La Direttiva Bassa Tensione 2014/35/UE, spesso denominata anche direttiva LVD dalle iniziali dell’inglese Low Voltage Directive, prevede che tutto il materiale elettrico, incluse tutte le apparecchiature che per funzionare, hanno bisogno di essere alimentate con energia elettrica, per poter essere immesso sul mercato, debba essere sottoposto a specifici test di sicurezza elettrica. La tipologia di test da effettuare è specificata nelle relative norme di prodotto, ne elenchiamo alcune:
- CEI EN 60335 Sicurezza degli apparecchi elettrici per uso domestico o similare;
- CEI EN 60950 Sicurezza delle apparecchiature per la tecnologia dell’informazione comprese le apparecchiature tecniche per ufficio;
- CEI EN 61010 Prescrizioni di sicurezza per apparecchi elettrici di misura, controllo e per l’utilizzo in laboratorio;
- CEI EN 60204 Contenente le prescrizioni di sicurezza relative all’equipaggiamento elettrico delle macchine, generalmente denominata Normativa Macchine.
- CEI EN 61439 Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione, correntemente denominati Quadri Elettrici o Quadri BT.
- CEI EN 50191 Requisiti di sicurezza delle stazioni di prova e collaudo.
La Direttiva Bassa Tensione prevede che la conformità dell’apparato alle relative norme di prodotto sia dichiarata apponendo su di esso la Marcatura CE.
La Direttiva Bassa Tensione ha validità nella Comunità Europea, in altri paesi del mondo vigono norme locali che, generalmente, prevedono tipologie di prove diverse.
Una particolare importanza rivestono le normative vigenti nel continente americano data l’importanza economica a livello mondiale di questa area geografica.
Negli Stati Uniti le normative di riferimento sono le UL, mentre in Canada sono le CSA.
Vi sono poi certificazioni volontarie o legate a particolari ambiti come, per esempio il settore navale, dove è obbligatoria la certificazione per i prodotti attinenti a servizi essenziali che devono essere installati a bordo di navi classificate RINA.
Tale certificazione viene effettuata in conformità a regolamenti specifici e prevede, in certi casi anche specifici test di sicurezza elettrica
Anche in altri ambiti o settori applicativi, come per esempio il settore Ferroviario, possono essere richiesti test di sicurezza elettrica specifici e diversi da quelli previsti da altre normative.
Le tipologie di prove che prescrivono le varie norme sono molto simili fra loro, ogni normativa individua però dei livelli di severità specifici studiati per far si che la prova sia efficace ma non comprometta l’integrità dell’apparecchiatura sotto test.
Prova di continuità del conduttore di protezione
Il conduttore di protezione (PE) ha la funzione di collegare eventuali parti metalliche conduttrici che potrebbero arrivare ad una tensione pericolosa nel caso di cedimento dell’isolante, le cosiddette “masse”, alla messa a terra dell’impianto che alimenta l’apparecchiatura stessa
La prova di continuità sul conduttore di protezione si esegue facendo circolare una corrente, definita dalla normativa di prodotto, per un certo intervallo di tempo, anch’esso generalmente definito dalla normativa. La corrente viene fatta circolare fra le masse ed il punto dove verrà connesso l’impianto di terra e deve essere verificata la condizione per la quale la caduta di tensione o la resistenza sia inferiore ai valori massimi stabiliti dalle normative.
L’ampia configurabilità del mod. AS5160 consente di selezionare varie correnti di prova in un range che va da 0,2 A fino a 25 A (0.2 – 4 – 10 – 25 A). All’interno di questo range è possibile selezionare i valori di corrente prescritti da quasi tutte le norme di prodotto.
La programmabilità dei tempi di prova e dei valori di soglia permette di configurare lo strumento sulla base delle esigenze dell’operatore, consentendo anche di selezionare soglie e tempistiche cautelative, vale a dire maggiori rispetto ai valori minimi prescritti dalla norma.
