il laboratorio di prove meccaniche edambientali per gli apparati

NOTE
Elia Marchetta
Istituto Superiore delle Comunicazioni
e delle Tecnologie dell’Informazione
IL LABORATORIO DI PROVE MECCANICHE
ED AMBIENTALI PER GLI APPARATI
RADIO E TERMINALI DI TLC
DELL'ISTITUTO SUPERIORE C.T.I.
(THE ISCTI LABORATORY FOR EXTERNAL MECHANICAL AGENTS AND
ENVIRONMENTAL CONDITIONS ON RADIO EQUIPMENT AND
TLC TERMINAL UNITS)
S
bstract: this paper deals with test carried out on
radio equipments and TLC terminal units in
order to verify that external mechanical agents and
environmental conditions don't cause physical hazard
to the user.
Some the details are given about test sets and the
procedures applied at the laboratory "environmental
Safety Prove" of the ISCTI when equipment conformity
to established safety requirements is tested.
Introduzione
mente realizzati in modo da poter resistere anche
ad eventi accidentali quali la caduta di un peso o di
un attrezzo di officina senza indurre pericoli all'utente; debbono rimanere funzionanti se raggiunti
da schizzi o getti d'acqua o pioggia; infine l'apparato deve impiegare materiali isolanti che in presenza di agenti aggressivi, causa di corrosione ed
invecchiamento, mantengano le loro proprietà,
impedendo che all'interno dell'apparato si producano corto circuiti, innesco di possibili incendi.
ommario: l'articolo si riferisce alle prove da eseguire sulle apparecchiature radio e terminali di
TLC per verificare che agenti esterni, di natura meccanica ed ambientale, applicati ad essi non arrechino
danni fisici all'utente.
Vengono illustrate in dettaglio la strumentazione e
le procedure impiegate presso il laboratorio "Safety
Prove ambientali" dell' ISCTI per accertare la conformità degli apparati ai requisiti di sicurezza stabiliti.
L'evoluzione e la diffusione delle attuali strutture di telecomunicazioni, che costituiscono un
importante supporto all'economia dei paesi comunitari, sono state rese possibili dall'avvento delle
nuove tecnologie introdotte nella costruzione
degli apparati radio e terminali di tlc e dalla creazione di un mercato sempre più unico, aperto e
concorrenziale.
Per permettere una libera circolazione dei prodotti, nel mercato comunitario, si è reso necessario introdurre norme comuni a tutti i paesi interessati per assicurare il reciproco riconoscimento,
della loro conformità, a requisiti ritenuti essenziali.
L'ISCTI effettua, presso il laboratorio
dell'Ufficio VI, esami e prove per verificare il grado
di protezione che questi apparati possiedono in
relazione alle loro caratteristiche meccaniche ed al
loro comportamento funzionale in condizioni
ambientali critiche o in condizioni di sovraccarico.
Gli apparati per le telecomunicazioni, come
tutti gli apparati elettronici, debbono infatti avere,
tra l'altro, come requisito essenziale, la sicurezza
verso qualsiasi soggetto.
Debbono essere meccanicamente e struttural-
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A
Prove eseguibili dal Laboratorio
"Sicurezza elettrica e prove ambientali"
dell'ISCTI Uff.VI
L'ISCTI ha attrezzato un laboratorio per verificare il grado di protezione che l'involucro e la
struttura dell'apparato offrono all'utilizzatore
quando l' utilizza o quando l'apparato subisca sollecitazioni meccaniche ed ambientali.
