Quale norma sulle sbarre si applica alla sua commessa

Quasi tutta la confusione normativa nel lavoro sulle sbarre nasce da un solo errore: trattare «quale norma si applica» come una domanda quando sono tre. Tipo di prodotto, classe di tensione e mercato di destinazione tagliano il campo in modi diversi e, finché non si è risposto a tutte e tre, non si può nominare un documento di riferimento. Una blindosbarra a 690 V destinata a Chicago e una blindosbarra a 690 V destinata a Francoforte sono lo stesso pezzo di rame sotto due regimi completamente diversi, e la differenza si vede nella foratura, nel rivestimento e nei documenti.

Questa pagina percorre le tre domande in ordine, poi colloca ciascuna norma al proprio limite di applicazione, così che si veda dove si ferma.

Le tre domande

Che cos'è il prodotto? Non che cosa contiene. Che cosa è, come oggetto certificato o dichiarato. Un quadro, una blindosbarra, un componente che entra nel quadro di qualcun altro, oppure barra nuda venduta al metro. Sono quattro regimi diversi e il rame è spesso identico.

Quale classe di tensione? La linea di 1 kV è il confine netto nel mondo IEC. Sotto si è nella famiglia 61439; sopra, fino a 52 kV, si è nella 62271-200 con distanze diverse e un regime di arco interno che non ha equivalente in bassa tensione.

Quale mercato? Questo decide la forma della conformità, ed è la domanda che più spesso viene lasciata per ultima, che è l'ordine sbagliato. Cambia la fabbricazione, non solo il fascicolo.

L'albero decisionale

Tutto quello che segue spiega le righe.

Quadri di bassa tensione: la famiglia IEC 61439

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. Il punto strutturale su cui inciampa chi arriva è che la Parte 1 non è una specifica autonoma. Dà regole generali e si applica attraverso una parte che nomina il suo prodotto:

• 61439-2 — quadri di potenza. Quadretti di distribuzione, MCC, quadri generali. Il riferimento di default per i quadristi.
• 61439-3 — quadri di distribuzione destinati a essere utilizzati da persone comuni. Centralini e simili. I valori di carico assunto della Parte 3 stanno un gradino più in basso di quelli della Parte 2 su tutta la scala, perché un quadro con molte piccole vie non viene caricato come un quadro generale di distribuzione.
• 61439-5 — quadri per la distribuzione di energia nelle reti pubbliche.
• 61439-6 — sistemi di condotti sbarre. Se costruisce blindosbarre per un mercato IEC, è questa la sua parte, e non la Parte 2.
• 61439-7 — quadri per applicazioni specifiche: porti turistici, campeggi, mercati e stazioni di ricarica per veicoli elettrici.

È l'obbligo di verifica a dare forma davvero a un'officina. La IEC 61439 non certifica nulla; richiede che il costruttore detenga un fascicolo di verifica di progetto che dimostri il raggiungimento delle caratteristiche dichiarate, per prova, per derivazione da un progetto provato o per calcolo dove la norma lo consente. È sulla sovratemperatura che atterra il lavoro sulle sbarre, e le vie hanno confini netti. La via di calcolo attraverso la IEC TR 60890 si chiude sopra i 1600 A, ed esiste una via di calcolo separata e più restrittiva per i quadri a scomparto unico fino a 630 A. Il nostro articolo sulla verifica della sovratemperatura tratta per esteso condizioni al contorno e conti.

La marcatura CE sta sopra tutto questo, non dentro. Il quadro viene immesso sul mercato UE ai sensi della Direttiva Bassa Tensione 2014/35/UE e della Direttiva EMC 2014/30/UE, con la EN 61439 come via armonizzata alla presunzione di conformità. Non c'è alcuna terza parte nel processo, a meno che non sia lei a metterla.

Sopra 1 kV: IEC 62271-200

La IEC 62271-200 copre le apparecchiature di protezione e di manovra con involucro metallico in corrente alternata per tensioni nominali superiori a 1 kV e fino a 52 kV compresi, per interno ed esterno, a frequenze fino a 60 Hz. Integra le norme di prodotto dei componenti per apparecchiature in involucro e si allinea alla IEC 62271-1.

Per il costruttore che attraversa quella linea cambiano tre cose. Le distanze crescono, quindi passo delle barre e geometria dei supporti sono fissati da prescrizioni dielettriche anziché termiche. Condizione superficiale e di spigolo smettono di essere buona pratica e diventano un dato di progetto, perché la sollecitazione di campo si concentra sugli spigoli vivi e una bava che a 400 V sarebbe invisibile diventa un sito di scarica parziale a 24 kV: è per questo che nelle officine di media tensione il lavoro di smussatura viene prescritto con una tolleranza invece di essere lasciato all'operatore. E c'è un regime di classificazione per arco interno che non ha controparte in bassa tensione, che vincola la costruzione dell'involucro e, indirettamente, quanto spazio ha per instradare le barre.

