Come scegliere il materiale: quadro elettrico in metallo vs plastica

Meglio un quadro elettrico in metallo o plastica? Confronta resistenza, isolamento, corrosione, IP, IK e ambiente di installazione.

Quando si sceglie un quadro elettrico, una delle prime decisioni riguarda il materiale dell’involucro. Le alternative più comuni sono il metallo, soprattutto acciaio verniciato o inox, e i materiali isolanti come policarbonato, ABS e poliestere rinforzato.

Non esiste però un materiale migliore in assoluto. Un quadro installato all’interno di un’abitazione ha esigenze molto diverse da un armadio destinato a un impianto industriale, a un sistema fotovoltaico esterno o a un ambiente soggetto a umidità e sostanze corrosive.

La scelta deve considerare resistenza meccanica, isolamento elettrico, corrosione, temperatura, grado IP e grado IK, oltre alle dimensioni del quadro e alle apparecchiature che saranno installate al suo interno.

La CEI EN IEC 62208 costituisce il riferimento per gli involucri vuoti destinati alle apparecchiature assiemate di protezione e manovra in bassa tensione. Quando l’involucro viene completato con interruttori e altri dispositivi, il quadro nel suo complesso deve invece essere valutato secondo la serie CEI EN IEC 61439 applicabile. (CEI MyNorma)

Quadro metallico: quando viene utilizzato

Gli involucri metallici vengono impiegati soprattutto quando sono richieste robustezza strutturale e capacità di ospitare numerosi componenti.

Nei quadri industriali di dimensioni importanti è comune utilizzare acciaio verniciato, mentre l’acciaio inox viene scelto quando è necessario aumentare la resistenza alla corrosione.

Schneider Electric propone, ad esempio, involucri in acciaio destinati alla protezione delle apparecchiature da polvere, spruzzi e sollecitazioni meccaniche, mentre le gamme in acciaio inox sono progettate anche per ambienti aggressivi e corrosivi. (Schneider Electric)

La struttura metallica offre inoltre una buona rigidità, caratteristica utile quando devono essere montati apparecchi pesanti, piastre interne o numerose file di dispositivi.

I vantaggi del metallo

Uno dei principali vantaggi è la resistenza meccanica.

In locali tecnici, officine e ambienti industriali il quadro può essere esposto a urti accidentali. Una struttura metallica adeguatamente progettata può offrire una protezione elevata, anche se il dato da controllare resta sempre il grado IK dichiarato dal produttore.

Il metallo presenta inoltre una maggiore conducibilità termica rispetto ai materiali plastici. Questo può facilitare lo scambio di calore attraverso le pareti dell’involucro, ma non significa che un quadro metallico risolva automaticamente eventuali problemi di temperatura.

La verifica termica deve considerare potenza dissipata dai componenti, dimensioni dell’involucro, ventilazione e temperatura dell’ambiente. La CEI EN IEC 61439-1 comprende infatti requisiti specifici relativi alla verifica della sovratemperatura dell’assieme. (CEI MyNorma)

Un involucro metallico può inoltre essere vantaggioso quando è necessario gestire aspetti di compatibilità elettromagnetica, perché il materiale conduttivo può contribuire alla schermatura. Il risultato effettivo dipende comunque dalla costruzione completa del quadro, dalle aperture e dai collegamenti.

Il limite principale: corrosione e collegamenti di protezione

Il metallo deve essere scelto anche in funzione dell’ambiente.

L’acciaio verniciato può essere perfettamente adeguato in molti locali interni, mentre condizioni caratterizzate da umidità, atmosfere saline o sostanze aggressive possono richiedere materiali e trattamenti differenti.

L’acciaio inox offre una maggiore resistenza in questo senso. Rittal evidenzia proprio la resistenza alla corrosione come uno dei principali vantaggi degli involucri in acciaio inossidabile, mentre Schneider li indica per applicazioni in ambienti particolarmente aggressivi. (Homepage)

Un altro aspetto riguarda la sicurezza elettrica. Le parti metalliche accessibili che possono diventare pericolose in caso di guasto devono essere gestite secondo il sistema di protezione previsto dal progetto, compresi gli eventuali collegamenti al conduttore di protezione.

Non è quindi sufficiente montare le apparecchiature in una scatola di metallo: il comportamento dell’intero assieme deve essere valutato durante la progettazione.

Quadro in plastica: cosa significa realmente

Parlare genericamente di “plastica” può essere fuorviante.

Gli involucri elettrici possono essere costruiti in ABS, policarbonato oppure poliestere rinforzato con fibra di vetro, materiali con prestazioni anche molto differenti.

Una delle caratteristiche più importanti è che il materiale non è elettricamente conduttivo. Determinati involucri sono quindi progettati come apparecchiature in Classe II, utilizzando isolamento doppio o rinforzato.

Questo vantaggio deve però essere verificato nella documentazione del prodotto: non bisogna considerare automaticamente qualsiasi scatola plastica come un involucro in Classe II.

Schneider Electric propone, ad esempio, involucri isolanti in policarbonato e poliestere specificamente classificati in Classe II. (Schneider Electric)

Il vantaggio della resistenza alla corrosione

Uno dei motivi principali per scegliere un materiale isolante è la resistenza alla corrosione.

A differenza dell’acciaio tradizionale, policarbonato e poliestere non arrugginiscono. Possono quindi essere particolarmente interessanti in ambienti umidi e in determinate applicazioni esterne.

Rittal indica, ad esempio, i propri involucri plastici AX come resistenti alla corrosione, ai raggi UV, al sale e all’aria salmastra. ABB segnala analogamente tra i vantaggi delle proprie soluzioni non metalliche la resistenza alla corrosione e la maggiore leggerezza. (Webinfo Rittal)

Questo non significa però che qualsiasi plastica possa essere installata all’aperto.

