Dossier tecnico n° 2

Evoluzione

degli interruttori BT con la Norma

IEC 947-2

Indice

1. Introduzione 2

La pubblicazione IEC 947-2 2 Le tappe della sua entrata

in vigore 3

Le sue principali novità 4 2. L'interruttore, un apparecchio di sicurezza multifunzionale 4 Prestazioni e nuove prove per meglio assicurare la protezione contro le

sovracorrenti 4

Tenuta alle sovratensioni:

"il coordinamento dell'isolamento" 7 Sezionamento e protezione

differenziale: due funzioni

supplementari ora riconosciute 8 3. Uno standard di prove

che aderiscono alla realtà 9 Prove raggruppate in sequenze 11 Un'ampia campionatura

di interruttori provati 11 4. Conseguenze pratiche per

il progettista di impianti 11 I criteri fondamentali di scelta

di un interruttore rimangono

invariati 11

Utilità del "potere

di interruzione di servizio" Ics 11 Due apparecchi in uno:

l'interruttore-sezionatore 12 Un'assicurazione globale:

la conformità alla Norma

IEC 947-2 13

Allegato 1 14

Definizioni e simboli introdotti dalla Norma IEC 947-2

Allegato 2 14

Calcolo di una Icc probabile a valle di un interruttore installato su una partenza

Allegato 3 15

Principali differenze tra le norme IEC 157-1 e IEC 947-2

Allegato 4 16

La Norma IEC 898 per gli interruttori domestici Dossier Tecnico n

°

Redatto a cura del

Servizio Tecnico Commerciale Dipartimento di Bassa Tensione

fig. 1: le norme di prodotto e le norme di installazione.

Nel campo dell'elettrotecnica esistono due tipi di norme che i diversi operatori devono rispettare:

1. Le norme "di prodotto"

Queste norme esistono per ciascuno dei componenti di un impianto elettrico.

La conformità di un prodotto a queste norme è, per l'utilizzatore, una garanzia di qualità e di affidabilità:

■ i quadri,

■ le sorgenti di alimentazione (trasformatori, alternatori...),

■ gli apparecchi (interruttori, sezionatori, contattori...),

■ i cavi,

■ gli utilizzatori (motori, illuminazione...).

2. Le norme "di installazione" o norme impianti

Esse raggruppano l'insieme delle regole da rispettare per la progettazione, la realizzazione e la conduzione (esercizio) di un impianto elettrico in modo da assicurare:

■l'alimentazione degli utilizzatori con buone prestazioni (tensione, frequenza, continuità di servi- zio...);

■ la sicurezza delle persone e dei beni;

■ ...ed il mantenimento nel tempo di queste caratteristiche.

fig. 2: carta delle influenze normative.

IEC

IEC IEC

IEC IEC IEC

IEC IEC UL UL CSA

JIS

Un passo ulteriore verso uno standard internazionale La volontà di un riconoscimento in un più vasto ambito internazionale delle raccomandazioni IEC, insieme al progresso tecnico e tecnologico raggiunto dai costruttori dopo il 1973, hanno portato il sottocomitato 17B dell'IEC a lavorare per la revisione della pubblicazione 157-1.

Questo sottocomitato, costituito dai rappresentanti di oltre 40 paesi (tra cui l'Italia e la Francia con un esperto inviato da Merlin Gerin), è giunto alla pubblicazione della norma IEC 947-2 nel 1989.

Questa norma ha ottenuto,

in occasione del voto di approvazione, un vasto accordo mondiale (Europa, Stati Uniti, Canada, Australia, Sud Africa...) con l'eccezione del solo Giappone (rif. fig. 3).

La Norma IEC 947-2 parte di un'opera molto più vasta: la IEC 947 Quest'opera riguarda 7 documenti che costituiscono la Norme IEC

per l'insieme degli apparecchi elettrici bassa tensione utilizzabili nel campo industriale:

■IEC 947-1: Regole generali (pubblicata nel 1989),

■IEC 947-2: Interruttori automatici (vecchia Norma IEC 157-1), Come tutti i materiali elettrici, gli interruttori di bassa tensione industriali sono progettati, costruiti e verificati secondo regole raggruppate nelle norme dette "norme di prodotto"

(rif. fig. 1).

Ogni paese ha le proprie norme, CEI per l'Italia, UTE per la Francia, BS per l'Inghilterra, VDE per la Germania, ecc.

Quali che siano i paesi, al di là del loro sviluppo normativo,

le pubblicazioni IEC (IEC: International Electrotechnical Commission) servono da riferimento e la conformità dei prodotti a questi testi è spesso richiesta nei capitolati (rif. fig. 2).

Fino a poco tempo fa, le norme relative agli interruttori industriali BT, in Europa come in un gran numero di altri paesi, erano basate sulla Norma IEC 157-1 pubblicata nel 1973.

La pubblicazione IEC 947-2

1. Introduzione

■utilizzatori.

Norme di installazione Si tratta di norme di messa in opera dei prodotti che tengono conto dei seguenti parametri principali:

■regime di neutro,

■corrente da veicolare,

■corrente di corto-circuito,

■corrente dovuta a perdita di isolamento,

■temperatura,

■tipo e modalità di posa dei cavi,

■caduta di tensione massima ammissibile,

■rischi particolari (incendio, urti, esplosione),

■selettività,

■condizioni di esercizio,

■ecc.

In Italia la Norma CEI 64-8 rientra in questa categoria.

Norme di prodotto Si tratta di norme riguardanti la fabbricazione ed il controllo dei materiali, per esempio:

■sorgenti di alimentazione,

■ quadro principale di distribuzione (contenitore ed apparecchi),

■cavi,

■quadro secondario (contenitore ed apparecchi),

■cavi,

G G

M

Quando viene emessa una Norma IEC, il CENELEC è dunque in grado di elaborare rapidamente:

■o una norma europea "EN ..."

che viene poi adottata come norma nazionale in tutti i paesi membri (è oramai il caso generale),

■o, in caso di divergenze, un documento di armonizzazione "HD ..."

che viene poi trasformato in norma nazionale con integrazione di punti specifici per ciascun paese.

Per quanto riguarda le pubblicazioni IEC 947-1 e 2, esse sono state adottate pressoché integralmente come Norme EN 60947.1 e 2. A queste ultime si sono già adeguate la maggior parte delle norme nazionali, tra cui le italiane con l'emissione nel settembre 1992 delle CEI EN 60947.1 (prima edizione) e CEI EN 60947.2 (quinta edizione).

