Figura 18: Configurazioni di prova a tensione massima (fase/fase) e Slash Voltage (fase/
neutro). Il fusibile F bruciato, tra la gabbia di filo di ferro intorno al pezzo in prova e la fase o il conduttore di neutro, indica che la prova non è stata superata.
Per macchine di grandi dimensioni che necessitano di trasformatori di rete pro-pri, si può concordare che questi trasfor-matori su lato secondario siano dotati di un avvolgimento a stella con possibilità di messa a terra. Le macchine da esportare in Canada sono di norma dotate di un tra-sformatore per aggirare il requisito di un un‘elevata tensione di rete di 600 V. Quindi la macchina viene utilizzata con 400 o 480 V, solo perché non sono disponibili tutti i dispositivi di comando e protezione per 600 V oppure tali disposi-tivi hanno un potere di interruzione insuf-ficiente. Con questo trasformatore si pos-sono pertanto risolvere contemporanea-mente due problemi. Alcuni costruttori di macchine chiedono al cliente di fornire un trasformatore adeguato sul posto. In ogni caso l‘offerta della macchina o dell‘im-pianto deve indicare chiaramente l‘entità della fornitura e le apparecchiature che il cliente deve approntare sul posto. Se possibile, l‘indicazione di una Slash Vol-tage deve essere riportata anche nelle brochure o nei cataloghi delle macchine.
Particolarità delle tensioni e delle correnti nominali dei motori
Una particolarità che crea confusione nel mondo IEC riguarda la tensione nominale di esercizio dei motori negli Stati Uniti e in Canada. Alla tensione di esercizio di rete (Rated voltage) ad esempio di 480 V vengono collegati motori con una Nameplate Voltage (tensione sulla targa dati) di soli 460 V (Tabella 11). Una semplice spiegazione di questo è che la tensione di rete non raggiungerà mai il motore. In Canada esiste una situazione simile e alla tensione tipica di rete di 600 V vengono collegati motori con una Nameplate Voltage di 575 V. In linea di principio si può dire che la tensione più elevata, ad es. 240, 480, 600 V è la ten-sione di rete (rated voltage) per la quale la macchina è stata progettata e il cui valore deve essere indicato sulla targa dati del quadro elettrico se la macchina non è dimensionata per una Slash Vol-tage. I valori della Slash Voltage si basano sulle tensioni 120, 208, 240, 480, 600 V e non 115, 200, 230, 460, 575 V. Questi differenti valori di tensione sono sempre fonte di incertezza per i progettisti. Nelle Tabelle di selezione per i contattori e le partenze motore Eaton indica nell‘inte-stazione le coppie di tensione, ad es. 480 e 460 V o 600 e 575 V. Vedere anche [7]. I costruttori di motori non producono motori standard con rotore in corto circuito per le tensioni nominali di rete nordamericane (120, 208, 240, 480, 600 V), ma solo per Utilization Levels (livelli di utilizzo) inferiori.
Una seconda particolarità è data dal dimensionamento dei cavi motore. Per il dimensionamento non ci si basa sulla corrente nominale riportata sulla targa dati del motore, bensì sulla corrente di un motore standard secondo NEC, ad es.
secondo la Tabella 430-250, che è anche la base della Tabella 50.1 in UL 508A.
Per il dimensionamento del cavo questa corrente nominale standard deve essere moltiplicata per 1,25. Altri fattori possono influire sul dimensionamento del cavo, ad es. il tipo di posa, il tipo di cavo, le
dimen-sioni della canalina, la concentrazione o la lunghezza dei cavi. Se si utilizzano motori selezionati secondo le potenze in kW, i valori kW devono essere convertiti in HP. Sebbene la conversione produca un valore HP non convenzionale e non corrispondente ad alcun motore standard secondo NEC, l‘ispettore selezionerà dalla Tabella il motore standard immedia-tamente superiore e con esso calcolerà la corrente. Questa operazione dovrebbe essere eseguita anche dal progettista per
Tabella 11: Nel Nord America la tensione nominale d‘impiego (Nameplate Voltage) dei motori non coincide con la tensione nominale di rete (Rated Voltage). In pratica non vengono prodotti motori per 480 V o 600 V, ma solo per 460 V o 575 V.
Rated
nominale Range B Range A Tensione
nomi-nale d‘impiego del motore
evitare di dover cambiare il cavo in un secondo tempo.
