Classificazione di Arco Interno (IAC) e Dinamica di Contropressione nei Quadri MT secondo IEC 62271-200
Analisi approfondita della fisica dell'arco interno, dinamica di contropressione, classificazione IAC secondo IEC 62271-200, 5 criteri di accettazione e mitigazione nei quadri MT.
Fisica dell'Arco Interno nei Quadri di Media Tensione
Un guasto da arco interno in un quadro elettrico blindato di media tensione (MT) è un evento termodinamico e idrodinamico altamente distruttivo. Causato dal cedimento dell'isolamento dielettrico (aria, SF6 o gas ecologici), genera una scarica ad alta corrente. L'energia iniettata nel quadro è definita dall'integrale:
Il fenomeno si sviluppa attraverso quattro fasi fisiche distinte:
- Fase di compressione (5 - 15 ms): Caratterizzata da una rapidissima ionizzazione termica e dall'aumento istantaneo della pressione statica. La sovrapressione di picco (Δpmax) si verifica in questo intervallo prima dell'apertura dei flap di scarico.
- Fase di espansione (15 - 100 ms): I flap di sovrapressione si aprono, scaricando i gas caldi verso il condotto o plenum. La pressione scende a un regime di flusso turbolento.
- Fase di emissione (100 ms fino all'estinzione): Espulsione continua di gas ionizzati e vapori metallici fusi delle sbarre.
- Fase di raffreddamento: Dopo l'apertura dell'interruttore generale, i gas residui si raffreddano e condensano.
Il Fenomeno della Contropressione nei Condotti di Evacuazione
Il fenomeno della contropressione si verifica quando i gas ionizzati espulsi a temperature superiori a 2500 K incontrano ostacoli fluidodinamici lungo il percorso di scarico (soffitti bassi, curve a 90°, condotti sottodimensionati).
Quando l'onda d'urto acustica collide con un ostacolo, si genera un'onda riflessa verso il compartimento del quadro. Il bilancio delle forze sui flap è dato da:
Se la contropressione supera la forza di espulsione (Fbackpressure > Fexpulsion), si verifica la richiusura dei flap o una sovrapressione secondaria. Questo stress meccanico può distruggere i setti divisori interni, propagando il guasto catastroficamente a tutto il quadro.
Classificazione di Arco Interno (IAC) secondo IEC 62271-200
La norma IEC 62271-200 definisce le prove di laboratorio per verificare la resistenza meccanica e termica dei quadri MT contro gli effetti dell'arco interno.
Tipi di Accessibilità
- Tipo A: Accesso limitato al solo personale autorizzato.
- Tipo B: Accesso non limitato (pubblico).
- Identificatori di posizione (F, L, R): Indicano la protezione verificata sul lato Frontale (Front), Laterale (Lateral) e Posteriore (Rear). La sigla IAC AFLR garantisce una protezione a 360 gradi per gli operatori.
Parametri di Prova
La sigla IAC richiede l'indicazione della corrente presunta di cortocircuito (Ia) in kA e della durata di prova (ta) in secondi (es. 25 kA / 1s, 31.5 kA / 1s, 40 kA / 0.5s).
Criteri di Accettabilità secondo IEC 62271-200
Per ottenere la certificazione IAC, il quadro elettrico deve soddisfare contemporaneamente 5 criteri di accettabilità:
| Criterio | Requisito Normativo IEC 62271-200 |
|---|---|
| Criterio 1 | Porte e coperture fisse non devono aprirsi. Sono ammesse deformazioni permanenti senza distacco. |
| Criterio 2 | Nessuna frammentazione dell'involucro. Nessun frammento con massa ≥ 60 g deve essere proiettato. |
| Criterio 3 | L'arco non deve perforare le pareti esterne accessibili fino a un'altezza di 2,0 metri. |
| Criterio 4 | Gli indicatori di cotone (150 g/m²) posti a 30 cm non devono prendere fuoco. |
| Criterio 5 | Il circuito di messa a terra di protezione deve rimanere integro e funzionale. |
Linee Guida di Ingegneria, Progettazione della Sala e Mitigazione
La sicurezza del personale richiede una perfetta integrazione tra quadro MT e struttura civile:
- Altezza Soffitto e Plenum: Mantenere almeno 0.8 m - 1.2 m di spazio libero sopra il plenum per evitare riflessioni dell'onda d'urto.
- Deflettori Passivi vs Condotti Attivi: I deflettori passivi dissipano l'energia in locali grandi (> 300 m³), mentre i condotti attivi evacuano i gas all'esterno tramite serrande di sovrapressione di non ritorno.
- Sistemi di Mitigazione Ultra-Rapidi: Per limitare l'energia Earc, relè ottici a fibra ottica fanno scattare l'interruttore in < 2.5 ms, oppure estintori d'arco (Arc Quenchers) creano un cortocircuito triplo a terra in < 5 ms.
Integrazione con Vexten Calculation Suite e IEC 60909
I progettisti calcolano i livelli di cortocircuito sulle sbarre MT utilizzando Vexten Calculation Suite in conformità alla norma IEC 60909. Il software determina la corrente iniziale simmetrica (Ik'') e la potenza di cortocircuito (Sk''). Il rating IAC del quadro selezionato deve superare la corrente di cortocircuito presunta dell'impianto.