Verifica dei limiti di sovratemperatura

Le procedure per la determinazione della potenza massima dissipabile all’interno del quadro, nelle condizioni di installazione previste, affinché non sia superato il limite di sovratemperatura, possono essere di due tipi. Nel fascicolo di maggio di Panorama Elettrico sono state esaminate le principali disposizioni introdotte dalla Norma CEI 23-51 sui quadri di distribuzione per uso domestico e similare con corrente in entrata non superiore a 125 A e tensione nominale non superiore a 440 V. Se si escludono i quadri con corrente nominale monofase non superiore a 32 A, per tutti gli altri è necessario effettuare la verifica dei limiti di sovratemperatura. Tale verifica tuttavia si riduce al calcolo della potenza dissipata da vari dispositivi installati nel quadro Ptot e al controllo che la seguente relazione risulti soddisfatta: Ptot < Pinv essendo: Pinv è il massimo valore della potenza dissipabile all’interno del quadro, nelle condizioni di installazione previste, affinché non sia superato il limite di sovratemperatura; tale valore dev’essere indicato dal costruttore dell’involucro stesso. Il valore della potenza nominale dissipata dai dispositivi di protezione e manovra deve essere fornito dal costruttore degli stessi, il quale in genere lo indica come potenza dissipata per polo alla corrente nominale. Esso pertanto deve essere moltiplicato per il numero dei poli del dispositivo e quindi per il fattore di contemporaneità o di utilizzazione. Nel caso di utilizzo di apparecchi a 4 poli (3 fasi + neutro), agli effetti termici si considerano come se fossero tripolari. Le procedure per la determinazione di Pinv possono essere di due tipi secondo che siano o no noti i carichi alimentati dalle singole linee di uscita del quadro. Gli esempi che riportiamo in queste pagine consentono di comprendere i due metodi. Esempio 1 Si consideri il quadro il cui schema unifilare è rappresentato in figura, che riporta anche i dati delle apparecchiature di manovra e protezione, nonchè la potenza complessivamente dissipata dai dispositivi ausiliari installati nel quadro, e si supponga di scegliere un involucro in grado di dissipare Pinv = 40 W. 1 – Determinazione dei fattori di utilizzo Ke e di contemporaneità K: Ke = 0,85; K = 0,8 in quanto non essendo note le correnti in uscita si utilizza il valore della tabella 1 (riportata nel fascicolo 5/96 di Panorama Elettrico a pag. 5) per 3 circuiti in uscita. 2 – I valori delle correnti nominali di entrata, uscita e del quadro sono rispettivamente: – corrente di entrata: Ine = Ing · Ke = 50 · 0,85 = 42,5 A; – corrente in uscita: Inu = In1 + In2 + In3 = 20 + 25 + 16 = 61 A; – corrente nominale del quadro: Inq = minore tra Ine = 42,5 A e Inu = 61 A, quindi Inq = 42,5 A. 3 – Verifica dei limiti di sovratemperatura: – calcolo della potenza dissipata dai dispositivi di manovra e protezione: Pdp = 3 pg · Ke² + 3 p1 · K² + 3 p2 · K² + 3 p3 · K² = 3 · 5,2 . 0,85² + 3 · 3,2 . 0,7² + 3 · 4,3 · 0,7² + 3 · 2,7 · 0,7² = 26,3 W; essendo pg, p1, p2, p3 i valori di potenza dissipata su un polo di ciascun dispositivo di protezione e manovra; – calcolo della potenza totale dissipata nel quadro: Ptot = Pdp + (0,2 · Pdp) + Pau Ptot = 26,3 + (0,2 · 26,3) + 7 = 38,6 W. Verifica: Ptot Essendo la potenza dissipata all’interno del quadro inferiore a quella dissipabile all’esteno dal quadro stesso, i limiti di temperatura non vengono superati. Esempio 2 Si consideri lo schema unifilare di figura 2 (mostra figura – Schema unifilare esempio 2) relativo ad un quadro monofase e si supponga di utilizzare un involucro in grado di dissipare la potenza Pinv = 20 W. In questo caso sono note le correnti (Ic) effettivamente assorbite dai carichi. 