Come Dimensionare le Sbarre di Rame nei Quadri Elettrici

Introduzione

Le sbarre di rame rappresentano il cuore della distribuzione dell’energia all’interno di un quadro elettrico. Da esse dipendono la corretta alimentazione dei circuiti, la continuità di servizio e, soprattutto, la sicurezza dell’intero impianto.

Un dimensionamento errato può provocare surriscaldamenti, elevate cadute di tensione, sollecitazioni elettrodinamiche durante un cortocircuito e una riduzione della vita utile dei componenti installati nel quadro. Al contrario, scegliere sbarre eccessivamente sovradimensionate comporta un aumento dei costi e dell’ingombro senza reali benefici tecnici.

Per individuare la sezione più adatta non è sufficiente conoscere la corrente assorbita dal carico. È necessario considerare numerosi fattori, tra cui la temperatura ambiente, la disposizione delle barre, la ventilazione del quadro, il livello di corrente di cortocircuito e le prescrizioni previste dalla normativa tecnica.

In questa guida analizzeremo passo dopo passo tutti gli aspetti che influenzano il dimensionamento delle sbarre di rame nei quadri elettrici in bassa tensione, illustrando i criteri di scelta, le formule di calcolo, gli esempi pratici e gli errori più comuni da evitare.

Approfondimento: Quadri elettrici: guida completa a tipologie, componenti, funzionamento, normativa e progettazione

Cos’è una sbarra di rame

Una sbarra di rame è un conduttore rigido, generalmente di forma rettangolare, utilizzato per distribuire elevate correnti elettriche all’interno dei quadri di bassa tensione. Rispetto ai tradizionali cavi, offre una minore resistenza elettrica, una migliore dissipazione del calore e una maggiore robustezza meccanica.

Le sbarre costituiscono la dorsale di distribuzione del quadro elettrico. Collegano l’interruttore generale ai dispositivi di protezione e di manovra, alimentano le partenze verso i vari circuiti e consentono di realizzare collegamenti ordinati, affidabili e facilmente ispezionabili.

Le configurazioni più diffuse prevedono sbarre installate in posizione orizzontale o verticale, supportate da appositi isolatori e distanziate tra loro in funzione della tensione nominale e della corrente di cortocircuito prevista.

Il rame è il materiale più impiegato grazie alla sua elevata conducibilità elettrica, all’ottima resistenza meccanica e alla buona capacità di dissipare il calore. In alcune applicazioni industriali vengono utilizzate anche sbarre in alluminio, ma il rame rimane la scelta di riferimento per la maggior parte dei quadri BT destinati ad applicazioni civili e industriali.

La scelta delle dimensioni della sbarra non dipende solamente dalla corrente che deve trasportare. Occorre infatti verificare che il sistema sia in grado di sopportare le condizioni di esercizio previste, limitando le sovratemperature e resistendo alle sollecitazioni generate durante un eventuale cortocircuito, come richiesto dalla serie normativa CEI EN 61439.

Quali dati servono per il dimensionamento

Prima di eseguire qualsiasi calcolo è indispensabile raccogliere tutti i dati di progetto. Un dimensionamento accurato nasce infatti dalla valutazione combinata di più parametri e non dalla sola corrente nominale dell’impianto.

Corrente nominale del quadro

Il primo dato da conoscere è la corrente che le sbarre dovranno trasportare in servizio continuo. Questo valore costituisce il punto di partenza per determinare la sezione minima del conduttore.

Corrente di cortocircuito

Le sbarre devono resistere anche alle elevate sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche che si sviluppano durante un guasto. Per questo motivo è necessario conoscere la corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione del quadro.

Temperatura ambiente

La capacità di smaltire il calore varia sensibilmente in funzione della temperatura dell’ambiente di installazione. Un quadro installato in un locale tecnico climatizzato avrà condizioni di esercizio molto diverse rispetto a uno installato all’esterno o in prossimità di sorgenti di calore.

Temperatura interna del quadro

Oltre alla temperatura ambiente è importante valutare l’aumento di temperatura dovuto alle perdite generate dagli interruttori, dagli alimentatori, dagli inverter e dagli altri componenti presenti nel quadro. Una temperatura interna elevata riduce la portata effettiva delle sbarre.

Materiale e dimensioni della sbarra

Il progettista deve definire il materiale conduttore (rame o alluminio), la larghezza, lo spessore e l’eventuale utilizzo di più sbarre in parallelo. Questi elementi influenzano sia la portata sia la dissipazione del calore.

Disposizione delle sbarre

L’orientamento, la distanza reciproca e il sistema di fissaggio incidono sulla ventilazione naturale e sulle forze elettrodinamiche sviluppate durante un cortocircuito. Anche questi aspetti devono essere considerati già nelle fasi iniziali del progetto.

Tipo di installazione

Un quadro aperto, ventilato o segregato presenta condizioni di raffreddamento differenti. Il grado di protezione IP e la configurazione dell’involucro possono modificare sensibilmente la temperatura interna e, di conseguenza, la corrente ammissibile delle sbarre.

Normativa di riferimento

Il dimensionamento deve sempre essere verificato nel rispetto delle prescrizioni applicabili ai quadri di bassa tensione. Oltre alla scelta della sezione, il progetto deve garantire il rispetto dei limiti di sovratemperatura, della tenuta al cortocircuito e delle altre verifiche previste dalla serie CEI EN 61439. Nei prossimi capitoli vedremo come ciascuno di questi fattori influisce sul calcolo della sezione e sulla scelta delle dimensioni commerciali più adatte.

Proprietà elettriche del rame

Il rame è il materiale più utilizzato per la realizzazione delle sbarre nei quadri elettrici grazie all’eccellente equilibrio tra conducibilità elettrica, resistenza meccanica e capacità di dissipare il calore. Queste caratteristiche consentono di trasportare correnti elevate mantenendo contenute le perdite di energia e limitando il surriscaldamento del sistema.

Dal punto di vista elettrico, il rame possiede una resistività molto bassa, caratteristica che riduce le perdite per effetto Joule e la caduta di tensione lungo il percorso della corrente. Per questo motivo, a parità di corrente trasportata, una sbarra in rame richiede generalmente una sezione inferiore rispetto a una realizzata in alluminio.

Dal punto di vista meccanico, il rame offre una buona resistenza alle deformazioni e sopporta efficacemente le elevate sollecitazioni elettrodinamiche generate durante un cortocircuito. Questa proprietà contribuisce ad aumentare l’affidabilità del quadro elettrico e a ridurre il rischio di cedimenti strutturali.

Anche la conducibilità termica rappresenta un importante vantaggio. Il rame disperde rapidamente il calore prodotto dal passaggio della corrente, favorendo il raffreddamento naturale delle sbarre e contribuendo a mantenere la temperatura entro i limiti previsti dalla normativa.

La tabella seguente riassume le principali proprietà fisiche ed elettriche del rame utilizzato nelle applicazioni elettrotecniche.

