UL 891 contra IEC 61439 na fabricação de barramento

Painelistas que exportam de um mercado IEC para a América do Norte normalmente descobrem a diferença entre essas duas normas na ordem errada. Projetam o conjunto, verificam conforme a IEC 61439 e depois descobrem que nada daquele trabalho se converte em algo que um inspetor norte-americano aceite. A viagem inversa não é mais fácil. Os dois documentos cobrem produtos comparáveis e chegam a resultados de segurança comparáveis por mecanismos estruturalmente diferentes, e as diferenças descem até a furação e o revestimento da barra.

Onde cada uma para

A UL 891 se aplica a quadros de distribuição de frente morta com tensão nominal de 1000 V ou menos, destinados a instalação conforme o Canadian Electrical Code Parte I, o National Electrical Code (ANSI/NFPA 70) e a norma mexicana de instalações NOM-001-SEDE, com corrente de curto-circuito disponível de até 200 000 A. Exclui equipamentos de pré-seleção e dimerização de teatro, construção de frente viva, equipamentos de controle e eletrificação ferroviária e construções destinadas apenas a receber unidades de centro de controle de motores.

A IEC 61439 cobre conjuntos de manobra e controle de baixa tensão até 1000 V CA e 1500 V CC, aplicada como Parte 1 (regras gerais) mais uma parte de produto. A Parte 2 cobre conjuntos de manobra e controle de potência, a contraparte mais próxima de um quadro sob a UL 891.

As categorias não são congruentes, e o descasamento importa comercialmente. A UL 891 é uma de várias normas de produto norte-americanas que particionam um espaço que a IEC cobre com uma família só. A construção com disjuntores de potência de baixa tensão extraíveis cai sob a UL 1558, não sob a UL 891. Painéis de controle industrial caem sob a UL 508A. Um único projeto de conjunto conforme a IEC 61439-2 pode atravessar duas ou três dessas categorias norte-americanas, e cada categoria é um exercício de listagem separado. Decidir em qual delas você está é a primeira decisão de engenharia do projeto, não um detalhe de papelada no fim. O mapa mais amplo está em qual norma de barramento se aplica.

Avaliação da conformidade: a diferença que governa todo o resto

A diferença aqui é procedimental, não técnica, e é ela que puxa tudo o que vem depois.

Sob a IEC 61439, o fabricante declara as características do conjunto e mantém um arquivo de verificação de projeto demonstrando que os valores declarados são atendidos. A verificação é por ensaio, por dedução a partir de um projeto ensaiado, ou por cálculo dentro dos limites que a norma fixa. Nenhuma terceira parte é exigida. Na UE a declaração é feita sob as Diretivas de Baixa Tensão e de EMC, com a EN 61439 como rota harmonizada. A competência, a evidência e a responsabilidade ficam com você.

Sob a UL 891, o produto é listado por um laboratório de ensaios reconhecido nacionalmente. O NRTL avalia a construção, testemunha ou conduz os ensaios e depois mantém a listagem por meio de inspeção de acompanhamento na sua planta: visitas sem aviso conferindo se o que você está construindo ainda corresponde ao que foi listado. A marca na porta não é uma afirmação sobre um ensaio que aconteceu uma vez. É uma afirmação de que uma fábrica está sob vigilância contínua.

Três consequências decorrem daí e pegam os exportadores de surpresa.

O seu arquivo de verificação não se transfere. Dados de ensaio IEC podem informar a avaliação de um NRTL, mas não substituem a listagem. Orce a rota norte-americana como um programa separado, com cronograma próprio, desde o início.

As mudanças são restringidas de outro jeito. Sob a IEC você pode revisar um projeto e atualizar o seu arquivo de verificação por autoridade própria, dentro das regras de dedução. Sob uma listagem, uma mudança de construção fora das configurações listadas significa voltar ao NRTL. Uma oficina acostumada à flexibilidade IEC vai achar esse o maior ajuste prático.