Le verifiche dei requisiti meccanici e strutturali
riguardano in particolare:
a) la possibilità che la persona possa toccare
accidentalmente parti interne sotto tensione (norma CEI EN 61010);
b) la resistenza dell'involucro agli urti, a
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c)
d)
e)
f)
g)
vibrazioni e a colpi che possono verificarsi in uso normale (norma CEI EN 61010);
la resistenza dell'involucro alla percussione prodotta dalla caduta accidentale di un
grave (norma EN 60950);
l'efficacia del dispositivo che blocca il cavo
di alimentazione (230 Vac) dell'apparato a
fronte di una trazione accidentale (norma
CEI 23-50 e IEC 884);
la protezione offerta dall'involucro all'apparato sottoposto a caduta di gocce d'acqua, a spruzzi e a pioggia (norma CEI EN
60529);
il grado di infiammabilità dei materiali isolanti impiegati, sottoponendoli a prove di
combustione, per valutare la sicurezza dell'apparato di fronte a sollecitazioni termiche anomale e la sua capacità di innescare
incendi(norma EN 60695);
la bontà di isolamento offerta dall'apparato in presenza di correnti superficiali che,
propagandosi nei circuiti attraverso pulviscolo conduttore depositatosi su di essi
nel tempo, possano causare corto circuiti
ed incendi (norma CEI EN 60335).
Si descrivono di seguito gli apparati di prova e
le procedure che si eseguono per verificare i requisiti innanzi elencati.
a) Contatto accidentale con parti sotto
tensione
Per valutare che le parti accessibili dell'EUT
(Equipment Under Test) non siano sotto tensione,
la norma CEI EN 61010 richiede l'uso, come strumenti per questa verifica, de "Il dito di prova" e de
"Gli spinotti di prova"(vedi foto 1).
Il dito di prova, che può essere sia rigido che
snodato, è uno strumento di acciaio temprato e
rinvenuto. Il dito snodato va provato in qualsiasi
possibile posizione senza che gli si applichi alcuno
sforzo; qualora una parte diventasse accessibile
applicando una forza, si userà il dito di prova rigido applicandovi una forza di 10N. La prova va effettuata su tutte le superfici esterne ed anche sul
fondo.
Lo spinotto di prova è uno strumento di metallo lungo 100 mm e con un diametro di 4 mm che
va inserito, lasciandolo sospeso liberamente, in
160
modo da poter penetrare sino a 100 mm in tutte
le aperture che si trovano al di sopra di parti sotto
tensione.
foto1 - Dita di prova e spinotti di prova
b) Robustezza meccanica ad urti e colpi
Ai fini di controllare la resistenza meccanica
dell'involucro agli urti, a vibrazioni e a colpi che
possono verificarsi in uso normale, l'EUT viene
sottoposto a colpi con un particolare martello a
molla.
Il dispositivo di prova consiste di tre parti: il
corpo, il percussore, il cono di sgancio caricato da
una molla (vedi foto 2).
Il corpo è costituito dalla testa del martello che
è compresa nel percussore, ha una faccia emisferica con una durezza Rockwell HR 100 e con un raggio di 10 mm; il cono di sgancio ha una massa di 60
g e la sua molla arriva ad esercitare una forza di 20
N nel momento in cui il meccanismo sgancia il percussore.
La punta del martello viene premuta perpendicolarmente contro la superficie di tutte le parti
esterne che sono accessibili in uso normale, ad
esse devono essere applicati tre colpi con un'energia d'urto di 0,5 J su ogni parte.
Per controllare che l' EUT abbia superato la
prova lo si sottopone a misure di tensione sia in
corrente alternata che continua. Esse si effettuano
aumentando gradualmente la tensione per 10 s
sino al valore specificato in modo che non si manifesti nessun fenomeno transitorio.Viene controllato, inoltre, che:
- parti sotto tensione pericolosa non siano
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diventate accessibili;
- gli involucri non presentino alcuna incrinatura che possa dare luogo a pericoli;
- non vi sia stato alcun danno che possa dare
luogo a propagazione del fuoco.
Vedi art. 8 della norma CEI EN 61010
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le prescrizioni della normativa in cui si chiede che
le aree accessibili all'operatore continuino ad essere adeguatamente protette; in caso di dubbio si
dovrà sottoporre l' EUT stesso ad una prova di
rigidità dielettrica.
foto2 - Martello di prova
c) Resistenza dell'involucro alla percussione prodotta dalla caduta accidentale di un grave
Gli involucri delle apparecchiature devono
avere un'adeguata resistenza meccanica ed essere
costruiti in modo da non costituire pericolo all'utente quando sono sottoposti alla caduta di un
corpo esterno.