Nord America: UL 891, UL 857, NEMA BU 1

Il sistema nordamericano differisce dall'IEC per natura, non per grado. Le norme rilevanti sono norme di sicurezza di prodotto fatte valere attraverso la certificazione di terza parte e, per quanto riguarda un esportatore, il vero contenuto della UL 891 è il meccanismo di conformità.

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

La norma confinante è la UL 1558, per quadri con involucro metallico e interruttori aperti di bassa tensione. Se il prodotto è costruito attorno a LVPCB estraibili, è territorio della UL 1558 e non della UL 891, e il regime di prova al cortocircuito è diverso. I quadri di comando sono un terzo caso ancora, sotto la UL 508A. Sbagliare questo confine è costoso, perché la certificazione che ottiene vale per una categoria di prodotto, non per un pezzo di hardware.

La UL 857 copre le blindosbarre di arrivo, di dorsale e di circuito terminale e i relativi accessori, con tensione nominale non superiore a 600 V e fino a 6000 A. Una blindosbarra secondo questa norma è un involucro metallico messo a terra che contiene barre, tondi o tubi in rame o alluminio montati in fabbrica. Esclude i condotti sbarre con involucro metallico usati per collegare quadri in sistemi di distribuzione prefabbricati. Sopra i 600 V o sopra i 6000 A si è usciti dal suo campo, cosa che conta sempre di più nel lavoro per data center, dove i valori nominali continuano a salire.

La NEMA BU 1 è la norma di prodotto per le blindosbarre, con la BU 1.1 che dà istruzioni generali per movimentazione, installazione, esercizio e manutenzione delle blindosbarre con tensione nominale non superiore a 600 V. La BU 1.1 copre sbarre prefabbricate in involucro e in tronchi, con corrente nominale da 100 A in su, classificate come blindosbarre di dorsale per interno o esterno, blindosbarre con derivazioni a innesto per interno, e accessori. Non copre i condotti sbarre con involucro metallico trattati dalla ANSI/IEEE C37.23. Legga la BU 1.1 anche dal lato della fabbricazione oltre che da quello del cantiere, perché buona parte dei danni da cui mette in guardia gli installatori si introduce in fabbrica, nella movimentazione fra la stazione di scalinatura e la zona di imballaggio.

La differenza di conformità è ciò attorno a cui un esportatore deve pianificare. Un prodotto nel campo UL viene certificato da un laboratorio di prova riconosciuto a livello nazionale, e la certificazione si mantiene con la sorveglianza in fabbrica presso il suo stabilimento. Un prodotto nel campo IEC porta la dichiarazione del costruttore stesso, sostenuta da un fascicolo di verifica. Un fascicolo IEC 61439 non si converte in una certificazione UL, e nessuna quantità di dati di prova sostituisce l'accordo di sorveglianza in fabbrica. Abbiamo svolto quel confronto per esteso in UL 891 contro IEC 61439.

Cina: GB/T 7251.1-2023

La GB/T 7251.1 è la norma nazionale cinese per le apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione, recepita dalla IEC 61439-1 e con lo stesso campo di applicazione a 1000 V in corrente alternata e 1500 V in corrente continua. L'edizione 2013 era un recepimento identico della IEC 61439-1

; l'edizione corrente è la GB/T 7251.1-2023, e la designazione porta il prefisso GB/T, cioè norma nazionale raccomandata anziché obbligatoria.

Per un esportatore la questione pratica è documentale più che tecnica. L'allineamento tecnico con l'IEC è alto, quindi la progettazione si trasferisce con poche rilavorazioni. Il campo di applicazione della marcatura CCC e la forma accettabile di evidenza di verifica non si trasferiscono automaticamente, e l'ipotesi prudente è che non viaggino affatto con il suo fascicolo IEC.

India: IS/IEC 61439-2 e il problema della IS 8623

La IS/IEC 61439-2 è il recepimento indiano della norma IEC sui quadri di potenza. Sostituisce la IS 8623, che era a sua volta tecnicamente identica alla più vecchia IEC 60439.