High Fault Ratings (elevati valori di corrente nominale di corto circuito in caso di guasto)
I componenti dei circuiti principali devono prima di tutto essere sottoposti a prove con uno Standard Fault Rating o SCCR (ades. SCCR = 5 o 10 kA, in funzione del tipo di componente) [1, 3]. Verranno quindi eseguite prove integrative per High Fault Ratings, ad es. come parte di un Combination Motor Starter con fusibili e/o con interruttori automatici di potenza come dispositivi di protezione. I com-ponenti testati e certificati non possono essere combinati liberamente con altri componenti per l‘uso nel Nord America, come avviene nel mondo IEC. Solo le combinazioni testate e certificate, ad es.
combinazioni di partenze motore, pos-sono raggiungere secondo gli standard di prodotto High Fault Ratings standardizzati di 50, 65 o 100 kA, ad esempio. Eaton offre, nel caso dei contattori, Standard Fault Ratings in combinazione con fusibili e con interruttori automatici di potenza e in aggiunta High Fault Ratings, sempre con fusibili e con interruttori automa-tici di potenza. Sono inoltre disponibili Tabelle di partenze motore per combi-nazioni con fusibili o con un interruttore automatico di potenza, un contattore e un relè termico. Queste partenze motore a 3 componenti con interruttori auto-matici di potenza sono tipiche nel Nord America. Normalmente un interruttore automatico di potenza non offre una pro-tezione motore, pertanto è necessario il relè termico supplementare (relè di sovraccarico). In questo caso Eaton offre una variante interessante con la gamma di interruttori automatici di potenza per protezione motore (Motor Protective Circuit Breaker) NZM.2.-ME…-NA. Si tratta di Inverse Time Circuit Breaker certificati a norma UL 489, che possono
assolvere la funzione di protezione contro il sovraccarico del motore [8]. Si tratta di un concetto relativamente nuovo nel Nord America. Con questo interruttore si possono realizzare partenze motore a 2 componenti, l‘interruttore automatico di potenza e un contattore. Questo inter-ruttore automatico di potenza dispone di un‘ulteriore taratura per il sovraccarico a norma UL 508. Eaton può ora fornire partenze motore a 2 componenti che, per correnti nominali fino a 200 A, dispon-gono di un elevato SCCR pari a 65 kA con 480Y/277 V.
I contattori sono normalmente sottoposti a prove di corto circuito, secondo gli stan-dard di prodotto, con fusibili o interruttori automatici di potenza. I dispositivi di protezione possono essere dimensionati per correnti nominali fino al 400% del Full Load Current Rating (corrente nominale a pieno carico) dei contattori. Questi valori si basano in primo luogo sull‘impiego di contattori nei circuiti del motore, secondo i Codes nordamericani [5]. Per l‘utilizzo dei componenti nei quadri elettrici sono necessari SCC Ratings sempre più ele-vati, cosa che ha portato a selezionare dispositivi di protezione con correnti nominali inferiori per le prove. In questo caso il nuovo interruttore automatico di potenza PKZM4-..-CB di Eaton offre inte-ressanti prospettive di buoni risultati delle prove con contattori di piccole dimen-sioni, come alternativa agli High Fault Ratings che si ottengono con i fusibili.
Le targhe dati degli interruttori per prote-zione motore o partenze UL 508 Type E indicano con quali contattori è possibile combinare gli interruttori e formare par-tenze UL 508 Type F e quale SCCR viene ottenuto a determinate tensioni. Qui sono indicate nella maggior parte dei casi le Slash Voltages. Le partenze motore UL 508 Type E e Type F sono solitamente disponibili con High Fault Ratings. La gamma di partenze motore di Eaton è
stata ampliata nel 2012 con le partenze motore UL 508 Type E con interruttori per protezione motore elettronici PKE [3]. In Canada gli standard CSA non pre-vedono al momento partenze motore Type F. Tuttavia i dati tecnici definiti sulla base degli standard UL e indicati sulle targhe delle partenze Type E e Type F sono accettati in Canada, senza problemi da parte degli ispettori. Le partenze Type E non devono necessariamente essere dotate di morsetto supplementare BK../3PKZ..-E in Canada (Il che creerebbe tuttavia una discrepanza di equipaggia-mento elettrico tra Stati Uniti e Canada).
Una maniglia lucchettabile per Type E è da sempre un requisito che deve essere rispettato in Canada e la sua mancanza porta a contestazioni in fase di certifica-zione. Adesso lo stesso requisito deve essere rispettato anche negli Stati Uniti, in riferimento a UL 508, paragrafo 76.4.