Proprietà	Valore indicativo
Resistività elettrica a 20 °C	0,0178 Ω·mm²/m
Conducibilità elettrica	Circa 56 MS/m (≈100% IACS)
Conducibilità termica	Circa 390 W/m·K
Densità	8,96 g/cm³
Temperatura di fusione	1.083 °C
Coefficiente di dilatazione lineare	16,5 × 10⁻⁶ 1/°C

Questi valori spiegano perché il rame rappresenti ancora oggi il materiale di riferimento nella costruzione dei sistemi di distribuzione in bassa tensione. Le verifiche richieste per i quadri elettrici dalla serie CEI EN 61439, come il controllo delle sovratemperature e la resistenza al cortocircuito, sono infatti strettamente influenzate dalle proprietà del materiale conduttore.

È importante ricordare che le caratteristiche riportate in tabella rappresentano valori di riferimento. Durante il funzionamento reale entrano in gioco numerosi fattori, come la temperatura di esercizio, la disposizione delle sbarre, la ventilazione del quadro e la contemporaneità dei carichi, che possono modificare la corrente effettivamente trasportabile.

Come si calcola la sezione delle sbarre

Il dimensionamento delle sbarre di rame ha l’obiettivo di individuare la sezione minima in grado di trasportare la corrente prevista senza superare i limiti di temperatura consentiti e garantendo un adeguato margine di sicurezza anche nelle condizioni di guasto.

Il punto di partenza del calcolo è la relazione tra corrente e sezione del conduttore:

S = I / J

dove:

• S = sezione della sbarra (mm²)
• I = corrente nominale (A)
• J = densità di corrente (A/mm²)

Questa formula consente di ottenere una prima stima della sezione necessaria. Il valore della densità di corrente non è fisso, ma dipende da diversi fattori progettuali, tra cui:

• temperatura ambiente;
• ventilazione del quadro;
• disposizione delle sbarre;
• modalità di funzionamento;
• tipo di raffreddamento;
• limiti di sovratemperatura previsti dal progetto.

Per questo motivo non è corretto utilizzare sempre lo stesso valore di densità di corrente. Nei quadri elettrici industriali tale parametro viene scelto in funzione delle reali condizioni di esercizio e sarà analizzato nel dettaglio nel prossimo capitolo.

Esempio di calcolo preliminare

Si consideri un quadro elettrico con una corrente nominale di 630 A.

Assumendo, a titolo di esempio, una densità di corrente pari a 1,6 A/mm², la sezione teorica minima risulta:

S = 630 / 1,6 = 393,75 mm²

Poiché le sbarre vengono prodotte in dimensioni normalizzate, il progettista dovrà scegliere la combinazione commerciale immediatamente superiore.

Ad esempio, una sbarra da:

• 80 × 5 mm ha una sezione geometrica di 400 mm²;
• 100 × 5 mm corrisponde a 500 mm²;
• 60 × 10 mm offre una sezione di 600 mm².

La scelta definitiva non dipende esclusivamente dalla sezione geometrica. È necessario verificare anche la temperatura di esercizio, la corrente di cortocircuito, la distanza tra i supporti isolanti e la configurazione del sistema di distribuzione.

Per questo motivo il calcolo mediante la formula rappresenta soltanto il primo passaggio del dimensionamento. Nelle fasi successive sarà necessario confrontare il risultato con le tabelle di portata, verificare la densità di corrente adottata e accertare che le sbarre soddisfino tutte le verifiche termiche e meccaniche richieste dalla progettazione del quadro elettrico.

Densità di corrente

La densità di corrente è uno dei parametri più importanti nel dimensionamento delle sbarre di rame. Indica quanta corrente attraversa ogni millimetro quadrato di sezione del conduttore ed è espressa in A/mm².

Dal suo valore dipendono direttamente la temperatura di esercizio della sbarra, le perdite per effetto Joule e, di conseguenza, l’affidabilità dell’intero quadro elettrico.

Una densità di corrente troppo elevata provoca un aumento della temperatura del rame, accelera l’invecchiamento degli isolatori e può compromettere il corretto funzionamento delle apparecchiature installate nel quadro. Al contrario, adottare valori eccessivamente bassi porta a utilizzare sbarre più grandi del necessario, aumentando costi, peso e ingombri.

Per questo motivo il progettista deve individuare il giusto compromesso tra sicurezza, prestazioni ed economicità.

Quale valore di densità utilizzare?

Non esiste un unico valore valido per tutte le applicazioni.

La densità di corrente dipende da numerosi fattori, tra cui:

• temperatura ambiente;
• temperatura interna del quadro;
• ventilazione naturale o forzata;
• posizione delle sbarre;
• distanza tra le fasi;
• numero di sbarre in parallelo;
• servizio continuo o intermittente;
• limiti di sovratemperatura ammessi dal progetto.

Per una prima fase di dimensionamento vengono spesso utilizzati valori orientativi come quelli riportati nella tabella seguente.

Condizioni di installazione	Densità indicativa (A/mm²)
Servizio continuo con ventilazione naturale	1,2 ÷ 1,6
Quadro industriale BT standard	1,4 ÷ 1,8
Quadro con buona ventilazione	1,8 ÷ 2,0
Ventilazione forzata	2,0 ÷ 2,5
Servizio intermittente	fino a 3,0*

* Valori elevati devono essere verificati mediante calcoli termici e nel rispetto delle prescrizioni progettuali.

Questi intervalli costituiscono un utile riferimento preliminare, ma non sostituiscono le verifiche richieste durante la progettazione del quadro.

Perché la densità di corrente non è sempre la stessa?

Si considerino due quadri elettrici con la stessa corrente nominale di 800 A.

Il primo è installato in un locale climatizzato a 25 °C, dispone di ampie griglie di ventilazione e alimenta carichi con funzionamento non continuativo.

Il secondo è installato in un ambiente industriale con temperatura ambiente di 45 °C, presenta un grado di protezione elevato (IP55) e contiene numerosi inverter che aumentano la temperatura interna.

Sebbene la corrente sia identica, il secondo quadro richiederà generalmente una sezione maggiore per limitare il surriscaldamento delle sbarre.

Questo esempio dimostra come il dimensionamento non possa essere effettuato esclusivamente applicando una formula matematica, ma debba tenere conto delle reali condizioni di esercizio.

Verifica della densità di corrente

Una volta scelta la sezione della sbarra è possibile calcolare la densità effettiva utilizzando la relazione inversa:

J = I / S

dove:

• J = densità di corrente (A/mm²);
• I = corrente nominale (A);
• S = sezione della sbarra (mm²).

Supponiamo di installare una sbarra da 80 × 10 mm, avente una sezione di 800 mm², per alimentare un quadro con corrente nominale di 1.200 A.

Il valore della densità sarà:

J = 1.200 / 800 = 1,5 A/mm²

Si tratta di un valore generalmente compatibile con numerose applicazioni industriali in servizio continuo, purché siano rispettate le condizioni di installazione previste dal progetto.

Come scegliere larghezza e spessore della sbarra

Una volta determinata la sezione necessaria, il passo successivo consiste nello scegliere le dimensioni commerciali della sbarra.

La sezione geometrica è data dal prodotto tra larghezza e spessore:

Sezione = Larghezza × Spessore

Ad esempio:

Dimensioni della sbarra	Sezione
20 × 5 mm	100 mm²
30 × 5 mm	150 mm²
40 × 5 mm	200 mm²
50 × 5 mm	250 mm²
60 × 5 mm	300 mm²
80 × 5 mm	400 mm²
60 × 10 mm	600 mm²
80 × 10 mm	800 mm²
100 × 10 mm	1.000 mm²

A prima vista potrebbe sembrare che qualsiasi combinazione con la stessa sezione sia equivalente. In realtà non è così.