La complicazione è procedurale. La IS 8623 continua a comparire nei documenti di gara indiani anni dopo la sostituzione, di solito perché la specifica è stata ricopiata da una commessa più vecchia anziché scelta deliberatamente. Se la vede, chieda prima di quotare. La differenza tecnica fra i regimi 60439 e 61439 è reale. La 60439 si basava sulla prova di tipo di un quadro completo, la 61439 sulla verifica di progetto delle caratteristiche dichiarate, e quotare su quella sbagliata può significare un programma di verifica che non aveva messo a budget.

Le norme che si applicano qualunque ramo abbia preso

Cinque documenti stanno sotto ogni ramo dell'albero.

La IEC 60664-1 stabilisce il coordinamento dell'isolamento per le apparecchiature nei sistemi di bassa tensione, ed è da lì che vengono i valori di distanza in aria e superficiale della IEC 61439. La distanza in aria si ricava dalla tensione di tenuta a impulso nominale insieme al grado di inquinamento e all'altitudine. La distanza superficiale si ricava dalla tensione di lavoro, dal grado di inquinamento e dall'indice comparativo di tracciamento del materiale isolante. Noti che cosa significa per un costruttore: due quadri alla stessa tensione possono avere distanze minime legali diverse perché si trovano in gradi di inquinamento diversi o a quote diverse.

La IEC 60947-1 dà le regole generali per i dispositivi di bassa tensione in sé, non per i quadri in cui vanno. Conta all'interfaccia. Le disposizioni dei morsetti e i limiti di temperatura dell'interruttore su cui arriva la sua barra sono fissati qui e, dove il morsetto di un dispositivo è anche il morsetto per un conduttore esterno, governa il minore dei due limiti di temperatura applicabili. Progetti la giunzione sul limite del dispositivo, non su quello della barra.

La DIN 43671 resta il riferimento operativo per la portata della barra di rame in gran parte del mondo, qualunque sia il regime sotto cui il quadro finito viene dichiarato. Le sue tabelle sono riferite a 35 °C di ambiente e 65 °C di temperatura della barra, con diagrammi di correzione per temperature ambiente da 0 a 60 °C, temperature di esercizio fino a 125 °C, e fattori per la disposizione delle barre e per il numero di barre per fase. Una portata citata senza le sue ipotesi di ambiente e di disposizione non è una portata, ed è per questo che il nostro calcolatore di portata delle sbarre chiede la condizione dell'involucro prima di darle un numero.

La DIN 43673-1 governa posizione e dimensione dei fori per sbarre rettangolari, più i dati di base per i collegamenti a vite, per corrente continua e alternata fino a 60 Hz. Quattro pagine, pubblicate nel febbraio 1982, ancora in vigore. È il documento dietro la maggior parte degli schemi di bullonatura europei e viene regolarmente citato sui disegni senza alcuna quota allegata; l'articolo sugli schemi di foratura tratta che cosa farci.

La EN 13601 copre tondi, barre e fili di rame per usi elettrici, compreso il Cu-ETP designazione CW004A. I suoi stati del materiale sono quelli che cita il suo certificato di laminatoio: R220/H040 ricotto a 220–260 N/mm², R240/H065 semicrudo a 240–300 N/mm², R290/H090 crudo a 290–360 N/mm². È una norma di materiale e non di progetto, ed è per questo che un ordine d'acquisto che dice solo «sbarra in rame» non è acquistabile. Lo stato del materiale decide raggio minimo di piega e ritorno elastico, ed entrambi decidono se la barra che riceve potrà essere formata secondo il suo disegno.

Norme citate a sproposito

Tre errori compaiono abbastanza spesso da meritare di essere nominati.

La DIN 46433 non è una norma di schemi di foratura per sbarre. È la DIN 46433

, Flachdrähte und Flachstangen, gezogen, mit gerundeten Kanten — Maße, cioè «Fili e barre piatti, trafilati, con spigoli arrotondati; dimensioni». Otto pagine, e una norma dimensionale per filo e barra piatti trafilati. Non dice nulla su posizioni dei fori o collegamenti bullonati. È stata ritirata ed è sostituita dalla DIN EN 13601. Quando un disegno la cita per uno schema di foratura, i riferimenti voluti sono la DIN 43673-1 per lo schema e la DIN 43671 per la portata; quando è citata per il materiale, il documento in vigore è la EN 13601.

La IEC 61439 non impone la smussatura. Nessun punto richiede un raggio di spigolo su una sbarra. Quello che la norma richiede è la conformità alle prescrizioni su distanze in aria, distanze superficiali e tenuta dielettrica, e la geometria dello spigolo è uno dei mezzi tecnici per soddisfarle, in particolare dove la concentrazione di campo su uno spigolo vivo è il fattore limitante. La comunicazione dei fornitori che presenta la smussatura come requisito nominato dalla IEC 61439 è sbagliata, e ripetere quell'affermazione all'ingegnere di un cliente le costa credibilità su tutto il resto dell'offerta.

