali da non costituire pericolo perdimensione o per difficoltà di essere toccate.
Per coperchi, pannelli, porte e piastre, i normali sistemidi montaggio con viti e cerniere metalliche sono ritenutisufficienti ai fini della continuità elettrica, purché suquesti elementi non siano montati apparecchi elettrici.In questo caso si raccomanda che queste parti sianocollegate con un conduttore di protezione.
La sezione del conduttore di protezione può essere determinata con uno dei seguenti metodi:- tabella 3 della norma CEI EN 60439-1 (CEI 17-13/1), in funzione della sezione dei conduttoridi fase (Tab. 2.7)
Conduttore PE
SEZIONE MINIMA DEL CORRISPONDENTE
CONDUTTORI DI PROTEZIONE (mm2)SEZIONE DEI CONDUTTORI DI FASE
(mm2)
S ≤ 16
16 < S ≤ 35
35 < S ≤ 400
400 < S ≤ 800
S > 800
S
16
S/2
200
S/4
● Tab. 2.7
Sezione minima dei
conduttori di protezione
(PE, PEN)
ISOLANTE DEL CONDUTTORE DI PROTEZIONE O DEI RIVESTIMENTI DEI CAVI
PVCXLPE, EPR,
CONDUTTORI NUDIGOMMA BUTILICA
TEMPERATURA FINALE 160 °C 250 °C 220 °C
● Tab. 2.8
Valori del fattore k per
conduttori di protezione
unipolari
NotaI valori sono validi soltanto nel casoche il materiale del conduttore sia lostesso del conduttore di fase.
NotaI valori in tabella si riferiscono aduna temperatura iniziale deiconduttori pari a 30 °C.
Materiale del conduttore
Rame
Alluminio
Acciaio
143
95
52
176
116
64
166
110
60
● Fig. 2.9
Applicazione di un
conduttore di protezione
Circuito di protezione
i2tk
Esempio 1Si consideri un interruttore generale MTS 160 installato in un quadro a parete, con corrente dicortocircuito nel punto di installazione del quadro di 15 kA. Dalla curva di limitazionedell’interruttore, si ricava A2s = 800.000 (15 kA/400 V), e, applicando la formula, si avrà:
SPE = = = 5,08 mm2
dove si è considerato come conduttore il materiale rame nudo (k = 176).
Il quadro da parete della serie 47 CVX prevede una barra di terra (GW 47193) di rame didimensioni 20x5 mm (100 mm2), di sezione notevolmente superiore e quindi adatta allo scopo.
Esempio 2Si consideri un interruttore generale con corrente nominale pari a 1250 A, installato in unarmadio, con corrente di cortocircuito nel punto di installazione del quadro di 50 kA. Dallacurva di limitazione dell’interruttore MTSE 1600 (1250 A), si ricava A2s = 7•107 (50 kA/400V), e, applicando la formula, si avrà:
SPE = = = 47,54 mm2
dove si è considerato come conduttore il materiale rame nudo (k = 176).
In questo caso si adotterà una barra di rame di sezione 20x5 mm (100 mm2) per ottenere ancheuna buona resistenza meccanica.
In un sistema di distribuzione di tipo TN (Fig. 2.10), nel caso che un conduttore assicuri sia lefunzioni di conduttore di protezione (PE) che quelle di neutro (N), deve essere identificato con PEN.
Il suo dimensionamento dovrà essere quello del conduttore di neutro con una sezione minimadi 10 mm2 per conduttori di rame e non necessita di essere isolato all’interno del quadroelettrico. Le parti che costituiscono la struttura del quadro non devono essere utilizzate comeconduttore PEN.
285
Conduttore PEN
i2tk
800000
176
i2tk
7•107
176
● Fig. 2.10
Sistema TN
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
286
All’interno dei contenitori della serie 47 CVX si possono installare dispositivi di manovra,protezione, comando e regolazione inseriti nel catalogo EURODIN. In particolare, la gammadegli interruttori GEWISS comprende interruttori automatici modulari da 1 A a 125 A (Fig. 2.11)e la nuova Serie MTS (Fig. 2.12) di interruttori scatolati con correnti nominali fino a 1600 A.
Tutti gli interruttori, siano essi modulari o scatolati, sono corredati di accessori e dispositivistudiati per soddisfare ogni esigenza d’impianto e, in particolare, per garantire la sicurezzadegli operatori.
Gli interruttori automatici modulari rispondono ai requisiti delle norme CEI EN 60898 e CEI EN60947-2.
La norma CEI EN 60898 si applica per interruttori per uso domestico e similare. Tali apparecchisono caratterizzati dall’ampia gamma di prestazioni sia per quanto riguarda il potere diinterruzione (da 4,5 a 25 kA) che per le curve di intervento (B, C, D).
La scelta degli interruttori automatici modulari deve avvenire in base alle caratteristiche tecnicherichieste dall’impianto.
La protezione contro i guasti, dovuti al fluire di una corrente verso terra per perdita diisolamento di un conduttore, per contatto diretto di una persona con una parte in tensione delcircuito o per contatto indiretto, è garantita da interruttori corredati di sganciatori cheintervengono in presenza di una corrente differenziale.
Gli interruttori differenziali sono classificati in base a:- presenza o meno delle protezioni contro le sovracorrenti- potere di interruzione intrinseco o condizionato- tempo di intervento (rapidi o selettivi)- sensibilità differenziale- forme d’onda rilevabili.
Per impianti terziari ed industriali l’utilizzo dei principali componenti riguarda gli interruttoriautomatici scatolati, che costituiscono la soluzione ottimale per soddisfare le esigenze tecnichein quanto offrono ampie disponibilità di scelta per:- corrente nominale (da 160 A a 1600 A)- potere di interruzione (B, N, S, H, L)- tipo di sganciatore (MTS o MTSE)- esecuzione (fissa, rimovibile o estraibile).
L’interruttore in esecuzione fissa con attacchi anteriori consente di utilizzare quadri diprofondità ridotta rispetto agli interruttori in esecuzione rimovibile ed estraibile. L’impiego diquesta tipologia è indicata per gli impianti che possono tollerare interruzioni del servizio incaso di guasti o manutenzione programmata.
Principali componenti
Interruttori modulari
● Fig. 2.11
Serie 90
Interruttori modulari e
differenziali
Interruttori scatolati
287
L’utilizzo di interruttori in esecuzione rimovibile o estraibile (Fig. 2.13), scelta in funzione dellatipologia dell’impianto e degli utilizzatori, è limitata agli armadi. In presenza di segregazioni ènecessario scegliere la soluzione con attacchi posteriori.