■IEC 947-3: Interruttori di manovra, sezionatori, interruttori di manovra- sezionatori e unità combinate con fusibili (vecchia Norma IEC 408),

■IEC 947-4: Contattori ed avviatori (vecchie Norme IEC 158-1 e 292),

■IEC 947-5: Dispositivi per circuiti di comando ed elementi di manovra (vecchia Norma IEC 337),

■IEC 947-5.2: Rilevatori di prossimità (pubblicata nel 1989),

■IEC 947-6: Apparecchiature a funzioni multiple (pubblicata nel 1989),

■IEC 947-7: Apparecchiature ausiliarie (pubblicata nel 1989).

Questa architettura ha permesso di omogeneizzare il vocabolario e le regole generali per le diverse famiglie di prodotti, ma, per determinare la totalità delle regole relative a una categoria di apparecchi, essa obbliga a consultare due documenti:

■un primo intitolato "Regole generali"

(IEC 947-1) che raggruppa le definizioni, le prescrizioni e le prove comuni a tutti gli apparecchi a BT,

■un secondo relativo a ciascuna famiglia di prodotti (IEC 947-2÷7) che riguarda le prescrizioni e le prove specifiche del prodotto considerato.

I testi applicabili agli interruttori BT industriali sono le IEC 947-1 e le IEC 947-2.

Le tappe della sua entrata in vigore

In Europa

I testi emessi dall'IEC sono frutto di una stretta collaborazione con il Comitato Europeo di Normalizzazione

Elettrotecnica (CENELEC) che raggruppa i principali paesi europei.

I E C

rappresentazione mondiale

JIS (Giappone) CSA

(Canada) UL (USA)

fig. 3: rappresentazione mondiale della IEC 947-2.

SABS (Sud Africa) AS (Australia)

UNE (Spagna) CEI (Italia)

BS

(Regno Unito) VDE (Germania) UTE (Francia) CENELEC Europa occidentale Norma

947-2

testi approvati ed applicati

testi approvati e non applicati

testi rifiutati e non applicati

Le sue principali novità

È importante innanzitutto rimarcare che i nuovi testi non modificano i criteri di scelta fondamentali di un interruttore, che rimangono il suo potere di

interruzione e la sua corrente nominale.

Per contro, essi procurano

all'utilizzatore migliori garanzie sulla qualità e sulle prestazioni, introducendo ulteriori esigenze che tengono meglio conto delle condizioni reali di

funzionamento in esercizio.

Inoltre, questa norma riconosce la capacità degli interruttori di assicurare altre funzioni, oltre a quelle abituali di protezione contro le sovracorrenti, quali sezionamento o protezione delle persone mediante dispositivi

differenziali.

In USA e in Canada

Nonostante abbiano espresso un parere favorevole, le norme in vigore (norme UL negli USA, CSA in Canada) sono molto diverse dalla IEC 947-2 ed un riflesso di conservazione, vedi un certo protezionismo, faranno in modo che questi due paesi conservino probabilmente le loro norme specifiche ancora per lungo tempo.

In Giappone

Solo paese ad aver votato negativamente, il Giappone non adotterà il testo IEC.

Negli altri paesi del mondo

Ciascun paese può adottare il testo IEC come norma nazionale eventualmente con qualche modifica.

Considerato il largo accordo ottenuto sulla Norma IEC 947-2, è possibile prevedere che la maggior parte dei paesi la adotteranno con pochissime modifiche.

Prestazioni e nuove prove per meglio assicurare la protezione contro le sovracorrenti

Ciò che innanzitutto si attende un utilizzatore di interruttori è che essi svolgano senza alcun inconveniente il loro ruolo principale: proteggere in tutte le circostanze ed in tutta sicurezza gli impianti elettrici contro le

sovracorrenti, per tutti i valori tra In ed il potere di interruzione dell'apparecchio.

A fronte di questa necessità, la IEC 947-2 riprende le principali caratteristiche di un interruttore ben conosciute e già definite nella vecchia 157-1 (potere di interruzione, corrente nominale, tensione di impiego, ecc...);

ma essa le chiarisce e le completa con nuove nozioni e nuove prestazioni (rif. allegato 1) che costituiscono una migliore garanzia della sua attitudine ad interrompere tutti i valori di corrente.

Chiarimento sul potere di interruzione

Con la Norma IEC 157-1 coesistono, per lo stesso interruttore, due poteri di interruzione detti "P1" e "P2" che si distinguevano per il ciclo di prova e le esigenze post-interruzione.

La IEC 947-2 fa scomparire questa ambiguità. Ormai, tutti gli interruttori non hanno che un potere di interruzione chiamato Icu (potere di interruzione estremo) ed espresso in kA.

Icu corrisponde, in pratica, al potere di interruzione P1 della vecchia norma ed è definito allo stesso modo:

Icu (947-2) = Pdi P1 (157-1).

È questa caratteristica che, al momento della progettazione di una rete, si deve confrontare con il valore della corrente di corto-circuito trifase nel punto di installazione dell'interruttore:

Icu (dell'interruttore) ≥ Icc trifase (della rete).

Il potere di interruzione nominale di servizio: Ics

Icu rappresenta la corrente di corto- circuito massima che l'interruttore potrebbe essere chiamato ad interrompere.

In effetti, il calcolo della Icc presunta si fa normalmente con delle ipotesi massimaliste che vanno tutte in favore della sicurezza, in particolare:

■ il corto-circuito è trifase,

■ si considera "imbullonato" cioè senza arco (e quindi senza la corrispondente impedenza),

■ le resistenze di collegamento non vengono considerate,

■ il corto-circuito viene ipotizzato sui morsetti lato valle dell'interruttore senza interposizione di cavi,

■ le resistenze di collegamento sono calcolate alla temperatura ambiente o alla temperatura normale di funzionamento dei cavi (in occasione del corto-circuito, queste resistenze diventano maggiori perché aumentano con il riscaldamento dei cavi).

Ne risulta che, al verificarsi di un corto- circuito (fatto di per se stesso

eccezionale), il suo valore è molto più basso della Icc presunta.

Per contro, è importante che queste correnti, di probabilità più elevata, siano interrotte in modo ottimale in modo da consentire, dopo l'eliminazione della causa del guasto, la rimessa in servizio rapida ed in tutta sicurezza

dell'impianto.