A modificação em campo funciona de outro jeito ainda. Uma derivação de barramento acrescentada em obra a um conjunto IEC é problema do fabricante original avaliar. A mesma derivação em um quadro listado pode invalidar a listagem e disparar uma avaliação de campo. Isso tem consequências diretas de fabricação: projete posições sobressalentes de conexão e provisões de derivação já na fábrica, porque instalá-las depois é desproporcionalmente caro.

Elevação de temperatura, e a decisão de revestimento que ela puxa

As duas normas limitam a elevação de temperatura. Elas escolhem números muito diferentes, a partir de condições de referência diferentes, por razões diferentes. Esta é a diferença isolada que muda o que você faz com o cobre.

A IEC 61439-1 fixa os seus limites na Tabela 6. Os terminais para condutores isolados externos são limitados a 70 K, e a nota de rodapé é importante: esses 70 K são um valor baseado no ensaio convencional e, onde o terminal de um componente embutido é também o terminal de um condutor externo, aplica-se o menor entre o limite do fabricante do componente e os 70 K.

Para os próprios barramentos, a Tabela 6 não dá um número único. A linha diz que o limite é fixado pela resistência mecânica do material condutor, pelo possível efeito sobre equipamentos adjacentes, pelo limite admissível de temperatura dos materiais isolantes em contato com o condutor, pelo efeito da temperatura do condutor sobre os aparelhos a ele conectados e, para contatos plug-in, pela natureza e pelo tratamento superficial do material de contato. O valor de 105 K que todo mundo cita mora na nota g, como teto por cima desses critérios: admitindo que todos os critérios listados sejam atendidos, uma elevação máxima de temperatura de 105 K para barramentos e condutores de cobre nu não deve ser excedida. A nota 1 explica de onde vêm os 105 K: é a temperatura acima da qual o recozimento do cobre se torna provável. É um limite metalúrgico, não elétrico.

O ambiente de referência é uma média de 35 °C em serviço, com ambiente de ensaio admitido em qualquer valor entre 10 °C e 40 °C.

A prática norte-americana parte de outro lugar por completo. Os limites derivam da capacidade de corrente dos dispositivos e condutores conectados, imposta pelo Artigo 110.14(C) do NEC. A própria IEC 61439-1 os tabula, no Anexo M informativo, e os dois valores de barramento são os que vale memorizar: 50 K para barramentos não revestidos e 65 K para barramentos revestidos. Os terminais são limitados a 50 K, exceto nos casos que o anexo qualifica. O ambiente de referência na prática norte-americana de quadros é 40 °C.

Coloque os dois lado a lado. O teto IEC em cobre nu é 105 K; o limite norte-americano na mesma barra não revestida é 50 K. Isso é menos da metade, antes de qualquer discussão sobre ambiente de referência. O revestimento recupera 15 K disso.

Duas consequências de fabricação decorrem daí, e elas apontam em sentidos opostos.

Para um serviço norte-americano, o revestimento vira requisito de projeto em qualquer densidade de corrente séria. A diferença de 15 K entre 50 K e 65 K compra uma fração substancial de um tamanho de barra em um quadro inteiro. Estanho sobre cobre é a escolha comum; prata é usada onde a estabilidade da resistência de contato importa mais que o custo.

Para um serviço IEC, o conselho usual vai no sentido contrário. A orientação da Copper Development Association é não revestir faces de junta cobre-cobre a menos que o ambiente exija, porque um revestimento mole pode escoar em temperatura elevada e relaxar a pressão de contato de que a junta depende. Esse conselho é sólido para o regime IEC e errado para o norte-americano, e a razão não é discordância metalúrgica. Os dois regimes estão limitando coisas diferentes. A IEC protege o cobre do recozimento; a América do Norte protege o cabo e os dispositivos conectados do calor conduzido para fora do conjunto.