Le prove descritte per le combinazioni e la marcatura necessaria sui dispositivi rendono praticamente impossibile la composizione di combinazioni di compo-nenti di diverse marche. Senza accordi contrattuali nessun costruttore di com-ponenti singoli eseguirebbe prove di tali combinazioni e le certificherebbe. E non ci sarebbe modo per un costruttore di stabilire se un componente è stato modificato al Punto da compromettere i risultati delle prove condotte in prece-denza. Questa situazione è citata nella Tabella 1 al Punto 3, -Combinazioni- e vi si fa riferimento anche nella Tabella 2 al Punto 3 . High Fault Ratings per com-ponenti e combinazioni possono essere criteri importanti per la determinazione di un SCCR elevato per l‘intero Industrial Control Panel for Machinery, secondo UL 508A e NFPA 79. Occorre pertanto prestare particolare attenzione alle prove necessarie per le combinazioni. Eaton offre ai propri clienti la possibilità di sce-gliere tra combinazioni ottimizzate e certi-ficate per trovare la partenza più indicata
per la propria applicazione. Combinazioni nuove e perfezionate si aggiungono continuamente alla gamma di soluzioni, dal momento che queste prove rappre-sentano un elemento permanente delle prassi di Eaton.
Custodie e gradi di protezione Gli errori associati all‘utilizzo di custo-die (Enclosures) certificate, secondo la Tabella 2, Punto 6, riguardano princi-palmente il corretto grado di protezione dopo aver inserito apparecchiature e accessori nei quadri vuoti certificati. Le custodie devono avere un grado di prote-zione certificato, corrispondente alle suc-cessive condizioni ambientali nel luogo di installazione, ad es. UL/CSA Type 4X o Type 12. Se non si utilizzano quadri vuoti certificati dai costruttori dei quadri, ma le apparecchiature elettriche vengono inserite in una cavità della custodia della macchina, anche per questo spazio di installazione deve essere certificato un grado di protezione. Se per la custodia o per lo spazio di installazione al suo interno non può essere certificato un grado di protezione attraverso una prova, ad essi viene assegnato il grado di prote-zione Type 1 corrispondente più o meno a IP 20. Lo standard UL 508A per Indu-strial Control Panels fornisce importanti linee guida costruttive per l‘assegnazione e il mantenimento dei gradi di protezione, che devono essere considerate fin da subito per tutti gli spazi di installazione e
le custodie. È praticamente impossibile certificare un grado di protezione mag-giore di Type 1 per una macchina finita e installata nel luogo di utilizzo. I gradi di protezione certificati con la scritta UL/
CSA Type… (Tabella 3) devono essere preferiti ai gradi di protezione NEMA.
UL/CSA Types sono gradi di protezione testati e certificati da NRTL, cosa che non accade sempre per i NEMA Types. I requisiti degli UL/CSA Types e dei Types a norma NEMA sono in linea di princi-pio uguali. È fondamentale che tutte le aperture nelle custodie certificate siano chiuse con dispositivi con grado di pro-tezione uguale o superiore, ad es. con elementi di comando e segnalazione o altri componenti (es. maniglie). Anche i punti in cui i cavi entrano ed escono possono essere critici. Errori relativi alla custodia possono essere ad esempio le maniglie con funzione bloccoporta con grado di protezione UL/CSA insufficiente.
La funzione di bloccoporta è spesso rea-lizzata in Nord America come soluzione meccanica. (Tabella 1, Punto 4). Sono ammesse anche combinazioni elettriche o elettromeccaniche. In linea di princi-pio per gli Industrial Control Panels for Machinery, a norma UL 508A e NFPA 79, vale che l‘interruttore generale può essere azionato solo se tutte le porte sono chiuse e interbloccate. Questa condizione si applica, in caso di porte a 2 ante, per entrambe le ante. Le porte possono essere aperte se l‘interruttore o gli interruttori generali sono aperti (In posizione O/Off). Se i quadri sono dotati
di un‘unica porta, questa può essere bloccata meccanicamente ad esempio con la maniglia per comando rinviato e bloccoporta di Eaton. In precedenza era prassi comune installare degli interruttori di posizione nella porta e interbloccarli elettricamente con sganciatori di minima tensione o a lancio di corrente per imporre l’apertura dell’interruttore gene-rale. Era pertanto possibile aprire una porta, dal momento che questa opera-zione portava allo spegnimento automa-tico dell‘apparecchiatura e ad uno stato di assenza di tensione. Questa soluzione non era priva di rischi e causava errori difficilmente identificabili e un difficile riavvio dei processi interrotti al ripristino dell’interruttore. Se per una macchina deve essere rispettata una categoria di arresto, in base alla quale la velocità degli azionamenti deve essere forzatamente ridotta a zero, il semplice intervento dell‘interruttore generale non costituisce una soluzione adeguata. Prima è neces-sario ridurre la velocità degli azionamenti a zero e solo successivamente è possi-bile aprire l‘interruttore generale. Per ogni macchina deve essere trovata la solu-zione migliore. È necessario un circuito, simile al circuito di arresto d‘emergenza, che abbia l‘effetto finale di creare una condizione di assenza di tensione nel quadro elettrico.
