UL 891 contro IEC 61439 per la lavorazione delle sbarre

I costruttori di quadri elettrici che esportano da un mercato IEC verso il Nord America scoprono tipicamente la differenza tra queste due norme dopo che l'insieme è stato progettato e verificato in conformità con la IEC 61439, a quel punto l'opera non risulta accettabile per un ispettore statunitense. Il percorso inverso presenta lo stesso problema. I due documenti trattano prodotti comparabili e raggiungono risultati di sicurezza comparabili attraverso meccanismi strutturalmente differenti, e le differenze interessano la foratura e la placcatura delle sbarre.

Campo di applicazione di ciascuna norma

La UL 891 si applica a quadri elettrici a fronte morto con tensione nominale fino a 1000 V, destinati all'installazione secondo il Codice Elettrico Canadese Parte I, il National Electrical Code (ANSI/NFPA 70) e la norma messicana per gli impianti NOM-001-SEDE, con corrente di cortocircuito disponibile fino a 200000 A. Esclude l'attrezzatura per preselezione e controllo dei dimmer per teatri, le costruzioni a fronte vivo, l'attrezzatura di controllo elettrico e di elettrificazione ferroviaria e le costruzioni destinate esclusivamente a ricevere unità di quadri di comando motori.

La IEC 61439 copre gli insiemi di apparecchiature di manovra e comando per bassa tensione fino a 1000 V in corrente alternata e 1500 V in corrente continua, applicata come Parte 1 (regole generali) più una parte di prodotto. La Parte 2 copre gli insiemi di apparecchiature di manovra e comando di potenza, l'omologo più vicino a un quadro elettrico conforme alla UL 891.

Le categorie non sono congrue e la non corrispondenza ha implicazioni commerciali. La UL 891 è una delle norme di prodotto nordamericane che suddividono uno spazio che la IEC copre con un'unica famiglia. La costruzione di interruttori di potenza a bassa tensione con stadi estraibili rientra nella UL 1558, non nella UL 891. I pannelli di controllo industriale rientrano nella UL 508A. Un unico progetto di insieme conforme alla IEC 61439-2 può ricadere in due o tre di quelle categorie nordamericane, e ciascuna richiede un'attività di homologazione separata. Determinare la categoria applicabile è la prima decisione di progetto. La mappa completa è in quale norma per le sbarre si applica.

Valutazione di conformità: la differenza che governa tutto il resto

Questa differenza è procedurale piuttosto che tecnica e condiziona tutto ciò che segue.

Secondo la IEC 61439 il produttore dichiara le caratteristiche dell'insieme e detiene un fascicolo di verifica di progetto che dimostra il rispetto dei valori dichiarati. La verifica avviene per prova, per derivazione da un progetto già collaudato o per calcolo entro i limiti stabiliti dalla norma. Nessun terzo è richiesto. Nell'UE la dichiarazione viene emessa ai sensi delle Direttive Bassa Tensione e EMC con EN 61439 come via armonizzata. La competenza, le prove e la responsabilità restano in capo al produttore.

Secondo la UL 891 il prodotto è omologato da un laboratorio di prova riconosciuto a livello nazionale. Il NRTL valuta la costruzione, assiste o esegue le prove e poi mantiene l'omologazione attraverso una ispezione continuativa nello stabilimento di produzione: visite non annunciate che verificano che ciò che viene realizzato corrisponda ancora a ciò che è stato omologato. Il marchio sulla porta non è l'attestato di un singolo prova avvenuta una volta. È la dichiarazione che un impianto è sotto sorveglianza continuativa.

Ne discendono tre conseguenze.

Il fascicolo di verifica non è trasferibile. I dati di prova IEC possono informare la valutazione di un NRTL, ma non sostituiscono l'omologazione. Il percorso nordamericano deve essere preventivato come un programma separato con il proprio piano, fin dall'inizio.

Le modifiche sono vincolate in modo diverso. Secondo la IEC un progetto può essere rivisto e il fascicolo di verifica aggiornato con autorità del produttore stesso, entro le regole di derivazione. In un'omologazione, una modifica costruttiva al di fuori delle configurazioni omologate comporta il ritorno al NRTL. Un laboratorio abituato alla flessibilità IEC troverà questo il più grande adattamento pratico.

