Progettazione e cablaggio di un quadro elettrico

Sezione 3.5 – Scelta della carpenteria

Una volta definito lo schema dovranno essere individuati i vari componenti (marca, modello, dimensioni, ecc.) e dovrà essere sviluppato il layout della carpenteria.
Nella scelta dimensionale della carpenteria svolge un ruolo essenziale la determinazione della potenza termica che essa è in grado di smaltire ovvero il cosiddetto calcolo della sovratemperatura interna al quadro.
Le modalità di esecuzione di detto calcolo sono riportate sulla norma CEI EN 60439 e fanno parte di un’ampia parte della letteratura elettrotecnica moderna.
Nel seguito cercheremo di capire i concetti base di questo aspetto lasciando ad altra sede gli approfondimenti teorici.
Tutti sappiamo che un trasformatore una volta che sia alimentato sul circuito primario, si “scalda”. Questo vale, anche se in maniera ridotta, per tutti i componenti attraversati da corrente elettrica in quanto tutti presentano una resistenza interna che per effetto joule dissipa calore. All’interno della carpenteria di un quadro elettrico abbiamo molti componenti che dissipano calore e quindi aumentano la temperatura interna al quadro (è come a casa nostra quando accendiamo una stufa elettrica per riscaldare una stanza). La temperatura interna al quadro aumenterà tanto meno quanto più la carpenteria è grande (a parità di altezza dei locali ci vuole più tempo a scaldare una stanza di 50 mq che una di 10 mq) e quanto più i lati della carpenteria sono arieggiati (un quadro incassato a parete dissiperà molto meno calore di un quadro ventilato su quattro lati).

Assodato che dei componenti elettrici percorsi da corrente provocano un aumento della temperatura interna al quadro, cerchiamo di capire quali siano gli inconvenienti legati a questo aumento di temperatura. In primo luogo si ha il declassamento della portata degli interruttori: oltre una certa temperatura la corrente nominale dell’interruttore si declassa ad un valore più basso. Se poi abbiamo a che fare con componenti elettronici in genere questi funzionano correttamente fino a 65° C.
Pertanto è necessario determinare prima di tutto qual è la massima temperatura di funzionamento dei componenti installati all’interno del quadro e poi verificare che questa non venga superata.

Abbiamo detto che ogni carpenteria dissipa comunque del calore (cioè il calore prodotto al suo interno viene trasmesso all’ambiente circostante). I costruttori delle carpenterie sono generalmente in grado di fornire quanto calore esse sono in grado di dissipare affinché al loro interno non venga superato un valore determinato di temperatura. In realtà si parla di valore determinato di sovratemperatura, cioè quanti gradi in più rispetto alla temperatura ambiente si avranno all’interno della carpenteria. I valori standard di sovratemperatura sono in genere 25°C – 30°C – 35°C – 40°C.
Consideriamo ad esempio una carpenteria 850x1000x275 mm IP55 addossata a parete su un lato e temperatura ambiente 25°C. In tabella sono riportati i valori di sovratemperatura in funzione della potenza dissipabile.

Pertanto se vogliamo che la temperatura interna al quadro non superi i 65°C (cioè si abbia una sovratemperatura inferiore ai 40°C) dobbiamo verificare che la potenza dissipata dai componenti installati all’interno del quadro sia inferiore a 278W.

Per determinare quale sia la potenza dissipata dai componenti si può fare riferimento ai dati forniti dai costruttori stessi.
Nota: generalmente il costruttore fornisce la potenza comprensiva della dissipazione dovuta a 2 metri di cavo di cablaggio. Qualora così non fosse aggiungere un coefficiente maggiorativo pari a 1,2

Ovviamente la potenza dissipata da un componente varia con il variare del quadrato della corrente che lo attraversa (la potenza dissipata è proporzionale al quadrato della corrente) e il valore indicato dal costruttore è quello relativo alla corrente nominale. Pertanto la somma brutale delle potenze dissipate da ogni componente potrebbe restituire un valore molto maggiore rispetto a quella realmente dissipata. Se detto valore è comunque inferiore alla potenza dissipabile dalla carpenteria è inutile procedere oltre; se invece è superiore si può moltiplicare per il coefficiente di contemporaneità dei carichi elevato al quadrato. La norma assume per detto coefficiente i valori standard riportati in tabella.

Pertanto una volta nota la potenza dissipata dai componenti si sceglie la carpenteria che sia in grado di dissiparla senza superare i limiti di temperatura e poi si procederà ad una verifica dimensionale realizzando un disegno del layout della carpenteria stessa.
Nota: qualora per vincoli dimensionali dei locali fosse necessario ricorrere a carpenterie di dimensioni inferiori a quelle in grado di dissipare la potenza necessaria, è possibile ricorrere a mezzi di raffrescamento forzato del quadro quali ventilazione e condizionamento. Queste garantiranno all’interno del quadro una temperatura accettabile unita a dimensioni più contenute. Per il dimensionamento di detti componenti si rimanda alle indicazioni fornite dai costruttori.

A questo punto può considerarsi ultimata la fase di progettazione costruttiva. Mi preme però evidenziare ancora un aspetto di fondamentale importanza.
E’ del tutto evidente che chi voglia fare del mestiere di cablatore di quadri elettrici la sua principale attività non può prescindere da software che lo aiutino a sviluppare quanto indicato in queste pagine. In commercio esistono ottimi software adatti allo scopo ma è importante capire che questi non possono sostituirsi all’esperienza ed alla professionalità dell’impiantista elettrico in quanto restano comunque sempre e solo meri strumenti di lavoro