Whitepaper Codici IK

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Codici IK: resistenza agli impatti meccanici esterni
secondo la norma IEC 62 262
di Sven Schnautz
Sommario Elenco delle immagini ........................................................................................................... 3 Elenco delle tabelle ............................................................................................................... 3 Elenco delle figure ................................................................................................................ 3 Introduzione ......................................................................................................................... 4 Nozioni di base ..................................................................................................................... 5 Descrizione della norma IEC 62 262 ...................................................................................... 6 Esecuzione delle prove di laboratorio di impatto meccanico ............................................... 8 Valori di prova e apparecchiature di prova.......................................................................... 10 Verifiche eseguite da Rittal .................................................................................................. 11 Fonti bibliografiche .............................................................................................................. 12 Elenco delle immagini Elenco delle immagini Immagine 1: Contenitore deformato dopo un impatto …..................................................... 4 Immagine 2: Effetti della prova su un contenitore ................................................................. 5 Immagine 1: Contenitore deformato dopo un impatto …..................................................... 4 Immagine 3: Contenitore nel laboratorio di prova ................................................................ 8 Immagine 2: Effetti della prova su un contenitore ................................................................. 5 Immagine 4: Effetti di una prova IK ………………....................................................................... 11 Immagine 3: Contenitore nel laboratorio di prova ................................................................ 8 Immagine 4: Effetti di una prova IK ………………....................................................................... 11 Elenco delle tabelle Tabella 1: Classificazione dell’energia di impatto ................................................................. 6 Elenco delle tabelle Tabella 2: Gradi di protezione IP, protezione dai contatti e da corpi estranei………………….... 7 Tabella 1: Classificazione dell’energia di impatto ................................................................. 6 Tabella 3: Gradi di protezione IP, protezione dalla penetrazione di acqua/fluidi.................. 7 Tabella 2: Gradi di protezione IP, protezione dai contatti e da corpi estranei………………….... 7 Tabella 4: Dati rilevanti per la prova …................................................................................ 10 Tabella 3: Gradi di protezione IP, protezione dalla penetrazione di acqua/fluidi.................. 7 Tabella 4: Dati rilevanti per la prova …................................................................................ 10 Elenco delle figure Figura 1: Dimensioni delle apparecchiature di prova ............................................................ 10 Elenco delle figure Figura 1: Dimensioni delle apparecchiature di prova ............................................................ 10 Introduzione
I danni agli armadi per quadri di comando possono compromettere il funzionamento dei dispositivi meccanici ed elettrici in essi installati, ad esempio delle unità di comando di macchine e, nel peggiore dei casi, renderli completamente inutilizzabili. Oltre alla protezione IP (contro la penetrazione di polvere, acqua e per evitare il contatto con parti pericolose), i contenitori devono garantire anche un'adeguata protezione contro gli impatti meccanici esterni. Il grado di protezione che specifica la resistenza di un contenitore agli urti e alle sollecitazioni meccaniche è il codice IK. La classificazione secondo il codice IK viene accertata mediante i metodi di prova stabiliti dalla norma IEC 62 262. Tuttavia durante le prove di laboratorio non è possibile verificare il grado di resistenza all’impatto in tutti i punti di un contenitore, bensì solo dei punti esplicitamente testati. Si osserva che non di rado, nella pratica, si evita di verificare i punti più critici al fine di ottenere un codice IK elevato. Pertanto la classificazione IK può variare in funzione del concetto di qualità dei vari costruttori e dei criteri che essi stessi applicano durante la prova. Di seguito vengono fornite informazioni di base sulla classificazione IK, una descrizione della norma IEC 62262 e una panoramica sullo svolgimento delle prove di verifica dei codici IK, oltre alla procedura attuale di prova utilizzata nel laboratorio di Rittal GmbH & Co. KG ad Herborn. Immagine 1:
Contenitore deformato
per impatto meccanico
Nozioni di base
I contenitori e gli armadi per quadri elettrici e di comando sono utilizzati in tutto il mondo nelle condizioni più diverse. Il primo requisito dei contenitori è garantire la massima sicurezza. In tal senso le prove di verifica del grado di protezione svolgono una funzione essenziale, volta a stabilire in che misura gli armadi sono in grado di sopportare le influenze esterne, come la penetrazione di corpi estranei solidi e acqua. In tale ambito si utilizza il grado di protezione IP (International Protection) secondo la norma IEC 60 529 e il metodo di prova secondo NEMA (National Electrical Manufacturers Association) 250-­‐2003 “Enclosures for Electrical Equipment (1000 Volts Maximum)“, quest’ultimo di particolare importanza per il mercato nordamericano. I requisiti per i contenitori vuoti per i quadri in bassa tensione sono stabiliti nella norma di prodotto IEC 62 208. Altrettanto importante del grado di protezione IP è il codice IK secondo IEC 62 262. Tale norma stabilisce la resistenza di un contenitore all’impatto meccanico, ovvero l’effetto di una energia meccanica che si scarica sull’esterno del contenitore. Per i contenitori vuoti conformi a IEC 62 208 devono essere mantenuti, dopo l’impatto, il grado di protezione IP, l’isolamento e la funzionalità del contenitore e dei dispositivi al suo interno. Proprio negli ambienti dove il rischio di danneggiamenti è maggiore, ad es. per l’utilizzo di transpallet o carrelli elevatori, il contenitore deve essere di qualità superiore. Tuttavia nell’esecuzione della prova di laboratorio per la determinazione del codice IK è importante considerare non solo le condizioni stabilite della norma, bensì anche i gradi di libertà che la norma ammette nella prova. Poiché la prova può essere effettuata sui punti più stabili o sui punti più sensibili del contenitore, in funzione delle modalità di prova si potranno ottenere codice IK differenti. Per analizzare una prova pratica di laboratorio, si rimanda al capitolo “Prove nel laboratorio Rittal”. Immagine 2: Effetti della prova su un contenitore Descrizione della norma IEC 62262
La norma IEC 62262 descrive come si devono effettuare le prove per determinare il grado di protezione dei contenitori per apparecchiature elettriche contro gli impatti meccanici esterni (danneggiamenti e/o effetti dannosi prodotti dall’energia di impatto sul contenitore). La tensione nominale dell’apparecchiatura elettrica protetta non deve superare i 72,5 kV. La classificazione IK è espressa tramite il prefisso “IK” seguito da un codice a due cifre, da 00 a 10, crescente con il grado di protezione. Esempio: "IK05". Nel caso si riscontrasse una protezione superiore a IK10, il codice da utilizzare è “IK10+”, indipendentemente dall’energia supplementare impiegata, sebbene la norma raccomandi un valore di 50 J (Joule). La norma internazionale IEC 62262 si basa sulla norma europea EN 50102, identica per contenuto e a sua volta corrisponde alla norma tedesca VDE 0470 parte 100. Come riportato nella tabella seguente, la parte numerica del codice IK rappresenta un determinato valore dell’energia di impatto per il quale non vi sono influenze negative sulla funzionalità del contenitore e sul suo grado di protezione contro la penetrazione di polvere e acqua: Codice IK IK00 IK01 IK02 IK03 IK04 IK05 IK06 IK07 IK08 IK09 IK10 Energia d’urto in a) 0,14 0,2 0,35 0,5 0,7 1 2 5 10 20 Joule a) Contenitore non protetto secondo questa norma Tabella 1: Classificazione dell’energia di impatto
E’ importante osservare che il grado di protezione da impatto specificato dal costruttore del contenitore vuoto deve garantire il mantenimento del grado di protezione IP stabilito dal costruttore (protezione contro corpi solidi esterni, contatto con parti attive e penetrazione dell’acqua). E’ possibile abbassare il livello di protezione IP per ottenere un codice IK più alto, mentre non è possibile specificare un codice IK alto se il grado di protezione IP è compromesso. Esempio: Se in seguito alla prova di resistenza all’impatto di un contenitore con energia di impatto IK08 viene mantenuto il grado di protezione IP 66 ma solo IP 54 con IK10, allora l’indicazione non può essere “IP 66 con prova secondo IK10“ ma “IP 66 con prova secondo IK08“. Infatti si deve sempre utilizzare la combinazione dei gradi IP e IK ottenuti in una prova. Il codice IK si applica all’intero contenitore, a meno che singole parti, ad esempio le pareti laterali degli armadi modulari per installazioni in batteria, abbiano protezioni differenti, nel qual caso è necessario specificare separatamente i codici delle diverse parti. L’identificazione del grado di protezione IP dalla penetrazione di corpi solidi e acqua secondo la norma IEC 60 529 avviene mediante due cifre, dove la prima indica la protezione dai contatti e l’ingresso di corpi solidi esterni, la seconda la protezione dalla penetrazione di acqua/liquidi. 1
Tabella 2: Gradi di protezione IP, protezione dai contatti con parti attive e da corpi esterni Cifra
id.