Un aspetto importante della prova è costituito dai collegamenti: i cavi, che devono essere necessariamente utilizzati per collegare lo strumento all’apparecchiatura sotto prova, possono incidere sul risultato finale in quanto introducono resistenze addizionali.
Gli strumenti utilizzano normalmente una funzione di azzeramento dei cavi di prova. Questa funzione presenta vari inconvenienti in quanto deve generalmente essere ripetuta ad ogni accensione dello strumento ed ogni volta che vengono modificati i cavi di collegamento.
AS5160 utilizza il “metodo Kelvin” che consiste nell’impiego di 4 cavi, due per ogni collegamento. Con questo sistema di misura a 4 terminali non vengono introdotti errori di misura dovuti ai cavi in quanto vengono mantenuti separati il circuito di generazione (amperometrico) da quello di misura (voltmetrico).
Questo sistema consente di poter utilizzare cavi di lunghezza notevole, come accade quando devono essere verificate le continuità dei circuiti di protezione su macchinari di dimensioni notevoli. In questi casi la modalità di prova manuale rappresenta la soluzione migliore perché consente all’operatore di avviare manualmente ogni prova dandogli quindi il tempo di spostare le connessioni.
Ben diversa è la situazione che deve affrontare chi deve verificare la continuità del circuito di protezione su un apparato di piccole dimensioni alimentato con sistema presa/spina, come ad esempio un elettrodomestico o un elettroutensile. In questo caso, tipicamente, i tempi di prova sono molto ridotti in quanto sono condizionati dalla cadenza di produzione.
Per queste situazioni è stato progettato un accessorio specifico, il mod. AS5160/A1460.
Si tratta di un dispositivo di prova, connesso tramite cavi allo strumento, sul quale è presente una presa a spina ed un terminale per effettuare la prova di continuità.
L’operatore collega l’apparecchiatura sotto test alla presa a spina, e, toccando le eventuali masse con il terminale di prova, consente allo strumento di eseguire istantaneamente le prove di continuità programmate nella relativa sequenza automatica.
Misura della resistenza di isolamento
La bontà dell’isolamento dei circuiti che operano sotto tensione è di fondamentale importanza per la sicurezza di ogni apparecchiatura.
I materiali isolanti tipicamente utilizzati se integri e installati correttamente, offrono un elevato livello di isolamento. Può accadere che, per un errore di montaggio o a causa di sollecitazioni termiche o meccaniche l’involucro isolante dei conduttori si danneggi creando condizioni di potenziale pericolo per l’utente.
Queste difettosità possono sfuggire ad un semplice esame a vista per cui le normative prevedono una prova strumentale, in grado di individuare difetti sull’isolante anche in punti del cablaggio non visibili.
La misura della resistenza di isolamento è previsto sia effettuata portando i conduttori attivi ad una tensione superiore a quella di lavoro e misurando resistenza fra “interno ed esterno” dei conduttori, quindi fra il conduttore attivo ed il terminale di messa a terra del dispositivo.
Le tensioni di prova di isolamento che le varie normative hanno standardizzato sono di 50V, 100V, 250V, 500V e 1000V. Tutti questi livelli sono programmabili sul mod.AS5160. Sara l’operatore a scegliere la tensione di prova seguendo le indicazioni della norma di prodotto relativa all’apparecchiatura sotto test.
Il mod. AS5160 prevede un’ampia flessibilità nella programmazione della soglia minima relativa alla resistenza di isolamento e del tempo di prova in maniera da poter programmare la prova in conformità alla norma che si deve applicare.
Chi utilizza l’accessorio AS5160/A1460 può effettuare la prova di isolamento sull’apparecchiatura alimentata con spina monofase semplicemente collegando l’apparecchiatura alla spina prevista sull’accessorio.
Prova di rigidità dielettrica AC (o di tensione applicata)
E’ una prova simile alla precedente.
Nella misura della resistenza di isolamento lo scopo è quello di caratterizzare la “bontà” dell’isolamento sulla base di un numero, espresso in MegaOhm, corrispondente alla resistenza – ovviamente di valore molto alto – relativa all’isolante stesso.