Meglio una barra larga o una barra spessa?

Dal punto di vista termico, una sbarra più larga offre generalmente una superficie maggiore esposta all’aria e riesce quindi a dissipare il calore in modo più efficace.

Per questo motivo, a parità di sezione, una barra 80 × 5 mm tende a raffreddarsi meglio rispetto a una 40 × 10 mm, pur avendo entrambe una sezione di 400 mm².

Una maggiore larghezza comporta anche altri vantaggi:

• migliore dissipazione del calore;
• minore densità di corrente superficiale;
• collegamenti più semplici con gli interruttori;
• maggiore superficie di contatto nelle giunzioni.

Al contrario, aumentare esclusivamente lo spessore può rendere più difficoltose le lavorazioni meccaniche e il serraggio delle connessioni.

Quando utilizzare più sbarre in parallelo

Per correnti elevate, spesso superiori a 2.000 A, risulta più conveniente installare due o più sbarre affiancate per ciascuna fase.

Questa soluzione offre numerosi vantaggi:

• migliore distribuzione della corrente;
• minore temperatura di esercizio;
• maggiore resistenza alle sollecitazioni elettrodinamiche;
• possibilità di utilizzare componenti standard;
• migliore dissipazione del calore.

Naturalmente le sbarre parallele devono essere opportunamente distanziate e fissate mediante supporti isolanti idonei, così da garantire una distribuzione uniforme della corrente e resistere alle forze sviluppate durante un eventuale cortocircuito.

Criteri pratici di scelta

Nella progettazione di un quadro elettrico non si sceglie mai una sbarra considerando soltanto la sua sezione.

È buona pratica verificare sempre:

• corrente nominale da trasportare;
• densità di corrente risultante;
• temperatura ambiente;
• spazio disponibile all’interno del quadro;
• distanza tra le fasi;
• numero di collegamenti da realizzare;
• corrente di cortocircuito prevista;
• compatibilità con il sistema di supporti e con gli apparecchi installati.

Seguendo questo approccio il progettista può individuare la combinazione di larghezza e spessore che garantisce il miglior equilibrio tra sicurezza, affidabilità, semplicità costruttiva e ottimizzazione dei costi.

Esempio completo di dimensionamento

Dopo aver analizzato la formula di calcolo e il concetto di densità di corrente, vediamo un esempio pratico di dimensionamento delle sbarre di rame all’interno di un quadro elettrico di bassa tensione.

L’obiettivo è individuare una sezione adeguata che garantisca il corretto funzionamento del quadro in condizioni ordinarie e costituisca una valida base per le successive verifiche termiche e meccaniche.

Dati di progetto

Si consideri il seguente quadro elettrico:

Parametro	Valore
Tensione nominale	400 V trifase
Corrente nominale	800 A
Frequenza	50 Hz
Materiale delle sbarre	Rame elettrolitico
Temperatura ambiente	35 °C
Installazione	Quadro BT da interno
Raffreddamento	Ventilazione naturale
Servizio	Continuo

Calcolo della sezione minima

Per un primo dimensionamento assumiamo una densità di corrente pari a 1,6 A/mm², valore comunemente adottato per quadri BT con ventilazione naturale.

Applicando la formula:

S = I / J

si ottiene:

S = 800 / 1,6 = 500 mm²

La sezione teorica minima risulta quindi pari a 500 mm².

Scelta della dimensione commerciale

Poiché le sbarre vengono prodotte con dimensioni standardizzate, occorre scegliere una barra commerciale con sezione uguale o superiore a quella calcolata.

Tra le soluzioni disponibili troviamo:

Dimensioni	Sezione
80 × 5 mm	400 mm²
100 × 5 mm	500 mm²
60 × 10 mm	600 mm²
80 × 10 mm	800 mm²

In questo caso la prima dimensione compatibile è una barra da 100 × 5 mm, che offre una sezione geometrica di 500 mm².

Dal punto di vista puramente matematico la scelta risulta corretta, ma nella pratica progettuale è spesso opportuno prevedere un piccolo margine di sicurezza.

Ad esempio, optando per una 60 × 10 mm, la sezione aumenta a 600 mm², riducendo la densità di corrente e migliorando la dissipazione del calore in presenza di condizioni ambientali gravose o futuri ampliamenti dell’impianto.

Verifica della densità di corrente

Supponiamo di scegliere la barra da 60 × 10 mm.

La densità effettiva sarà:

J = 800 / 600 = 1,33 A/mm²

Si tratta di un valore particolarmente favorevole per un funzionamento continuo, che contribuisce a contenere la temperatura di esercizio della sbarra e a migliorare l’affidabilità del quadro nel lungo periodo.

È sufficiente questo calcolo?

La risposta è no.

Il calcolo della sezione rappresenta solamente il primo passaggio del dimensionamento.

Prima di considerare concluso il progetto occorre verificare anche:

• il limite di sovratemperatura delle sbarre;
• la corrente di cortocircuito sopportabile;
• le sollecitazioni elettrodinamiche;
• la distanza tra i supporti isolanti;
• la disposizione delle fasi;
• la compatibilità con gli interruttori installati;
• gli spazi disponibili all’interno dell’involucro.

Solo dopo queste verifiche sarà possibile confermare definitivamente la scelta della sbarra.

Verifica termica secondo CEI EN 61439

Una delle verifiche più importanti nella progettazione di un quadro elettrico riguarda il comportamento termico delle sbarre.

Quando la corrente attraversa un conduttore, una parte dell’energia viene inevitabilmente trasformata in calore per effetto Joule. Se tale calore non viene dissipato correttamente, la temperatura delle sbarre aumenta progressivamente, con possibili conseguenze sull’affidabilità dell’intero sistema.

Per questo motivo la serie CEI EN 61439 richiede che il quadro venga progettato e verificato affinché le temperature raggiunte durante il funzionamento rimangano entro limiti compatibili con la sicurezza e con il corretto esercizio delle apparecchiature.

Perché è importante limitare la temperatura?

Una temperatura eccessiva può provocare numerosi problemi, tra cui:

• invecchiamento accelerato dei materiali isolanti;
• diminuzione della vita utile delle apparecchiature;
• incremento delle perdite elettriche;
• riduzione della conducibilità del rame;
• allentamento delle connessioni bullonate dovuto ai cicli di dilatazione termica;
• aumento del rischio di guasti e interruzioni di servizio.

La norma CEI EN 61439 impone di non superare una sovratemperatura massima di 105 K per le sbarre e i conduttori di rame nudi, poiché è il limite oltre il quale si verifica la ricottura del rame. Per i terminali degli interruttori all’interno del quadro il limite è di 70 K (se collegati a cavi isolati) e di 85 K (se non collegati direttamente a conduttori isolati, in riferimento a una temperatura aria di 35 °C)

Una corretta progettazione deve quindi garantire un equilibrio tra corrente trasportata e capacità di dissipazione del calore.

Da cosa dipende la temperatura delle sbarre?