Il personale tecnico qualificato è in grado di bypassare temporaneamente il bloc-coporta con interruttore generale chiuso, ad es. per individuare e risolvere
even-TRIP ON
3
1 2
Q20°
TRIP
OFF ON Q20°
1
La staffa consente di bloccare l’interruttore in posizione OFF quando la porta del quadro elettrico è aperta.
Maniglia supplementare con indi-catore della posizione di commu-tazione per l’azionamento dell’in-terruttore a porta aperta.Con funzione di “deliberate action (manovra consapevole)”
Esempio: maniglia supplementare per interruttore
Figura 19: I kit di montaggio interruttore generale di Eaton con maniglie per comando rinviato e bloccoporta sono conformi ai requisiti NFPA 79 di deliberate action (manovra consapevole).
tuali guasti. A questo proposito devono essere rispettati i requisiti e le misure di sicurezza illustrate nello Standard NFPA 70E [9] per l‘esecuzione di interventi in presenza di tensione. La funzione di inter-blocco si riattiva automaticamente rimuo-vendo la funzione di sblocco se non viene aperta alcuna porta oppure alla richiusura di tutte le porte. Non tutti i circuiti di interblocco porta presenti sul mercato soddisfano tali requisiti.
A questo proposito occorre anche assicurarsi che l‘interruttore generale sia azionabile indipendentemente dalla posizione della porta, senza utensili e che possa essere lucchettato nella posizione
“off”. Per soddisfare questo requisito Eaton offre kit di interruttori generali con maniglie per comando rinviato e bloccoporta, che includono una seconda maniglia sull‘interruttore e che garan-tiscono la segnalazione delle posizioni di commutazione dei contatti principali, l‘azionamento e la lucchettabilità anche a porta aperta (Figura 13). Queste mani-glie garantiscono la “deliberate action”
(manovra consapevole) richiesta da NFPA 79. A tale scopo la maniglia deve essere ruotata di 15 - 20° nella direzione ON, a seconda delle dimensioni costruttive, e infine premuta e ruotata contemporanea-mente per completare l‘operazione [10].
Gli ispettori prestano particolare atten-zione alla realizzaatten-zione della deliberate action, richiedendo la sostituzione dell‘in-terruttore generale che non è in grado di soddisfare il requisito di deliberate action a porta aperta. La deliberate action, secondo gli standard, riguarda in modo specifico la rimozione del bloccoporta.
Tuttavia influisce anche sulle maniglie a comando rinviato a bloccoporta che a porta aperta non sono più collegate con l‘interruttore. Utilizzando le maniglie a comando rinviato e bloccoporta come maniglie per gli interruttori generali secondo NFPA 79 di Eaton, la deliberate action viene demandata alle maniglie per interruttori di nuova concezione.
Esistono applicazioni in impianti di grandi dimensioni, in cui le fonti di alimenta-zione devono essere predisposte dal gestore dell‘impianto, talvolta in ambienti operativi elettrici chiusi. In questi casi il costruttore della macchina fornisce esclusivamente la tecnica di controllo in funzione del processo in Industrial Control Panels, ma senza un interruttore generale. Talvolta deve fornire anche derivazioni di carico “intelligenti” con convertitori di frequenza o servo e il software necessario. In questi casi è necessaria una buona comunicazione tra i fornitori dei singoli apparati e il gestore dell‘impianto, tramite l‘AHJ. È inoltre
consigliabile equipaggiare le porte del quadro elettrico dello stadio di comando con serrature sicure al posto delle sem-plice chiavi a doppio ingegno, a cui può accedere esclusivamente il personale tecnico qualificato. Va inoltre chiarito se è possibile dotare i quadri di comando di un azionamento a distanza dell‘interrut-tore generale monitorato in modo sicuro (con Lock Out/Tag Out secondo NFPA 70E). Oltre ai quadri elettrici convenzio-nali alcune macchine o impianti possono avere spazi di installazione aggiuntivi per i componenti elettrici. Se l‘accesso a tali spazi di installazione è raro e costituisce pertanto un‘eccezione, si consiglia di chiudere questi spazi/piccoli alloggia-menti con coperture fissate con viti, in modo tale che non sia necessario un interblocco o un monitoraggio speciale.
