6.3 Quadri di distribuzione ArTu
6 Quadri elettrici
I sistemi MNS sono idonei per applicazioni in tutti i campi riguardanti la gene-razione, la distribuzione e l’utilizzo dell’energia elettrica; p.e. possono essere usati come:
- quadri di distribuzione primaria e sottoquadri;
- alimentazione motori da MCCs (Centri di Controllo Motori – Motor Control Centres);
- quadri di automazione.
Il sistema MNS è una costruzione a telaio con collegamenti bullonati senza manutenzione che possono essere equipaggiati come richiesto con componenti standardizzati e possono essere adattati a qualsiasi applicazione. L’utilizzo del principio di modularità sia nel progetto elettrico che in quello meccanico per-mette la scelta ottimale della struttura, della disposizione interna e del grado di protezione in base alle condizioni d’impiego e ambientali.
Il design ed il materiale usati per il sistema MNS evitano in larga misura il verificarsi di archi elettrici, e provvedono all’estinzione dell’arco in breve tempo. Il sistema MNS è conforme alle richieste prescritte nelle VDE0660 Parte 500 e IEC 61641 ed è stato inoltre sottoposto a numerose prove per l’estinzione dell’arco accidentale, eseguite da un istituto indipendente.
Il sistema MNS offre all’utente molte soluzioni alternative e notevoli vantaggi paragonato a installazioni di tipo tradizionale:
- struttura compatta e poco ingombrante; - disposizione a doppio fronte “back-to-back”; - distribuzione ottimizzata dell’energia negli scomparti;
- facile progettazione ed ingegnerizzazione dei dettagli grazie ai componenti standardizzati;
- vasta gamma di moduli standardizzati;
- diversi livelli di progettazione secondo le condizioni d’impiego ed ambientali; - facile combinazione dei diversi sistemi di apparecchiature, quali ad esempio
moduli fissi ed estraibili in un solo scomparto;
- possibilità di progettazione a prova d’arco (progettazione standard con modulo fisso);
- possibilità di progettazione antisismica, antivibrazioni e antiurto; - facile assemblaggio senza attrezzi speciali;
- facile trasformazione e riadattamento; - esente da manutenzione per lungo tempo; - grande affidabilità funzionale;
- alto livello di sicurezza per il personale.
Gli elementi di base della struttura sono profilati a “C” con fori ad intervalli di 25 mm in conformità alla norma DIN 43660. Tutte le parti del telaio sono fissate con viti autofilettanti senza manutenzione o con viti ESLOK. Fondati sulla dimensione di base della griglia di 25 mm, I telai possono essere costruiti per i vari tipi di scomparti senza alcun attrezzo speciale. Sono possibili quadri a scomparto singolo o a scomparti multipli per manovra frontale o frontale e posteriore. Sono disponibili diverse versioni, in base all’involucro richiesto:
- porta singola della cella per apparecchiatura; - porta doppia della cella per apparecchiatura;
- porta della cella per l’apparecchiatura e per il compartimento cavi; - porte del modulo e/o coprimoduli estraibili e porta del compartimento cavi. La base dello scomparto può essere fornita di piastre di pavimentazione. Con l’aiuto di piastre flangiate, i condotti dei cavi possono essere predisposti per adattarsi a tutte le richieste. Le porte e il rivestimento possono essere dotate di una o più aperture di ventilazione, le piastre del tetto possono essere fornite di una griglia metallica (IP 30 – IP40) o di un camino per la ventilazione (IP 40, 41, 42).
6.2 Quadri MNS
6.2 Quadri MNS
In base alle richieste, una struttura può essere suddivisa nelle seguenti celle (zone funzionali):
- cella apparecchiatura; - cella sbarre;
- cella cavi.
La cella apparecchiatura contiene i moduli dell’apparecchiatura, la cella sbarre contiene le sbarre e le sbarre di distribuzione, la cella cavi contiene i cavi in entrata e in uscita (a scelta dall’alto o dal basso) con i cablaggi necessari per collegare i moduli nonché i dispositivi di sostegno (guide per montaggio cavi, parti per collegamento cavi, collegamenti paralleli, canalette, ecc.). Le celle funzionali di uno scomparto nonché gli scomparti stessi possono essere se-parati da diaframmi. Anche dei diaframmi orizzontali con o senza aperture di ventilazione possono essere inseriti tra le celle.
Tutti gli scomparti di linea in arrivo/uscita e il congiuntore di sbarre comprendo-no un dispositivo di macomprendo-novra. Questi dispositivi possocomprendo-no essere interruttori di manovra-sezionatori in versione fissa, interruttori scatolati o aperti in versione fissa o estraibile.