Il dispositivo atto ad eseguire tale controllo è l'apparecchio indicato nella foto 3. Esso è
costituito da un carrello verticale che posiziona la
sfera da 1100 a 2300 mm in altezza, mentre un
braccio orizzontale la sposta fino a 700 mm.
Un esemplare costituito da un involucro completo o una parte di esso viene fissato sul piano
d'appoggio orizzontale del dispositivo di prova; la
sfera massiccia e liscia di acciaio di 50 mm di diametro e con una massa di 500 g + 25 g è lasciata
cadere liberamente sull'esemplare da un'altezza di
1,3 m dalla posizione di riposo.
Successivamente l'esemplare in prova viene fissato sulla superficie rigida verticale dell'apparecchiatura, e la sfera , sospesa ad una corda fissata al
braccio orizzontale si fa oscillare come un pendolo fino a colpire l'oggetto.
Al termine l' EUT deve continuare a soddisfare
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foto 3- Apparecchiatura per la prova d’urto con la sfera
d)
Efficacia del dispositivo di fissaggio
del cavo di alimentazione.
Il cavo di alimentazione dell'apparato sotto test
deve essere opportunamente fissato con un dispositivo che offra adeguata resistenza ad uno sforzo
di trazione. Lo scopo della prova è verificare l'efficacia di tale dispositivo quando il cavo viene sollecitato a trazione, secondo le prescrizioni della
norma CEI 23-50 IEC 884.
La strumentazione utilizzata nella prova è quella indicata nella foto 4. Consiste in una struttura
base in alluminio dotata di piedini di regolazione
con una piastra d'appoggio su cui sono posizionate due colonne verticali sostenenti una staffa trasversale di supporto al fulcro della leva e al dispositivo di manovra.
Il movimento di alzata della staffa traversa
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è realizzato mediante un eccentrico con corsa
massima di 65 mm.
La forza di trazione sul cavo è ottenuta applicando pesi diversi e componibili che si agganciano
direttamente al cavo.
Si predispongono, sulla staffa traversa di appoggio le boccole guida del cavo di adatte dimensioni
all'esemplare in prova; si prepara il carico di trazione componendo le masse secondo la seguente
tabella:
Massa
dell'apparecchiatura
[kg]
Forza di trazione
[N]
M<1
30
1< M < 4
60
M>4
100
La prova della durata di un secondo viene ripetuta per 25 volte. Durante la prova, il cavo non
deve danneggiarsi; al termine si esegue una prova
di rigidità dielettrica.
foto.4 - Dispositivo per la prova di trazione di un cavo di alimentazione
e) Protezione contro le gocce d'acqua, la
pioggia e gli spruzzi.
La normativa in vigore (CEI EN 60529), ha definito i diversi gradi di protezione che gli involucri
degli apparati offrono in relazione ai danni provocati dalla penetrazione dell'acqua.
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Il grado di protezione offerto dall'involucro dell'apparato è indicato dal codice IP (International
Protection) normalmente seguita da almeno 2
cifre. La prima, da 0 a 6 o lettera X, indica la protezione contro la penetrazione di corpi solidi
estranei e contro l'accesso a parti pericolose
interne mediante un dito, un attrezzo, un filo; la
seconda cifra caratteristica, da 0 a 8 o lettera X,
indica la protezione contro la penetrazione dell'acqua come gocce, spruzzi, getti o immersione;
in particolare:
Il numero 1 IPX1 (come prima cifra X indica
che la penetrazione di corpi solidi non è considerata), indica che le gocce d'acqua cadendo verticalmente, sull'involucro, non devono provocare effetti dannosi (involucro protetto contro la caduta
verticale di gocce d'acqua).
Il numero 2 IPX2, indica che le gocce d'acqua,
non devono provocare effetti dannosi, quando l'involucro è inclinato di 15° (involucro protetto contro la caduta verticale di gocce d'acqua con una
inclinazione dell'involucro di 15°).