L’interruttore in esecuzione rimovibile si compone di:- parte fissa da installare direttamente sulla piastra di fondo del cubicolo del quadro;- parte mobile ottenuta dall’interruttore fisso con l’aggiunta dei contatti di sezionamento in
corrispondenza dei terminali di connessione, del telaio posteriore per il fissaggio alla partefissa e dei copriterminali.
La rimozione dell’interruttore avviene svitando le viti di fissaggio superiori e inferiori. Unapposito blocco impedisce l’inserzione e la rimozione dell’interruttore con i contatti in posizionedi chiuso.
Nell’esecuzione estraibile l’interruttore è costituito da:- parte fissa, da installare direttamente sulla piastra di fondo del cubicolo del quadro oppure su
profilato;- parte mobile ottenuta dall’interruttore fisso con l’aggiunta dei contatti di sezionamento in
corrispondenza dei terminali di connessione, del telaio posteriore;- accessorio da applicare sul fronte dell’interruttore (comando a leva, comando a motore e
comando a maniglia rotante).
Nell’esecuzione estraibile, a differenza della rimovibile, tutte le posizioni di interruttore inserito,sezionato in prova e sezionato, vengono raggiunte semplicemente agendo su dispositivi ecinematismi propri dell’interruttore, senza l’ausilio di alcun attrezzo.In tutte le posizioni sopra descritte la parte mobile rimane in prossimità della parte fissa dallaquale viene allontanata solo per raggiungere la posizione di estratto.
● Fig. 2.13
Esecuzione fissa, rimovibile o
estraibile degli interruttori
della serie MTS
Fisso Rimovibile
● Fig. 2.12
Serie MTS
Interruttori scatolati
fino a 1600A
Estraibile
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
288
Altri componenti
● Tab. 2.9
Segni grafici per
i pulsanti
Pulsanti
● Tab. 2.10
Codice-colori per i
pulsanti e loro significato Rosso
Giallo
Verde
Blu
BiancoGrigioNero
Emergenza
Anormale
Sicurezza
Obbligatorio
Nessun significatospecifico
Azionare in caso di condizione pericolosao emergenza
Azionare in caso di condizione anormale
Azionare in caso di condizione disicurezza o per preparare una condizionenormaleAzionare in caso di condizione cherichiede un’azione obbligatoria
Per l’avvio generale delle funzioni adeccezione dell’arresto di emergenza
Arresto di emergenzaInizio della funzione di emergenzaIntervento per sopprimere unacondizione anormale o per riavviareun ciclo automatico interrottoFunzionamento normale
Funzione di ripristino
Avvio (preferenziale) / ArrestoAvvio / ArrestoAvvio / Arresto (preferenziale)
COLORE SIGNIFICATO SPIEGAZIONE ESEMPI DI APPLICAZIONE
Avviamento o inserzione Arresto o disinserzione Pulsanti che provocanoalternativamente avviamento
e arresto o inserzione edisinserzione
Pulsanti che provocano unmovimento quando sono
premuti e un arresto quandosono rilasciati
L’inserzione/estrazione della parte mobile può essere agevolmente eseguita tramite l’appositaleva di manovra fornita con il kit di trasformazione dell’interruttore da fisso a estraibile. Ilmeccanismo consente di porre l’interruttore nella posizione di sezionato (con circuiti di potenzae ausiliari scollegati) e con la porta della cella chiusa, a tutto vantaggio per la sicurezzadell’operatore.
La manovella può essere inserita solo ad interruttore aperto. Una volta rimosso o estrattol’interruttore può essere manovrato in aperto/chiuso e, tramite le apposite prolunghe diconnessione, possono essere realizzate le prove in bianco di funzionalità dei circuiti dicomando ausiliari.
Nella realizzazione di quadri elettrici di distribuzione spesso si fa uso di pulsanti ed indicatoriluminosi, il cui montaggio deve essere realizzato secondo normativa e per la loro scelta sipossono adottare le indicazioni fornite di seguito.
Per una più efficace interfaccia tra il quadro e l’utilizzatore, tutti i conduttori devono esseresiglati secondo le indicazioni normative e lo schema funzionale del quadro stesso.
Altre informazioni sono trasmesse da avvisi e ammonizioni per l’intervento posti all’interno delquadro su cartelli monitori.
In aggiunta alle indicazioni funzionali si raccomanda che i pulsanti siano marcati con segnigrafici, vicino o preferibilmente sugli attuatori.
Quando viene utilizzato un mezzo supplementare di codifica (per es. struttura, forma,posizione) per l’identificazione degli attuatori a pulsante, lo stesso colore bianco, grigio o neropuò essere utilizzato per varie funzioni (per es. bianco per attuatori di avvio e arresto).
289
SIGNIFICATOCOLORE
Gli attuatori dei pulsanti luminosi devono essere colorati conformemente al codice della Tab. 2.11.Quando risulta difficile assegnare un colore appropriato, deve essere usato il bianco. Il colorerosso per l’attuatore di arresto di emergenza non deve dipendere della sua fonte di luce.
● Tab. 2.11
Colori degli indicatori
luminosi e loro significato
rispetto alle condizioni
della macchina Rosso
Giallo
Verde
Blu
Bianco
Emergenza
Anormale
Normale
Obbligatorio
Neutro
Condizioni pericolose
Condizione anormaleCondizione criticaimminente
Condizione normale
Indicazione dellacondizione che richiedeun’azione dell’operatoreAltre condizioni: puòessere usato ogni volta chesi ha un dubbiosull’impiego dei colorirosso, giallo, verde e blu
Azione immediata pertrattare una condizionepericolosa (per es.azionando l’arresto diemergenza)
Controllo e/o intervento(per es. ristabilendo lafunzione desiderata)
Facoltativa
Azione obbligatoria
Controllo
SPIEGAZIONE AZIONE DELL’OPERATORE
Pressione/temperaturafuori dai limiti di sicurezza.Caduta di tensione InterruzioneOltrecorsa oltre laposizione di arrestoPressione/temperaturasuperiore ai limiti normali Sganciamento deldispositivo di protezionePressione/temperaturaentro i limiti normali Autorizzazione aprocedere
Istruzione per inserirevalori preselezionati
Informazione generale
ESEMPI DI APPLICAZIONE
Per ulteriori distinzioni o informazioni e specialmente per dare maggiore evidenza al segnalesi possono usare luci intermittenti nei seguenti casi:- per attirare l’attenzione;- per richiedere un’azione immediata;- per indicare una discordanza tra il comando dato e lo stato reale dell’apparecchiatura;- per indicare un cambiamento in corso (intermittenza durante il periodo di transizione).
