UL 891 contro IEC 61439 per la lavorazione delle sbarre

I quadristi che esportano da un mercato IEC verso il Nord America scoprono di solito la differenza fra queste due norme nell'ordine sbagliato. Progettano il quadro, lo verificano secondo la IEC 61439, e poi scoprono che niente di quel lavoro si converte in qualcosa che un ispettore statunitense accetterà. Il viaggio inverso non è più facile. I due documenti coprono prodotti confrontabili e raggiungono esiti di sicurezza confrontabili attraverso meccanismi strutturalmente diversi, e le differenze arrivano fino alla foratura e al rivestimento della barra.

Dove si ferma ciascuna

La UL 891 si applica ai quadri a fronte cieco con tensione nominale non superiore a 1000 V, destinati all'installazione secondo il Canadian Electrical Code Parte I, il National Electrical Code (ANSI/NFPA 70) e la norma di installazione messicana NOM-001-SEDE, con corrente di cortocircuito presunta fino a 200000 A. Esclude le apparecchiature di comando teatrali con preselezione e dimmer, la costruzione a fronte in tensione, le apparecchiature di comando e di trazione ferroviaria e le costruzioni destinate esclusivamente ad accogliere unità di quadro di comando motori.

La IEC 61439 copre le apparecchiature assiemate di protezione e di manovra 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 i quadri di potenza, la controparte più vicina a un quadro secondo UL 891.

Le categorie non sono congruenti, e il disallineamento conta commercialmente. La UL 891 è una fra diverse norme di prodotto nordamericane che si spartiscono uno spazio che l'IEC copre con una sola famiglia. La costruzione con interruttori aperti di bassa tensione estraibili ricade sotto la UL 1558 e non sotto la UL 891. I quadri di comando industriali ricadono sotto la UL 508A. Un unico progetto di quadro secondo IEC 61439-2 può stare a cavallo di due o tre di quelle categorie nordamericane, e ciascuna categoria è un percorso di certificazione a sé. Decidere in quale si trova è la prima decisione tecnica della commessa, non un dettaglio burocratico finale. La mappa più ampia sta in quale norma per sbarre si applica.

Valutazione della conformità: la differenza che governa tutto il resto

Qui la differenza è procedurale prima che tecnica, e guida tutto ciò che le sta a valle.

Secondo la IEC 61439 il costruttore dichiara le caratteristiche del quadro e detiene un fascicolo di verifica di progetto che dimostra il raggiungimento dei valori dichiarati. La verifica avviene per prova, per derivazione da un progetto provato o per calcolo entro i limiti che la norma fissa. Non è richiesta alcuna terza parte. Nell'UE la dichiarazione si fa ai sensi delle Direttive Bassa Tensione e EMC con la EN 61439 come via armonizzata. Competenza, evidenza e responsabilità stanno in capo a lei.

Secondo la UL 891 il prodotto viene certificato da un laboratorio di prova riconosciuto a livello nazionale. L'NRTL valuta la costruzione, assiste alle prove o le conduce, e poi mantiene la certificazione attraverso la sorveglianza in fabbrica: visite senza preavviso che verificano che ciò che sta costruendo corrisponda ancora a ciò che è stato certificato. Il marchio sulla porta non è un'affermazione su una prova avvenuta una volta. È un'affermazione sul fatto che una fabbrica è sotto sorveglianza continuativa.

Ne discendono tre conseguenze che colgono di sorpresa gli esportatori.

Il suo fascicolo di verifica non si trasferisce. I dati di prova IEC possono informare la valutazione di un NRTL, ma non sostituiscono la certificazione. Metta a budget il percorso nordamericano come programma separato con un proprio calendario, fin dall'inizio.

Le modifiche sono vincolate in modo diverso. Secondo IEC può rivedere un progetto e aggiornare il proprio fascicolo di verifica in autonomia, entro le regole di derivazione. Con una certificazione, una modifica costruttiva fuori dalle configurazioni certificate significa tornare dall'NRTL. Un'officina abituata alla flessibilità IEC troverà questo il maggiore adattamento pratico.

