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Elettrotecnica

 

Trasformatori per le unità di alimentazione dei cantieri

La norma CEI EN 61558-2-23 - CEI 96-15 (unitamente alla CEI EN 61558-1 - CEI 96-3 “ Sicurezza dei trasformatori, delle unità di alimentazione e similari Parte 1: Prescrizioni generali e prove” ) tratta della sicurezza, dal punto di vista elettrico, termico e meccanico, dei trasformatori di isolamento e di sicurezza di cantiere (utilizzati nei quadri ASC di cantiere rispondenti alla norma CEI EN 60439-4), con tensione primaria nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e frequenza nominale non superiore a 500 Hz. Trattandosi principalmente di una norma di prodotto, nella seguente trattazione saranno evidenziate le parti di interesse generale mentre si trascureranno le parti relative a prove e a specifiche caratteristiche costruttive, rivolte soprattutto ai costruttori, rimandando alla norma stessa per ulteriori approfondimenti.

Definizioni

Per meglio comprendere gli argomenti di seguito trattati si riportano le definizioni più importanti tratte dalla prima parte della CEI EN 61558-1.
Trasformatore (di potenza)
È un apparecchio statico ad induzione elettromagnetica a due o più avvolgimenti che trasforma un sistema di tensione e corrente alternate in un altro sistema di tensione e di corrente generalmente di valori differtenti ed alla stessa frequenza al fine di trasmettere potenza elettrica.
Trasformatore di isolamento
Trasformatore con una separazione di protezione tra l’avvolgimento primario e quello secondario.
Trasformatore di sicurezza
Trasformatore di isolamento destinato ad alimentare circuiti SELV (a bassissima tensione di sicurezza) o PELV (a bassissima tensione di protezione).
Trasformatore di separazione
Trasformatore con l’avvolgimento/i primario separato dall’avvolgimento/i secondario per almeno un isolamento principale.
Trasformatore da incasso
Trasformatore previsto per essere montato in una scatola da incasso.
Trasformatore associato
Trasformatore concepito per alimentare apparecchiature o equipaggiamenti elettrici specifici, o parte di essi, che può essere incorporato o meno, ma concepito soprattutto per essere utilizzato solamente con apparecchi o equipaggiamenti elettrici specifici.
Trasformatore incorporato
Trasformatore associato concepito per essere incorporato in un apparecchio o equipaggiamento elettrico specifico, il cui involucro fornisce la protezione contro i contatti diretti e indiretti.
Trasformatore per uso specifico
Trasformatore associato che, senza essere incorporato in un apparecchio o equipaggiamento elettrico, è fissato o fornito con l’apparecchio o l’equipaggiamento stesso.
Trasformatore resistente al cortocircuito
Trasformatore in cui la temperatura non supera i limiti specificati quando il trasformatore è sovraccaricato o cortocircuitato, e che continua a soddisfare tutte le prescrizioni della presente Norma dopo la rimozione del sovraccarico o del cortocircuito.
Trasformatore resistente al cortocircuito non per costruzione
Trasformatore resistente al cortocircuito equipaggiato con un dispositivo di protezione (1) che apre il circuito primario o quello secondario, o riduce la corrente nel circuito primario o secondario quando il trasformatore è sovraccaricato o cortocircuitato, e che continua a soddisfare tutte le prescrizioni della presente Norma dopo la rimozione del sovraccarico (2) o del cortocircuito e dopo il ripristino o la sostituzione del dispositivo di protezione.
(1) Esempi di dispositivi di protezione sono i fusibili, i relè di sovracorrente, i fusibili termici, i dispositivi termici non riutilizzabili, i dispositivi termici di interruzione e i resistori PTC e i dispositivi meccanici ad interruzione automatica.
(2) In caso di protezione mediante dispositivo che non possa essere né sostituito né ripristinato, la frase “continua a soddisfare tutte le prescrizioni della presente Norma dopo la rimozione del sovraccarico” non significa che il trasformatore continui a funzionare.