Questo tipo di scomparti è suddiviso in celle apparecchiature e celle sbarre; le loro dimensioni (H x L) sono 2200 mm x 400 mm / 1200 mm x 600 mm, e la profondità dipende dalle dimensioni delle apparecchiature usate.
Gli scomparti con interruttori aperti fino a 2000 A possono essere costruiti nella versione a dimensioni ridotte (L = 400 mm).
E’ possibile interconnettere gli scomparti per formare unità di consegna ottimali con una larghezza massima di 3000 mm.
6.3 Quadri di distribuzione ArTu
La gamma di quadri di distribuzione ArTu ABB SACE fornisce un’offerta com-pleta ed integrata di quadri e sistemi in kit per costruire quadri di distribuzione primaria e secondaria di bassa tensione.
Con una sola gamma di accessori e iniziando da semplici kit di montaggio, i quadri ArTu rendono possibile il montaggio di una larga gamma di configurazioni montando interruttori modulari, scatolati e aperti, con qualsiasi divisione interna fino alla Forma 4.
ABB SACE offre una serie di kit standardizzati, che consistono in piastre pre-forate e pannelli per l’installazione di tutta la gamma di interruttori tipo System pro M compact, Tmax e Emax X1, E1, E2, E3, E4 senza la necessità di ulteriori operazioni di foratura o di adattamenti.
Sono state tenute in particolare considerazione le esigenze di cablaggio, fornendo sedi speciali per consentire il fissaggio verticale e orizzontale della canalina in plastica.
La standardizzazione dei componenti è estesa alla segregazione interna del quadro: nei quadri ArTu, la segregazione è effettuata facilmente e non richiede né la costruzione di quadri “su misura” né ulteriori tagli di lamiere, piegature o lavori di perforazione..
I quadri ArTu hanno le seguenti caratteristiche:
- gamma integrata di strutture metalliche modulari fino a 4000 A con accessori in comune;
- possibilità di soddisfare tutte le richieste di applicazioni in termini di installazione (montaggio a parete, fissaggio a pavimento, kit monoblocco e kit armadio) e grado di protezione (IP31, IP41, IP43, IP65);
6.3 Quadri di distribuzione ArTu
6 Quadri elettrici
6.3 Quadri di distribuzione ArTu
6 Quadri elettrici
- struttura in lamiera di acciaio zincata a caldo;
- massima integrazione con gli interruttori modulari e gli interruttori, scatolati e aperti, ABB SACE;
- tempi di montaggio del quadro minimi grazie alla semplicità dei kit, alla stan-dardizzazione della minuteria, agli elementi autoportanti e alla presenza di punti di riferimento chiari per il montaggio delle piastre e dei pannelli; - segregazioni in kit fino alla Forma 4.
La gamma di quadri ArTu comprende quattro versioni, che possono essere dotate degli stessi accessori.
ArTu serie L
L’ArTu serie L consiste in una gamma di kit per quadri componibili, con una capacità di 24/36 moduli per fila e un grado di protezione IP31 (senza porta) o IP43 (versione base con porta). Questi quadri possono essere montati a parete o fissati a pavimento:
- ArTu serie L montati a parete, con altezze di 600, 800, 1000 e 1200 mm, profondità 204 mm, larghezza 600 mm. All’interno di questa serie di quadri possono essere installati sia gli interruttori modulari System pro M compact che gli interruttori scatolati Tmax T1-T2-T3;
- ArTu serie L fissati a pavimento, con altezze di 1400, 1600, 1800 e 2000 mm, profondità 240 mm, larghezza 600/800 mm. All’interno di questa serie di quadri possono essere installati gli interruttori modulari System pro M compact e gli interruttori scatolati Tmax T1-T2-T3-T4-T5-T6 (versione fissa con attacchi anteriori).
ArTu serie M
L’ArTu serie M consiste in una gamma modulare di quadri monoblocco per installazioni a parete (con profondità di 150 e 200 mm e con grado di prote-zione IP65) o per installaprote-zione a pavimento (con profondità di 250 mm e grado di protezione IP31 o IP65), nei quali è possibile installare interruttori modulari System pro M compact e interruttori scatolati Tmax T1-T2-T3 su guida DIN. La serie M dei quadri ArTu, per installazione a pavimento, può essere equipaggiata con gli interruttori scatolati della serie Tmax.