L’innalzamento della temperatura non dipende esclusivamente dalla corrente nominale. Tra i fattori che influenzano maggiormente il comportamento termico troviamo:

• temperatura ambiente e caratteristiche dell’involucro;
• grado di protezione IP del quadro;
• ventilazione naturale o forzata;
• disposizione delle sbarre e distanza tra le fasi;
• presenza di interruttori, inverter o alimentatori che producono calore;
• contemporaneità dei carichi.

Due quadri con la stessa corrente nominale possono quindi raggiungere temperature molto differenti semplicemente perché installati in ambienti diversi o caratterizzati da una differente configurazione interna.

Per valutare analiticamente questo comportamento, la dispersione termica reale e i Watt effettivi smaltiti da un tratto di sbarra trifase possono essere calcolati con precisione matematica applicando la seguente formula:

P(Ib) = P(In) × (Ib / In)² × Ltratto × 3

Dove:

• P(Ib) rappresenta la potenza totale effettivamente dissipata dal sistema sbarre in condizioni di esercizio (espressa in Watt).
• Ib è la corrente di impiego reale che attraversa il circuito.
• In è la corrente nominale delle sbarre.
• Ltratto è la lunghezza lineare in metri della sbarra considerata.
• P(In) è il valore di perdita di potenza nominale espresso in Watt/metro, facilmente desumibile dalle tabelle tecniche fornite dal costruttore (come la Guida Tecnica ABB) o dai coefficienti standardizzati della norma CEI 17-43 (Tabella B.2).

Grazie a questa equazione, il progettista può determinare l’esatto apporto di calore generato dal sistema di distribuzione, parametro indispensabile per eseguire la verifica di sovratemperatura totale del quadro senza rischiare pericolosi surriscaldamenti.

Come viene effettuata la verifica?

La CEI EN 61439 prevede che il costruttore dimostri che il quadro soddisfa i requisiti termici attraverso una delle modalità previste dalla norma.

La verifica può essere effettuata mediante:

• prove sperimentali su un quadro rappresentativo;
• confronto con un progetto già verificato avente caratteristiche equivalenti;
• calcoli e regole di progetto nei casi consentiti dalla norma.

L’obiettivo è dimostrare che, nelle condizioni di esercizio previste, nessun componente supera i limiti di temperatura compatibili con il proprio funzionamento.

Come migliorare il comportamento termico delle sbarre

Durante la progettazione esistono numerosi accorgimenti che consentono di ridurre la temperatura di esercizio:

• aumentare la sezione delle sbarre;
• preferire barre più larghe anziché eccessivamente spesse;
• aumentare la distanza tra le fasi;
• migliorare la ventilazione dell’involucro;
• distribuire uniformemente le sorgenti di calore;
• utilizzare più sbarre in parallelo per correnti elevate;
• evitare concentrazioni di apparecchiature ad alta dissipazione nella stessa zona del quadro.

Questi interventi consentono di migliorare la dissipazione del calore senza modificare le prestazioni elettriche del sistema.

La verifica termica è solo una parte del progetto

È importante ricordare che il corretto dimensionamento delle sbarre non termina con la verifica delle temperature.

Il quadro elettrico dovrà soddisfare anche le verifiche relative alla tenuta al cortocircuito, alle caratteristiche dielettriche, alla protezione contro i contatti elettrici e alle prove individuali previste dalla CEI EN 61439 prima della messa in servizio. Solo considerando congiuntamente tutti questi aspetti è possibile realizzare un sistema di distribuzione realmente sicuro, affidabile e conforme alle prescrizioni normative.

Verifica al cortocircuito

Oltre a trasportare la corrente nominale dell’impianto, le sbarre di rame devono essere in grado di sopportare le sollecitazioni generate da un eventuale cortocircuito.

Durante un guasto, infatti, la corrente può raggiungere valori decine di volte superiori a quella di esercizio, sviluppando in pochi millisecondi elevate sollecitazioni sia termiche sia meccaniche. Se il sistema di distribuzione non è stato correttamente progettato, le sbarre possono deformarsi, danneggiarsi o compromettere il funzionamento del quadro elettrico.

Per questo motivo la verifica al cortocircuito rappresenta una delle fasi fondamentali della progettazione di un quadro BT.

Cosa succede durante un cortocircuito?

Quando si verifica un cortocircuito, le sbarre sono sottoposte contemporaneamente a due fenomeni:

• un rapido aumento della temperatura dovuto all’elevata corrente che attraversa il rame;
• intense forze elettrodinamiche generate dall’interazione dei campi magnetici prodotti dalle correnti di guasto.

Entrambi gli effetti devono essere considerati nella progettazione del sistema di distribuzione. Mentre il riscaldamento interessa direttamente il materiale conduttore, le forze elettrodinamiche agiscono sui supporti isolanti, sulle connessioni e sulle stesse sbarre, provocando sollecitazioni meccaniche anche molto elevate.

Corrente di breve durata (Icw)

Uno dei parametri più importanti è la corrente nominale di breve durata, generalmente indicata con Icw. Questo valore rappresenta la corrente efficace che il sistema può sopportare per un tempo prestabilito, normalmente 1 secondo, senza subire danni permanenti. Maggiore è il valore di Icw, maggiore sarà la capacità del quadro di resistere agli effetti termici del cortocircuito.

Per determinare l’energia termica totale che le sbarre possono sopportare senza subire danni o deformazioni strutturali, si utilizza la formula dell’energia specifica passante:

I²t = Icw² × t

In questa equazione, t rappresenta il tempo di riferimento del guasto, che per convenzione normativa viene quasi sempre impostato a 1 secondo. Ad esempio, se un sistema sbarre ha una Icw di 35 kA per 1 secondo, l’energia termica massima tollerabile sarà pari a 1225 (kA)²s.

Corrente di picco (Ipk)

Accanto alla corrente efficace occorre considerare anche la corrente di picco, indicata con Ipk. La corrente di picco rappresenta il massimo valore istantaneo raggiunto nei primi millisecondi del guasto ed è responsabile delle maggiori sollecitazioni meccaniche sulle sbarre. È proprio durante questa fase che possono verificarsi flessioni delle barre, deformazioni permanenti, cedimento dei supporti isolanti o allentamento delle connessioni bullonate.

Il picco massimo di corrente si calcola moltiplicando la corrente efficace per il fattore di asimmetria n:

Ipk = Icw × n

Il fattore n (che tiene conto del fattore di potenza cos-fi durante il transitorio di guasto) è rigorosamente normalizzato dalla norma CEI EN 61439-1 (Tabella 7) secondo la seguente progressione:

Valore della corrente di cortocircuito (I)	Fattore di asimmetria (n)
I ≤ 5 kA	n = 1,5 (cos-fi 0,7)
5 kA < I ≤ 10 kA	n = 1,7 (cos-fi 0,5)
10 kA < I ≤ 20 kA	n = 2,0 (cos-fi 0,3)
20 kA < I ≤ 50 kA	n = 2,1 (cos-fi 0,25)
I > 50 kA	n = 2,2 (cos-fi 0,2)

Il Criterio di Validazione Interruttore-Sbarre

All’atto pratico, se a monte del quadro è presente un interruttore automatico limitatore di corrente, non siamo costretti a dimensionare la struttura per il cortocircuito teorico massimo dell’impianto. Il sistema sbarre risulterà perfettamente protetto e a norma se e solo se l’interruttore limita l’energia e il picco a valori inferiori a quelli sopportabili dalle sbarre stesse. Devono cioè essere verificate contemporaneamente queste due condizioni:

• I²t_int < I²t_sist (L’energia passante reale rilasciata dall’interruttore è inferiore alla tenuta termica delle sbarre).
• Ip_int < Ipk_sist (Il picco di corrente limitato dall’interruttore è inferiore alla tenuta meccanica del sistema sbarre).