● Fig. 2.14
Esempi di disposizione
di pulsanti e di pulsanti
luminosi
marcia
arresto
I
O
arresto marcia
O I
sinistra destraarresto
alta velocità
bassa velocità
arresto
I I
I
O
salita
arresto
discesa
➔
➔
O
➔
➔O
Segnalatori - attuatori
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
290
MOTO IN RELAZIONE ALL’OPERATORE
MODIFICAZIONE DI UNA QUANTITÀ FISICA (TENSIONE,CORRENTE, POTENZA, VELOCITÀ, FREQUENZA,INTENSITÀ LUMINOSA, TEMPERATURA ECC.)
UNO DIFIANCOALL’ALTRO
● Tab. 2.12
Classificazione delle azioni
● Tab. 2.13
Classificazione degli effetti
VOLANTI, MANOPOLE,MANOVELLE ECC.
RotazioneMoto verticale
OrarioVerso l’alto
AntiorarioVerso il basso
INSIEME DIIMPUGNATURE,PULSANTI, ASTE,CORDONI DITRAZIONE ECC.CON EFFETTIOPPOSTI
UNOSOPRAL’ALTRO
Pressione, trazione ecc.
Azione sul dispositivosuperiore
Azione del dispositivodi destra
Azione sul dispositivoinferiore
Azione del dispositivodi sinistra
LEVE, IMPUGNATURE ECC. CONMOTO ESSENZIALMENTE LINEARE
Motoorizzontale
Destra-sinistra
Avanti-indietro
Verso destraSi allontanadall’operatore (pressione)
Verso sinistraSi avvicina all’operatore(trazione)
NATURA DELL’ATTUATORE NATURA DELL’AZIONESENSO DELL’AZIONE
GRUPPO 1 GRUPPO 2
Aumento
Messa in servizioAvviamento Accelerazione Chiusura di un circuito elettrico Accensione Messa in moto del fluidoVerso l’alto Verso destraAvantiSi allontana dall’operatore
Diminuzione
Messa fuori servizio Arresto Frenata Apertura di un circuito elettrico Spegnimento Arresto del fluidoVerso il basso Verso sinistra IndietroSi avvicina all’operatore
MOTO DELL’OGGETTO O DEL VEICOLO CONTROLLATOIN RELAZIONE AI SUOI ASSI PRINCIPALI
CAMBIO DI CONDIZIONE
NATURA DELL’EFFETTOEFFETTO RISULTANTE
GRUPPO 1 GRUPPO 2
Senso di manovradegli attuatori dicomando
Per una chiara identificazione della posizione dei contatti principali rispetto ai suoi circuitielettrici si raccomanda di realizzare il senso di manovra in funzione dell’azione corrispondente.
Le connessioni tra parti percorse da corrente devono essere realizzate con mezzi che assicurinouna pressione di contatto sufficiente e stabile nel tempo e non devono subire alterazioniinammissibili a causa di sovratemperature, invecchiamento dei materiali isolanti, vibrazioni,dilatazioni termiche ecc.
La scelta delle sezioni dei conduttori all’interno del quadro rientra tra i compiti delprogettista/costruttore del quadro e dipende, oltre che dall’entità della corrente, dallesollecitazioni meccaniche cui il quadro è sottoposto, dalla sistemazione dei conduttori, dal tipodi isolamento.
La Tab. 2.14 fornisce utili suggerimenti per la identificazione dei cavi e dei morsetti con siglealfanumeriche o con colore. Si consiglia di realizzare i cablaggi di quadri e centraliniattenendosi a queste indicazioni, tratte dalla norma CEI 16-2.
Identificazione deiconduttori
291
● Tab. 2.14
Siglatura e colorazione
dei conduttori IDENTIFICAZIONEALFANUMERICA
COLOREISOLANTE
IDENTIFICAZIONECON COLORE
IDENTIFICAZIONECON COLORE
IDENTIFICAZIONEALFANUMERICA
Sistema in a.c.
Sistema in d.c.
Conduttore diprotezioneCircuiti ausiliari conalimentazione internaCircuiti ausiliari conalimentazione esterna
fase 1fase 2fase 3neutropositivonegativomediano
L1L2L3NL+L–M
PEnumerazionecome da schemanumerazionecome da schema
neroneroneroblu chiaroneroneroblu chiaro
giallo-verde
––
marronegrigioneroblu chiaronon specificatonon specificatoblu chiaro
giallo-verde
––
marronegrigioneroblu chiaro––blu chiaro
giallo-verdenumerazionecome da schemanumerazionecome da schema
UVWNCDM
PEnumerazionecome da schemanumerazionecome da schema
DESIGNAZIONEDEI CONDUTTORI
IDENTIFICAZIONE CAVI IDENTIFICAZIONE MORSETTI
● Tab. 2.15
Codificazione delle forme
e dei colori nella
segnaletica generale, RossoGialloVerde
Blu
divieto
obbligo
pericolo (attenzione)equipaggiamenti del sistema antincendio
segnali di sicurezza e di pronto soccorsoinformazioni
FORME
COLORI
Come indicato dalla norma CEI EN 60439-1, ogni quadro deve essere identificato con unatarga visibile dopo l’installazione dove devono essere riportati:- nome, marchio del costruttore del quadro finito- tipo e numero di identificazione- norme di riferimento.
Altre informazioni richieste dalla norma possono essere riportate anche su altri tipi didocumenti (schemi, cataloghi, ecc…).
In ogni quadro/armadio deve essere garantita la presenza di cartelli monitori, scritti in manieraindelebile e visibili quando l’apparecchiatura è installata. La forma ed i colori devono rispettarele indicazioni riportati nella Tab. 2.15, cui seguono esempi di realizzazione dei cartelli monitori.
Le scritte e i segni grafici devono essere bianchi sui segnali rettangolari, quadrati e su quelli consfondo blu; neri sui segnali circolari di divieto e su quelli triangolari di pericolo. Un esempio èriportato in Fig. 2.15.
Cartelli monitori
● Fig. 2.15
Esempi di cartelli
antinfortunisticiIMPIANTI ELETTRICI
SOTTO TENSIONE
E' VIETATOEseguire lavori su impianti sotto tensione
Toccare gli impianti se non si è autorizzati
Togliere i ripari e le custodie di sicurezza
prima di aver tolto tensione
E' OBBLIGATORIOAprire gli interruttori di alimentazione
del circuito, prima di effettuare interventi
Assicurarsi del collegamento a terra prima di iniziare i lavori
Tenere lontani dagli impianti materiali estranei
Tenersi ben isolati da terra, con mani e piedi
asciutti, o usando pedane e guanti isolanti
ATTENZIONE
PERICOLO
NON USARE ESTINTORI
IDRICI O A SCHIUMA
SU APPARECCHIATURE
ELETTRICHE IN TENSIONE
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
292
SUDDIVISIONI INTERNEE ISOLAMENTO
Segregazioni
Per la progettazione di un quadro, particolare attenzione va rivolta alla possibilità disuddividerlo in celle o scomparti soprattutto per impianti che richiedono un’elevata continuità diservizio.