Se non è immediatamente chiaro che all‘interno di tali cavità si trovano compo-nenti elettrici, è necessario apporre un simbolo di avvertenza sul coperchio.
Esiste un altro aspetto relativo alle custo-die che generalmente viene ignorato, in particolare nelle custodie di piccole dimensioni. I singoli componenti e le combinazioni devono essere testati dal costruttore nelle rispettive custodie.
I volumi utilizzati nelle prove devono essere rispettati dagli installatori come volumi minimi. Per i quadri di grandi dimensioni il problema si riduce dal momento che la pressione che si viene a creare in caso di corto circuito viene facil-mente assorbita e la temperatura all‘in-terno del quadro può essere meglio dis-sipata. In caso di interruttori automatici di potenza incapsulati, partenze motore o cassetti di quadri di distribuzione MCC (Motor Control Centers, MCC) l‘installa-tore deve in ogni caso rispettare i volumi minimi. Non sempre le apparecchiature o le combinazioni incapsulate sono disponi-bili in Europa pronte per essere collegate e certificate dai costruttori di apparecchi di comando. Ciò è dovuto principalmente all‘esiguo numero richiesto e alla diverse soluzioni ideate dai clienti per l‘impiego delle custodie. Un errore frequente di progettazione riguarda la mancata osser-vanza delle sezioni minime dei conduttori principali, con cui il costruttore ha con-dotto le prove ed eseguito la certifica-zione secondo gli standard. I conduttori non solo hanno il compito di portare la corrente, ma anche di sottrarre calore dai dispositivi di comando e protezione. Il layout delle custodie deve anche lasciare uno spazio sufficiente a garantire i raggi di piegatura per cavi e conduttori. Nel Nord America si fa particolare attenzione alla presenza di ampi spazi per i colle-gamenti (rispettare le dimensioni NEC/
CEC). Anche in questo caso esistono pratiche di mercato e consuetudini d‘uso.
Nel Nord America vengono utilizzati meno morsetti componibili, perché i cavi di derivazione verso le utenze vengono spesso collegati direttamente ai disposi-tivi di comando e protezione. Anche per questa consuetudine è necessaria una maggiore quantità di spazio nel quadro elettrico.
Guasto di terra
I guasti di terra di cui alla Tabella 2, Punto 12, sono piuttosto rari nei quadri elettrici europei e relativo equipaggia-mento elettrico e occupano l‘ultimo posto in questa statistica. Sebbene la maggior parte dei costruttori di macchine e impianti fornisca prodotti precablati, è difficile determinare se i guasti di terra si verifichino per mancanze costruttive o per problemi di incompatibilità con il collegamento di rete. NEC descrive i requisiti di messa a terra nel capitolo 250.
Per gli impianti i requisiti sono descritti in modo dettagliato nello Standard UL 508A, nei capitoli 15, 16 e 17 e nello Standard NFPA 79 nel capitolo 8.
Nel Nord America i Conduits (princi-palmente canaline metalliche rigide, ma anche canaline in plastica, rigide o flessibili) costituiscono il sistema di installazione preferito per il collegamento elettrico delle varie apparecchiature nelle fabbriche e negli stabilimenti produttivi industriali/commerciali. Questi sistemi di canalizzazione alloggiano prevalente-mente i singoli fili dei circuiti piuttosto che i cavi. NEC consente, in determinate condizioni, l‘impiego di canaline metalli-che rigide o flessibili come conduttori di terra. Tuttavia l‘uso di conduttori di terra separati è il metodo sempre più utilizzato nelle installazioni moderne. Le canaline (= conduttori di protezione) devono essere posate in modo tale da garantire la continuità verso terra in tutta
Nel Nord America i Conduits (princi-palmente canaline metalliche rigide, ma anche canaline in plastica, rigide o flessibili) costituiscono il sistema di installazione preferito per il collegamento elettrico delle varie apparecchiature nelle fabbriche e negli stabilimenti produttivi industriali/commerciali. Questi sistemi di canalizzazione alloggiano prevalente-mente i singoli fili dei circuiti piuttosto che i cavi. NEC consente, in determinate condizioni, l‘impiego di canaline metalli-che rigide o flessibili come conduttori di terra. Tuttavia l‘uso di conduttori di terra separati è il metodo sempre più utilizzato nelle installazioni moderne. Le canaline (= conduttori di protezione) devono essere posate in modo tale da garantire la continuità verso terra in tutta