La distanza tra i supporti

Uno degli elementi che influenza maggiormente la resistenza al cortocircuito è la distanza tra i supporti isolanti. Supporti troppo distanziati aumentano la luce libera della sbarra, favorendone la deformazione durante il passaggio della corrente di guasto.

Al contrario, una corretta distribuzione dei supporti riduce le sollecitazioni meccaniche e migliora la stabilità dell’intero sistema. La scelta dell’interasse non dipende solamente dalla corrente di cortocircuito, ma anche da fattori quali la larghezza della sbarra, lo spessore, la disposizione delle fasi, il materiale dei supporti e la configurazione del quadro. Per correnti elevate vengono spesso utilizzati supporti con interassi ridotti proprio per limitare gli effetti delle forze elettrodinamiche.

La regola di ancoraggio: Distanza del primo supporto

Oltre a rispettare l’interasse consigliato lungo lo sviluppo delle sbarre, esiste una regola meccanica cruciale imposta dai costruttori (come ABB) per evitare che le forze elettrodinamiche di leva trancino fisicamente i morsetti di collegamento dei dispositivi: la distanza massima del primissimo setto di ancoraggio (reggisbarre).

Durante un cortocircuito, la sbarra non deve fare da “frusta” sui terminali dell’interruttore. Per questo motivo, il primo isolatore deve essere posizionato a una distanza millimetrica massima dai morsetti dell’apparecchio, definita in base alla taglia fisica e alla corrente di picco (Ipk):

• Per interruttori di piccola e media taglia (es. scatolati o aperti fino a 1600 A): Il primo supporto non deve mai distare più di 200 mm o 250 mm dai terminali.
• Per interruttori di grande potenza (es. aperti da 3200 A a 6300 A): La distanza massima per il primo ancoraggio scende a soli 150 mm a causa delle sollecitazioni dinamiche nettamente più violente sui contatti.

Come viene effettuata la verifica

Prima ancora di pianificare costose prove sperimentali in laboratorio o simulazioni analitiche complesse, la norma CEI EN 61439-1 stabilisce dei precisi criteri di esenzione. La verifica di tenuta al cortocircuito non è richiesta se l’impianto soddisfa una di queste condizioni di sicurezza intrinseca:

• Il quadro ha una corrente nominale di breve durata (Icw) o una corrente di cortocircuito condizionata (Icc) minore o uguale a 10 kA.
• Il quadro è protetto a monte da un dispositivo limitatore di corrente che taglia e riduce la corrente di picco massima a un valore inferiore o uguale a 17 kA.

In tutti gli altri casi (tipici dei quadri di distribuzione principale industriali e delle centrali di potenza), la dimostrazione della conformità tramite prove di laboratorio, calcoli di declassamento o confronto strutturale con progetti già verificati e certificati diventa legalmente obbligatoria.

Errori da evitare

Tra gli errori più frequenti nella progettazione troviamo:

• considerare soltanto la corrente nominale;
• sottovalutare la corrente di cortocircuito disponibile nel punto di installazione;
• utilizzare supporti troppo distanziati;
• scegliere barre con spessore insufficiente;
• non verificare il serraggio delle connessioni;
• trascurare gli effetti dinamici del guasto.

Una verifica accurata consente di evitare deformazioni permanenti, ridurre il rischio di guasti e aumentare la sicurezza complessiva del quadro elettrico.

Influenza della disposizione delle sbarre

La disposizione delle sbarre all’interno del quadro elettrico influisce direttamente sulle prestazioni termiche, sulla resistenza al cortocircuito, sulla facilità di cablaggio e sulle dimensioni complessive del sistema.

Per questo motivo il progettista non deve limitarsi a scegliere la sezione della barra, ma deve definire anche il modo in cui le sbarre verranno installate all’interno dell’involucro.

Una configurazione ben progettata migliora la dissipazione del calore, semplifica la manutenzione e contribuisce ad aumentare la vita utile del quadro.

Disposizione orizzontale

Le sbarre orizzontali vengono generalmente utilizzate come sistema principale di distribuzione.

Questa soluzione offre diversi vantaggi:

• collegamenti semplici verso gli interruttori;
• buona accessibilità durante la manutenzione;
• facilità di ampliamento del quadro;
• distribuzione ordinata delle partenze.

È una configurazione molto diffusa nei quadri di distribuzione e nei quadri generali di bassa tensione.

Disposizione verticale

Le sbarre verticali sono frequentemente impiegate per distribuire l’alimentazione lungo le colonne del quadro.

Consentono di:

• alimentare più sezioni del quadro;
• ridurre la lunghezza dei collegamenti;
• migliorare la modularità dell’impianto;
• facilitare future espansioni.

Nei quadri di grandi dimensioni è comune trovare una combinazione di sbarre orizzontali e verticali.

Nota: l’uso di terminali di connessione posteriori verticali, rispetto a quelli orizzontali, ostacola meno il moto convettivo naturale dell’aria, favorendo la circolazione dal basso verso l’alto e ottimizzando la dissipazione termica del quadro

Sbarre installate di piatto

Quando la barra viene installata con il lato maggiore rivolto verso l’esterno si parla comunemente di installazione di piatto.

Questa configurazione presenta una superficie esposta all’aria maggiore e favorisce la dissipazione del calore.

Tra i principali vantaggi troviamo:

• migliore raffreddamento naturale;
• riduzione della temperatura superficiale;
• maggiore superficie disponibile per i collegamenti.

Per questi motivi rappresenta spesso la soluzione preferita nei quadri con correnti elevate.

Sbarre installate di taglio

In alcuni casi le sbarre vengono montate con il lato più stretto rivolto verso l’esterno, configurazione comunemente definita di taglio.

Questa soluzione consente di:

• ridurre l’ingombro laterale;
• aumentare la rigidità meccanica in determinate configurazioni;
• adattarsi a spazi particolarmente ridotti.

Tuttavia la superficie disponibile per dissipare il calore risulta inferiore rispetto alla disposizione di piatto e richiede un’attenta valutazione delle condizioni di esercizio.

Distanza tra le fasi

Anche la distanza reciproca tra le sbarre influenza il comportamento del sistema.

Una distanza adeguata permette di:

• migliorare la ventilazione;
• ridurre il riscaldamento reciproco tra le fasi;
• limitare gli effetti elettrodinamici durante un cortocircuito;
• garantire le distanze di isolamento richieste dalla progettazione.

Al contrario, un’eccessiva vicinanza tra le sbarre può aumentare la temperatura di esercizio e rendere più gravose le condizioni durante un guasto.

Uniformità della distribuzione

Un altro aspetto spesso sottovalutato riguarda la distribuzione dei componenti all’interno del quadro.