Le segregazioni consentono di intervenire in sicurezza su una parte del quadro mantenendo intensione le parti adiacenti, rendono flessibile, sicuro e tempestivo l’intervento su un determinatocircuito elettrico, proteggono da eventuali archi interni dovuti a cedimento dell’isolante.
Infatti, per intervenire in un quadro elettrico sotto tensione bisogna comunque rispettare alcuniprincipi di sicurezza:- per accedere alle singole unità funzionali è opportuno sezionare o segregare le altre unità ele barre di distribuzione
- per accedere ai terminali per i collegamenti esterni si devono sezionare o segregare gli altriterminali.
È evidente che per rendere più efficace l’intervento di manutenzione ordinaria o straordinariaè opportuno che gli interruttori montati all’interno delle singole unità funzionali siano inesecuzione rimovibile od estraibile.
Questi tipi di interventi devono essere sempre eseguiti da persona istruita o addestrata.
Questa problematica è strettamente connessa alle proprietà dielettriche e alle distanze in aria esuperficiali delle parti attive dall’involucro.
Il quadro può essere internamente suddiviso mediante barriere o diaframmi (generalmente inmateriale metallico) in celle separate le une dalle altre o in frazioni di scomparto. Il livello dicompartimentazione e suddivisione interna è oggetto di accordo tra costruttore e committenteche può scegliere tra una delle sette diverse tipologie di segregazione previste dalla norma CEIEN 60439-1 e rappresentate in Fig. 2.16.
In generale è opportuno osservare che un elevato grado di segregazione è a favore dellasicurezza perché confina gli effetti di un eventuale guasto in una singola cella; per contro, oltrea un sensibile aumento del costo del quadro, una eccessiva segregazione, laddove non richiestada esigenze impiantistiche, comporta maggiori problemi di smaltimento del calore e di accessoper le operazioni di straordinaria manutenzione.
Le diverse forme di segregazione sono classificate secondo un criterio principale (forma 1, 2,3, 4) e secondo un criterio secondario (soluzione a, b), indicate in Tab. 2.16.
● Tab. 2.16
Classificazione delle forme
di segregazione secondo la
CEI EN 60439-1
CRITERIO PRINCIPALE CRITERIO SECONDARIO FORMA
Forma 1
Forma 2a
Forma 2b
Forma 3a
Forma 3b
Forma 4a
Forma 4b
Nessuna separazione
Segregazione delle sbarre dalle unità funzionali
Segregazione delle sbarre dalle unità funzionaliSegregazione di tutte le unità funzionali l’unadall’altraSegregazione dei terminali per i conduttori esternidalle unità funzionali, ma non l’uno dall’altroSegregazione delle sbarre dalle unità funzionali esegregazione di tutte le unità funzionali l’unadall’altra, compresi i terminali per i conduttori esterni,che sono parte integrante dell’unità funzionale
Terminali per i conduttori esterni non separati dallesbarreTerminali per i conduttori esterni separati dalle sbarre
Terminali per i conduttori esterni non separati dallesbarre
Terminali per i conduttori esterni separati dalle sbarre
Terminali per i conduttori esterni nella stessa cellacome le unità funzionali associateTerminali per i conduttori esterni non nella stessa cella come le unità funzionali associate ma in singoli spazi separati e racchiusi o in celle
293
● Fig. 2.16
Forme di segregazione FORMA 1(nessuna segregazione interna)
FORMA 2(segregazione delle sbarre delle unità funzionali)
FORMA 3(separazione delle sbarre dalle unità funzionali +
separazione delle unità funzionali tra loro)
FORMA 4(separazione delle sbarre dalle unità funzionali +
separazione delle unità funzionali tra loro + separazione dei terminali tra loro)
Forma 2aTerminali non separati dalle sbarre
Forma 2bTerminali separati dalle sbarre
Forma 4aTerminali nella stessa cella come
unità funzionale associata
Forma 4bTerminali non nella stessa cella come
unità funzionale associata
Forma 3aTerminali non separati dalle sbarre
Forma 3bTerminali separati dalle sbarre
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
294
Le parti attive all’interno di un quadro elettrico devono essere isolate dalla struttura meccanicadel quadro stesso. Nella maggior parte dei casi l’isolante principale è l’aria; le distanzed’isolamento delle parti in tensione fra loro e verso massa sono progettate in modo che nellecondizioni più gravose d’esercizio esista un margine di sicurezza tale da evitare scariche odanneggiamenti.
I supporti meccanici delle parti attive devono essere assicurati da corpi isolanti solidi,intervallati a distanza sufficiente, lungo le parti attive stesse; tali supporti assumono la forma ele caratteristiche più varie a seconda del tipo di quadro elettrico e possono essere realizzati siacon materiali inorganici tradizionali (porcellana, vetro, materiali ceramici in genere) sia conmateriali isolanti a base organica. Questi ultimi si suddividono in:
- resine termoplastiche: sono resine che conservano un buon grado di solubilità a contatto con isolventi e di fusibilità al calore; in generale, per altro, quando la temperatura non raggiunge ilimiti di danneggiamento del materiale, le resine termoplastiche (resine acriliche e viniliche)ritornano nelle condizioni iniziali all’abbassarsi della temperatura
- resine termoindurenti: sono sostanze che, portate a temperature crescenti, dopo un inizialerammollimento, iniziano un processo di trasformazione o di polverizzazione che le trasformain modo irreversibile.
Quando si eseguono i montaggi delle apparecchiature ed i collegamenti elettrici all’interno deiquadri è necessario mantenere le distanze di isolamento tra le parti attive e le parti metallichee queste distanze devono rimanere inalterate nelle condizioni di servizio.
Con riferimento alla Fig. 2.17, la distanzadi isolamento in aria è il tratto più breve tradue conduttori attivi o tra conduttori attivi ela massa, mentre la distanza superficiale diisolamento è il percorso più breveattraverso la superficie di un materialeisolante tra due conduttori attivi o traconduttori attivi e la massa.