Trasformatore resistente al cortocircuito per costruzione
Trasformatore resistente al cortocircuito, non equipaggiato con un dispositivo di protezione, nel quale la temperatura in caso di sovraccarico o cortocircuito, per costruzione non eccede i limiti specificati e che continua a funzionare e soddisfare tutte le prescrizioni della presente Norma dopo la rimozione del sovraccarico o del cortocircuito.
Trasformatore non resistente al cortocircuito
Trasformatore previsto per essere protetto contro una eccessiva temperatura per mezzo di un dispositivo di protezione non fornito con il trasformatore stesso, e che continua a soddisfare tutte le prescrizioni della presente Norma dopo la rimozione del sovraccarico o del cortocircuito e il ripristino del dispositivo di protezione.
Trasformatore a prova di guasto
Trasformatore che a seguito di un uso anormale non è più in grado di funzionare in modo permanente a causa di una interruzione del circuito primario, ma che non presenta rischi per l’utilizzatore o l’ambiente circostante.
Trasformatore mobile
Trasformatore che viene spostato durante il suo funzionamento o trasformatore che può essere facilmente spostato da un posto ad un altro mentre è collegato all’alimentazione. Un trasformatore destinato ad essere montato direttamente su una presa di corrente è considerato come un trasformatore mobile sebbene non possa essere spostato mentre è collegato all’alimentazione.
Trasformatore portatile (a mano)
Trasformatore mobile previsto per essere tenuto in mano durante l’uso abituale.
Trasformatore installato in posizione fissa
Trasformatore destinato ad essere utilizzato mentre è fissato ad un supporto o altrimenti fissato in una situazione specifica.
Trasformatore fisso
Trasformatore installato in posizione fissa o trasformatore avente una massa superiore a 18 kg e non munito di una o più maniglie per lo spostamento.
Trasformatore ordinario
Trasformatore con involucro senza protezione speciale contro la polvere e l’umidità, ma che soddisfa la prova con il dito di prova normalizzato.
Trasformatore indipendente
Trasformatore concepito per alimentare apparecchi non specificati e che può essere utilizzato senza involucro supplementare. Un simile trasformatore fornisce tutta la protezione necessaria in accordo con la sua marcatura.
Simili trasformatori possono essere mobili o fissi.
Trasformatore a secco
Trasformatore in cui il nucleo e gli avvolgimenti non sono immersi in un liquido isolante.
Unità di alimentazione
Apparecchio che riceve potenza dalla rete e che alimenta uno o più apparecchi. Le unità di alimentazione possono incorporare componenti per la trasformazione, la rettifica, la conversione, l’inversione della frequenza o una loro combinazione.
Assieme di apparecchiature di comando e controllo a bassa tensione per cantieri (ACS)
Combinazione di uno o più dispositivi di trasformazione e collegamento con apparecchiature di controllo, misura, segnalazione, protezione e regolazione associate, complete di tutte le loro connessioni meccaniche ed elettriche interne e parti strutturali, progettate e costruite per essere utilizzate in tutti i cantieri, in interni e in esterni.

Dati nominali e classificazione

Per i trasformatori di isolamento la tensione secondaria nominale deve essere superiore a 50 V ma inferiore a:
  • 250 V, per i trasformatori di isolamento con un punto di mezzo privo di messa a terra (monofase) oppure con un centro stella privo di messa a terra (trifase) oppure con collegamento a triangolo (trifase);
  • 110 V, per i trasformatori di isolamento con un punto di mezzo messo a terra (monofase) oppure un centro stella (trifase) messo a terra per costruzione.

    Per i trasformatori di sicurezza la tensione secondaria nominale non deve essere superiore a 50 V
    La norma indica anche i valori preferenziali per la tensione secondaria nominale.
  • 110 V e 230 V per i trasformatori di isolamento mobili, monofase;
  • 72 V, 110 V e 230 V per gli altri trasformatori di isolamento;
  • 6 V, 12 V, 24 V, 42 V e 48 V per i trasformatori di sicurezza.