ArTu serie K
L’ArTu serie K consiste in una gamma di kit per quadri componibili, per instal-lazioni fissate a pavimento, con quattro diverse profondità (250, 350, 600 e 800 mm) e con grado di protezione IP31 (senza porta anteriore), IP41 (con porta anteriore e pannelli laterali ventilati) o IP65 (con porta anteriore e pannelli laterali ciechi), nei quali è possibile installare gli interruttori modulari System pro M compact, l’intera gamma degli interruttori scatolati Tmax, e gli interruttori Emax X1, E1, E2, E3 e E4.
I quadri ArTu hanno tre larghezze funzionali:
- 400 mm, per l’installazione di interruttori scatolati fino a 630 A (T5); - 600 mm, che è la dimensione base per l’installazione di tutte le apparecchiature; - 800 mm, per la realizzazione del vano cavi laterale all’interno della struttura dei
quadri fissati a pavimento o per l’utilizzo di pannelli con la stessa larghezza. Lo spazio interno disponibile varia in altezza da 600 mm (serie L montati a parete) a 2000 mm (serie M e serie K fissati a pavimento), offrendo così una possibile soluzione per le diverse esigenze applicative.
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
La norma IEC 60439-1 specifica che le APPARECCHIATURE ASSIEMATE (qui di seguito chiamati quadri) dovranno essere costruiti in modo da essere capaci di resistere alle sollecitazioni termiche e dinamiche risultanti da correnti di corto circuito fino ai valori nominali.
Inoltre, i quadri devono essere protetti contro le correnti di corto circuito tra-mite interruttori, fusibili o una combinazione di questi, che possono o essere incorporati nel quadro o disposti a monte.
Questo capitolo prende in considerazioni i seguenti aspetti:
- La necessità, o meno, di effettuare una verifica della tenuta al corto circuito del quadro.
- L’idoneità di un quadro per un impianto in funzione della corrente di corto circuito presunta dell’impianto e dei parametri di corto circuito del quadro.
- L’idoneità di un sistema di sbarre in funzione della corrente di corto circuito e dei dispositivi di protezione.
Verifica della tenuta al corto circuito
La verifica della tenuta al corto circuito è trattata nella norma IEC 60439-1, dove, in particolare, sono specificati i casi che necessitano di questa verifica ed i diversi tipi di verifica.
La verifica della tenuta al corto circuito non è richiesta se sono soddisfatte le seguenti condizioni:
• Per quadri con una corrente di corto circuito di breve durata (Icw) o una corrente di corto circuito condizionata (Ik) non superiori a 10 kA.
• Per quadri protetti da dispositivi limitatori di corrente aventi una corrente di picco limitata non superiore a 17 kA in corrispondenza della corrente presunta di corto circuito massima ammissibile ai terminali del circuito di entrata del quadro.
• Per circuiti ausiliari del quadro previsti per essere collegati a trasformatori la cui potenza nominale non superi 10 kVA con una tensione nominale secondaria non inferiore a 110 V, oppure non superi 1.6 kVA per una tensione nominale secondaria inferiore a 110 V, e la cui tensione di corto circuito in entrambi i casi non sia inferiore al 4%.
• Per tutte le parti del quadro (barre principali, supporti delle barre principali, connessioni alle barre, unità di entrata e di uscita, apparecchi di protezione e manovra, ecc.) che sono già state soggette alle prove di tipo valevoli per le condizioni esistenti.
Perciò, da un punto di vista ingegneristico, la necessità di verificare la tenuta al corto circuito può essere vista come segue:
Per quanto riguarda i dettagli riguardanti l’esecuzione della prova di corto cir-cuito, si deve fare riferimento direttamente alla norma IEC 60439-1.
Icw del quadro ≤ 10 kAo Ik corrente condizionata del quadro ≤ 10 kA
La condizione Ip ≤ 17 kA
è soddisfatta per la corrente di picco limitata dall’interruttore di protezione alla corrente presunta di corto circuito massima
ammissibile Verifica richiesta Verifica non richiesta
NO
NO
SI
SI
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Corrente di corto circuito e idoneità del quadro all’impianto
La verifica della tenuta al corto circuito è basata su due valori dichiarati dal produttore in alternativa tra loro:- la corrente di corto circuito di breve durata Icw - la corrente di corto circuito condizionata Ik
In base ad uno di questi due valori, è possibile determinare se il quadro è idoneo per l’installazione in un particolare punto dell’impianto.
Sarà necessario verificare che i poteri d’interruzione delle apparec-chiature all’interno del quadro siano compatibili con i valori di corto circuito dell’impianto.