I componenti dei kit di montaggio degliinterruttori modulari della serie 90 e degli
interruttori scatolati della serie MTS permettono di soddisfare questo aspetto normativo, essendogià stati verificato il rispetto dei valori nominali dichiarati con le prove di tipo previste dallanorma CEI 60439-1.
Il rispetto delle distanze superficiali è garantito dal giusto montaggio degli isolatori portabarre,dal corretto posizionamento delle barre e dal rispetto delle indicazioni per il cablaggio deicomponenti elettrici, contenuti nei manuali di installazione.
I valori che caratterizzano queste proprietà dielettriche sono:- tensione di tenuta a impulso del circuito principale (valore espresso in kV con forma d’onda
1,2/50 µs, come indicato in Fig. 2.18)- tensione di isolamento a frequenza industriale (valore espresso in V con forma sinusoidale a 50 Hz).
● Tab. 2.17
Dati della serie 47 CVX TIPOLOGIATENSIONE DI TENUTA A
IMPULSO (KV)PROVA DIELETTRICA
(V)
Quadro a pareteQuadro da incasso
Quadro da pavimentoArmadio
6688
2500250035003500
Proprietà dielettriche
Distanze di isolamentoin aria e superficiali
● Fig. 2.17
Distanza in aria e
superficiale
distanza in ariadistanza superficiale
conduttori attivimateriale isolante
È evidente che se all’interno del quadro esiste un’apparecchiatura con valore di proprietàdielettriche inferiori ai valori nominali, questa condiziona i valori nominali del quadro stesso.Per i conduttori attivi nudi e per le connessioni (per esempio le barre, le connessioni traapparecchi, i capicorda), le distanze in aria e superficiali o la tensione di tenuta a impulsodevono almeno rispondere alle stesse regole specificate per gli apparecchi ai quali sonodirettamente collegati. Inoltre condizioni anormali, come un cortocircuito, non devono ridurrein modo permanente le distanze in aria o la rigidità dielettrica tra le sbarre e/o le connessioni,al di sotto dei valori specificati per gli apparecchi ai quali esse sono direttamente associate.Affinché non si verifichi un arco elettrico in aria, la norma CEI EN 60439-1 fornisce le distanzeminime d’isolamento in funzione di:- tensione nominale di tenuta ad impulso Uimp
- tipo di campo elettrico- grado di inquinamento (normalmente per ambienti industriali tipo 3).
Le minime distanze d’isolamento in aria, dedotte dalla norma, sono riportate in Tab. 2.18.
295
● Tab. 2.18
Distanze minime
di isolamento in aria
TENSIONE NOMINALEDI TENUTA A IMPULSO
DISTANZE MINIME DI ISOLAMENTO IN ARIA (mm)
0,330,50,81,52,546812
0,010,040,10,30,61,223
4,5
0,20,20,20,30,61,223
4,5
0,80,80,80,80,81,223
4,5
1,61,61,61,61,61,623
4,5
0,010,040,10,51,53
5,5814
0,20,20,20,51,53
5,5814
0,80,80,80,81,53
5,5814
1,61,61,61,61,63
5,5814
CAMPO ELETTRICO UNIFORME
UIMP(KV)
GRADO DI INQUINAMENTO
1 2 3 4GRADO DI INQUINAMENTO
1 2 3 4
CAMPO ELETTRICO NON UNIFORME
● Fig. 2.18
Forma d’onda 1,2/50 µs
1.0
0.5
t0
0.3
0.9
U
T
T1
T2
T1 = 1,2 µs ± 30% (tempo di fronte d’onda)T2 = 50 µs ± 20% (tempo di coda d’onda)T1 = 1,67 T (rapporto tra T1 e T)
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
296
● Tab. 2.19
Distanze di isolamento
superficiali
MINIME DISTANZE DI ISOLAMENTO SUPERFICIALE (mm)
1012,516202532405063801001251602002503204005006308001000
0,0250,0250,0250,0250,0250,0250,0250,0250,040,0630,10,160,250,40,560,75
11,31,82,43,2
0,040,040,040,040,040,040,040,040,0630,10,160,250,40,63
11,62
2,53,245
0,080,090,10,110,1250,140,160,180,20,220,250,280,320,420,560,75
11,31,82,43,2
0,40,420,450,480,50,530,560,60,630,670,710,750,81
1,251,62
2,53,245
0,40,420,450,480,50,530,80,850,90,95
11,051,11,41,82,22,83,64,55,67,1
0,40,420,450,480,50,531,11,21,251,31,41,51,62
2,53,245
6,3810
11,051,11,21,251,31,41,51,61,71,81,92
2,53,245
6,3810
12,5
11,051,11,21,251,31,61,71,81,92
2,12,22,83,64,55,67,191114
11,051,11,21,251,31,81,92
2,12,22,42,53,245
6,3810
12,516
11,051,11,21,251,31,81,92
2,12,22,42,53,245
6,3810
1,61,61,61,61,71,81,92
2,12,22,42,53,245
6,3810
12,51620
1,61,61,61,61,71,82,42,52,62,83,03,245
6,3810
12,5162025
1,61,61,61,61,71,83
3,23,43,63,845
6,3810
12,516202532
GRADO DI INQUINAMENTO
1(1) 2(1) 1 2 3 4GRUPPO DEL MATERIALE GRUPPO DEL MATERIALE GRUPPO DEL MATERIALE(2) GRUPPO DEL MATERIALE
I, II, III I, II, IIIa I, II, III I II III I II IIIa IIIb I II IIIaUi(V)
TENSIONENOMINALE
DI ISOLAMENTO
Nota
(1) I valori indicati si applicano alle distanze superficiali dei materiali per circuiti stampati.
(2) La classificazione del materiale è in funzione della resistenza alle correnti superficiali (CTI).
Per una più ampia consultazione si rimanda alla Tab. 16 della Norma CEI EN 60439-1.
Analogamente, in Tab. 2.19 sono indicate le minime distanze di isolamento superficiale infunzione di- tensione nominale di isolamento Ui
- grado di inquinamento (normalmente per ambienti industriali tipo 3)- gruppo del materiale isolante.
297
DISSIPAZIONE TERMICAE TENUTA ALCORTOCIRCUITO
Sovratemperatura
● Tab. 2.20
Fattori di contemporaneità
convenzionali
NUMERO DEI CIRCUITIPRINCIPALI
FATTORE DICONTEMPORANEITÀ
2 - 34 - 56 - 9≥ 10
0,90,80,70,6
La dissipazione termica e il comportamento in cortocircuito sono tra le problematiche piùimportanti che un progettista o un quadrista deve affrontare per la costruzione dei quadrielettrici. Questo perché le tipologie di quadri elettrici sono abbastanza diseguali e devonosoddisfare le più svariate situazioni impiantistiche.