La modifica in campo funziona ancora diversamente. Una derivazione di sbarra aggiunta in cantiere su un quadro IEC è un problema di valutazione del costruttore originale. La stessa derivazione su un quadro certificato può invalidare la certificazione e far scattare una valutazione in campo. Questo ha conseguenze dirette di fabbricazione: preveda in fabbrica posizioni di attacco di riserva e predisposizioni per le derivazioni, perché aggiungerle in seguito è sproporzionatamente costoso.

Sovratemperatura, e la decisione sul rivestimento che ne discende

Entrambe le norme limitano la sovratemperatura. Scelgono numeri molto diversi, a partire da condizioni di riferimento diverse e per ragioni diverse. È questa la singola differenza che cambia ciò che lei fa al rame.

La IEC 61439-1 fissa i propri limiti nella Tabella 6. I morsetti per conduttori isolati esterni sono limitati a 70 K, e la nota è importante: quei 70 K sono un valore basato sulla prova convenzionale e, dove il morsetto di un componente incorporato è anche il morsetto per un conduttore esterno, si applica il minore fra il limite del costruttore del componente e i 70 K.

Per le sbarre in sé, la Tabella 6 non dà un numero unico. La riga dice che il limite è fissato dalla resistenza meccanica del materiale conduttore, dal possibile effetto sulle apparecchiature adiacenti, dal limite di temperatura ammesso dei materiali isolanti a contatto con il conduttore, dall'effetto della temperatura del conduttore sull'apparecchio a cui è collegato e, per i contatti a innesto, dalla natura e dal trattamento superficiale del materiale di contatto. Il valore di 105 K che tutti citano vive nella nota g, come tetto sopra quei criteri: assumendo che tutti i criteri elencati siano soddisfatti, non si deve superare una sovratemperatura massima di 105 K per sbarre e conduttori in rame nudo. La nota 1 spiega da dove vengano i 105 K: è la temperatura sopra la quale la ricottura del rame diventa probabile. È un limite metallurgico, non elettrico.

L'ambiente di riferimento è una media di 35 °C in servizio, con l'ambiente di prova ammesso ovunque fra 10 °C e 40 °C.

La pratica nordamericana parte da tutt'altra parte. I limiti derivano dalla portata degli apparecchi e dei conduttori collegati, imposta attraverso l'articolo 110.14(C) del NEC. La IEC 61439-1 li tabula essa stessa, nell'Allegato informativo M, e i due valori per le sbarre sono quelli da mandare a memoria: 50 K per sbarre non rivestite e 65 K per sbarre rivestite. I morsetti sono limitati a 50 K salvo i casi che l'allegato qualifica. L'ambiente di riferimento nella pratica nordamericana dei quadri è 40 °C.

Metta i due valori affiancati. Il tetto IEC sul rame nudo è 105 K; il limite nordamericano sulla stessa barra non rivestita è 50 K. È meno della metà, prima di qualunque discussione sull'ambiente di riferimento. Il rivestimento ne recupera 15 K.

Ne discendono due conseguenze di fabbricazione, e puntano in direzioni opposte.

Per una commessa nordamericana il rivestimento diventa un requisito di progetto a qualunque densità di corrente seria. Il divario di 15 K fra 50 K e 65 K compra una frazione sostanziale di una misura di barra su un intero quadro. La stagnatura su rame è la scelta comune; l'argentatura si usa dove la stabilità della resistenza di contatto conta più del costo.

Per una commessa IEC il consiglio abituale va nella direzione opposta. L'indicazione della Copper Development Association è di non rivestire le facce di giunzione rame-rame se non quando l'ambiente lo impone, perché un rivestimento tenero può fluire a temperatura elevata e rilassare la pressione di contatto da cui la giunzione dipende. Quel consiglio è corretto 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 dalla ricottura; il Nord America protegge il cavo e gli apparecchi collegati dal calore condotto fuori dal quadro.

