Introduzione
l calcolo della sovratemperatura nei quadri elettrici secondo CEI EN 61439-1 è uno degli aspetti fondamentali per garantire la sicurezza, l’affidabilità e la conformità normativa dei sistemi in bassa tensione. Una corretta valutazione termica del quadro permette infatti di prevenire surriscaldamenti, degrado degli isolanti e malfunzionamenti dei componenti, assicurando il rispetto dei limiti imposti dalla normativa vigente.
Un eccessivo innalzamento della temperatura interna può infatti provocare:
- invecchiamento accelerato degli isolanti;
- interventi intempestivi delle protezioni;
- riduzione della vita La utile dei componenti;
- deformazioni meccaniche;
- rischio di incendio nei casi più critici.
Per questo motivo la norma CEI EN 61439-1 richiede la verifica della tenuta al riscaldamento dei quadri elettrici.
Sebbene la prova di laboratorio resti il metodo più completo e affidabile, la normativa consente, entro precisi limiti applicativi, anche la verifica mediante calcolo analitico, utilizzando modelli termici derivati dalla IEC/TR 60890 e dai dati forniti dai costruttori originali dei componenti e delle carpenterie.
Approfondimento: Quadri elettrici: guida completa a tipologie, componenti, funzionamento, normativa e progettazione
I metodi di verifica previsti dalla norma
La CEI EN 61439-1 prevede tre modalità alternative per dimostrare la conformità termica del quadro.
Prove di laboratorio
Rappresentano il metodo più completo e accurato. Il quadro viene sottoposto a prove reali di sovratemperatura in condizioni controllate.
Questo approccio è generalmente necessario per:
- quadri ad alta corrente;
- configurazioni particolarmente complesse;
- sistemi con elevata densità di potenza;
- applicazioni speciali.
Derivazione da un progetto verificato
La conformità può essere ottenuta anche per confronto con un quadro già testato, purché:
- geometria;
- disposizione interna;
- potenze dissipate;
- ventilazione;
- tipologia dei componenti
rimangano equivalenti al progetto originale verificato.
Verifica mediante calcolo
La norma consente l’utilizzo di metodi analitici semplificati per stimare la sovratemperatura interna del quadro.
L’applicabilità del calcolo dipende però da precise condizioni tecniche e dai limiti di corrente stabiliti dalla normativa.
Quando è ammesso il calcolo analitico
Quadri fino a 630 A
Per quadri semplici a singolo involucro può essere utilizzato il metodo delle potenze dissipate, purché:
- il costruttore della carpenteria abbia fornito dati termici validati;
- sia garantita la ventilazione naturale;
- i componenti non ostacolino la circolazione dell’aria;
- la potenza dissipata totale resti entro i limiti dichiarati per l’involucro.
Quadri fino a 1600 A
Per quadri multicella o più complessi è possibile utilizzare gli algoritmi derivati dalla IEC/TR 60890 (CEI 17-43), che consentono di stimare:
- la temperatura interna dell’aria;
- la distribuzione termica;
- la temperatura nella parte superiore del quadro.
Oltre 1600 A
Per correnti nominali superiori a 1600 A la verifica mediante semplice calcolo analitico non è generalmente ammessa.
In questi casi è normalmente necessario ricorrere:
- a prove di laboratorio;
oppure - alla derivazione da un sistema già verificato.
Il principio del declassamento termico
Quando si utilizza la verifica mediante calcolo, è spesso necessario adottare criteri cautelativi per compensare le approssimazioni inevitabili dei modelli teorici.
Uno dei criteri più utilizzati consiste nel limitare la corrente effettiva di utilizzo dei componenti rispetto alla loro corrente nominale dichiarata in aria libera.
La relazione tipica utilizzata è:
I_{utilizzo}=0.8\cdot I_n
Dove:
- ( I_n ) è la corrente nominale del componente;
- ( I_{utilizzo} ) è la corrente massima considerata nel calcolo termico.
Esempio:
Un interruttore con corrente nominale pari a 100 A viene considerato, nel modello termico, con una corrente continuativa massima di 80 A.
Tuttavia, il coefficiente di declassamento effettivo dipende:
- dal tipo di apparecchiatura;
- dalla configurazione del quadro;
- dalle indicazioni del costruttore;
- dal metodo di verifica utilizzato.