Protezione dai contatti con parti
pericolose
Protezione dall’ingresso di corpi solidi
esterni
0
Nessuna protezione
Nessuna protezione
1
Parti del corpo (ad es. dorso della
mano) con Ø > 50 mm
Corpi di grandi dimensioni con Ø > 50 mm
2
Dita (Ø > 12.5 mm)
Corpi di medie dimensioni (Ø > 12,5 mm,
lunghezza fino 80 mm)
3
4
Attrezzi e fili (Ø > 2,5 mm)
Attrezzi e fili (Ø > 1 mm)
Corpi di piccole dimensioni (Ø > 2,5 mm)
Corpi molto piccoli (Ø > 1 mm)
5
Contro l’accesso di fili e l’ingresso di
polvere
Depositi di polvere dannosi
6
Contro l’accesso di fili (come IP 5), a
tenuta di polvere
A tenuta contro la polvere
Tabella 3: Gradi di protezione IP, protezione dalla penetrazione di acqua/liquidi
Cifra
Protezione dalla penetrazione di acqua
id.
1
1
0
Nessuna protezione
1
Protezione contro il gocciolamento d’acqua in verticale
2
Protezione contro il gocciolamento d’acqua con il contenitore inclinato fino a 15°
3
Protezione contro la caduta di acqua a pioggia fino a una inclinazione di 60° da entrambi
i lati rispetto all’asse verticale
4
Protezione contro spruzzi d’acqua provenienti da tutte le direzioni
5
Protezione contro getti d’acqua (idropulitrici) provenienti da qualsiasi angolo
6
Protezione contro getti d’acqua potenti
7
Protezione contro gli effetti di una immersione temporanea in acqua
8
Protezione contro gli effetti di una immersione in acqua per un periodo prolungato
9
Protezione contro getti d’acqua a forte pressione
Fonte bibliografica: Physikalisch-­‐Technische Bundesanstalt (Istituto Federale tedesco di Fisica e Metrologia) Esecuzione della prova di impatto
meccanico
Le prove per determinare il grado di protezione dagli impatti per contenitori vuoti secondo IEC 62208 sono eseguite in accordo alla norma IEC 62262. Devono essere osservate le seguenti condizioni di prova: 1) Condizioni di installazione Il contenitore in esame deve essere fissato in modo stabile analogamente a quanto avviene nel normale utilizzo. Ad esempio non deve essere provato in posizione sospesa, poiché non adeguatamente fissato e poiché ciò non corrisponde alle condizioni normali d’uso. Contenitori fissati al pavimento o a parete, secondo la loro modalità di installazione e utilizzo, sono invece in linea con le prescrizioni della norma. 2) Esecuzione della prova di impatto meccanico Si esegue una prova di impatto su ciascuna superficie esposta nelle normali condizioni d’uso. La sollecitazione (danneggiamento e/o effetto dell’impatto/dell’energia sul contenitore) è applicata per tre volte quando la superficie da testare del contenitore ha lunghezza inferiore a 1 m, per cinque volte se la lunghezza è superiore a 1 m. La sollecitazione non deve essere esercitata più di tre volte intorno allo stesso punto. Piuttosto gli impatti devono essere distribuiti abbastanza uniformemente sull’oggetto, ovvero l'area di prova coperta in modo arbitrario ma con una certa simmetria. Immagine 3: Contenitore nel laboratorio di prova 3) Area di prova del contenitore Sono escluse dalla prova le parti del contenitore quali cerniere, serrature ecc. Non solo la protezione IP deve essere mantenuta dopo la prova, ma devono essere garantite anche l’isolamento, l'apertura e la chiusura della porta e la possibilità di montare e smontare la copertura. L’affidabilità delle apparecchiature elettriche (ad esempio le distanze in aria e superficiali) deve continuare a essere garantita quando si provano contenitori allestiti (anche solo parzialmente) come i quadri in bassa tensione secondo la norma 61439-­‐1. In funzione dei punti del contenitore soggetti all’impatto, i risultati della prova possono variare. Con impatti ripetuti tre volte vicino ad uno stesso punto è possibile verificare accuratamente i punti più sensibili del contenitore. Non vi sono comunque disposizioni al riguardo e risulta conforme alla norma anche eseguire la prova in punti meno critici, con il risultato di ottenere un codice IK maggiore o minore. In tal senso il risultato della prova d’impatto può essere influenzato dal costruttore. Intatti i punti di prova sono selezionabili in base ai soli criteri di cui al punto 2) e non vi é alcuna prescrizione che stabilisca che il contenitore debba essere provato nei punti particolarmente sensibili all’impatto. 4) Condizioni climatiche richieste per le prove -­‐ Campo di temperatura da 15°C a 35°C -­‐ Pressione aria da 86 kPa a 106 kPa (da 860 mbar a 1060 mbar) -­‐ Altezza da 0 a 2000 m Conclusione: Nello svolgimento delle prove di verifica del grado di protezione da impatto secondo la IEC 62262, è permessa una certa flessibilità. Pertanto l’indicazione di un codice IK non è significativa al 100%. La precisione delle prove di laboratorio e i punti da testare variano da caso a caso e sono parzialmente soggetti alla discrezionalità del costruttore. Una prova effettuata sui punti più sensibili del contenitore dà risultati molto diversi da una prova eseguita nei punti più resistenti dello stesso. Valori di prova e apparecchiature di