La IS 8623 è superata. Resta valida come descrizione di ciò che voleva una specifica indiana più vecchia, e resta comune nelle gare in corso. Non è la norma su cui il suo programma di verifica dovrebbe puntare, a meno che il cliente non confermi per iscritto che lo sia.

Che cosa cambia davvero in officina

I rami dell'albero divergono in cinque punti concreti, ed è lì che una risposta sbagliata costa soldi anziché imbarazzo.

• Schemi di foratura: il lavoro europeo segue schemi metrici derivati dalle DIN; quello nordamericano segue la convenzione NEMA a due fori, con bulloni da ½ pollice su interasse di 1¾ pollici (44,45 mm) e fori da 0,562 pollici. Stessa barra, allestimento della torretta diverso, magazzino utensili diverso. Se costruisce per entrambi, il numero di stazioni utensile sulla sua macchina è una decisione commerciale e non tecnica. È l'argomento a favore di un centro di lavoro a 24 stazioni come l'IMAC-CENTER 80 rispetto a una linea a utensili fissi.

• Budget di sovratemperatura: la pratica IEC e quella nordamericana ammettono sovratemperature molto diverse sulla stessa barra, e i limiti nordamericani sono più stretti e sensibili al rivestimento. Dimensionare una barra secondo un regime e spedirla nell'altro è un modo semplice per fallire una prova che ha già pagato.

• Rivestimento: discende dal punto precedente e va contro il consiglio abituale per i mercati IEC, dove le facce di giunzione rame-rame si lasciano di solito nude perché un rivestimento tenero può fluire a temperatura e rilassare la pressione di contatto.

• Finitura di spigolo e superficie: fissata dalle prescrizioni dielettriche in media tensione, dalla qualità del contatto a qualunque tensione. La sbavatura non è estetica quando la bava sta 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. Una linea di sbavatura come la BND800-2 esiste perché quel lavoro non si fa in modo affidabile a mano ai ritmi di produzione.

• Marcatura e documentazione: un marchio di certificazione UL, una dichiarazione CE e un certificato CCC sono prodotti da tre processi diversi con tre tempi diversi. Quello che viene quasi sempre sottovalutato è l'accordo di sorveglianza in fabbrica dietro una certificazione UL, perché è un obbligo continuativo sul suo stabilimento e non un esercizio una tantum.

Due casi svolti

Prenda un quadro generale di distribuzione da 4000 A per un data center tedesco. Prodotto: quadro di potenza, quindi IEC 61439-1 con 61439-2. Tensione: 400 V, ampiamente dentro il campo. Mercato: UE, quindi dichiarazione di conformità ai sensi delle direttive Bassa Tensione ed EMC con dietro un fascicolo di verifica di progetto. Sopra i 1600 A la via di calcolo è chiusa, quindi la sovratemperatura si verifica per prova o si deriva da un progetto provato, e quella decisione va presa prima che venga tagliata la prima barra, perché determina se sta costruendo un campione di prova. Portata della barra dalla DIN 43671 con i suoi fattori di correzione, schemi di foratura dalla DIN 43673-1, materiale secondo EN 13601 con lo stato del materiale dichiarato sull'ordine. Distanze in aria e superficiali riportate alla IEC 60664-1 al grado di inquinamento corretto.

Ora una tratta di blindosbarra a innesto da 2500 A per un centro di distribuzione statunitense. Prodotto: blindosbarra, quindi UL 857 con NEMA BU 1 e BU 1.1. Tensione 480 V e corrente 2500 A, entrambe dentro il campo. Mercato: USA, quindi certificazione NRTL con sorveglianza in fabbrica, non autodichiarazione. Geometria delle piastre di giunzione e precisione del piano di giunzione stanno dentro il campo della norma, il che rende il passo dei fori delle piastre una questione di conformità e non di accoppiamento. È per questo che le macchine per blindosbarre sono specificate sulla precisione di passo anziché sul tonnellaggio. La sovratemperatura segue i limiti nordamericani, ed è questo a guidare la decisione sul rivestimento delle barre. Il nostro articolo su scalinatura e piastre di giunzione tratta la sequenza di fabbricazione.

Le due commesse usano lo stesso rame, le stesse operazioni di piegatura e in buona parte le stesse macchine. Divergono nello schema di foratura, nel rivestimento, nel budget di sovratemperatura e nella via di conformità, e ognuna di quelle divergenze va risolta prima del primo taglio anziché al collaudo.