Dimensionamento dei conduttori
I conduttori interni devono essere dimensionati tenendo conto:
- della corrente nominale del circuito;
- della temperatura ambiente interna;
- delle condizioni di posa;
- della sovratemperatura prevista.
Nelle verifiche analitiche è frequente adottare un margine cautelativo che porta a dimensionare sbarre e cavi per correnti superiori rispetto alla corrente di esercizio reale.
Limiti di sovratemperatura
La verifica termica ha lo scopo di dimostrare che i vari elementi del quadro non superino i limiti di temperatura ammessi dalla norma e dai costruttori.
Tra i principali limiti troviamo:
| Elemento | Sovratemperatura tipica ammessa |
| Terminali per conduttori esterni | 70 K |
| Organi di comando manuali metallici | 30 K |
| Organi di comando manuali isolanti | 40 K |
| Superfici esterne accessibili | 40 K |
Per sbarre e connessioni interne i limiti dipendono:
- dal materiale;
- dal tipo di isolamento;
- dal trattamento superficiale;
- dalla tecnologia costruttiva.
Temperatura dell’aria e temperatura dei componenti
È importante distinguere:
- la temperatura interna dell’aria;
- la temperatura reale dei componenti;
- la temperatura dei morsetti;
- gli hotspot locali.
La IEC/TR 60890 consente principalmente di stimare la temperatura dell’aria interna del quadro.
La conformità finale richiede però che anche:
- interruttori;
- connessioni;
- sbarre;
- morsetti;
- conduttori
rimangano entro i limiti termici previsti dai rispettivi costruttori.
Una temperatura dell’aria accettabile non garantisce automaticamente la conformità dell’intero sistema.
Procedura operativa di verifica
Una corretta verifica termica richiede normalmente i seguenti passaggi:
- Raccolta dei dati tecnici dei componenti;
- Definizione delle correnti effettive di esercizio;
- Applicazione dei coefficienti di contemporaneità;
- Calcolo delle potenze dissipate;
- Somma della potenza totale interna;
- Verifica della capacità dissipativa dell’involucro;
- Controllo dei limiti di sovratemperatura.
Il fattore di contemporaneità (RDF)
Il Rated Diversity Factor (RDF) rappresenta un parametro fondamentale nella progettazione dei quadri.
Consente di considerare che non tutti i circuiti lavorano contemporaneamente alla massima corrente.
Un corretto utilizzo dell’RDF permette:
- stime termiche più realistiche;
- migliore ottimizzazione degli spazi;
- riduzione dei sovradimensionamenti inutili.
Quando è necessaria la ventilazione forzata
Se la potenza dissipata interna supera la capacità naturale di smaltimento del quadro, può essere necessario installare:
- ventilatori;
- scambiatori aria/aria;
- condizionatori;
- sistemi di climatizzazione dedicati.
La scelta dipende:
- dalla temperatura ambiente;
- dal grado IP richiesto;
- dalla continuità di servizio;
- dalla densità di potenza installata.
Responsabilità del costruttore finale
La CEI EN 61439-1 distingue chiaramente i ruoli tra:
Costruttore originale
Fornisce:
- dati di dissipazione;
- tabelle termiche;
- prove di riferimento;
- software validati;
- istruzioni di montaggio.
Costruttore finale del quadro
Resta il responsabile del prodotto immesso sul mercato e deve:
- verificare la conformità del progetto;
- eseguire le verifiche individuali;
- redigere la documentazione tecnica;
- apporre la marcatura CE;
- garantire la conformità complessiva del sistema.
Conclusioni
La verifica della sovratemperatura non rappresenta soltanto un obbligo normativo, ma costituisce uno degli aspetti fondamentali per la sicurezza e l’affidabilità di un quadro elettrico.
L’utilizzo del calcolo analitico può semplificare significativamente il processo di progettazione, ma richiede:
- corretta interpretazione normativa;
- utilizzo di dati certificati;
- conoscenza delle limitazioni dei modelli teorici;
- valutazione critica dei risultati ottenuti.
Per applicazioni complesse o ad alta potenza, le prove sperimentali restano il metodo più affidabile per validare il comportamento termico del sistema.
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