prova Nella seguente tabella sono riportati i valori delle energie necessarie per la verifica del grado di protezione da impatto. Sono inoltre indicate le apparecchiature di prova necessarie e le loro caratteristiche. Codice IK
IK00
Da IK01 a
IK05
IK06
IK07
IK08
IK09
IK10
Energia di impatto
in Joule
*
<1
1
2
5
10
20
R in mm
*
10
10
25
25
50
50
Acciaio
(2)
Materiale
*
Poliammide (1)
Massa equivalente
in Kg
*
0,2
0,5
0,5
1,7
5
5
D in mm
*
20
25
35
60
80
100
f in mm
*
10
4
7
10
20
20
r in mm
*
-
2,5
-
6
-
10
l in mm
*
57,5
120
60
65
110
63
Martello a pendolo
*
sì
Sì
sì
sì
sì
Sì
Martello a molla
*
sì
Sì
sì
no
no
no
Martello verticale
*
no
No
sì
sì
sì
sì
0,408 m
0,300 m
0,204 m
0,408 m
Altezza nominale di
caduta
* non protetto
1) R 100, durezza Rockwell secondo ISO 2039/2
2) Fe 490-2, durezza Rockwell secondo ISO 10152
Tabella 4: Dati rilevanti per le prove La verifica del codice IK è eseguita con tre diversi di martelli (a molla, verticali, a pendolo). A seconda della sollecitazione, deve essere scelto il tipo di martello idoneo. Figura 1: Dimensioni delle apparecchiature di prova Pagina 11 di 13 Prove presso il laboratorio Rittal
Rittal dispone di un proprio laboratorio di prova accreditato. Qui, per determinare il codice IK, si concentra l’attenzione sui punti più critici, così come per una catena si deve fare attenzione all’anello debole. La prova viene generalmente eseguita sul bordo ripiegato del contenitore. Sebbene in questi punti il materiale sia più stabile, è proprio qui che viene applicata la guarnizione e, a causa della deformazione prodotta dall’impatto, è in tali punti che può essere compromesso il grado di protezione IP. Non é infatti solo importante ottenere una elevata resistenza agli impatti ma è altrettanto importante mantenere la funzionalità del contenitore. Di conseguenza, quando vengono testati i contenitori configurati (anche solo parzialmente) come quadri in bassa tensione secondo IEC 61439-­‐1, si devono mantenere anche gli spazi di sicurezza, come ad esempio le distanze in aria e superficiali. Le ammaccature dovrebbero essere molto limitate o addirittura inesistenti. Solo prove svolte secondo questi rigidi criteri sono rappresentative del comportamento del contenitore in condizioni limite di utilizzo (“worst-­‐case”). Un valore elevato del codice IK di un contenitore può portare rapidamente a delle incomprensioni, poiché l’esecuzione della prova di laboratorio è soggetta sempre alla discrezionalità dell’esecutore. E’ quindi buona norma informarsi sempre sulle modalità di prova del codice IK. Immagine 4: Effetti di una prova di verifica del codice di protezione IK Fonti bibliografiche
Rittal GmbH & Co. KG
IEC 62 262:2002 „Schutzarten durch Gehäuse für elektrische Betriebsmittel (Ausrüstung) gegen äußere
mechanische Beanspruchungen (IK-Code)“
“Degrees of protection provided by enclosures for electrical equipment against external mechanical
impact (IK code)”
“Gradi di protezione forniti dai contenitori per apparecchiature elettriche contro impatti meccanici esterni
(codice IK)”
IEC 62 208:2011 „Leergehäuse für Niederspannungs-Schaltgerätekombination“
“Empty enclosures for low-voltage switchgear and controlgear assemblies”
“Contenitori vuoti (senza apparecchiature) per quadri in bassa tensione”
IEC 60 529:2013 „Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code)“
“Degrees of protection provided by enclosures (IP code)”
“Gradi di protezione forniti dai contenitori (codici IP)”
IEC 61 439-1:2011 „Niederspannung-Schaltgerätekombination“
“Low-voltage switchgear and controlgear assemblies”
“Quadri in bassa tensione”
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB): IP-Schutzartkennzeichnung IP protection class designations
Classificazione dei gradi di protezione IP
http://www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt3/exschutz/ex-grundlagen/ipschutzartkennzeichnung.
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