Il numero 3 IPX3, indica che l'acqua che cade a
pioggia da una direzione facente con la verticale un
angolo fino a 60°, non deve provocare effetti dannosi (involucro protetto contro la pioggia).
Il numero 4 IPX4, indica che l'acqua spruzzata
sull'involucro da tutte le direzioni non deve provocare effetti dannosi (protetto contro gli spruzzi
d'acqua).
Il numero 5 IPX5, indica che l'acqua proiettata
con un getto sull'involucro da tutte le direzioni
non deve provocare effetti dannosi (protetto contro i getti d'acqua).
Gli altri due numeri, il 6 ed il 7, riguardano l'immersione dell'involucro, non prevista in questo
apparecchio combinato.
L'apparecchiatura può essere suddivisa in:
(vedi foto 5)
- Struttura: composta da un telaio in profilato
metallico zincato a caldo e pannelli in PVC
trasparente;
- Vasca di gocciolamento, in metallo inox, per
le prove di gocciolamento (grado IPX1 e
IPX2). Questa vasca può essere alzata o
abbassata per arrivare alle distanze previste
dalla norma. Due bacinelle di raccolta posizionate al di sotto della vasca, con aperture
azionate manualmente, permettono il con-
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trollo del tempo di durata delle prove;
- Supporto per poter applicare i vari tipi di
tubi oscillanti (il tipo di tubo è scelto in relazione alle dimensioni del provino);
- Tavola rotante dove sistemare il provino.
Per il grado "IP X1"si dovrà posizionare l'esemplare in prova sulla tavola rotante disassato di
100 mm, regolando la posizione verticale della
"VASCA" in modo da ottenere una distanza di
circa 200 mm tra il fondo di raccolta ed il punto
più alto dell'esemplare in prova, mediante i pulsanti di "salita e discesa" del pannello comandi.
A questo punto si apre completamente la valvola di alimentazione dell'acqua, si attiva la rotazione della colonna porta pezzi e si aprono le bacinelle di raccolta tirando la funicella di comando del
carrello fino all'arresto.
Trascorso il tempo richiesto per la prova si
potrà richiudere la bacinella di raccolta tirando la
funicella in senso inverso e chiudere la valvola di
alimentazione dell'acqua.
Per la seconda cifra caratteristica X2 la prova è
simile alla precedente con la differenza che la tavola non è rotante ma fissa in quattro posizioni con
inclinazioni di 15° da una parte e dall'altra della
verticale.
Per il grado "IPX3"(con tubo oscillante) il tubo
è provvisto di fori lungo un arco di 60° da entrambi le parti del punto centrale; l'involucro è posto
nel punto centrale del semicerchio, si fa oscillare il
tubo di 120°, cioè 60° da una parte e 60° dall'altra
della verticale. L'involucro viene poi ruotato di 90°
sul piano orizzontale e sottoposto nuovamente
alla prova.
Per l'IPX4 il tubo oscillante è provvisto di fori
lungo tutti i 180° del semicerchio e, oscilla per
360° cioè 180° da una parte e 180° dall'altra
rispetto alla verticale.
La prova per la seconda cifra caratteristica 56 è effettuata spruzzando l'involucro in tutte le
direzioni possibili con un getto d'acqua proiettato
da un ugello di 6,3 mm per la cifra 5 e con un ugello di 12,5 mm per la cifra 6.
Per tutte le prove suddette la portata dell'acqua
è regolata da un flussometro e le prove si effettuano con acqua dolce.
Queste prove vengono richieste dai costruttori di varie apparecchiature che devono sottostare
a determinati requisiti di sicurezza (grado IP).
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foto.5 - Dispositivo combinato per il controllo dei danni provocati
dalla penetrazione dell’acqua
f) Grado di infiammabilità dei materiali
isolanti
Per valutare il rischio di accensione e propagazione della fiamma sui materiali isolanti, impiegati
nell'apparato sotto esame quando tali materiali
siano sottoposti a fonti di calore, si ricorre alla
cosiddetta prova del filo incandescente indicato
dalla norma EN 60695.
