È eccezionale quanto pericoloso. Stiamo parlando dell’arco interno, un arco elettrico che si forma all’interno di un quadro a causa del cedimento dell’isolamento.
L’energia che si sprigiona in un fenomeno di questo tipo è incredibile. Oltre a provocare nel quadro un forte riscaldamento e una forte sovrapressione, i materiali investiti dall’arco possono rilasciare prodotti gassosi nocivi come i metalli fusi. Le probabilità che una persona si trovi vicino al quadro quando si verifica un arco interno è generalmente bassa. Tuttavia questo fenomeno è anche indotto da manovre effettuate sugli apparecchi e potrebbe essere l’operatore stesso a dare inizio alla cascata di eventi che generano un vero e proprio arco elettrico.
Occorre, quindi, indagare a fondo il fenomeno e capire come prevenirlo 😉.
Generalità dell’arco elettrico. La retta U=RI cambia!
Basta un testo di elettrotecnica delle superiori per rammentare che, per una resistenza R, la tensione U cresce al crescere della corrente I. La formula che regola questa relazione è semplicemente:
| U=RI
Ma per un arco (termodinamicamente) stabile non è così. Anziché aumentare, la tensione fra gli elettrodi diminuisce al crescere della corrente (continua). Proprio così: il comportamento della tensione è opposto.
Giusto per dare un’idea, se la lunghezza dell’arco è 10 cm e la corrente è 25 kA con tensione pari a 80 V, la potenza dell’arco arriva a toccare i 2MW!
Questi numeri testimoniano la potenza che un quadro deve sostenere, e dissipare, a causa di un arco interno. E tutto questo in pochissimi decimi di secondo.
Corrente continua vs corrente alternata
In realtà, il fenomeno dell’arco all’interno del quadro è ancora più complesso poiché non è in corrente continua ma in corrente alternata. Inoltre l’arco non è stabile e si caratterizza per salti e tratti percorsi a velocità variabile.
Al passaggio per lo zero della corrente l’arco si spegne. Ma se le condizioni fisiche del mezzo interposto fra gli elettrodi (temperatura, pressione, ionizzazione del plasma) lo consentono, l’arco si riaccende immediatamente. Ai fini della sicurezza, questo è un fattore che non bisogna sottovalutare ☝🏼.
| Ma a quanto viaggia un arco interno?
Un arco si sposta con una velocità di centinaia di metri al secondo! Capite di cosa parliamo?
Cosa dicono le norme sull’arco interno?
Recentemente abbiamo approfondito la norma che regola la costruzione dei quadri elettrici a bassa tensione (link all’articolo).
In merito all’arco interno la CEI EN 61439 sostiene che i quadri devono essere costruiti in modo da resistere agli sforzi termici e dinamici. Per farlo devono sostenere, senza danneggiarsi, le correnti di cortocircuito che transitano in esso. Gli apparecchi limitatori installati nel quadro agevolano ciò e, in condizioni di cortocircuito, danno luogo a correnti di cortocircuito condizionate di breve durata.
Tenuta all’arco interno vs tenuta al cortocircuito
La differenza tra la tenuta all’arco interno e la tenuta al cortocircuito sta nella diversa potenza sviluppata all’interno del quadro:• nel primo caso si misura la potenza dovuta all’arco elettrico;
• nel secondo, la potenza termica che si sviluppa per effetto Joule (il fenomeno fisico che trasforma la corrente in calore).
Viene naturale chiedersi: cosa bisogna fare per giudicare idoneo un quadro elettrico?
Per essere messo in servizio, il quadro deve superare indenne la prova di tenuta al cortocircuito. Nella prova d’arco interno, invece, il quadro viene irrimediabilmente danneggiato e non è più utilizzabile.
A fornire indicazioni sul metodo da adottare per la prova d’arco interno è la norma CEI IEC/TR 61641. Va da sé che un quadro che abbia superato tale prova possiede un requisito in più rispetto ai quadri semplicemente conformi alle loro norme di prodotto, ad esempio la CEI EN 61439 per i quadri di potenza.
Come costruire un quadro resistente all’arco interno
Le potenze coinvolte nel fenomeno dell’arco elettrico potrebbero indurre noi produttori a costruire un armadio blindato anziché un power center!
Fortunatamente le strutture dei quadri Cabel System sono, per definizione, robuste e resistenti. Basta adottare alcune accortezze per rendere un quadro resistente all’arco elettrico. A tale scopo è possibile rinforzare le serrature delle porte e costruire delle areazioni in basso, e dei flap nella parte alta, che favoriscano lo spurgo del calore.
Le correnti in condizioni d’arco
Per saggiare che un quadro elettrico sia stato costruito a regola d’arte è importante tenere in considerazione due grandezze.
- Nel caso dell’arco interno, la prima è la corrente assegnata dal costruttore per una determinata tensione d’impiego. Essa indica il massimo valore della corrente ai terminali del quadro grazie alla quale il quadro soddisfa la prova.
- La seconda indica il massimo valore della corrente grazie alla quale il quadro, protetto da un limitatore, soddisfa la prova. In pratica si tiene conto del dispositivo di protezione.
Insieme alla corrente di cortocircuito, le correnti in condizioni d’arco permettono di stabilire la resistenza del quadro a eventi sfavorevoli come l’arco interno. Un quadro, infatti, può essere conforme alla norma CEI EN IEC 61439-2, ma non avere una tenuta all’arco interno.
Il test
Durante il test, è importante che la tensione di prova raggiunga almeno il 105% della tensione di impiego del quadro. La durata viene scelta da noi costruttori ma dev’essere compresa tra 0,1 e 0,5 s.
Per svolgere il test, invece, è necessario munirsi di un conduttore di rame di piccola sezione. L’arco interno dovrà essere innescato nel punto in cui può produrre le più alte sollecitazioni al quadro.
Le elevate correnti, e la fusione del conduttore, creeranno l’innesco permettendo la conduzione del test.
Prova superata?
Se, dopo la prova, il quadro non presenta segni particolari, la prova può ritenersi superata.
In particolare, le porte e le coperture devono rimanere bloccate e l’arco non deve forare le parti esterne accessibili.
Ci sono altri requisiti per poter ritenere che la prova sia stata superata in modo soddisfacente. Per ora ci basta dire che, a seconda di quanto un quadro supera brillantemente il test esso potrà rientrare nella classe A, B o C.
Conclusioni
L’arco interno è uno di quei fenomeni che non può essere sottovalutato né dai produttori né dai consumatori. Per chi, come noi, produce quadri elettrici di grandi dimensioni, è davvero vitale seguire scrupolosamente le norme che abbiamo citato. Le soluzioni ci sono, basta investire tempo, attenzione e risorse.
In modo analogo, per voi consumatori è fondamentale scegliere un partner affidabile e certificato.
Se ne cercate uno, eccoci.