È per questa ragione che la IEC 947-2 introduce la nuova caratteristica Ics chiamata "Potere di interruzione di servizio", generalmente espresso in % di Icu (valore indicato dal costruttore e scelto tra 25, 50, 75 e 100%) e definito nel modo seguente:

■ l'interruttore effettua, tre interruzioni successive della corrente Ics,

■ l'attitudine dell'apparecchio ad assicurare tutte le sue funzioni è poi verificata con una serie di misure (riscaldamento ad In, tenuta dielettrica, funzionamento degli sganciatori,...).

Questo fa della Ics una prestazione che non può essere considerata come un semplice potere di interruzione (come lo era il P2 della IEC 157-1),

ma come l'attitudine di un interruttore a rimanere in servizio normalmente anche dopo aver interrotto diverse correnti di corto-circuito (rif. fig. 4).

2. L'interruttore, un apparecchio di sicurezza multifunzionale

La corrente di breve durata ammissibile Icw

(per gli interruttori di categoria B) La Norma IEC 947-2 definisce due categorie di interruttori:

■quelli di categoria A per i quali non è previsto nessun ritardo allo sgancio.

È generalmente il caso degli interruttori scatolati come il Compact C250N,

■ quelli di categoria B per i quali, in vista di realizzare una selettività cronometrica, è possibile ritardare lo sgancio in condizioni di corto-circuito di valore inferiore a Icw.

È generalmente il caso degli interruttori aperti (tipo Masterpact) e di certi scatolati di grosso calibro come il Compact C1250N.

Per quest'ultimi, la nuova IEC impone una prova supplementare al fine di verificare la loro capacità di sopportare termicamente ed elettrodinamicamente (senza repulsione dei contatti che provocherebbe la loro usura prematura) la corrente Icw per il tempo di ritardo associato (rif. fig. 5).

Il coordinamento tra interruttori Il termine coordinamento riguarda il comportamento di due apparecchi C1 e C2 posti in serie in una rete di distribuzione, in presenza di un corto- circuito a valle di C2 (rif. fig. 6).

Esso riguarda due concetti:

■l'uno molto noto, la selettività, sempre più desiderata nelle moderne reti di distribuzione bassa tensione,

■l'altra, meno nota (ma riconosciuta dalle norme d'installazione), detta

"filiazione". La filiazione consiste nell'installazione di un interruttore C2, il cui potere di interruzione Icu2 è inferiore alla corrente di corto-circuito trifase ai suoi morsetti Icc2 e che è protetto o "aiutato" dall'interruttore C1 per tutti i valori di corrente compresi tra Icu2 e Icc2 (rif. fig. 7).

I_r I_cs I_cu

corrente di breve durata ammissibile Icw ritardo associato

fig. 5: prove supplementari per gli interruttori di categoria B.

In 2500 A In 2500 A>

valori secondo IEC 947.2

esempio Masterpact M20H2

Icw = 75 kA 1s

Icw 12 In (con 5 kA minimo)

Icw 30 kA 0,05 s valore minimo 0,1 s

0,25 s 0,5 s 1 s

valori preferenziali

∆t

I_cw I

t

ritardo max

∆t

≥

≥

≤

corto-circuito sui morsetti a valle dell'apparecchio

fig. 4: la IEC 947-2 è più vicina alle necessità dell'impianto.

evento di probabilità molto scarsa

corto-circuito a fine linea con arco 2

1

evento di probabilità bassa, ma più elevata che per

IEC 157.1 nuova Norma IEC 947.2

potere di interruzione

prestazione

di attitudine al servizio

nessuna prescrizione 2 poteri di interruzione:

Pdi ciclo P1 (O - CO) Pdi ciclo P2 (O - CO - CO)

potere di interruzione estremo:

Icu ciclo O - CO

prestazione di interruzione di servizio:

Ics ciclo O - CO - CO

+ verifica dell'attitudine all'impiego

1 I c u ≥ I c c t r i f

fig. 6: due interruttori C1 e C2 posti in serie su un circuito.

C1

C2

fig. 10: applicazione della tecnica SELLIM.

Icu2 Icc2 Icu1

zona di selettività C2 apre da solo

C1 (SELLIM) apre momentaneamente C2 apre

I

filiazione

fig. 7: principio della filiazione tra due interruttori; l'interruttore C2, il cui potere dii interruzione Icu è inferiore alla corrente di corto-circuito trifase ai suoi morsetti (Icc2), è protetto o "aiutato" dall'interruttore C1.

Is Icu2 Icc2 Icu1

zona di selettività

C2 apre da solo C1 e C2 aprono

zona di filiazione

I

Il vantaggio principale di questa tecnica deriva dalla possibilità di installare in C2 un interruttore con prestazioni minori, dunque più economico, senza mettere a repentaglio la sicurezza dell'impianto.

Per determinare e garantire il coordinamento tra due interruttori, è necessario effettuare un primo approccio teorico e confermare poi i risultati con qualche prova giudiziosamente scelta.

È così che Merlin Gerin ha sempre operato per determinare le tabelle di selettività e filiazione che sono state recepite dall'allegato A della Norma IEC 947-2.

Approcci o metodi teorici consistono in:

■per la selettività, nel comparare le caratteristiche di limitazione dell'interruttore a valle con le caratteristiche di non intervento dell'interruttore a monte (rif. fig. 8).

Questo metodo è molto preciso e richiede pochissime prove di conferma;

■per la filiazione, nel comparare le caratteristiche di limitazione dell'interruttore a monte con le sollecitazioni massime sopportabili dall'apparecchio a valle (rif. fig. 9).

Questo metodo è molto meno preciso, così in questo caso, la IEC 947-2 richiede che i risultati siano verificati mediante prove più numerose.

Si deve notare infine che la tecnica SELLIM (rif. fig. 10), sviluppata da Merlin Gerin e che associa selettività e filiazione, è ufficialmente riconosciuta dalla Norma IEC 947-2.