Se você constrói para os dois mercados, o revestimento é uma decisão por projeto, atrelada ao destino, e pertence à ficha de roteiro, não a uma instrução de trabalho permanente.

Distâncias tabeladas contra distâncias de isolamento e de escoamento

A UL 891 especifica distâncias (spacings): distâncias mínimas pelo ar e sobre a superfície, entre partes de polaridade oposta e entre partes vivas e a terra, consultadas em uma tabela indexada por faixa de tensão. Os valores são em polegadas, as faixas são discretas e a interpolação entre elas não é permitida.

A IEC não tabula distâncias desse jeito. As distâncias de isolamento e de escoamento na IEC 61439 são deduzidas pela IEC 60664-1: a distância de isolamento a partir da tensão suportável de impulso nominal junto com o grau de poluição e a altitude; a de escoamento a partir da tensão de trabalho, do grau de poluição e do índice de trilhamento comparativo do material isolante.

A diferença prática está no que cada sistema enxerga. Dois conjuntos IEC na mesma tensão nominal podem carregar distâncias mínimas diferentes porque um está em ambiente mais sujo ou em altitude maior. Uma tabela de distâncias da UL não faz essas perguntas nesse nível. Algumas normas UL hoje admitem a UL 840, alinhada à IEC 60664, como alternativa à tabela antiga, mas são os requisitos construtivos da própria UL 891 que avaliam a sua listagem.

Para um fabricante, a consequência é o leiaute da barra. Um projeto desenhado com distâncias IEC em grau de poluição 3 normalmente satisfaz as distâncias UL, e um projeto desenhado com distâncias UL em 600 V normalmente satisfaz a IEC em grau de poluição 2. "Normalmente", nos dois sentidos, não é método de projeto. Se um único projeto físico tem de servir aos dois, desenhe-o para o envelope dos dois e aceite a largura extra.

É aqui também que uma afirmação comum de fornecedores precisa de correção: a IEC 61439 não obriga a chanfrar. Não existe seção exigindo raio de aresta. A geometria da aresta é um meio de engenharia para atender às prescrições de distância de isolamento, de escoamento e dielétricas, e ela se paga porque o esforço de campo se concentra em um canto vivo. É uma boa ideia por boas razões, e as razões se sustentam quando o engenheiro do cliente pergunta.

Escoramento e suportabilidade ao curto-circuito

As duas normas exigem que o conjunto sobreviva à corrente de defeito, e o caracterizam de formas diferentes.

A IEC 61439 declara a corrente suportável nominal de curta duração (Icw) para uma duração declarada, a corrente de crista suportável nominal (Ipk) e, quando aplicável, a corrente de curto-circuito condicional nominal (Icc). O ensaio em barramentos principais é prescritivo quanto à geometria: o comprimento de barramento principal sob ensaio é fixado em (2 ± 0,4) m e tem de incluir pelo menos uma junta onde os barramentos forem destinados a ser extensíveis. Os critérios de aceitação são igualmente específicos: as distâncias de isolamento e de escoamento têm de continuar atendidas após o ensaio, os suportes de barramento não podem ter se separado nem trincado de lado a lado, e não deve haver afrouxamento de partes usadas para a conexão de condutores.

A UL 891 atribui uma corrente nominal de curto-circuito de até 200 000 A, estabelecida com os dispositivos de proteção contra sobrecorrente especificados instalados, e a corrente nominal de uma seção de quadro é limitada pela menor corrente nominal do caminho em série. O escoramento é um atributo construtivo marcado, e não um parâmetro elétrico declarado, e, onde os cabos roteados pelo quadro precisaram de escoramento durante o ensaio, essa exigência é marcada no equipamento. O ensaio padrão é curto, alguns ciclos casados ao tempo de interrupção de um dispositivo em caixa moldada, com duração maior exigida onde uma corrente de curta duração é necessária para coordenação seletiva. A UL 891 também prevê, no seu Anexo G, uma rota por regras de construção até uma corrente nominal de 100 000 A sem ensaio de curto-circuito, que é o análogo norte-americano mais próximo das opções de verificação sem ensaio da IEC.