La prova di tensione applicata ha invece lo scopo di sollecitare l’isolante verificandone la tenuta ad una tensione di valore elevato. Il risultato della prova è quindi un “passa/non passa”.
Le tensioni nella prova di rigidità dielettrica sono molto diverse da norma a norma e, a volte, all’interno della stessa norma, sono previsti vari livelli di severità in funzione delle condizioni di impiego dell’apparecchiatura sotto prova.
AS5160 offre all’operatore la completa configurabilità della prova. La tensione di prova può essere selezionata a partire da un valore di 100 V fino ad un valore di 5000 V con un “passo” di 10 V.
Anche i tempi di applicazione e l’eventuale limitazione in corrente possono essere configurati in un ampio range di scelte.
Alcune norme chiedono l’applicazione graduale della tensione di prova.
In questo caso lo strumento offre all’operatore la possibilità di configurare l’andamento della tensione di test durante tutta la prova, scegliendo:
- Il valore di partenza;
- Il valore finale da applicare:
- la durata della “rampa” con cui lo strumento passa dalla erogazione del valore di partenza a quello finale:
- la durata di applicazione del valore finale;
- la durata di una eventuale rampa di discesa.
Il risultato della prova è positivo se non si è verificata nessuna scarica attraverso l’isolante, negativo se si è verificata una scarica o comunque è intervenuto il limitatore di corrente impostato dall’operatore.
Durante questa prova lo strumento può erogare tensioni che arrivano a 5000 V AC. Si tratta di tensioni elevate per cui lo strumento è conforme alle prescrizioni previste dalla normativa vigente per garantire la massima sicurezza all’operatore, in particolare:
- per attivare l’erogazione di alta tensione l’operatore deve essere a conoscenza di una password preimpostata sullo strumento;
- l’operatore, prima dell’avvio della prova, viene avvertito attraverso uno specifico messaggio a display che sta per essere erogata alta tensione;
- per avviare la prova non è sufficiente utilizzare il display touch screen ma è necessario utilizzare un apposito pulsante di start;
- una spia luminosa avverte l’operatore che lo strumento sta erogando alta tensione.
- per le prove in automatico può essere programmato un apposito contatto di ingresso sullo strumento che funge da interblocco per avviare la prova.
- per le prove in manuale va utilizzata una coppia di pistole AT in dotazione con lo strumento, versione AS5160P, perché l’operatore deve avere entrambe le mani impegnate.
Chi utilizza l’accessorio AS5160/A1460 può effettuare la prova di tensione applicata, fino a 1500V sull’apparecchiatura alimentata con spina monofase semplicemente collegando l’apparecchiatura alla spina prevista sull’accessorio.
Prova di rigidità dielettrica DC (o di tensione applicata DC)
E’ una prova identica alla precedente. Si svolge nelle medesime modalità, l’unica differenza è che viene utilizzata una tensione continua anziché una tensione alternata.
L’utilizzo della tensione continua non deve far confondere questa prova con la misura della resistenza di isolamento, si tratta sempre di una prova di tensione applicata, dove l’isolante viene sollecitato per verificarne la tenuta.
La richiesta di utilizzo della tensione continua per questo tipo di prove si sta diffondendo su varie normative. Oggi, generalmente, la prova in tensione continua viene richiesta come alternativa alla classica prova in tensione alternata ma è prevedibile che, nel prossimo futuro, le normative si orientino su questa prova.
Tecnicamente l’utilizzo di una tensione continua è preferibile in quanto essa non è soggetta all’influenza di eventuali capacità parassite che, se di valore considerevole, potrebbero far fallire la prova in corrente alternata a causa della corrente di dispersione che le attraverserebbe.
Le modalità di gestione della prova di tensione applicata in tensione continua sono le medesime descritte per l’alternata con la sola differenza che, in questo caso, il valore di tensione erogata può essere programmato da 500 a 6000V con passi di 50V.
Misura del tempo di scarica e tensione residua
Un altro aspetto legato alla sicurezza riguarda la cosiddetta “tensione residua”.