È in effetti previsto che nel corso delle prove, i contatti di C1 si possano separare momentaneamente in coincidenza con l'eliminazione del guasto, per poi richiudersi

rapidissimamente dopo l'interruzione della corrente.

fig. 9: determinazione teorica del limite di filiazione tra due interruttori.

curva di limitazione dell'interruttore C1

sollecitazione massima ammissibile dell'interruttore C2

IF limite di filiazione

Y

Icc presunta

In tutti i casi questa verifica deve essere fatta con delle curve (Y) espresse in A .s (sollecitazione termica) e in kA di cresta

2 Icu2

zona di filiazione

Icu1

fig. 8: determinazione teorica del limite di selettività tra due interruttori.

curva di limitazione dell'interruttore

curva di sgancio dell'interruttore

Is

limite di selettività

Y

Icc presunta

A seconda del tipo di sganciatore dell'interruttore C1, Y viene espresso in:

■ A .s (sollecitazione termica) per uno sganciatore magnetotermico,

2

■ kA di cresta per uno sganciatore elettronico

C2

C1

Le prove di tenuta alle onde di tensione ad impulso

Le pubblicazioni IEC 947 prendono in considerazione le regole di

"coordinamento dell'isolamento" e richiedono che vengano eseguite prove di tenuta alle onde di tensione sulle apparecchiature (rif. fig. 12).

Così vengono eseguite per gli interruttori industriali di caratteristiche U_imp= 8 kV le prove indicate nella tabella di fig. 13.

Si noti in questa tabella:

■che il valore Uimp deve essere valevole fino a 2000 m di altitudine, quindi le prove, generalmente effettuate al livello del mare, sono maggiorate del 23%;

Tenuta alle sovratensioni:

"il coordinamento dell'isolamento"

Che cos'è il coordinamento dell'isolamento?

Tutti gli impianti elettrici possono essere interessati da sovratensioni occasionali di origine diversa quali:

■sovratensioni atmosferiche,

■sovratensioni di manovra,

■sovratensioni dovute a un guasto,

■sovratensioni derivanti da un contatto MT/BT,

■ecc.

Lo studio di queste sovratensioni (origine, valore, localizzazione...) e delle regole da applicare per proteggersene è conosciuto con il nome di "coordinamento dell'isolamento".

Nelle reti BT di tipo industriale, la protezione contro le sovratensioni viene considerata come realizzata quando i materiali sopportano senza danneggiamento i due tipi di prove:

■prove dielettriche a 50 Hz, per esempio la tenuta a (2 Ui+ 1000 V)/1 min, che simula il rischio di guasto con impianti a tensione più elevata,

■prove di tenuta a impulsi di tensione (onde 1,2/50µs) di valore Uimp variabili secondo il punto di installazione, che sono rappresentative delle sovratensioni atmosferiche e di manovra.

La prestazione Uimp che deve sostenere l'apparecchiatura è definita dalle norme IEC d'installazione secondo la tabella di figura 11.

fig. 13: prove di tenuta alle onde di tensone ad impulso per gli interruttori industriali;

all'atto delle diverse prove nessuna scarica si deve produrre tra le fasi, tra contatti aperti o tra fase e massa.

applicazione dell'onda di tensione tra le fasi tra monte e valle dell'interruttore aperto tra fasi e massa

valori della tensione ad impulso interruttori

9,8 kV

9,8 kV

int. - sezionatori (rif. § seguente)

12,3 kV

9,8 kV

9,8 kV 9,8 kV 9,8 kV

int. - sezionatori + fronte classe II

12,3 kV

14,7 kV

prove effettuate per Masterpact e Compact Il valore di Uimp deve essere valevole fino a 2000 metri di altitudine, le prove generalmente effettuate al livello del mare, devono essere previste con un valore superiore del 23%

(es.: 9,8 kV per Uimp = 8 kV).

fig. 11: livello presunto delle sovratensioni transitorie (secondo la pubblicazione IEC 38, per un'altitudine fino a 2000 m).

tensione nominale dell'impianto

utilizzazioni

all'origine dell'impianto/QGBT

sui circuiti di distribuzione e terminali

al livello degli utilizzatori

400 / 690 V 8 6 4

230 /400 V 6 4 2.5

livello presunto delle sovratensioni scelte per gli interruttori Merlin Gerin

6 kV = Multi 9

8 kV = Compact e Masterpact

fig. 12: onde di tensione ad impulso per interruttori industriali 1,2 / 50 µs.

9,8 kV kV

50%

1,2 50 µs

■che una prova specifica è richiesta per gli apparecchi il cui fronte è di classe II; questa caratteristica, oltre all'aumento di sicurezza per gli operatori, permette di realizzare apparecchi di classe II lasciando completamente accessibile la leva di comando manuale (rif. fig. 14).

Tutti gli interruttori Compact e

Masterpact hanno un fronte di classe II.

Interruttore-sezionatore

Un interruttore potrà essere dichiarato

"atto al sezionamento" se sarà sottoposto con successo ad una serie di prove descritte nella tabella della figura 15.

Porterà allora, visibile sul fronte, il simbolo di interruttore - sezionatore (rif. figg. 16 e 17).

fig. 16:

a: simbolo dell'interruttore,

b: simbolo dell'interruttore - sezionatore.

a b

a b contenitore

di classe II

fronte di classe II

fig. 14: apparecchiatura di classe II con interruttore con fronte di classe II.

1. Prova per la misura delle correnti di dispersione

È destinata ad assicurare che un interruttore in posizione di "aperto" non lasci passare correnti di dispersione che potrebbero rappresentare un pericolo per l'operatore.

■vengono realizzate quattro prove al 110% della tensione massima di utilizzazione:

■

■apparecchio nuovo, la corrente di dispersione non deve essere superiore a 0,5 mA per polo,

■

■dopo la prova di interruzione ad Ics, la corrente di dispersione non deve essere superiore a 2 mA per polo,

■

■dopo le prove di durata, la corrente di dispersione non deve essere superiore a 6 mA per polo,

■

■dopo la prova di interruzione a Icu, la corrente di dispersione non deve essere superiore a 6 mA per polo;

■ nei due ultimi casi, l'apparecchio è in fin di vita e si può dire che queste prove garantiscono all'utilizzatore che un interruttore-sezionatore non avrà mai delle correnti di dispersione superiori a 6 mA (corrente molto bassa e non pericolosa).

2. Tenuta alle tensioni ad impulso

Questa prova consiste nell'applicare tra ingresso e uscita dell'interruttore in posizione di aperto una tensione ad impulso pari al 125% di quella corrispondente ad un interruttore non atto al

sezionamento.