Se costruisce per entrambi i mercati, il rivestimento è una decisione per commessa legata alla destinazione, e appartiene al cartellino di ciclo e non a un'istruzione di officina permanente.

Distanze UL contro distanze in aria e superficiali IEC

La UL 891 specifica delle distanze: distanze minime in aria e lungo la superficie, fra parti di polarità opposta e fra parti in tensione e massa, ricavate da una tabella indicizzata per fascia di tensione. I valori sono in pollici, le fasce sono discrete e l'interpolazione fra di esse non è ammessa.

L'IEC non tabula le distanze in quel modo. Distanze in aria e superficiali nella IEC 61439 si ricavano attraverso la IEC 60664-1: la distanza in aria dalla tensione di tenuta a impulso nominale insieme al grado di inquinamento e all'altitudine; la distanza superficiale dalla tensione di lavoro, dal grado di inquinamento e dall'indice comparativo di tracciamento del materiale isolante.

La differenza pratica sta in ciò a cui ciascun sistema è sensibile. Due quadri IEC alla stessa tensione nominale possono portare distanze minime diverse perché uno si trova in un ambiente più sporco o a quota più alta. Una tabella UL non pone quelle domande a quel livello. Alcune norme UL ammettono oggi la UL 840, allineata alla IEC 60664, come alternativa alla tabella storica, ma è rispetto alle prescrizioni costruttive della UL 891 stessa che la sua certificazione viene valutata.

Per un costruttore la conseguenza è il layout della barra. Un progetto disposto secondo le distanze IEC a grado di inquinamento 3 soddisferà di solito le distanze UL, e un progetto disposto secondo le distanze UL a 600 V soddisferà di solito l'IEC a grado di inquinamento 2. «Di solito», in entrambe le direzioni, non è un metodo di progetto. Se un unico progetto fisico deve servire entrambi, lo disponga sull'inviluppo dei due e accetti la larghezza in più.

È anche qui che va corretta un'affermazione comune dei fornitori: la IEC 61439 non impone la smussatura. Non esiste alcun punto che richieda un raggio di spigolo. La geometria dello spigolo è un mezzo tecnico per soddisfare le prescrizioni su distanze in aria, distanze superficiali e tenuta dielettrica, e si guadagna il posto perché la sollecitazione di campo si concentra su uno spigolo vivo. È una buona idea per buone ragioni, e le ragioni reggono quando l'ingegnere di un cliente le chiede.

Controventatura e tenuta al cortocircuito

Entrambe le norme richiedono che il quadro sopravviva alla corrente di guasto, e la caratterizzano in modo diverso.

La IEC 61439 dichiara la corrente nominale di breve durata ammissibile (Icw) per una durata dichiarata, la corrente nominale di picco ammissibile (Ipk) e, dove applicabile, la corrente nominale di cortocircuito condizionata (Icc). La prova sulle sbarre principali è prescrittiva sulla geometria: la lunghezza di sbarra principale in prova è fissata a (2 ± 0,4) m e deve comprendere almeno una giunzione se le sbarre sono destinate a essere prolungabili. I criteri di accettazione sono altrettanto specifici: distanze in aria e superficiali devono essere ancora rispettate dopo la prova, i supporti delle sbarre non devono essersi separati né essersi fessurati da parte a parte, e non deve esserci allentamento delle parti usate per il collegamento dei conduttori.

La UL 891 assegna una corrente nominale di cortocircuito fino a 200000 A, stabilita con i dispositivi di protezione dalle sovracorrenti specificati installati, e il valore nominale di una sezione di quadro è limitato al valore più basso presente nel percorso in serie. La controventatura è un attributo costruttivo marcato anziché un parametro elettrico dichiarato e, dove i cavi che attraversano il quadro hanno richiesto controventatura durante la prova, quel requisito viene marcato sull'apparecchiatura. La prova standard è breve, pochi cicli commisurati al tempo di interruzione di un interruttore scatolato, con una durata maggiore richiesta dove serva un valore nominale di breve durata per la selettività. La UL 891 prevede anche, nel proprio Allegato G, una via basata su regole costruttive verso un valore nominale di 100.000 A senza prova di cortocircuito, che è l'analogo nordamericano più vicino alle opzioni di verifica senza prova dell'IEC.