Per la verifica delle soluzioni adottate, la norma CEI EN 60439-1 mette a disposizione duepercorsi:- prova di tipo- metodo per estrapolazione.
La prima soluzione permette di verificare direttamente l’oggetto in esame e determinare i valorinominali per determinate configurazioni. A titolo esemplificativo si faccia riferimento alle proveeseguite da GEWISS sui contenitori della serie 47 CVX nelle condizioni e nelle configurazionipiù critiche, riportate nella IV sezione di questa guida.
Le seconda permette di verificare attraverso i calcoli che le soluzioni adottate siano riconducibiliai valori determinati dal costruttore del sistema costruttivo prestabilito.
Questi metodi sono indicati dalla norma CEI EN 60439-1, che rimanda alla norma CEI 17-43per la determinazione della sovratemperatura e alla norma CEI 17-52 per la verifica dellesollecitazioni dovute al cortocircuito.
Quando all’interno di un quadro elettrico poniamo una serie di componenti percorsi dacorrente, per effetto Joule si produce calore che si distribuisce all’interno del quadro in modoverticale e condizionato dalla superficie di scambio dell’involucro con l’ambiente esterno.
A causa di questo fenomeno risulta necessario conoscere quanta potenza termica è possibileinstallare all’interno dell’involucro senza raggiungere valori di sovratemperatura superiori ailimiti stabiliti dalla norma. Questi valori devono essere calcolati (si veda esempio riportato apag. 50) e, nel caso si utilizzi il sistema costruttivo prestabilito GEWISS (quadro AS),successivamente verificati con i limiti stabiliti dal produttore del sistema costruttivo. Nel casocontrario (quadro ANS), la verifica della sovratemperatura si può effettuare con il metodoindicato dalla Norma CEI 17-43 (si veda esempio riportato a pag. 51).
Per calcolare la potenza dissipata installata è necessario anzitutto conoscere i componenti chesono installati all’interno del quadro, quali, ad esempio, interruttori, fusibili, conduttori, sistemidi cablaggio, ausiliari.
Per ogni componente si rileva dai dati nominali la potenza dissipata per polo, che dovrà esserericalcolata per il massimo dell’effettiva corrente che lo attraversa ad un dato istante oppure, senon sono note le correnti effettive, moltiplicata per il valore del fattore di contemporaneità, chese non specificato altrimenti, la norma stabilisce nei valori di Tab 2.20.
Il risultato finale (cioè la somma delle vere potenze dissipate dai componenti) dovrà essereinferiore o uguale a quella che il produttore del sistema costruttivo ha già verificato per quellatipologia dell’involucro nella posa d’installazione scelta (AS) o utilizzato per il metodo dicalcolo previsto dalla Norma CEI 17-43 (ANS).
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
298
Esempio di calcolodella potenza dissipata
● Tab. 2.21
Configurazione del quadro TIPO INTERRUTTORECORRENTE
NOMINALE (A)
MTS 250 (4P)MT 250 (4P)MT 250 (4P)MT 250 (4P)MT 250 (4P)
MT 250+BD (4P)MT 250 (4P)
250101620252532
NR. INTERRUTTORI
1346121
COLLEGAMENTI(mm2)
1202,544
6,36,310
● Tab. 2.22
Correnti effettive nei circuiti
derivati
TIPO INTERRUTTORECORRENTE
NOMINALE (A)
MT 250MT 250MT 250MT 250
MT 250+BDMT 250
101620252532
NR. INTERRUTTORI
346121
CORRENTEEFFETTIVA (A)
6,71114181823
Totale
CORRENTE EFFETTIVACIRCUITI DERIVATI (A)
204484183623225
● Tab. 2.23
Potenze dissipate dagli
apparecchi
TIPO INTERRUTTORECORRENTE
NOMINALE (A)
MTS 250MT 250MT 250MT 250MT 250
MT 250+BDMT 250
250101620252532
N. POLI
391218363
CORRENTEEFFETTIVA (A)
2256,71114181823
POTENZA DISSIPATA(W/POLO)
50 (tot. apparecchio)2,132,802,563,104,403,00Totale
POTENZA DISSIPATATOTALE (W)
40,58,615,922,64,813,74,6
110,8
Strumentazione
Interuttore generale
Ripartitore
Interruttori derivati
Morsettiere
Nella sezione IV di questa guida sono riportate le massime potenze dissipabili dalla serie CVXnelle varie tipologie di installazione e le potenze dissipate dagli interruttori della serie 90 e dellaserie MTS.
Si consideri un quadro a pavimento in versione IP 30 di dimensioni interne BxH = 600x1800addossato ad una parete, in cui sono installati un interruttore generale MTS 250 ed interruttorimodulari derivati della serie MT. Il sistema di distribuzione è costituito da un ripartitore a barreorizzontale, cui sono connessi i circuiti derivati con le sezione dei collegamenti riportate inTab. 2.21. La strumentazione è composta da un voltmetro e da 3 amperometri.
Le correnti effettive che passano nei poli degli interruttori derivati sono indicate in Tab. 2.22 (siconsiderano trascurabili per il polo neutro). Si noti che la sommatoria delle correnti in uscita èpari a 225 A, inferiore alla corrente nominale dell’interruttore generale.
Utilizzando la condizione di massimo utilizzo in un dato istante e conoscendo la potenzadissipata per polo da ciascun apparecchio, indicata in Tab, 2.23, si ricava facilmente lapotenza effettiva dissipata dagli apparecchi con il seguente calcolo:
Pa = 50 x (225/250)2 + (9x2,13) x (6,7/10)2 + (12x2,8) x (11/16)2 + ... = 110,8 W.
299
Sommando la potenza dissipata dal ripartitore (Pr), dalla strumentazione (Ps), dai collegamenti(Pc) e dalla morsettiera (Pm) si ricava il valore della potenza dissipabile totale:
Ptot = Pa + Pr + Ps + Pc + Pm = 110,8 + 15 + 10 + 65 + 36 = 236,8 W.
I valori delle potenze dissipate Pr, Pc, Pm sono stati calcolati in riferimento alle correnti effettivepassanti (P = Ri2).
Dalla tabella delle potenze dissipabili per i quadri a pavimento IP 30 (H = 1800 mm), coninstallazione addossata a parete, risulta che la sovratemperatura che si avrà nella parte superioredel quadro è pari a circa 27 K. Considerando una temperatura ambiente di 35 °C, la temperaturaassoluta all’interno del quadro risulta pari a 62 °C, nei limiti stabiliti dalla norma (Tab. 1.4).