Concentrare nella stessa zona interruttori di elevata potenza, inverter, alimentatori e altri dispositivi ad alta dissipazione può creare punti caldi che influenzano negativamente anche la temperatura delle sbarre.

Una progettazione equilibrata del layout interno consente invece di:

• distribuire meglio il calore;
• migliorare la circolazione dell’aria;
• facilitare la manutenzione;
• aumentare l’affidabilità dell’intero quadro.

La disposizione delle sbarre rappresenta quindi un elemento progettuale a tutti gli effetti. Una scelta corretta non migliora soltanto l’estetica del quadro, ma contribuisce in modo determinante alle prestazioni termiche, alla resistenza al cortocircuito e alla sicurezza dell’impianto nel corso della sua vita operativa.

Barre in rame o alluminio

Sebbene il rame rappresenti il materiale più utilizzato nella realizzazione delle sbarre per quadri elettrici, in alcune applicazioni vengono impiegate anche sbarre in alluminio.

Entrambi i materiali presentano vantaggi e svantaggi che devono essere valutati in funzione delle caratteristiche dell’impianto, delle prestazioni richieste e del budget disponibile.

La scelta non dovrebbe mai basarsi esclusivamente sul costo del materiale, ma considerare anche aspetti come la conducibilità elettrica, la resistenza meccanica, il peso, la facilità di lavorazione e la manutenzione nel tempo.

Confronto tra rame e alluminio

La tabella seguente riassume le principali differenze tra i due materiali.

Caratteristica	Rame	Alluminio
Conducibilità elettrica	★★★★★	★★★☆☆
Resistenza meccanica	★★★★★	★★★☆☆
Peso	Elevato	Ridotto
Sezione necessaria a parità di corrente	Minore	Maggiore
Resistenza alla corrosione	Ottima	Buona*
Facilità di lavorazione	Ottima	Buona
Costo del materiale	Più elevato	Inferiore

* L’alluminio forma naturalmente uno strato superficiale di ossido che lo protegge dalla corrosione, ma questo può aumentare la resistenza elettrica delle connessioni se non vengono adottati morsetti e trattamenti specifici.

Quando scegliere il rame

Il rame rappresenta la soluzione ideale nella maggior parte dei quadri elettrici di bassa tensione.

È particolarmente indicato quando si richiedono:

• elevata affidabilità nel tempo;
• ingombri contenuti;
• correnti elevate;
• ottima resistenza ai cortocircuiti;
• collegamenti frequenti;
• lunga durata dell’impianto.

Grazie alla sua elevata conducibilità, il rame permette di utilizzare sbarre con sezioni inferiori rispetto all’alluminio, riducendo l’ingombro interno del quadro.

Inoltre, la maggiore resistenza meccanica consente di sopportare meglio le sollecitazioni elettrodinamiche generate durante un cortocircuito.

Quando può convenire l’alluminio

L’alluminio viene impiegato soprattutto nei quadri di grandi dimensioni e negli impianti ad altissima corrente, dove il peso e il costo del materiale assumono un’importanza rilevante.

Può rappresentare una scelta interessante quando:

• le correnti sono molto elevate;
• le lunghezze delle sbarre sono notevoli;
• è necessario ridurre il peso complessivo della carpenteria;
• il progetto privilegia il contenimento dei costi.

Occorre però ricordare che, a parità di corrente trasportata, una sbarra in alluminio deve avere una sezione maggiore rispetto a una in rame.

Questo comporta:

• maggiori ingombri;
• supporti più grandi;
• connessioni dedicate;
• particolare attenzione al serraggio dei collegamenti.

Le connessioni in alluminio richiedono più attenzione

Uno degli aspetti più delicati riguarda i punti di collegamento.

L’alluminio tende infatti a formare rapidamente uno strato di ossido superficiale che aumenta la resistenza elettrica del contatto.

Per evitare problemi è buona pratica utilizzare:

• morsetti compatibili con l’alluminio;
• paste antiossidanti quando previste dal costruttore;
• coppie di serraggio corrette;
• controlli periodici del serraggio durante la manutenzione.

Questi accorgimenti consentono di mantenere basse le resistenze di contatto e ridurre il rischio di surriscaldamenti localizzati.

Qual è la scelta migliore?

Nella maggior parte dei quadri elettrici civili e industriali la scelta ricade ancora sulle sbarre in rame.

Le loro caratteristiche di conducibilità, affidabilità e robustezza meccanica compensano il costo iniziale più elevato, soprattutto negli impianti destinati a funzionare per molti anni con elevata continuità di servizio.

L’alluminio rappresenta invece una valida alternativa in applicazioni specifiche, purché il progetto tenga conto delle sue particolari caratteristiche elettriche e meccaniche.

Caso Studio ABB: Esempio Reale di Dimensionamento e Verifica

Analizziamo un caso di studio quantitativo basato sulle linee guida ingegneristiche dei quadri ABB ArTu e sui dispositivi di protezione della serie Emax e Tmax.

Caso 1: Dimensionamento del Quadro Principale di Potenza (3200 A)

Prendiamo in esame il sistema sbarre principale di un quadro di distribuzione generale posto a valle di un trasformatore da 2000 kVA.

• Tensione d’impiego (Vn): 400 V Trifase
• Corrente di cortocircuito presunta dell’impianto (Icc): 48 kA
• Interruttore Generale: Modello aperto ABB Emax E3N3200 (In = 3200 A)

La logica di progetto: Poiché l’interruttore generale aperto non è un dispositivo limitatore di corrente, le sbarre principali dovranno sopportare l’intero urto del cortocircuito. Pertanto, la Icw del sistema sbarre deve essere superiore alla Icc dell’impianto (48 kA).

• Scelta dei componenti ABB: Viene selezionato il sistema di sbarre a profilo sagomato ABB BA2000 (In = 3200 A), che possiede una Icw massima certificata di 100 kA.
• Prescrizione meccanica di montaggio: Per garantire una tenuta reale a 50 kA (coprendo così i 48 kA del guasto), ABB impone l’installazione di 5 portabarre isolatori modello PB3201 disposti a una distanza interasse massima di 425 mm l’uno dall’altro.

Caso 2: Verifica con Interruttore Limitatore (Derivazione da 400 A)

Analizziamo ora una linea secondaria da 400 A derivata dal sistema principale, protetta da un interruttore scatolato ABB Tmax T5H400, in un punto dell’impianto con una corrente di cortocircuito potenziale di 65 kA.

Scegliamo un sistema sbarre più leggero ed economico: il modello ABB BA0400 (portata 400 A) con una Icw nominale di 35 kA per 1 secondo.

• Calcolo della tenuta del sistema sbarre:
  • Corrente di picco sopportabile: Ipk_sist = 35 kA × 2,1 (fattore n per 35 kA) = 73,5 kA.
  • Energia specifica sopportabile: I²t_sist = 35² × 1 = 1225 (kA)²s.
• Dati reali limitati dall’interruttore Tmax T5H400 (rilevati dai grafici ABB a 65 kA):
  • Corrente di picco reale lasciata passare (Ip_int): < 40 kA
  • Energia specifica passante reale rilasciata (I²t_int): < 4 (kA)²s
• Verifica finale di compatibilità:
  • Verifica Dinamica: Ip_int (40 kA) è minore di Ipk_sist (73,5 kA). Idoneo.
  • Verifica Termica: I²t_int (4) è nettamente minore di I²t_sist (1225). Idoneo.