Le modifiche in campo funzionano in modo diverso. Un attacco sulla barra aggiunto in loco a un'assemblea IEC è responsabilità del costruttore originale per la valutazione. Lo stesso attacco su un quadro certificato può invalidare la certificazione e richiedere una valutazione in campo. Questo ha conseguenze dirette sulla fabbricazione: progettare posizioni per piastre di riserva e predisposizioni per attacchi in fabbrica, perché retrofittingle in un secondo momento risulta sproporzionatamente costoso.

Rialzo di temperatura e la decisione di placcatura che ne consegue

Entrambi gli standard limitano il rialzo di temperatura. Sceglieranno numeri molto diversi, da condizioni di riferimento diverse, per ragioni diverse. Questa è l'unica differenza che modifica la fabbricazione del rame.

IEC 61439-1 stabilisce i suoi limiti nella Tabella 6. I morsetti per conduttori isolati esterni sono limitati a 70 K, e la nota è importante: quel 70 K è un valore basato sul test convenzionale e, dove il morsetto di un componente incorporato è anche il morsetto per un conduttore esterno, si applica il limite più basso tra quello del produttore del componente e 70 K.

Per le stesse sbarre, la Tabella 6 non fornisce un numero unico. La riga afferma che il limite è determinato dalla resistenza meccanica del materiale conduttore, dall'eventuale effetto sugli equipaggiamenti adiacenti, dal limite di temperatura consentito per i materiali isolanti a contatto con il conduttore, dall'effetto della temperatura del conduttore sugli apparecchi collegati ad esso e, per i contatti a innesto, dalla natura e dal trattamento superficiale del materiale di contatto. La cifra di 105 K si trova nella nota g, come un tetto sopra tali criteri: a condizione che tutti i criteri elencati siano soddisfatti, non deve essere superato un massimo rialzo di temperatura di 105 K per sbarre e conduttori di rame nudo. La nota 1 spiega da dove proviene 105 K: è la temperatura sopra la quale l'irrobustimento del rame diventa probabile. È un limite metallurgico, non elettrico.

L'ambiente di riferimento è una media di 35 °C in esercizio, con l'ambiente di test consentito in qualsiasi punto tra 10 °C e 40 °C.

La pratica nordamericana si basa su un fondamento diverso. I limiti derivano dalla portata in corrente dei dispositivi e conduttori collegati, imposti tramite l'Articolo NEC 110.14(C). IEC 61439-1 li tabula esso stesso, nell'Allegato informativo M, e i due valori per le sbarre sono quelli da ricordare: 50 K per sbarre non placcate e 65 K per sbarre placcate. I morsetti sono limitati a 50 K, tranne nei casi qualificati dall'allegato. L'ambiente di riferimento nella pratica nordamericana per i quadri è 40 °C.

Affiancati, il tetto IEC per il rame nudo è 105 K; il limite nordamericano per la stessa sbarra non placcata è 50 K. Questo è meno della metà, prima di qualsiasi discussione sull'ambiente di riferimento. La placcatura recupera 15 K di esso.

Ne derivano due conseguenze sulla fabbricazione, e indicano in direzioni opposte.

Per un lavoro nordamericano, la placcatura diventa un requisito progettuale a qualsiasi densità di corrente seria. Il divario di 15 K tra 50 K e 65 K acquista una frazione sostanziale della dimensione di una sbarra su un intero quadro. Lo stagno sul rame è la scelta comune; l'argento viene usato dove la stabilità della resistenza di contatto è più importante del costo.

Per un lavoro IEC, il consiglio usuale va nella direzione opperta. La guida dello Copper Development Association è di non placcare le facce di giunzione rame-rame a meno che l'ambiente non lo richieda, perché una placcatura morbida può scorrere a temperature elevate e rilassare la pressione di contatto su cui si basa la giunzione. Questo consiglio è valido per il regime IEC e sbagliato per quello nordamericano, e la ragione non è un disaccordo metallurgico. I due regimi limitano cose diverse. L'IEC protegge il rame dall'irrobustimento; il Nord America protegge il cavo e i dispositivi collegati dal calore condotto fuori dall'assemblio.