Si desidera verificare la sovratemperatura, in base al metodo descritto nella Norma CEI 17-43,all’interno di un armadio della serie 47 CVX con le dimensioni indicate in Fig. 2.19, addossatoa parete, senza aperture di ventilazione e senza diaframmi interni orizzontali. La potenzaeffettiva dissipata dagli apparecchi installati nell’involucro si ipotizza pari a 400 W.
Di seguito sono riportati i dati e le procedure di calcolo per la determinazione dellasovratemperatura del quadro.
Determinazione della superficie effettiva di raffreddamentoLa superficie effettiva di raffreddamento Ae di un involucro è la somma delle superficiindividuali A0 (superfici dei lati esterni dell’involucro) moltiplicate per il fattore di superficie b.Questo fattore tiene conto della dissipazione di calore delle superfici individuali a seconda deltipo di installazione dell’involucro e può essere ricavato dalla Tab. 2.24.
2131 mm(2000 mm)
637 mm(600 mm)
748 mm(600 mm)
● Fig. 2.19
Dimensioni effettive
dell’armadio
● Tab. 2.24
Fattore di superficie
in funzione del tipo di
installazione
TIPO DI INSTALLAZIONE FATTORE DI SUPERFICIE bSuperficie superiore esposta 1,4Superficie superiore coperta, es. involucri a incasso 0,7Parti laterali esposte, es. parete anteriore, posteriore e pareti laterali 0,9Parti laterali coperte, es. lato posteriore dell’involucro per montaggi a parete 0,5Parti laterali di involucri centrali 0,5Superficie di fondo non presa in considerazione
Esempio di calcolo everifica dellasovratemperatura(CEI 17-43)
NotaIn figura sono indicate ledimensione esterne dell’involucro;tra parentesi le dimensioni internefunzionali)
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
300
Pertanto:Ae = ∑ (A0 . b) = (0,476 . 1,4) + (2,714 . 0,9) + (1,593 . 0,9) + (1,593 . 0,5) = 5,33 m2.
Determinazione della sovratemperatura ∆t0,5 dell’aria interna a metà altezza dell’involucrodi raffreddamentoIl calcolo viene eseguito applicando la formula:
∆t 0,5 = k . d . Px
dove:
- k è la costante dell’involucro che tiene conto della dimensione della superficie diraffreddamento. Per involucri senza apertura di ventilazione e aventi una superficie Ae pari aquella calcolata, la Norma CEI 17-13 fornisce il valore di k = 0,16
- d è il fattore di sovratemperatura, ricavabile dalla Tab. 2.25 in funzione del numero didiaframmi interni
- P è la effettiva potenza dissipata dalle apparecchiature installate internamente all’involucro
- x è un esponente che vale 0,804 per involucri senza aperture e 0,715 per involucri conaperture.
NUMERO DI DIAFRAMMI ORIZZONTALI n 0 1 2 3
FATTORE d 1,00 1,05 1,15 1,30
● Tab. 2.25
Fattore d in funzione del
numero di diaframmi
Nota:
I valori in tabella si riferiscono ad involucri senza apertura di ventilazione e con superficie di raffreddamento effettiva Ae > 1,25 m2.
h1,35
f = Ab
Pertanto:∆t 0,5 = k . d . Px = 0,16 . 1 . 4000,804 = 19,7 K
Determinazione della sovratemperatura ∆t1,0 dell’aria interna nella parte superioredell’involucroIl calcolo è eseguito mediante la formula:
∆t1,0 = c . ∆t 0,5
Il fattore c tiene conto della distribuzione della temperatura all’interno dell’involucro e dipendedalla presenza o meno di aperture di ventilazione, dal progetto del quadro e dall’installazionedell’apparecchiatura assiemata nel suo complesso.
Per quadri con superficie effettiva di raffreddamento Ae, maggiore di 1,5 m2, il fattore c puòessere ricavato dal grafico di Fig. 2.20 dove in ascissa la grandezza indicata con la lettera f èpari al seguente rapporto:
dove:h = altezza del quadroAb = superficie della base del quadro.
301
fattore f
fatto
re C
bc e d
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
a
bcde
a c b d
● Fig. 2.20
Fattore di distribuzione
della temperatura c per
involucri senza apertura
di ventilazione e con
superficie di
raffreddamento effettivo
Ae > 1,25 m2
h1,35 2,1311,35
f = = = 5,834Ab 0,476
Poiché nel caso in esame risulta:
ed il quadro risulta appoggiato al muro, la lettura della curva 3 porta al valore: c = 1,4.In ultima analisi, alla sovratemperatura nella parte superiore del quadro:
∆t1,0 = c . ∆t0,5 = 1,4 x 19,7 = 27,6 K
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
302
Curva caratteristica della sovratemperatura dell’aria all’interno dell’involucro.La curva caratteristica della sovratemperatura dell’aria per involucri aventi una superficieeffettiva di raffreddamento Ae > 1,25 m2 è definita mediante una linea retta che unisce i punti∆t1 e ∆t0,5 (Fig. 2.21).
La sovratemperatura dell’aria interna alla base dell’involucro è prossima a zero, cioè la curvacaratteristica tende in maniera asintotica a zero.
Validità del progettoIl progettista del quadro dovrà verificare che i valori di sovratemperatura finali ottenuti, e cioècirca 19,7 K (pari a 19,7 °C) a metà quadro e 27,6 K alla sommità del quadro, sianocompatibili con le apparecchiature installate. In caso contrario, si devono modificare iparametri e di conseguenza il calcolo va ripetuto. Se, nel caso in esame, si aggiunge a 27,6 °Cla temperatura media esterna, che può essere, ad esempio, di 30 °C, si ricava un valoreassoluto in cima al quadro di 57,6 °C; questa temperatura è accettabile per le apparecchiaturecontenute.
L’intera verifica ed i calcoli ad essa associati, possono essere utilmente raccolti in un unicomodulo di calcolo la cui struttura è suggerita dalla stessa norma CEI 17-43 (Fig. 2.23).