Grazie alla presenza dell’interruttore limitatore Tmax, le sbarre da 35 kA sono perfettamente protette e totalmente a norma, consentendo un notevole risparmio di rame e spazio.

Prescrizioni di Ancoraggio ABB: Il Vincolo del Primo Supporto

Un ultimo dettaglio fondamentale, spesso trascurato ma rigidamente imposto dai costruttori come ABB per evitare che le forze elettrodinamiche trancino i morsetti metallici dei dispositivi, riguarda il posizionamento del primissimo setto isolante reggisbarre partendo dai terminali dell’interruttore:

Interruttori scatolati ABB Tmax (fino a 1600 A): ABB fornisce curve specifiche basate sulla corrente di picco reale. Ad esempio, per un modello Tmax T6 (800 A) con un picco reale di 50 kA, il primo elemento di ancoraggio non deve distare più di 200 mm dai terminali. All’aumentare della corrente di picco limitata, questa distanza si accorcia progressivamente per ridurre il braccio di leva sui contatti fisici.

Interruttori aperti ABB Emax (Taglie E1 – E2, es. 800 – 1600 A): Con attacchi posteriori sia orizzontali che verticali, il primo supporto reggisbarre deve essere posizionato a una distanza massima di 250 mm dai morsetti.

Interruttori aperti ABB Emax (Taglie E3 – E4 – E6, es. 3200 – 6300 A): Date le enormi correnti di picco e i conseguenti sforzi meccanici di leva, la distanza massima del primo supporto si riduce a soli 150 mm.

Errori più comuni

Dimensionare correttamente una sbarra di rame significa valutare contemporaneamente aspetti elettrici, termici e meccanici.

Nella pratica professionale, tuttavia, alcuni errori ricorrono con una certa frequenza e possono compromettere l’affidabilità del quadro elettrico.

Conoscerli consente di evitarli già nelle prime fasi della progettazione.

Dimensionare le sbarre considerando solo la corrente nominale

È probabilmente l’errore più diffuso.

La corrente nominale rappresenta soltanto uno dei parametri da considerare.

Un corretto dimensionamento deve valutare anche:

• temperatura ambiente;
• ventilazione del quadro;
• corrente di cortocircuito;
• disposizione delle sbarre;
• condizioni di installazione;
• limiti di sovratemperatura.

Trascurare questi aspetti può portare a scegliere sezioni insufficienti.

Utilizzare una densità di corrente standard per qualsiasi quadro

Molti progettisti adottano sempre lo stesso valore di densità di corrente.

In realtà questo parametro varia in funzione delle condizioni di esercizio.

Un quadro installato all’esterno, esposto al sole o con grado di protezione elevato può richiedere densità di corrente sensibilmente inferiori rispetto a un quadro installato in ambiente climatizzato.

Sottovalutare la corrente di cortocircuito

Le sbarre non devono essere dimensionate soltanto per il funzionamento ordinario.

Occorre verificare che possano sopportare anche le sollecitazioni prodotte durante un eventuale cortocircuito.

Ignorare questo aspetto può provocare:

• deformazioni permanenti;
• cedimento dei supporti;
• danneggiamento delle connessioni;
• gravi guasti al quadro elettrico.

Scegliere la sezione minima senza alcun margine

Dal punto di vista teorico una sezione calcolata può risultare sufficiente.

Nella pratica è spesso opportuno prevedere un margine che tenga conto di:

• futuri ampliamenti dell’impianto;
• aumento dei carichi;
• condizioni ambientali più gravose;
• invecchiamento dei componenti.

Una scelta leggermente più conservativa migliora l’affidabilità e può ridurre gli interventi futuri.

Trascurare la disposizione delle sbarre

Due sbarre con la stessa sezione possono comportarsi in modo molto diverso in funzione della loro disposizione.

Una configurazione poco favorevole può:

• ostacolare la ventilazione;
• aumentare il riscaldamento;
• rendere difficoltosa la manutenzione;
• incrementare le sollecitazioni meccaniche durante un guasto.

Il layout del quadro deve quindi essere progettato con la stessa attenzione riservata al calcolo della sezione.

Serraggi non corretti

Molti problemi di surriscaldamento non dipendono dalle sbarre, ma dalle connessioni.

Un serraggio insufficiente aumenta la resistenza di contatto, generando punti caldi che possono compromettere l’intero sistema.

È fondamentale rispettare sempre:

• le coppie di serraggio indicate dal costruttore;
• le procedure di montaggio;
• gli intervalli di manutenzione previsti.

Ignorare la manutenzione

Anche un quadro progettato correttamente richiede controlli periodici.

Nel tempo possono verificarsi:

• allentamento dei bulloni;
• ossidazione dei contatti;
• accumulo di polvere;
• aumento della temperatura di esercizio.

Una manutenzione programmata permette di individuare tempestivamente eventuali anomalie e di preservare le prestazioni del sistema.

Affidarsi esclusivamente alle tabelle

Le tabelle di portata rappresentano un valido punto di partenza, ma non possono sostituire una progettazione completa.

Ogni quadro elettrico presenta caratteristiche proprie e deve essere valutato nel suo insieme.

Il dimensionamento delle sbarre richiede sempre una visione globale del progetto, considerando contemporaneamente gli aspetti elettrici, termici, meccanici e costruttivi.

Evitare questi errori significa realizzare quadri elettrici più sicuri, affidabili e conformi ai requisiti progettuali, riducendo il rischio di guasti e prolungando la vita utile dell’impianto.

Tabelle rapide di dimensionamento

Quando si progetta un quadro elettrico è utile disporre di una tabella orientativa che permetta di individuare rapidamente una possibile sezione delle sbarre in funzione della corrente nominale.

È importante sottolineare che i valori riportati di seguito rappresentano una guida preliminare e non sostituiscono le verifiche termiche, meccaniche e di cortocircuito richieste dalla progettazione del quadro.

La scelta definitiva dovrà sempre essere confermata tenendo conto delle reali condizioni di installazione, della ventilazione dell’involucro e delle prescrizioni della serie CEI EN 61439.

Tabella orientativa

Corrente nominale	Sezione indicativa	Esempio di barra commerciale*
100 A	80 ÷ 100 mm²	20 × 5 mm
160 A	100 ÷ 150 mm²	30 × 5 mm
250 A	150 ÷ 250 mm²	50 × 5 mm
400 A	250 ÷ 320 mm²	60 × 5 mm
630 A	400 ÷ 500 mm²	80 × 5 mm oppure 100 × 5 mm
800 A	500 ÷ 630 mm²	100 × 5 mm oppure 60 × 10 mm
1.000 A	630 ÷ 800 mm²	80 × 10 mm
1.250 A	800 ÷ 1.000 mm²	100 × 10 mm
1.600 A	1.000 ÷ 1.250 mm²	Barre multiple o sezioni dedicate
2.000 A	Da verificare con progetto	Barre multiple in parallelo
Oltre 2.000 A	Dimensionamento specifico	Sistema sbarre dedicato

* Gli esempi riportati hanno esclusivamente finalità illustrative.