Così, per un apparecchio dichiarato "atto al sezionamento" e dato con U_imp = 8 kV, la prova di tensione ad impulso a livello del mare tra ingresso e uscita dell'apparecchio aperto sarà realizzata a 12,3 kV invece che a 9,8 kV.

3. Prova di robustezza meccanica

Questa prova spesso identificata come "prova a contatti saldati" consiste nel mantenere chiuso un contatto ed applicare una forza pari a tre volte la forza normale sull'organo di manovra per 10 secondi.

Nel corso della prova, l'indicatore di posizione non deve indicare "aperto" e nessun dispositivo di lucchettaggio deve poter essere messo in posizione.

Sezionamento e protezione differenziale:

due funzioni supplementari ora riconosciute

Già da molti anni, alcuni costruttori, tra cui Merlin Gerin, si sono autoimposti prestazioni e caratteristiche importanti per proporre interruttori atti al

sezionamento. Analogamente negli anni 60 Merlin Gerin è stato il primo costruttore a proporre interruttori differenziali costituiti da un interruttore e da un blocco differenziale che assicurava la protezione delle persone per un difetto di isolamento a valle.

Queste due funzioni sono recepite dalla Norma IEC 947-2.

fig. 17: fronte di un interruttore Compact (Merlin Gerin).

fig. 15: le tre prove di attitudine al sezionamento.

Interruttori differenziali

Numerosi costruttori hanno ripreso la tecnologia Merlin Gerin (rif. fig. 18).

Attualmente l'interruttore differenziale è un apparecchio molto diffuso ma per il quale non esisteva nessuna norma di costruzione e la qualità poteva di conseguenza variare fortemente da un costruttore all'altro.

primo periodo a temperatura

costante

secondo periodo a temperatura

costante

durata (h)

fig. 19: ciclo di prova in caldo umido, ripetuto per 28 giorni consecutivi.

periodo di raffreddamento periodo

di elevazione della temperatura

100

95

90

temperatura in °C Umidità relativa in %

55

25

3 12 14h30 24

0

La Norma IEC 947-2 ha dedicato un allegato (allegato B) a questo tipo di prodotto.

Tra i punti importanti considerati si devono notare le seguenti verifiche:

■non degradazione delle unità di protezione differenziale (blocchi Vigi) dopo l'interruzione a Icu e Ics;

■assenza di sganci intempestivi nei casi di:

■

■sovracorrenti equilibrate,

■

■onde di corrente ad impulso,

■

■onde di tensione ad impulso;

■funzionamento in condizioni ambientali gravose (ciclo di 28 giorni, caldo umido), (rif. fig. 19).

3. Uno standard di prove che aderisce alla realtà

La vita di un interruttore in un impianto elettrico è legata ad un certo numero di eventi successivi tra i quali:

■apertura/chiusura manuale (o a distanza con telecomando elettrico), a vuoto o sotto carico con corrente ≤In;

■sgancio effettuato da bobina di minima tensione o a lancio di corrente,

■sovratensioni impulsive (atmosferiche o di manovra),

■sgancio in sovraccarico,

■sgancio eccezionale su corto-circuito o guasto,

■lucchettaggio in posizione di "aperto"

per intervento sul circuito...

È dunque normale che uno standard di prove concernente degli apparecchi di protezione come gli interruttori, non soltanto garantisca l'insieme delle prestazioni annunciate, ma anche simuli al meglio le sollecitazioni successive alle quali essi possono essere sottoposti in servizio.

È in quest'ottica che le "prove di tipo"

richieste dalla norma IEC 947-2 sono state raggruppate in sequenze e che esse devono essere ripetute su un numero specificato di apparecchi.

fig. 18: Vigicompact, interruttore differenziale industriale (Merlin Gerin).

sequenze tipo di interruttore prove da realizzare successivamente prove supplementari

di prova sullo stesso interruttore per interruttori dichiarati

cat. A cat. B atti al sezionamento

Icw Icw Icw

< Ics = Ics = Ics

= Icu

sequenza 1 1. verifica delle soglie di sgancio 1. idem

caratteristiche X X X X 2. proprietà dielettriche 2. proprietà dielettriche

generali prova U_imp tra le fasi idem

di funzionamento prova U_imp tra fasi e massa idem

prova U_imp tra entrata e uscita U_imp + 25 % tra entrata/uscita + prova della corrente di fuga (< 0,5 mA per polo a 110 % Ue)

3. durata meccanica 3. idem

4. durata elettrica 4. idem

5. funzionamento in sovraccarico a 6 In 5. idem

6. tenuta dielettrica a 2 Ui (50 Hz - 1 min) 6. idem

+ prova della corrente di fuga (< 6 mA per polo a 110 % Ue)

7. riscaldamento a In 7. idem

8. verifica di non deterioramento degli sganciatori di sovraccarico 8. idem

sequenza 2 1. tre interruzioni successive 1. idem

prestazioni X X della corrente Ics secondo il ciclo O - 3 min - CO - 3 min - CO

di interruzione 2. tenuta dielettrica a 2 Ui (50 Hz - 1 min) 2. idem

di servizio Ics + prova della corrente di fuga

(≤ 2 mA per polo a 110 % Ue)

3. riscaldamento a In 3. idem

4. verifica di non deterioramento degli sganciatori di sovraccarico 4. idem

sequenza 3 1. verifica degli sganciatori di sovraccarico a 2 Ir 1. idem

potere di X X X 2. due interruzioni successive della corrente Icu secondo il ciclo 2. idem

interruzione (1) (1) (1) O - 3 min - CO

estremo Icu 3. tenuta dielettrica a 2 Ui (50 Hz - 1 min) 3. idem

+ prova della corrente di fuga (≤ 6 mA per polo a 110 % Ue) 4. verifica di non deterioramento degli sganciatori di sovraccarico 4. idem

sequenza 4 1. verifica degli sganciatori di sovraccarico a 2 Ir 1. idem

corrente X 2. prova di tenuta dell'apparecchio alla corrente di breve durata 2. idem di breve durata ammissibile per il tempo indicato dal costruttore

ammissibile 3. riscaldamento a In 3. idem

Icw 4. due interruzioni successive alla massima tensione prevista 4. idem

per la corrente Icw secondo il ciclo O - 3 min - CO

5. tenuta dielettrica a 2 Ui (50 Hz - 1 min) 5. idem 6. verifica di non deterioramento degli sganciatori di sovraccarico 6. idem

sequenze X X 1. verifica degli sganciatori di sovraccarico 2 Ir 1. idem

di prove 2. prova di tenuta dell'apparecchio alla corrente di breve durata 2. idem

combinate ammissibile per il tempo indicato dal costruttore

3. tre interruzioni successive della corrente Ics secondo il ciclo 3. idem O - 3 min -CO - 3 min - CO

4. tenuta dielettrica a 2 Ui (50 Hz - 1 min) 4. idem

+ prova della corrente di fuga (≤ 2 mA per polo a 110 % Ue)

5. riscaldamento a In 5. idem

6. verifica di non deterioramento degli sganciatori di sovraccarico 6. idem

(1) Se Icu = Ics questa sequenza non è necessaria.

fig. 20: prove raggruppate in sequenze in accordo alla Norma IEC 947-2.