Estremità superiore
Mul
tipli
dell’
alte
zza
dell’
invo
lucr
o
1.0
0.5
∆t1.0
∆t0.5Metà altezza
Sovratemperatura dell’aria all’interno dell’involucro ∆t
● Fig. 2.21
Curva caratteristica della
sovratemperatura
Sovratemperatura dell’aria all’interno dell’involucro ∆t
Mul
tiplo
del
l’alte
zza
dell’
invo
lucr
o
1.0
0.519,7
0.75
27,6
● Fig. 2.22
Verifica finale della
sovratemperatura
303
● Fig. 2.23
Esempio di modulo
compilato
Calcolo della sovratemperatura dell’aria all’interno dell’involucro
Elettroquadri s.r.l.Singolo
Cliente/impianto
Tipo di involucro
Dimensionisignificative perla sovratemperatura
Altezza mm
Larghezza mm
Profondità mm
Tipo di installazione:
Apertura di ventilazione: SI/NO
Numero di diaframmi orizzontali:
Parte superiore
Parte anteriore
Parte posteriore
Lato sinistro
Lato destro
Supe
rfic
ie d
i raf
fred
dam
ento
effe
ttiva Fattore
di superficie bsecondo la Tab. 3
Colonna 4
Ao x b(Colonna 3) x(Colonna 4)
m2
Colonna 5
Dimensioni
m x m
Colonna 2
Ao
m2
Colonna 3
Ae = Σ (Ao x b) = Totale
Con superficie di raffreddamento effettiva Ae
Aperture d’entrata aria
Costante d’involucro k
Fattore d
Potenza dissipata effettiva P
Px = P ...
∆t0,5 = k • d • Px
Fattore di distribuzione della temperatura c
∆t0,1 = c • ∆t0,5
cm2
W
K
K
Superiore a 1,25 m2 Inferiore o uguale a 1,25 m2
hg = (5.2.3)
w
= =
h1,35
f = (5.2.3)Ab
= =
2131
748
637
a parete
0
0,748 x 0,637
0,748 x 2,131
0,748 x 2,131
0,637 x 2,131
0,637 x 2,131
0,476
1,593
1,593
1,357
1,357
0,666
1,434
0,796
1,221
1,221
5,33
1,4
0,9
0,5
0,9
0,9
2,13
1
0,748 0,637
0
0,16
1,00
400
123,6
19,7 K
1,4
27,6
0,804
2,1311,35
0,4765,834
CARATTERISTICHE DEL QUADRO
304
Calcolo degli sforzi elettrodinamici nei sistemi barre
La tenuta complessiva al cortocircuito di un quadro elettrico può essere accertata mediante laprova di tipo descritta alla sezione 8 della Norma CEI 17-13/1.
Nel caso si utilizzi il sistema costruttivo prestabilito GEWISS (quadro AS), questa prova è giàstata effettuata dal produttore (Tab. 3.17, Tab. 3.19 per barre piatte e Tab. 3.23, Tab. 3.25 perbarre sagomate) e quindi, se i dati del quadro rientrano nei limiti indicati da GEWISS non èrichiesta alcuna verifica aggiuntiva.
Invece nei quadri ANS la verifica della tenuta al cortocircuito deve essere eseguita tramite:- prove effettuate secondo la Norma CEI EN 60439-1- verifica per estrapolazione da sistemazioni similari che abbiano superato le prove di tipo,secondo quanto indicato nella Norma CEI 17-52.
Risulta pertanto decisivo, per i quadri ANS, che i sistemi sbarre e gli altri componenti interessatial cortocircuito siano derivati da quadri che hanno superato le prove di tipo e che le modificheintrodotte siano tali da non comportare sollecitazioni superiori a quelle relative al quadro (e/oai componenti del quadro) che ha superato la prova di tipo.
Il metodo previsto attualmente dalla normativa è quello di verifica dei sistemi di sbarre, il cuiprocedimento è indicato nella norma CEI 17-52 che, a sua volta, rimanda alla PubblicazioneIEC 865 (CEI 11-26).
Nel seguito verranno esaminate alcune tra le situazioni più ricorrenti nelle quali l’applicazionedelle suddette norme (CEI 17-52 e CEI 11-26) consente di estrapolare per i quadri ANS (masempre con riferimento a situazioni provate) la verifica al cortocircuito di sistemi sbarre nelleconfigurazioni usualmente impiegate.
Le principali condizioni di applicabilità del metodo sono:- la corrente di picco di cortocircuito deve essere inferiore a quella della prova eseguita sulprototipo di riferimento;
- non vi devono essere stati cambiamenti nella geometria o nel materiale dei supporti delprototipo di riferimento;
- le barre che realizzano percorsi angolari devono essere riconducibili a composizioni di barrerettilinee, supportate ad ogni angolo;
- la sovratemperatura calcolata secondo la Norma IEC 865 per un sistema SNS non deve esseresuperiore a quella del sistema SAS;
- il tipo di connessione delle barre e dell’apparecchiatura deve essere stato sottoposto a provadi tipo.
Da ultimo si ribadisce che per i quadri che hanno una corrente presunta di cortocircuitonominale fino a 10 kA non è richiesta la prova di tipo; la prova non è altresì richiesta nei casiin cui il quadro è protetto da un dispositivo limitatore di corrente, fusibile o interruttorelimitatore, tale per cui il valore di picco della corrente limitata, in corrispondenza della correntedi cortocircuito presunta nominale del quadro, non superi 17 kA e quindi, in questi casi, ladistinzione tra quadri AS e ANS, per quanto riguarda il cortocircuito, non si pone.
In particolare la Norma CEI 17-52 introduce due strutture tipo di sistemi di sbarre (Fig. 2.24),denominati rispettivamente:- sbarre di serie (SAS)- sbarre non di serie (SNS).
305
Nel primo caso sia i materiali, sia la struttura che la sua sistemazione sono oggetto didocumentazione risultante da certificati di prova; nel secondo caso la tenuta al cortocircuitodella struttura deve avvenire per estrapolazione.
La Norma CEI 17-52 consente di estrapolare per i quadri ANS (ma sempre con riferimento asituazioni provate) la verifica al cortocircuito di un sistema sbarre.
Ad esempio, conoscendo:- le dimensioni e le sezioni delle sbarre in rame- la corrente di cortocircuito- l’interasse (a) tra le fasi- la disposizione delle barre e il tipo di vincolo
è possibile determinare:- la forza (Fd) che agisce sui portabarre- la distanza (l) a cui vanno disposti i supporti per le barre.
La disposizione tipica delle sbarre a cui si fa riferimento per la verifica è quella indicata nellaFig. 2.25.
● Fig. 2.24
Sistemi di sbarre SAS e
SNS
Legenda:barreportabarre
connessione delle barre o dell’apparecchiaturaapparecchiatura
vista di lato
vista di lato
Struttura di sistema di barre di serie (SAS) Struttura di sistema di barre non di serie (SNS)
b
Fd
a a
h
s
● Fig. 2.25
Esempio di disposizione
di un sistema a barre in
rame con una sola
barra per fase
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