Para uma oficina de barramento, a consequência de fabricação é idêntica sob as duas, e é essa a parte útil: a junta é o ponto fraco. A IEC diz isso explicitamente no seu critério de aceitação, e a filosofia de escoramento da UL diz a mesma coisa estruturalmente. Pré-carga de parafuso que relaxou, uma face de junta que nunca fez contato pleno, um furo alongado por distância de borda insuficiente: qualquer uma dessas coisas transforma um projeto aprovado em uma amostra reprovada.

O que muda na máquina

• Padrões de furação: desenhos europeus trabalham com padrões métricos derivados da DIN 43673-1. Desenhos norte-americanos trabalham com a convenção NEMA de dois furos: parafusos de ½ polegada em centros de 1¾ polegada (44.45 mm), com furos de 0.562 polegada. Nenhum dos dois se converte no outro por arredondamento. Se você atende os dois mercados, carrega os dois jogos de ferramentas, e o número de estações de ferramenta da máquina vira uma restrição comercial. Esse é o argumento a favor de um centro de processamento de 24 estações como o IMAC-CENTER 80, ampliável para 36 estações, contra uma linha de ferramenta fixa que precisa de troca toda vez que o mercado de destino muda. A página do processo de furo cobre o lado do ferramental.

• Preparação da junta: sob os dois regimes é a junta que decide o resultado de elevação de temperatura, mas os limites norte-americanos deixam muito menos folga para absorver uma junta ruim. Faces planas e recém-abrasadas na montagem, torque controlado com o fator de aperto casado ao fato de as roscas estarem ou não lubrificadas, e arruelas dimensionadas para espalhar a carga para longe do furo. Sob a IEC você talvez sobreviva a uma junta medíocre a 105 K; a 50 K em barra não revestida em um quadro norte-americano, não vai.

• Revestimento: guiado pelo destino, não prática permanente. Onde for especificado, a barra tem de sair da sua oficina limpa e sem rebarba, porque revestir por cima de uma rebarba aprisiona o defeito para sempre.

• Condição de aresta e de rebarba: uma rebarba em uma face de junta mantém as duas barras afastadas e a área de contato que você calculou não é a área de contato que você obtém. É por isso que a rebarbação pertence à rota de processo e não às mãos do montador, e por que linhas como a BND800-2 existem para barra de 0.5 a 50 mm de espessura e de 100 a 800 mm de largura.

• Identificação: o conteúdo da placa de identificação difere, e quem responde por ele também. Uma marca de listagem UL é aplicada nos termos da listagem, com o conteúdo dos campos especificado pela norma. Uma placa IEC traz as características declaradas pelo fabricante, incluindo o fator de diversidade nominal, que não tem contraparte norte-americana nenhuma.

Dimensionar a barra para dois mercados

Como os orçamentos de elevação de temperatura diferem tão fortemente, a mesma condição de serviço produz barras diferentes nos dois regimes, e a diferença não é uma margem pequena. Trabalhe a partir dos limites, e não do hábito: estabeleça a elevação aplicável, aplique o ambiente de referência correto e depois dimensione a partir de uma fonte de correntes admissíveis com os seus fatores de correção intactos. A DIN 43671, com as suas correções de ambiente e de arranjo, é a referência de trabalho usual, e a nossa calculadora de capacidade de corrente aplica essas correções em vez de admitir condições de referência.

Para o lado IEC do mesmo cálculo, a via de verificação que você pode usar é limitada pela corrente nominal e, acima de 1600 A, a via de cálculo se fecha por completo. Essa restrição está exposta com o resto das condições de contorno no nosso artigo sobre verificação de elevação de temperatura.