La corrente di corto circuito di breve durata Icw è un valore efficace predefinito della corrente di prova, alla quale corrisponde un determinato valore di picco applicato al circuito di prova del quadro per un tempo specifico (normalmente 1 s). Il quadro deve essere in grado di resistere alle sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche senza danni o deformazioni che potrebbero compromettere la funzionalità del sistema. Da questa prova (se superata) è possibile ricavare l’energia specifica passante (I2t) che può essere sopportata dal quadro:
I2t = Icw2t
La prova deve essere effettuata al valore del fattore di potenza (cosϕ) spe-cificato nella Tabella 4 della norma IEC 60439-1 riportata sotto. Il fattore “n” in corrispondenza di questo valore di cosϕ permette di determinare il valore di picco della corrente di corto circuito, sopportabile dal quadro, tramite la seguente formula:
Ip = Icw . n
Tabella 4
fattore di potenza
valore efficace della corrente di corto circuito cosϕ n
I ≤ 5 kA 0.7 1.5
5<I ≤ 10 kA 0.5 1.7
10<I ≤ 20 kA 0.3 2
20<I ≤ 50 kA 0.25 2.1
50<I 0.2 2.2
I valori di questa tabella tengono conto della maggioranza delle applicazioni. In luoghi particolari, per esempio nelle vicinanze di trasformatori o generatori, il fattore di potenza può assumere valori più bassi per cui, in questi casi, il valore massimo del picco della corrente presunta può diventare il fattore limitativo, invece del valore efficace della corrente di corto circuito.
La corrente di corto circuito condizionata è un prefissato valore efficace della corrente di prova al quale corrisponde un determinato valore di picco che può essere sopportato dal quadro per il tempo di intervento di uno specifico dispositivo di protezione. Normalmente questo dispositivo è l’interruttore ge-nerale del quadro.
Paragonando i due valori Icw e Ip con la corrente di corto circuito presunta dell’impianto, è possibile stabilire se il quadro è idoneo ad essere installato in un punto specifico dell’impianto. I seguenti diagrammi mostrano il metodo per determinare la compatibilità del quadro con l’impianto.
Deve essere verificato che i poteri di interruzione delle apparecchiature all’interno del quadro siano compatibili con i valori di corto circuito dell’impianto.
Quadro non idoneo
NO
NO
SI
SI
E’ nota la corrente di corto circuito di breve durata del quadro Icw (valore efficace)
Ik (presunta, dell’impianto) < Icw (del quadro)
A monte del quadro è installato un interruttore, che per la Ik presunta ha una I2t < I2t (del quadro) ed una corrente
di picco limitata Ip < Ip (quadro)
Quadro
idoneo
NO
SI
Ik (presunta, dell’impianto) < Ik (corrente condizionata del quadro) (con un dispositivo di protezione specificato) E’ nota la corrente di corto circuito condizionata del
quadro (valore efficace)
Quadro
non idoneo
Quadro
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Esempio
Dati dell’impianto: Tensione nominale Un=400 V Frequenza nominale fn=50 Hz Corrente di corto circuito Ik=35 kA
Supponiamo di avere in un impianto esistente un quadro con Icw uguale a 35 kA e che, nel punto di installazione del quadro, la corrente di corto circuito presunta sia uguale a 35 kA.
Ipotizziamo ora che si decida un aumento di potenza dell’impianto e che il valore di corto circuito aumenti a 60 kA.
Dati dell’impianto dopo l’aumento: Tensione nominale Un=400 V Frequenza nominale fn=50 Hz Corrente di corto circuito Ik=60 kA Poiché la Icw del quadro è inferiore alla corrente di corto circuito dell’impianto, per verificare che questo quadro è ancora compatibile, è necessario: - determinare i valori di I2t e di Ip lasciati passare dall’interruttore sul lato
ali-mentazione del quadro
- verificare che i dispositivi di protezione installati all’interno del quadro abbiano l’adeguato potere di interruzione (singolarmente o per back-up)
Icw = 35 kA da cui:
I2tquadro = 352x1=1225 MA2s
Ipquadro = 73.5 kA(secondo la Tabella 4)
Supponiamo che a monte del quadro sia installato un interruttore tipo Tmax T5H (Icu=70 kA @ 415 V) I2tINT < 4 MA2s IpINT < 40 kA poichè I2tquadro > I2tINT Ipquadro > IpINT
risulta che il quadro (struttura e sistema di barre) è idoneo.