1 – Determinazione dei fattori di utilizzo e contemporaneità. Poichè la somma delle correnti in uscita è inferiore all’85% della corrente in entrata il coefficiente di utilizzo può essere calcolato con la relazione: 2 – Le correnti nominali di entrata, di uscita del quadro sono rispettivamente: – corrente di entrata: Ine = Ing · Ke =40 · 0,81 = 32,4 A; – correnti di uscita: Inu = In1 + In2 + In3 = 16 + 10 + 16 = 42 A; – corrente nominale quadro: Inq = minore tra Ine = 32,4 A e Inu = 42 A, quindi Inq = 32,4 A. 3 – Verifica dei limiti di sovratemperatura: – calcolo della potenza dissipata dai dispositivi di manovra e protezione: Pdp = 2pg · Ke² + 2p1 · K1² + 2p2 · K2² + 2p3 · K3² = 2 · 4,2 · 0,81² + 2 · 2,7 · 0,75² + 2 · 2,5 · 0,75² + 2 · 2,7 · 0,812 = 14,9 W – calcolo della potenza totale dissipata nel quadro: Ptot = Pdp + (0,2 · Pdp) + Pau = 14,9 + (0,2 · 14,9) + 0 = 17,9 W Verifica: Ptot Per la stesura della relazione di verifica con i calcoli effettuati per la determinazione della potenza totale dissipata può essere utilizzato il modello proposto dalla norma CEI 23-51 Caratteristiche elettriche Corrente nominale in entrata (Ine) è il valore della corrente del dispositivo di protezione e manovra in entrata moltiplicato per il fattore di utilizzo Ke: Ine = Ing · Ke. In presenza di più linee di alimentazione del quadro, Ine è la somma delle correnti nominali di tutti i dispositivi di protezione e manovra in entrata, destinati ad essere utilizzati contemporaneamente, sempre moltiplicata per il fattore di utilizzo Ke (rapporto tra la corrente in uscita e la corrente nominale del dispositivo): Ine = (Ie1 + Ie2 +…+ Ien) Ke Corrente nominale in uscita (Inu), è la somma delle correnti nominali di tutti i dispositivi di protezione e manovra in uscita destinati ad essere utilizzati contemporaneamente: Inu = Iu1 + Iu2 +…+ Iun Corrente nominale del quadro (Inq), è il valore più basso tra la corrente nominale in entrata Ine e la corrente nominale in uscita Inu. Qualora non fossero presenti nel quadro dispositivi di protezione e manovra in entrata, la corrente nominale del quadro si identifica con la corrente nominale in uscita Inu . Potenza dissipata dai dispositivi di protezione e manovra (Pdp), è la somma delle potenze dissipate da ciascun dispositivo di protezione e manovra i cui valori sono determinati tenendo conto dei fattori di utilizzazione Ke e di contemporaneità K. Potenza dissipata dagli altri componenti (Pau), è la potenza dissipata dagli altri dispositivi installati nel quadro quali, ad esempio, le lampade di segnalazione ad incandescenza, i piccoli trasformatori ecc.. Si tiene conto solo se assume valori significativi rispetto a Pdp. Potenza totale dissipata nel quadro (Ptot), è la somma della potenza dissipata dai dispositivi di protezione e manovra (Pdp), aumentata del 20% per tener conto di collegamenti, prese a spina, relè, timer, piccoli apparecchi ecc., e della potenza (Pau) dissipata dagli altri componenti installati nel quadro: Ptot = Pdp + 0,20 Pdp + Pau. Potenza massima dissipabile dall’involucro (Pinv), è il valore della potenza dissipabile all’interno dell’involucro, dichiarato dal costruttore, nel rispetto dei limiti di sovratemperatura e nelle condizioni d’installazione previste. Fattore di utilizzo Ke del circuito di ingresso, rappresenta il rapporto tra la corrente in uscita e la corrente nominale del dispositivo; Ke è assunto convenzionalmente pari 0,85, tuttavia se il valore dell’effettiva corrente in uscita Inu è noto ed inferiore a 0,85 volte la corrente nominale del dispositivo in entrata In, in luogo di Ke si può utilizzare il rapporto Inu / In. Fattore di contemporaneità (K) dei circuiti di uscita, è un coefficiente che tiene conto del fatto che non tutti i circuiti in uscita sono in esercizio contemporaneamente. Se sono note le correnti in uscita, in luogo di K si può utilizzare il rapporto Inu / In, essendo Inu l’effettiva corrente in uscita e In la corrente nominale del corrispondente dispositivo di protezione. Nel calcolo della potenza totale dissipata dai dispositivi di manovra e protezione i fattori Ke e K (che equivalgono ad un rapporto tra correnti) devono essere elevati al quadrato in quanto la potenza è proporzionale al quadrato della corrente.