Un'ampia campionatura di interruttori provati

Al fine di verificare tutte le possibilità dichiarate, le sequenze precedenti sono ripetute su più interruttori dello stesso tipo ma aventi configurazioni diverse (rif. fig. 21):

■in tripolare e quadripolare,

■equipaggiati con sganciatori diversi,

■con diverse tensioni,

■con delle regolazioni diverse,

■con alimentazione da monte e da valle se l'interruttore ne è dichiarato atto,

■ senza e con protezione differenziale se questa è prevista.. ecc.

Prove raggruppate in sequenze

Con la Norma IEC 157-1 ciascuna prova veniva effettuata su un apparecchio nuovo.

Ora, con la Norma IEC 947-2, lo stesso apparecchio viene sottoposto ad una serie di prove cumulative raggruppate in sequenze.

Cinque sequenze sono così definite e ciascun tipo di interruttore deve essere sottoposto secondo le sue

caratteristiche a due, tre o quattro di queste sequenze (vedere tabella fig. 20).

Una delle più significative è senza dubbio la sequenza 1:

essa illustra bene le sollecitazioni che subiscono gli apparecchi così provati.

In questo modo i rapporti di prova coprono l'insieme delle prestazioni dichiarate e garantiscono all'utilizzatore che l'apparecchio assolverà

correttamente la sua funzione, quali che siano:

■le caratteristiche della rete,

■l'accessoriamento dell'interruttore,

■le regolazioni effettuate.

Sequenza del potere di interruzione estremo Icu

Applicata ad un interruttore, per esempio al Compact C250, essa deve essere ripetuta su sei apparecchi:

■campione 1: prova ad Icu con Ue massima: 690 V su un apparecchio equipaggiato con lo sganciatore del minor calibro D160 regolato al minimo, cioè a 112 A. Alimentazione da monte,

■campione 2: prova ad Icu con Ue minima: 230 V su un apparecchio equipaggiato con lo sganciatore del massimo calibro D250 regolato al massimo, cioè a 250 A. Alimentazione da valle,

■campione 3: prova ad Icu con Ue intermedia: 415 V su un apparecchio equipaggiato con lo sganciatore del minor calibro D160 regolato al minimo, cioè a 112 A. Alimentazione da valle,

■campioni 4, 5, 6: come per i campioni 1,2,3 ma con un dispositivo di protezione a corrente differenziale residua (blocco Vigi).

fig. 21: esempio di sequenza definita dalla Norma IEC 947-2.

4. Conseguenze pratiche per il progettista di impianti

I criteri fondamentali di scelta di un interruttore rimangono invariati

Per definire l'interruttore da installare a protezione di una partenza in un impianto elettrico bisogna conoscere fondamentalmente due parametri:

■la corrente da distribuire I_B,

■il valore della corrente di corto- circuito trifase (Icc presunta) all'origine della conduttura.

La scelta di un interruttore viene effettuata come sempre comparando la sua corrente di regolazione In con la I_B ed il suo potere di interruzione Icu con la Icc presunta (rif. fig. 22).

Queste due comparazioni o regole di base si ritrovano nella Norma d'installazione CEI 64-8 e rimangono invariate.

Utilità del "potere di

interruzione di servizio" Ics

Un corto-circuito di valore uguale a Icc presunta è estremamente raro, praticamente è impossibile che avvenga.

È per questa ragione che la Norma IEC 947-2 ha definito la nuova prestazione Ics, potere di interruzione di servizio (rif. capitolo 2), che traduce l'attitudine di un apparecchio a

rimanere in servizio normalmente dopo l'interruzione di un corto-circuito di valore "probabile".

Sebbene non sia ancora presente nessuna regola corrispondente all'utilizzazione della prestazione Ics nelle norme d'installazione (IEC 364 o CEI 64-8), è importante e prudente, per beneficiare di una continuità di servizio ottimale, la scelta di un apparecchio la cui prestazione Ics risulti:

Ics ≥ Icc probabile.

a) interruttori di elevata corrente nominale (Masterpact):

Questi apparecchi sono generalmente installati sugli arrivi dei quadri principali, per congiuntori... ecc.

Ne risulta che la loro zona di protezione tipica è spesso limitata allo stesso quadro.

In queste condizioni, le correnti di corto-circuito probabili saranno poco attenuate rispetto al valore teorico della Icc presunta; è dunque importante la scelta di apparecchi la cui

prestazione Ics è prossima o uguale a Icu.

Tutta la gamma Masterpact ha in questa logica una Ics = 100 % Icu.

b) interruttori di corrente nominale inferiore (Compact):

Questi apparecchi, generalmente installati sulle partenze, proteggono cavi di collegamento tra quadri o tra quadri ed apparecchi utilizzatori.

fig. 22: parametri base per la scelta di un interruttore per la protezione di una partenza.

corrente da distribuire IB

Icc presunta

In I B

Icu Icc presunta

Imperativi caratteristiche della rete caratteristiche con un trasformatore da 400 kVA del C630N

Icu > Icc presunta Icc presunta = 14,5 kA Icu = 35 kA

Ics > Icc probabile Icc probabile = 14 kA Ics = 50 % Icu

= 17,5 kA

figura 23: è possibile installare un interruttore Compact C630N sull'arrivo di un quadro a valle di un trasformatore da 400 kVA.

In questo caso, i corto-circuiti probabili sono fortemente attenuati poiché, quando si presentano, sono quasi sempre monofasi o bifasi e situati all'estremità delle condutture protette.

Il loro valore può essere stimato all'intorno all'80% della Icc bifase calcolata alla fine della conduttura.