    La potenza nominale non deve essere superiore a 25 kVA per i trasformatori di isolamento e di sicurezza monofase e a 40 kVA per i trasformatori di isolamento e di sicurezza polifase con i seguenti valori preferenziali:
  • trasformatori monofase - 25 VA, 40 VA, 63 VA, 100 VA, 160 VA, 250 VA, 400 VA, 630 VA, 1 000 VA, 1 600 VA, 2 500 VA, 4 000 VA, 6 300 VA, 10 kVA, 16 kVA, 25 kVA;
  • trasformatori polifase - 630 VA, 1 000 VA, 1 600 VA, 2 500 VA, 4 000 VA, 6 300 VA, 10 kVA, 16 kVA, 25 kVA, 40 kVA.

    I soli trasformatori mobili, con potenza nominale non superiore a 6,3 kVA, possono funzionare in servizio intermittente con tempi di funzionamento e di riposo rispettivamente di 5 e 15 min. La corrente di alimentazione non deve essere superiore a 125 A ridotta, in caso di cavi flessibili o prese di corrente, a 63 A.
    I trasformatori si classificano in base ai seguenti criteri.

    Alla protezione contro i contatti diretti e indiretti:
  • trasformatori di Classe I;
  • trasformatori di Classe II;
  • trasformatori di Classe III.

    Alla loro protezione contro il cortocircuito o contro l’uso anormale:
  • trasformatori resistenti al cortocircuito per costruzione;
  • trasformatori resistenti al cortocircuito non per costruzione;
  • trasformatori non resistenti al cortocircuito;
  • trasformatori a prova di guasto.

    Al grado di protezione IP garantito dall’involucro

    Alla mobilità:
  • trasformatori fissi;
  • trasformatori installati in posizione fissa;
  • trasformatori mobili;
  • trasformatori portatili.

    Alla durata di funzionamento:
  • funzionamento continuo;
  • funzionamento intermittente.

    All’uso previsto:
  • Associato
  • Indipendente
  •  

    Dati di targa

    Su ogni trasformatore il costruttore deve apporre una targa che riporti i dati nominali caratteristici. Quelli che seguono sono i dati di targa più significativi richiesti dalla norma.
    • tensione primaria nominale in volt;
    • tensione secondaria nominale in volt o kilovolt;
    • potenza nominale in voltampere o kilovoltampere e VAR o kVAR per i reattori;
    • corrente secondaria nominale in ampere o milliampere in alternativa alla marcatura della potenza nominale;
    • frequenza nominale in hertz;
    • fattore di potenza nominale,
    • nome o marchio di fabbrica del costruttore o del venditore responsabile;
    • modello o riferimento di tipo;
    • per i trasformatori di Classe II o di Classe III, il relativo simbolo;
    • indicazione dell’indice di protezione IP, se diverso da IP00 o dai trasformatori ordinari;
    • temperatura ambiente nominale massima se diversa da 25 C;
    I trasformatori per cantieri devono essere contrassegnati anche da uno dei simboli grafici indicati nelle seguenti tabelle.

    non resistente al cortocircuito
    resistente al cortocircuito (per costruzione o non per costruzione)
    a prova di guasto

    non resistente al cortocircuito con punto di mezzo o centro stella con messa a terra

    resistente al cortocircuito (per costruzione o non per costruzione) con punto di mezzo o centro stella con messa a terra
    a prova di guasto con punto di mezzo o centro stella con messa a terra

    Tab. 1 - Trasformatore di isolamento per cantieri


    non resistente al cortocircuito
    resistente al cortocircuito (per costruzione o non per costruzione)

    a prova di guasto

    Tab. 2 - Trasformatore di sicurezza per cantieri

    Principali caratteristiche costruttive

    Le gravose condizioni di lavoro che caratterizzano l’attività dei cantieri impongono, per i trasformatori installati in questi luoghi, una resistenza meccanica sufficiente a sopportare senza danni i frequenti spostamenti e i conseguenti urti cui possono essere sottoposti nell’uso normale.
    A tal proposito i trasformatori devono essere provati, a particolari condizioni e con modalità diverse a seconda che si tratti di trasformatori fissi o di trasformatori mobili, per verificarne la resistenza meccanica e la protezione contro la penetrazione di polvere ed umidità. Ad esempio per accertare le caratteristiche di resistenza meccanica è prevista una prova d’urto, che simula la collisione tra il trasformatore e le tipiche apparecchiature meccaniche utilizzate nei cantieri, e una prova all’impatto che simula le sollecitazioni a cui viene sottoposto il trasformatore trasportato senza imballaggio tramite veicoli su strada oppure su ferrovia per lunghi periodi. I trasformatori per cantieri devono possedere un grado di protezione non inferiore a IP44, se fissi, e non inferiore a IP54, se mobili.