Come utilizzare la tabella

La tabella consente di ottenere una prima indicazione della sezione necessaria partendo dalla corrente nominale del quadro.

Successivamente il progettista dovrà verificare:

• la densità di corrente risultante;
• la temperatura ambiente;
• la ventilazione del quadro;
• il grado di protezione IP;
• la corrente di cortocircuito;
• la distanza tra i supporti isolanti;
• la configurazione delle sbarre;
• le prescrizioni del costruttore del sistema di carpenteria.

Solo dopo queste verifiche sarà possibile confermare la scelta della barra commerciale.

Perché non esiste una tabella universale?

Una delle domande più frequenti riguarda l’esistenza di una tabella valida per qualsiasi quadro elettrico.

La risposta è negativa.

Due quadri aventi la stessa corrente nominale possono richiedere sbarre differenti perché cambiano:

• la temperatura ambiente;
• la disposizione delle sbarre;
• il grado di ventilazione;
• la presenza di apparecchi che generano calore;
• il livello di corrente di cortocircuito;
• il tipo di involucro.

Per questo motivo qualsiasi tabella deve essere considerata esclusivamente come uno strumento di supporto al progetto e non come un metodo di dimensionamento definitivo.

Domande frequenti

Come si calcola la sezione di una sbarra di rame?

Il primo dimensionamento può essere effettuato utilizzando la relazione:

S = I / J

dove S è la sezione della sbarra, I la corrente nominale e J la densità di corrente scelta in funzione delle condizioni di esercizio.

Il risultato deve essere successivamente verificato dal punto di vista termico e meccanico.

Quanti ampere può portare una sbarra di rame?

Non esiste un valore fisso.

La portata dipende dalla sezione della barra, dalla temperatura ambiente, dalla ventilazione, dalla disposizione delle fasi, dal grado di protezione del quadro e dalle verifiche previste dal progetto.

Per questo motivo due sbarre con la stessa sezione possono avere portate differenti in condizioni di installazione diverse.

È meglio utilizzare una barra larga o una barra più spessa?

A parità di sezione, una barra più larga offre generalmente una superficie maggiore per dissipare il calore e facilita la realizzazione delle connessioni.

La scelta finale dipende comunque dagli spazi disponibili, dalla configurazione del quadro e dalle verifiche meccaniche richieste.

Quando conviene utilizzare più sbarre in parallelo?

L’impiego di due o più sbarre per fase è frequente nei quadri destinati a trasportare correnti molto elevate.

Questa soluzione permette di distribuire meglio la corrente, migliorare la dissipazione del calore e aumentare la resistenza alle sollecitazioni generate durante un cortocircuito.

Perché è importante verificare il cortocircuito?

Durante un guasto le sbarre sono sottoposte a correnti molto superiori a quelle di esercizio.

La verifica consente di accertare che il sistema di distribuzione, i supporti isolanti e le connessioni siano in grado di resistere alle sollecitazioni termiche ed elettrodinamiche senza subire danni permanenti.

Qual è la differenza tra rame e alluminio?

Il rame offre una conducibilità elettrica superiore, maggiore resistenza meccanica e consente di utilizzare sezioni più contenute.

L’alluminio è più leggero e meno costoso, ma richiede sezioni maggiori e particolari accorgimenti nella realizzazione delle connessioni.

Quale normativa disciplina il dimensionamento delle sbarre?

Il dimensionamento delle sbarre rientra nella progettazione complessiva del quadro elettrico e deve essere valutato nell’ambito delle verifiche previste dalla serie CEI EN 61439, che disciplina i requisiti delle apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione.

È possibile dimensionare le sbarre utilizzando solo una tabella?

No.

Le tabelle rappresentano un utile punto di partenza, ma non possono sostituire il progetto.

La scelta della sezione deve sempre essere confermata mediante le verifiche richieste, considerando tutte le condizioni di esercizio del quadro elettrico.

Quando è consigliabile sovradimensionare le sbarre?

Può essere opportuno prevedere un margine di sicurezza quando sono previsti futuri ampliamenti dell’impianto, condizioni ambientali particolarmente gravose oppure funzionamento continuo con carichi elevati.

Un moderato sovradimensionamento può migliorare la dissipazione del calore e aumentare l’affidabilità del sistema nel lungo periodo, purché sia giustificato dalle esigenze progettuali.

Quali sono gli errori da evitare durante il dimensionamento?

Gli errori più comuni sono:

• considerare esclusivamente la corrente nominale;
• trascurare la temperatura ambiente;
• utilizzare una densità di corrente non adatta;
• sottovalutare la corrente di cortocircuito;
• scegliere supporti non idonei;
• non verificare il serraggio delle connessioni;
• affidarsi esclusivamente a tabelle indicative senza effettuare le verifiche finali.

Seguendo un approccio progettuale completo è possibile realizzare quadri elettrici più sicuri, affidabili e conformi ai requisiti tecnici richiesti.

Conclusioni

Dimensionare correttamente le sbarre di rame significa garantire che il quadro elettrico sia in grado di distribuire l’energia in sicurezza durante l’intero ciclo di vita dell’impianto.

Come abbiamo visto, la scelta della sezione non può basarsi esclusivamente sulla corrente nominale. È necessario valutare con attenzione la densità di corrente, la temperatura ambiente, la ventilazione del quadro, la configurazione delle sbarre, la corrente di cortocircuito e tutte le verifiche richieste in fase di progettazione.

Un dimensionamento accurato offre numerosi vantaggi:

• maggiore affidabilità dell’impianto;
• riduzione delle sovratemperature;
• migliore resistenza ai cortocircuiti;
• minori perdite di energia;
• maggiore durata delle apparecchiature;
• più semplice manutenzione nel tempo.

Al contrario, una scelta approssimativa può provocare surriscaldamenti, deformazioni meccaniche, interventi intempestivi delle protezioni e costosi fermi impianto.

Per questo motivo è sempre consigliabile affrontare il progetto nel suo complesso, verificando non solo la sezione delle sbarre ma anche tutti gli aspetti costruttivi e prestazionali del quadro elettrico.

Checklist finale per il dimensionamento delle sbarre

Prima di considerare concluso il progetto, verifica di aver controllato i seguenti aspetti:

• ✓ Corrente nominale del quadro.
• ✓ Corrente di cortocircuito presunta.
• ✓ Sezione delle sbarre calcolata.
• ✓ Densità di corrente adottata.
• ✓ Temperatura ambiente e condizioni di esercizio.
• ✓ Temperatura interna del quadro.
• ✓ Disposizione delle sbarre e distanza tra le fasi.
• ✓ Distanza e numero dei supporti isolanti.
• ✓ Verifica termica.
• ✓ Verifica della resistenza al cortocircuito.
• ✓ Compatibilità con interruttori, sistemi di distribuzione e carpenteria.
• ✓ Possibili ampliamenti futuri dell’impianto.

Seguire questa procedura permette di realizzare quadri elettrici più sicuri, affidabili e duraturi, riducendo il rischio di anomalie durante l’esercizio e facilitando le future attività di manutenzione e ampliamento.

Un progetto ben dimensionato non rappresenta soltanto un requisito tecnico, ma costituisce un investimento sulla continuità di servizio, sull’efficienza energetica e sulla sicurezza dell’intero impianto elettrico.