La strumentazione utilizzata mostrata nella foto
6, è contenuta in un involucro metallico che presenta uno sportello anteriore da cui si infila il provino sotto esame ed un'apertura superiore per la
fuoriuscita dei fumi di combustione dello stesso;
l'accensione di un aspiratore per smaltire i fumi
prodotti nel corso della prova, può iniziare solo al
termine della prova, al fine di non influire sulla temperatura stabilita per la prova.
La temperatura di prova è prodotta da una
spira incandescente al Ni-Cr riscaldata da una termocoppia in Ni-Cr e Ni-Al e può arrivare fino al
valore massimo di 980° C.
Il sistema di rilevamento della temperatura
viene tarato mediante una piastrina di argento
puro al 99,8 %, che fonde alla temperatura di
960°C (norma IEC 695).
Si controlla inizialmente che il dispositivo di
prova sia perfettamente in piano, controllandone la
posizione attraverso la livella a bolla d'aria presente sul piano di prova.
Inserita la tensione, la temperatura necessaria
per l'esecuzione della prova, viene raggiunta agen-
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do gradualmente sul variatore di tensione e viene
lasciata stabilizzare per circa un minuto prima di
iniziare la prova.
La prova si effettua avvicinando la spira incandescente ad un punto interno sulla superficie del
campione, prescelto perché considerato suscettibile alla combustione in quanto vicino ad una sorgente di calore nell'interno dell'apparato.
foto.7- Apparecchiatura per la verifica della resistenza alle correnti di superficie
foto.6 - Apparecchiatura per la prova del Filo Incandescente
g) Controllo delle caratteristiche
meccaniche ed isolanti degli involucri
plastici.
Premesso che molti apparati sono costituiti da
involucri plastici, occorre, come prevedono le normative, controllare le caratteristiche meccaniche
ed isolanti di detti materiali attraverso
l'Apparecchiatura per la verifica della resistenza alle correnti di superficie (norma CEI
EN 60335).
L'apparecchiatura in oggetto verifica, nelle condizioni di normale utilizzo, il comportamento dei
materiali isolanti, relativamente al rischio di incendio, causato dalle correnti superficiali; esse sono
funzione della velocità di accumulazione di qualsiasi deposito di materiale conduttore, dovuto al
combinarsi di effetti elettrici ed elettrolitici (es.
pioggia, sporcizia, grasso).
È realizzata con una base in lamiera piegata che fa da contenitore della parte elettrica di
comando e controllo e da supporto della parte
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meccanica di dosatura della caduta delle gocce,
racchiusa all'interno di una cupola di protezione in
materiale trasparente (vedi foto 7).
La prova viene eseguita in un ambiente asciutto
e ad una temperatura di 23° ± 5° C. Gli elettrodi
di prova devono essere puliti prima di ogni verifica
perché ogni loro contaminazione influenza i risultati e la distanza tra loro dovrà essere controllata;
si imposta l'intensità di corrente ad 1 Ampere
quando gli elettrodi vengono cortocircuitati. La
tensione varia da 0 a 600 V a passi di 25 V; la resistenza del circuito deve essere tale da rientrare
nelle tolleranze fornite.
Il campione, viene posto con la faccia orizzontale su un supporto di metallo o vetro e le facce
dei due elettrodi sono poggiate sul provino con la
pressione chiesta in specifica. Per portare a termine la prova si usano 50 gocce di soluzione elettrolitica ( cloruro di ammonio + acqua distillata
allo 0,1± 0,002 %) fatte cadere sul provino finché il
provino stesso non cominci a bruciare.
Elia MARCHETTA
Direttore Sviluppo e Qualità
ISCTI - Ufficio 6° Reparto 3° (Safety)
Per informazioni :
Tel.06/54444571
e-mail [email protected]
Viale America, 201 00144 Roma
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