Assumendo che gli interruttori installati all’interno del quadro siano interruttori tipo T1, T2 e T3 versione N con Icu=36 kA @ 415 V. Dalle tabelle di Back-up
(vedere Capitolo 4.3), risulta che gli interruttori all’interno del quadro sono idonei per l’impianto, poiché il loro potere di interruzione è aumentato a 65 kA grazie all’interruttore T5H posto a monte.
Scelta del sistema di distribuzione in relazione alla
tenuta al corto circuito
Il dimensionamento del sistema di distribuzione del quadro è realizzato prendendo in considerazione la corrente nominale che lo attraversa e la corrente di corto circuito presunta dell’impianto.
Normalmente il costruttore fornisce delle tabelle che permettono la scelta della sezione delle sbarre, in funzione della corrente nominale, e che indicano le distanze di montaggio dei supporti reggibarre per garantire la tenuta al corto circuito. Per selezionare un sistema di distribuzione compatibile con i dati di corto circuito dell’impianto, si dovrà seguire una delle seguenti procedure:
• Se è noto il dispositivo di protezione sul lato alimentazione del sistema di distribuzione
Dal valore di Icw del sistema di distribuzione risulta che: Ik sist = Icw.n dove n è il fattore ricavato dalla Tabella 4 I2t sist = Icw2.t dove t è pari ad 1 s
In corrispondenza del valore della corrente di corto circuito presunta dell’impianto si possono determinare i seguenti valori:
il valore della corrente di picco limitata IpINT l’energia specifica lasciata passare dall’interruttore I2tINT se IpINT<Ipsist e I2tINT< I2tsist, allora il sistema di distribuzione è idoneo.
• Se non è noto il dispositivo di protezione a monte del sistema di distribuzione
La seguente condizione deve essere soddisfatta: : Ik (presunta) < Icw (sistema)
Ik (presunto) + interruttore Icw (sistema)
Iksist. = Icw . n IpINT
I2tsist. = Icw2 . t I2tINT
IpINT < Ipsist. e I2tINT<I2tsist.
Sistema non idoneo Sistema
idoneo
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Appendice A: Protezione contro gli effetti del
cor-to circuicor-to all’interno di quadri di bassa tensione
Appendice A: Protezione contro gli effetti del corto circuito
Esempio
Dati dell’impianto: Tensione nominale Un=400 V Frequenza nominale fn=50 Hz Corrente di corto circuito Ik=65 kA
Supponiamo di usare un sistema di barre a profilo sagomato da 400 A, dal cata-logo ABB SACE “Quadri di distribuzione ArTu” è possibile la seguente scelta: BA0400 In=400 A (IP65) Icw=35 kA.
Supponiamo di avere, a monte del sistema di barre, un interruttore scatolato tipo
ABB SACE Tmax T5400 In 400 dalla Icw del sistema di barre, deriva che: Ip sist = Icw.n = 35 . 2.1 = 73.5 [kA] I2t sist = Icw2.t = 352 . 1 = 1225 [(kA)2 s] Dalle curve
- Ik 65 kA corrisponde a circa IpINT=35 kA
- Ik 65 kA corrisponde a circa I2tINT=4 [(kA)2s]= 4 [MA2sec] Così, poiché
IpINT < Ipsist e
I2tINT < I2tsist
risulta che il sistema di barre è compatibile con il quadro.
In queste condizioni o in ogni caso in cui il corto circuito interno può essere considerato una possibilità remota, la procedura descritta sopra deve essere usata per verificare l’idoneità del sistema di distribuzione alle condizioni di corto circuito, dove queste sono determinate in funzione delle caratteristiche degli interruttori posti sul lato carico (a valle) delle barre.
Scelta dei conduttori sul lato alimentazione dei
disposi-tivi di protezione
La norma IEC 60439-1 prescrive che in un quadro, i conduttori attivi (comprese le barre di distribuzione) posizionati tra le barre principali e il lato alimentazione delle singole unità funzionali, nonché i componenti costitutivi di queste unità, possono essere dimensionati in base alle sollecitazioni di corto circuito ridotte che si verificano sul lato carico (a valle) del dispositivo di protezione di corto circuito dell’unità.
Questo può essere possibile se i conduttori sono disposti in modo tale che, in condizioni normali di servizio, il corto circuito interno tra le fasi e/o tra fase e terra è solo una possibilità remota. E’ consigliabile che tali conduttori siano di costruzione massiccia e rigida.
La norma riporta a titolo esemplificativo conduttori e prescrizioni per