Costruire per entrambi i mercati rende la placcatura una decisione progettuale per progetto in base alla destinazione, da inserire nella scheda di routing, non in un'istruzione di lavoro permanente.

Distanziamenti vs. distanze di isolamento e di percorrenza

L'UL 891 specifica i distanziamenti: le distanze minime attraverso l'aria e sulla superficie, tra parti di polarità opposta e da parti in tensione a terra, ricavate da una tabella indicizzata per fascia di tensione. I valori sono in pollici, le fasce sono discrete e non è consentita l'interpolazione tra di esse.

L'IEC non tabula le distanze in quel modo. Le distanze di isolamento e di percorrenza nell'IEC 61439 sono derivate tramite IEC 60664-1: la distanza di isolamento dalla tensione d'impulso nominale di resistenza insieme al grado di inquinamento e all'altitudine; la distanza di percorrenza dalla tensione di esercizio, al grado di inquinamento e all'indice di tracciabilità comparativo del materiale isolante.

La differenza pratica risiede nella sensibilità di ciascun sistema. Due gruppi IEC alla stessa tensione nominale possono richiedere distanze minime diverse perché uno si trova in un ambiente più sporco o a un'altitudine più elevata. Una tabella di distanziamenti UL non pone queste domande a quel livello. Alcuni standard UL ora ammettono l'UL 840, allineato all'IEC 60664, come alternativa alla tabella storica, ma i requisiti costruttivi dell'UL 891 stesso sono quelli contro cui viene valutata l'omologazione.

Per un fabbricante la conseguenza è la disposizione delle sbarre. Un progetto predisposto per le distanze di isolamento IEC al grado di inquinamento 3 di solito soddisfa i distanziamenti UL, e un progetto predisposto per i distanziamenti UL a 600 V di solito soddisfa l'IEC al grado di inquinamento 2. "Di solito," in entrambe le direzioni, non è un metodo di progettazione. Se un unico progetto fisico deve servire entrambi, deve essere predisposto per l'involucro di entrambi, accettando la larghezza aggiuntiva.

Questo è anche il punto in cui viene chiarita una comune affermazione dei fornitori: l'IEC 61439 non impone la smussatura. Non esiste una clausola che richieda un raggio di bordo. La geometria del bordo è un mezzo ingegneristico per soddisfare le disposizioni sulla distanza di isolamento, di percorrenza e dielettrica, e si guadagna il suo posto perché lo sforzo di campo si concentra in un angolo acuto. È una buona pratica per buone ragioni, e quelle ragioni reggono quando l'ingegnere del cliente chiede spiegazioni.

Rinforzo e resistenza in caso di cortocircuito

Entrambi gli standard richiedono che il gruppo resista alla corrente di guasto, e la caratterizzano in modo diverso.

L'IEC 61439 dichiara la corrente nominale di resistenza a breve durata (Icw) per una durata stabilita, la corrente nominale di resistenza di picco (Ipk) e, se applicabile, la corrente nominale di cortocircuito condizionata (Icc). La prova sulle sbarre principali è prescrittiva per quanto riguarda la geometria: la lunghezza della sbarra principale sottoposta a prova è fissata a (2 ± 0,4) m e deve includere almeno un giunto dove le sbarre sono destinate ad essere estendibili. I criteri di accettazione sono altrettanto specifici: le distanze di isolamento e di percorrenza devono ancora essere soddisfatte dopo la prova, i supporti delle sbarre non devono essersi separati o incrinati, e non deve esserci allentamento delle parti utilizzate per la connessione dei conduttori.

L'UL 891 assegna una corrente nominale di cortocircuito fino a 200000 A, stabilita con i dispositivi di protezione da sovracorrente specificati in posizione, e la classificazione di una sezione di quadro è limitata alla classificazione più bassa nella serie. Il rinforzo è un attributo costruttivo contrassegnato piuttosto che un parametro elettrico dichiarato, e dove i cavi instradati attraverso il quadro necessitavano di rinforzo durante la prova, quel requisito è contrassegnato sull'attrezzatura. La prova standard è breve, pochi cicli abbinati al tempo di intervento di un dispositivo in carcassa, con una durata più lunga richiesta quando è necessaria una classificazione a breve durata per la coordinazione selettiva. L'UL 891 fornisce anche un percorso di regole costruttive nell'Allegato G per una classificazione a 100.000 A senza prova di cortocircuito, che è l'analogo nordamericano più vicino alle opzioni di verifica senza prova dell'IEC.