Diversi calcoli (rif. allegato 2) indicano che la corrente di corto-circuito probabile è:

■generalmente inferiore al 25% della Icc presunta all'origine della conduttura,

■e nella quasi totalità dei casi inferiore al 50% della stessa Icc presunta.

Pur senza avere una regola impiantistica dalle norme, utilizzare per la protezione di partenze degli interruttori aventi Ics uguale al 25% o meglio al 50% della Icc presunta è una saggia precauzione per la longevità degli impianti.

Tutti gli apparecchi della gamma Compact offrono questa possibilità, con un potere di interruzione di servizio almeno uguale al 50% di Icu.

Nota: impiego di un apparecchio Compact su un arrivo

Come spiegato nel paragrafo

precedente, le correnti di corto-circuito probabili sono in questo caso poco attenuate rispetto al valore teorico della Icc presunta.

Per contro il valore della Icc presunta è basso, essendo legato alla potenza di corto-circuito del trasformatore di alimentazione.

Ad esempio, è possibile installare un interruttore Compact C630N sull'arrivo di un quadro a valle di un trasformatore da 400 kVA, secondo la tabella di figura 23.

Generalizzando, gli interruttori Compact aventi potere di interruzione di servizio uguale al 50% di Icu, possono essere impiegati in tutta sicurezza come interruttori di arrivo a valle di un trasformatore.

Due apparecchi in uno:

l'interruttore-sezionatore

Tra le qualità richieste ad un impianto elettrico, una riveste un'importanza notevole per l'utilizzatore.

Si tratta della possibilità di poter intervenire in sicurezza pur mettendo fuori servizio la minima parte di impianto; in pratica sezionando e bloccando in questa posizione le apparecchiature mediante chiavi o lucchetti.

La soluzione più flessibile è quella di poter disporre di dispositivi di sezionamento e blocco a tutti i livelli della distribuzione.

Ciò è attualmente possibile senza difficoltà con gli interruttori-sezionatori identificati con il simbolo:

Tutti gli interruttori Compact

e Masterpact costruiti da Merlin Gerin sono degli interruttori-sezionatori interbloccabili mediante serrature (rif. fig. 24) e/o lucchettabili (rif. fig. 25).

fig. 24: dispositivo di blocco a chiave su interruttore Masterpact (Merlin Gerin).

push to reset

I

I1I2I3 90%

50%

20%

STR 58 UE

0.63

Io Ir

0.8

0.51

xIn 90 105

%Ir .88

.9.92.95

.98 1 .8 .85 xIo

Im tm

3

456

8 10 1.5 2 xIo

.3 .4.3

.1 .1 .2 on I2t off

.2

0

Ir fault tr Im fault

tm

I

fault Ih th

t i

test + S –

– T + T

F

Ih th

400 500600

800 1000 1200 250 320 A

.3.4.4 .2 .1 .2 on I2t off

.3 .1

I

off 2xIn Ir : Im : th :

I

IGLI G L LG LIG

off reset V

tr 60 120240

480 15 30 at 1,5Ir

4 6 812

17 22

Ic1 Ic2

.86 .9.93.95

.98 1 .8 .85 .7

.8.85

.95 .5 .6 xIr

.9

1 R

xIr

test O push OFF

connected test disconnected

O OFF discharged

I push ON

MERLIN GERIN M32 H1 masterpact

IEC 947-2

00000 Ui Ue Icu Ics Icw 1000V 380/440V 100kA 100kA 75kA 1s 50/60Hz 480/690V 85kA 85kA

Un'assicurazione globale:

la conformità alla Norma IEC 947-2

La conformità di un interruttore alla Norma IEC 947-2, o alle norme nazionali che sono da essa derivate, costituisce per il progettista la migliore garanzia di qualità e di non degrado nel tempo degli impianti elettrici di bassa tensione.

Questa garanzia è il risultato, non soltanto del riconoscimento da parte dei normalizzatori del progresso tecnologico raggiunto dai grandi costruttori principali, ma anche di uno standard di prove molto completo e molto vicino alle condizioni reali di esercizio.

fig. 26: frontespizio tipico di rapporto di prova.

Allegato 1

Definizioni e simboli diversi

simbolo di interruttore

simbolo di interruttore-sezionatore

Cat A: categoria di interruttori ad apertura non ritardata in condizioni di corto-circuito,

Cat B: categoria di interruttori ad apertura ritardabile in condizioni di corto-circuito ≤Icw,

∆

Allegato 2

Calcolo di una Icc probabile a valle di un interruttore installato su una partenza

AAAAAAAAAA

5

Formule : R mΩ X mΩ

Icc presunta = 50 kA/cosϕ = 0,2

➩

4,7 cavo da 240 mm², l = 50 m

➩

Totali 5,62 9,5

Icc probabile Z_T = 11,03

400 V - 50 kA

Compact C400H Icu = 50 kA Ics : 50%, cioé 25 kA

Icc probabile < 14,4 kA 50 m di cavo unipolare da 240 mm ²

R_C=22,5⋅ 50

240=4,7 mΩ X_C=0,1⋅50=5 mΩ

<0,8⋅ 400

2⋅11,03=14,4 kA

Definizioni relative alle correnti Icm: potere di chiusura nominale in corto-circuito,

Ics: potere di interruzione nominale di servizio,

Icu: potere di interruzione nominale estremo,

Icw: corrente di breve durata ammissibile nominale,

I

∆

In: corrente nominale = valore massimo della corrente da utilizzare per le prove di riscaldamento (per esempio, per un interruttore Compact C250: In = 250 A).

Is: corrente limite di selettività.

Definizione e simboli introdotti dalla Norma IEC 947-2

Definizioni relative alle tensioni Ue: tensione (i) nominale (i) di servizio.

Ui: tensione nominale di isolamento, (≥ Ue max).

Uimp: tensione nominale di tenuta ad impulso.