Per un'officina di sbarre la conseguenza di fabbricazione è identica in entrambi i regimi, ed è la parte utile: il punto debole è la giunzione. L'IEC lo dice esplicitamente nel proprio criterio di accettazione, e la filosofia di controventatura della UL dice strutturalmente la stessa cosa. Un precarico dei bulloni che si è rilassato, una faccia di giunzione che non ha mai fatto contatto pieno, un foro allungato per distanza dal bordo insufficiente: ciascuna di queste cose trasforma un progetto che passa in un campione che fallisce.

Che cosa cambia alla macchina

• Schemi di foratura: i disegni europei lavorano su schemi metrici derivati dalla DIN 43673-1. I disegni nordamericani lavorano sulla convenzione NEMA a due fori: bulloni da ½ pollice con interasse di 1¾ pollici (44,45 mm) e fori da 0,562 pollici. Nessuno dei due si converte nell'altro per arrotondamento. Se serve entrambi i mercati porta entrambi i set di utensili, e il numero di stazioni utensile sulla macchina diventa un vincolo commerciale. È l'argomento a favore di un centro di lavoro a 24 stazioni come l'IMAC-CENTER 80, estendibile a 36 stazioni, rispetto a una linea a utensili fissi che richiede un cambio produzione ogni volta che cambia il mercato di destinazione. La pagina sulla punzonatura tratta il lato utensili.

• Preparazione della giunzione: in entrambi i regimi è la giunzione a decidere l'esito sulla sovratemperatura, ma i limiti nordamericani le lasciano molto meno margine per assorbirne una scadente. Facce piane e abrase di fresco al montaggio, coppia controllata con il fattore di serraggio coerente con il fatto che i filetti siano lubrificati o no, e rondelle dimensionate per distribuire il carico lontano dal foro. Secondo IEC potrebbe sopravvivere a una giunzione mediocre a 105 K; a 50 K su barra non rivestita in un quadro nordamericano no.

• Rivestimento: guidato dalla destinazione, non pratica permanente. Dove è prescritto, la barra deve uscire dalla sua officina pulita e priva di bava, perché rivestire sopra una bava intrappola il difetto in modo permanente.

• Condizione di spigolo e bava: una bava in una faccia di giunzione tiene distanziate le due barre e l'area di contatto che ha calcolato non è l'area di contatto che ottiene. È per questo che la sbavatura appartiene al ciclo di lavoro e non alle mani del montatore, ed è per questo che esistono linee come la BND800-2 per barre da 0,5 a 50 mm di spessore e da 100 a 800 mm di larghezza.

• Marcatura: il contenuto della targa è diverso, e diverso è anche chi ne risponde. Un marchio di certificazione UL si applica secondo i termini della certificazione, con il contenuto dei campi specificato dalla norma. Una targa IEC porta le caratteristiche dichiarate dal costruttore, compreso il fattore di contemporaneità nominale, che non ha alcuna controparte nordamericana.

Dimensionare la barra per due mercati

Poiché i budget di sovratemperatura differiscono così nettamente, lo stesso servizio produce barre diverse nei due regimi, e la differenza non è un piccolo margine. Lo ricavi dai limiti e non dall'abitudine: stabilisca la sovratemperatura applicabile, applichi l'ambiente di riferimento corretto, poi dimensioni da una fonte di portate 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 quelle correzioni invece di assumere condizioni di riferimento.

Per il lato IEC dello stesso calcolo, la via di verifica utilizzabile è delimitata dalla corrente nominale e, sopra i 1600 A, la via di calcolo si chiude del tutto. Quel vincolo è esposto insieme al resto delle condizioni al contorno nel nostro articolo sulla verifica della sovratemperatura.