Può accadere infatti che, subito dopo lo spegnimento, alcuni apparati presentino al loro interno parti che rimangono in tensione per un certo periodo di tempo.
Queste parti che rimangono in tensione rappresentano un pericolo per l’utente per cui diverse normative prevedono la misura della tensione residua per verificare che si posizioni al di sotto di un determinato valore, fissato dalla normativa.
La prova si effettua alimentando l’apparecchiatura sotto test, ad un comando dell’operatore l’apparecchiatura sotto test viene spenta e lo strumento misura, dopo un tempo che, generalmente va da 1 a 5 secondi, la tensione sulla spina o su parti interne a cui sono stati preventivamente collegati i terminali di misura.
Sono ampliamente programmabili il tempo di ritardo nella misura (da 0.0 a 9.9 secondi, con step di 0.1 secondi) ed il valore di soglia della tensione.
Misura della corrente dispersa e della corrente dispersa sull’involucro
Questa misura ha lo scopo di identificare eventuali correnti disperse dall’apparecchiatura sotto test.
Si tratta di una prova prevista da alcune normative, sulla base delle prescrizioni normative lo strumento effettua la prova nelle seguenti modalità:
- Dispersione di corrente sull’involucro. Durante il funzionamento dell’apparecchiatura, alimentata dalla presa presente sullo strumento o dalla presa prevista sull’accessorio AS5160/A1460, si porta a contatto un cavo, collegato all’apposito ingresso dello strumento, sulle parti dell’involucro che potrebbero disperdere corrente per effettuare la misura.
- Dispersione di corrente verso terra. Durante il funzionamento dell’apparecchiatura, alimentata dalla presa presente sullo strumento o dalla presa prevista sull’accessorio AS5160/A1460, lo strumento misura la corrente dispersa sul cavo che collega l’apparecchiatura all’impianto di terra.
- Dispersione di corrente differenziale. Durante il funzionamento dell’apparecchiatura, alimentata dalla presa presente sullo strumento o dalla presa prevista sull’accessorio AS5160/A1460, lo strumento misura la corrente differenziale fra il cavo di fase e di neutro che alimentano l’apparecchiatura.
Prove funzionali “Power”
Le prove di sicurezza elettrica sono fondamentali per garantire la sicurezza elettrica dell’apparecchiatura.
Tali prove non coinvolgono le funzionalità dell’apparecchiatura per cui potrebbe accadere che una apparecchiatura sia perfettamente sicura dal punto di vista elettrico ma non sia funzionante.
Per questo motivo lo strumento prevede anche la prova funzionale che l’operatore può, a sua discrezione attivare o inserire nella sequenza automatica.
In questo caso l’operatore può scegliere la durata della prova, da 2 a 180 secondi. Durante questo periodo di tempo lo strumento alimenta l’apparecchiatura sotto test e ne misura i consumi, visualizzando:
- Potenza attiva
- Potenza reattiva
- Potenza apparente
- Fattore di potenza
- THD in Tensione
- THD in Corrente
- Cosfi
- Tensione
- Corrente
Verificando i valori corretti di queste misure l’operatore può identificare eventuali malfunzionamenti, per esempio una potenza assorbita troppo bassa può essere indice di una funzione non operativa oppure un assorbimento troppo alto potrebbe essere indice di un montaggio non corretto che porta ad attriti troppo elevati (es. una ventola che striscia nel carter).
E’ importante l’informazione relativa alla distorsione armonica totale (THD) sia in tensione che in corrente in quanto questo parametro identifica l’entità del rischio che l’apparecchiatura possa peggiorare la qualità della alimentazione elettrica della linea dalla quale sarà alimentata.
Tali valori possono essere memorizzati nel report di prova.
La prova funzionale può essere effettuata sia sulla presa collocata sul pannello frontale dello strumento che con l’accessorio AS5160/A1460.
Per ridurre i tempi di test lo strumento può effettuare contemporaneamente la prova funzionale e la misura delle correnti disperse.