Z a monte= 400

3⋅50=4,6 mΩ

Allegato 3

Principali differenze tra le norme IEC 157-1 e IEC 947-2

IEC 157-1 Nuova Norma IEC 947-1/2 Commenti

potere di interruzione ciclo P1 Potere di interruzione estremo Icu Equivalente (sequenza 3)

potere di interruzione ciclo P2 Caratteristica di interruzione di servizio Ics Obbligatorio su tutti gli apparecchi e più

(sequenza 2) severo del ciclo P2 della Norma

IEC 157-1, poiché viene fatto seguire da una serie di prove di verifica (dopo l'interruzione);

Ogni prova viene effettuata su un Le prove sono raggruppate in sequenze Molto più efficace in conseguenza

apparecchio nuovo (funzionamento, dell'accumulo di prove su uno stesso

durate, sovraccarichi, apparecchio quindi molto più vicina

potere di interruzione) alle reali condizioni di esercizio

Verifica (3 poli caricati) dei due asintoti: Verifica (3 poli caricati) dei due asintoti: con:

Inf = 1,05 Ir Inf= 1,05 Ir

If = 1,35 Ir (≤ 63 A) If = 1,30 Ir t = 1 h (≤ 63 A)

o o

If = 1,25 Ir (> 63 A) t = 2 h (> 63 A)

Nessun'altra verifica degli sganciatori Verifica dello sgancio: Maggiore sicurezza di funzionamento

di sovraccarico ■ polo per polo (sequenze 3.4.5) ; degli sganciatori

■ tutti i poli caricati (sequenza 2).

Niente Definizione delle prove di attitudine L'interruttore-sezionatore è riconosciuto al sezionamento con il simbolo associato: dalle norme d'installazione per

assicurare la funzione di sezionamento

Niente Prove con onde di tensione ad impulso Permette il coordinamento

Caratteristica Uimp dell'isolamento degli impianti

Coordinamento tra interruttore e Comporta un annesso coordinamento Presa in considerazione di 2 interruttori

fusibile soltanto in serie

Niente Un allegato è dedicato agli interruttori È la normalizzazione degli interruttori equipaggiati con un dispositivo di differenziali industriali

protezione differenziale

IrInfIf I t

Allegato 4

La Norma IEC 898 per gli interruttori domestici

Gli interruttori industriali rispondenti alla Norma IEC 947-2 vengono scelti, installati ed utilizzati da personale esperto ("addestrato").

Questo non sempre avviene con gli interruttori della distribuzione terminale, particolarmente per quanto concerne la loro utilizzazione nel campo domestico (utenti "non addestrati") al quale è dedicata la Norma IEC 898.

Gli interruttori "IEC 898" che fanno parte della cosiddetta "apparecchiatura per uso domestico e similare" sono più semplici da mettere in opera (per esempio non hanno soglie regolabili) in modo da garantire un alto livello di sicurezza.

La loro utilizzazione anche in ambito industriale richiede che essi rispondano anche ai requisiti della Norma

IEC 947-2.

La Norma IEC 898 è datata 1987.

Essa è stata convertita in Norma europea a metà 1990 e

successivamente nei paesi membri del CENELEC in Norma nazionale, armonizzata con la Norma europea EN 60.898 (in Italia costituisce la Norma CEI 23-3).

Ci sono alcune differenze significative tra la Norma IEC 947-2 e la Norma EN 60.898.

È interessante conoscerle poiché i piccoli interruttori sono frequentemente utilizzati nella distribuzione terminale industriale.

IEC 947-2 EN 60.898 tensione Un (V) < 1000 < 440 corrente (1) In ≤ 125 A sganciatore da 1,05 da 1,13 termico a 1,3 In a 1,45 In sganciatore (2) "curve

magnetico B-C-D"

potere di Icu Icn (3)

interruzione

prestazione Ics Ics (3)

di servizio

sezionamento si allo studio manifestazioni perimetro prova (4) esterne di sicurezza di non

da rispettare proiezione (1)

■ La Norma IEC 947-2 non prevede alcun limite superiore o inferiore.

Gli interruttori "947-2" sono usati nel campo "da qualche ampère a qualche migliaio di ampère",

■ la Norma EN 60.898 ha sostituito il concetto di calibro con quello di corrente nominale (In) ed ha esteso il campo dei valori di corrente fino a 125 A con i seguenti valori di corrente nominale normalizzati:

6, 10,13,16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 100 e 125 A.

(2)

■ La Norma IEC 947-2 non fissa un campo di funzionamento e lascia che sia il costruttore a definire la soglia di sgancio magnetico che deve poi avvenire con tolleranza del ± 20%.

Per gli interruttori Compact Merlin Gerin con corrente superiore a 250 A le soglie magnetiche sono:

■

■tipo G regolabile da 2 a 5 Irth,

■

■tipo D regolabile da 5 a 10 Irth,

■

■tipo MA regolabile da 6,3 a 12,5 Irth.

■ La Norma EN 60.898 modifica le vecchie curve (L, U, D) ed introduce le nuove:

■

■curva B: da 3 a 5 In (era da 2,6 a 3,85 In per la L),

■

■curva C: da 5 a 10 In (era da 3,85 a 8,8 per la U),

■

■curva D: da 10 a 20 In (era da 10 a 14 per la D ed MA).

(3)

■ La Norma IEC 947-2 prevede un

"potere di interruzione estremo"

corrispondente ad una prova O-CO ed un "potere di interruzione di servizio"

il cui valore, percentuale di Icu, è fissato dal costruttore e corrisponde ad un prova O-CO-CO

(rif. tabella 1 della fig. 4).

■ la Norma EN 60.898 prevede un potere di interruzione estremo Icn corrispondente ad una prova O-CO ed una prestazione di servizio il cui valore, percentuale di Icn, è fissato dalla norma e corrisponde ad una prova O-CO-CO per:

■

■Icn ≤ 6 kA Ics = Icn

■

■6 kA < Icn ≤ 10 kA Ics = 0,75 Icn (min 6 kA)

■

■Icn > 10 kA Ics = 0,5 Icn (min 7,5 kA) D'altra parte questa norma limita il suo campo di applicazione agli interruttori aventi Pdi ≤ 25 kA; corrente di corto- circuito che ha poche probabilità di verificarsi in un'installazione domestica o similare (terziario).

(4)

La Norma EN 60.898 prevede una prova destinata a verificare l'assenza di proiezioni di materiale verso il fronte (pericolo per la pelle e per gli occhi).

Le eventuali proiezioni sono messe in evidenza da un film di polietilene.

La Norma prevede anche una prova per verificare che non ci siano proiezioni sufficienti per provocare l'innesco di scariche nella zona di sfogo dell'arco.

In ragione dell’evoluzione delle Norme e dei materiali, le caratteristiche riportate nei testi e nelle illustrazioni del presente documento si potranno ritenere impegnative solo dopo conferma da parte di Schneider Electric.

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