Per un laboratorio di sbarre la conseguenza di fabbricazione è identica in entrambi: il giunto è il punto debole. L'IEC lo afferma esplicitamente nel suo criterio di accettazione, e la filosofia di rinforzo dell'UL implica lo stesso. Il precarico del bullone che si è rilassato, una faccia di giunto che non ha mai fatto pieno contatto, un foro allungato per distanza di bordo insufficiente: ognuno di questi trasforma un progetto che supera la prova in un campione che fallisce.

Cosa cambia nella macchina

• Fori e schemi di perforazione: i disegni europei seguono schemi metrici derivati dalla DIN 43673-1. I disegni nordamericani seguono la convenzione NEMA a due fori: bulloni da ½ pollice con interasse 1¾ pollici (44,45 mm), e fori da 0,562 pollici. Nessuno dei due è convertibile nell'altro per arrotondamento. Servire entrambi i mercati richiede entrambi i set di utensili, e il numero di stazioni utensili sulla macchina diventa un vincolo commerciale. Questo argomento a favore di un centro di lavorazione a 24 stazioni come l'IMAC-CENTER 80, estendibile a 36 stazioni, rispetto a una linea ad utensili fissi che necessita di un cambio configurazione ogni volta che il mercato di destinazione cambia. La pagina del processo di punzonatura tratta il lato degli utensili.

• Preparazione delle giunzioni: sotto entrambi i regimi la giunzione determina il risultato di riscaldamento, ma i limiti nordamericani lasciano un margine molto inferiore per assorbire una giunzione scadenta. Sono richieste superfici piatte e appena smerigliate all'assemblaggio, coppia di serraggio controllata con un fattore di dado corrispondente a se le filettature sono lubrificate, e rondelle dimensionate per distribuire il carico lontano dal foro. Sotto IEC una giunzione mediocre potrebbe sopravvivere a 105 K; a 50 K su lamiera non verniciata in un quadro elettrico nordamericano non sopravviverà.

• Rivestimento: guidato dalla destinazione, non una pratica standard. Dove è specificato, la lamiera deve uscire dalla lavorazione pulita e senza barbe, perché placcare sopra una barba intrappola il difetto permanentemente.

• Condizione dei bordi e delle barbe: una barba su una superficie di giunzione tiene le due barre separate e l'area di contatto calcolata non è quella effettivamente ottenuta. Per questo motivo la sgrossatura appartiene al percorso di lavorazione piuttosto che nelle mani del montatore, e per questo esistono linee come la BND800-2 per barre da 0,5 a 50 mm di spessore e da 100 a 800 mm di larghezza.

• Etichettatura: il contenuto della targhetta differisce, così come l'entità proprietaria. Un marchio di certificazione UL viene applicato secondo i termini della certificazione, con il contenuto del campo specificato dalla norma. Una targhetta IEC riporta le caratteristiche dichiarate dal produttore, incluso il fattore di diversità nominale, che non ha alcun equivalente nel Nord America.

Dimensionamento della lamiera per due mercati

Poiché i bilanci di riscaldamento differiscono notevolmente, lo stesso servizio produce lamiera diversa nei due regimi, e la differenza non è di lieve entità. Il dimensionamento dovrebbe partire dai limiti piuttosto che dall'abitudine: stabilire il riscaldamento applicabile, applicare l'ambiente di riferimento corretto, quindi dimensionare da una fonte di nominali con i suoi fattori di correzione intatti. La DIN 43671 con le sue correzioni per ambiente e disposizione è il riferimento di lavoro abituale, e il nostro calcolatore di portata applica queste correzioni piuttosto che presumere condizioni di riferimento.

Per la parte IEC dello stesso calcolo, la rotta di verifica che può essere utilizzata è delimitata dalla corrente nominale, e al di sopra di 1600 A la rotta di calcolo si chiude completamente. Questo vincolo è esposto insieme al resto delle condizioni limite nel nostro articolo sulla verifica del riscaldamento.