    Fanno eccezione le prese di corrente che devono avere un grado di protezione non inferiore a IP44. Costruttivamente i circuiti primario e secondario, devono essere elettricamente separati uno dall’altro, e la costruzione deve essere tale che non ci sia alcuna possibilità di collegamento tra questi circuiti attraverso altre parti metalliche.
    L’isolamento tra gli avvolgimenti primari e secondari deve essere costituito da un isolamento doppio o rinforzato, tranne il caso, a particolari condizioni, per i trasformatori di classe I muniti di schermi di protezione (soluzione non consentita per i trasformatori che si collegano alla rete per mezzo di una spina). I trasformatori mobili con potenza nominale non superiore a 630 VA devono essere di classe II. Non è ammesso dotare i trasformatori di condensatori che colleghino elettricamente i circuiti primari e secondari. La protezione contro i contatti diretti e indiretti deve essere garantita sul circuito secondario del trasformatore mediante uno dei seguenti modi:
    • alimentando le prese di corrente mediante sistema SELV;
    • alimentando le prese di corrente tramite un circuito secondario non superiore a 110 V in corrente alternata con punto centrale o centro stella messo a terra che fornisca una tensione fase-terra non superiore a 55 V in corrente alternata monofase o 63,5 V in corrente alternata trifase;
    • le prese di corrente sono alimentate in corrente alternata a tensione superiore a 50 V da circuiti secondari (una presa per circuito) non collegati alla.
    Nei trasformatori con un punto centrale o con centro stella dei circuiti secondari previsti per essere collegati alla terra, la connessione a terra deve essere ottenuta per costruzione. In nessun altro punto devono essere presenti prese sul circuito secondario.
    I cavi e i vari elementi di collegamento devono essere scelti con valori nominali della corrente e della tensione compatibili con le caratteristiche nominali del trasformatore cui devono essere collegati e le entrate dei cavi al primario e al secondario devono essere separate. Particolare attenzione deve essere posta alle entrate e alle uscite dei conduttori esterni che devono poter essere introdotti senza rischio di danneggiamenti del loro rivestimento protettivo. I cavi di collegamento da usare nei cantieri devono essere almeno del tipo pesante con guaina in policloroprene. La sezione nominale dei cavi di alimentazione flessibili esterni non deve essere inferiore a quella indicata in Tab. 3.

    Per concludere, per i trasformatori di Classe I, si sottolinea l’importanza del collegamento a terra delle parti metalliche accessibili che possono diventare attive nel caso di un guasto all’isolamento. Il collegamento deve essere permanente e sicuro e la connessione deve essere effettuata tramite apposito morsetto di terra di protezione collocato internamente al trasformatore stesso. I trasformatori di Classe II non devono invece avere nessun dispositivo di messa a terra.

    Corrente primaria o secondaria per la potenza nominale

    (A)
    Sezione nominale dei cavi
    (mm2)
    Fino a 3 compreso (*)
    0,5
    Maggiore di 3 fino a 6 compreso
    0,75
    Maggiore di 6 fino a 10 compreso
    1
    Maggiore di 10fino a 16 compreso
    1,5
    Maggiore di 16 fino a 25 compreso
    2,5
    Maggiore di 25 fino a 32 compreso
    4
    Maggiore di 32 fino a 40 compreso
    6
    Maggiore di 40 fino a 63 compreso
    10
    (*) lunghezza max 2 m

    Tab. 3 – Sezione nominale minima dei cavi di alimentazione flessibili esterni