La resistenza ai raggi UV, alle temperature e agli agenti chimici deve essere esplicitamente dichiarata dal produttore. Un materiale non progettato per l’esposizione solare può deteriorarsi nel tempo.

Plastica significa meno resistenza agli urti?

Non necessariamente.

La resistenza meccanica non può essere dedotta soltanto dal materiale. Esistono involucri in policarbonato con prestazioni molto elevate.

La gamma ABB Gemini, ad esempio, utilizza materiale termoplastico e dichiara IP66 e IK10, oltre alla resistenza ai raggi UV e agli agenti chimici. Alcuni involucri Schneider in policarbonato raggiungono invece IP66 e IK08. (ABB Group)

Questo dimostra perché, nel confronto tra metallo e plastica, è più corretto leggere il grado IK del prodotto specifico anziché assumere che il metallo sia sempre resistente e la plastica sempre fragile.

IP65 e IP66 dipendono dal materiale?

No. Il grado IP non indica il materiale utilizzato.

Descrive il livello di protezione dell’involucro contro l’ingresso di corpi solidi e acqua.

È quindi possibile trovare quadri metallici IP65 o IP66 e involucri plastici con gli stessi livelli di protezione. ABB, ad esempio, propone sia involucri termoplastici Gemini IP66 sia involucri metallici progettati per elevati livelli di protezione. (ABB Group)

Bisogna quindi evitare un errore molto comune: scegliere un quadro plastico perché “impermeabile” oppure un quadro metallico perché ritenuto automaticamente più protettivo.

Il parametro da controllare è il grado IP dichiarato per l’involucro completo, considerando anche porte, pressacavi, forature e accessori installati.

Una modifica eseguita male può infatti compromettere la protezione originaria.

E per il grado IK?

Lo stesso principio vale per il grado IK, che riguarda la resistenza dell’involucro agli impatti meccanici.

Un valore superiore indica una maggiore capacità di resistere agli urti previsti dalla relativa classificazione, ma deve essere verificato sulla scheda tecnica.

Esistono involucri in acciaio con elevata resistenza agli impatti e involucri plastici certificati fino a IK10. (Schneider Electric)

In un garage, in un’officina o in una zona accessibile al pubblico questo parametro può essere più significativo della semplice distinzione tra metallo e plastica.

La temperatura interna cambia?

Sì, ma il materiale rappresenta soltanto una parte del problema.

Il metallo conduce il calore meglio della plastica e può quindi favorire lo scambio termico con l’esterno. Un involucro isolante tende invece a trasferire meno rapidamente il calore attraverso le proprie pareti.

La temperatura interna dipende però soprattutto dalla potenza dissipata dai dispositivi, dalle dimensioni del quadro, dalla temperatura ambientale e dall’eventuale ventilazione.

Anche un grande quadro metallico può surriscaldarsi se viene riempito eccessivamente con inverter, alimentatori e apparecchiature che producono molto calore.

Allo stesso modo, alcuni involucri plastici sono progettati per temperature operative elevate. ABB dichiara, per esempio, temperature fino a 100 °C per specifiche configurazioni della gamma Gemini, mentre Schneider indica intervalli fino a 80 °C per alcuni involucri in policarbonato. (ABB Group)

Il valore deve quindi essere controllato sul prodotto effettivamente utilizzato.

Dove conviene utilizzare il metallo e dove la plastica?

La scelta può essere sintetizzata attraverso alcuni criteri pratici:

ambiente industriale con apparecchiature pesanti: frequentemente viene preferito il metallo per rigidità e capacità strutturale;
ambiente umido o soggetto alla corrosione: possono essere vantaggiosi policarbonato, poliestere rinforzato oppure acciaio inox;
installazione che richiede Classe II: può essere indicato un involucro isolante specificamente certificato;
elevata esigenza di schermatura elettromagnetica: il metallo offre generalmente maggiori possibilità;
installazione esterna: bisogna verificare IP, IK, UV, temperatura e corrosione indipendentemente dal materiale;
piccoli quadri e centralini: la leggerezza e la facilità di installazione possono favorire le soluzioni plastiche;
grandi armadi industriali: l’acciaio rimane molto diffuso per robustezza e modularità;
ambienti aggressivi o marini: possono essere necessari inox o materiali plastici specificamente progettati per quelle condizioni.

La scelta definitiva non dovrebbe quindi partire dalla domanda “metallo o plastica?”, ma da dove sarà installato il quadro e quali prestazioni deve garantire.

Attenzione anche al peso

Un involucro in materiale plastico è generalmente più leggero rispetto a una struttura metallica di dimensioni equivalenti.

Questo può semplificare trasporto e montaggio, soprattutto per piccoli e medi quadri fissati a parete. ABB indica proprio la leggerezza tra i vantaggi delle proprie soluzioni elettriche non metalliche.

Per quadri di grandi dimensioni, però, la capacità di sostenere il peso delle apparecchiature diventa prioritaria. Piastre, trasformatori, protezioni industriali e sistemi di controllo possono richiedere una struttura particolarmente rigida.

Anche in questo caso la capacità di carico dichiarata dal costruttore è più importante del materiale considerato isolatamente.

Il materiale non determina da solo la sicurezza del quadro

Un involucro eccellente non può compensare errori nella scelta dei componenti.

La CEI EN IEC 62208 riguarda l’involucro vuoto prima dell’inserimento delle apparecchiature. Una volta costruito il quadro, diventano determinanti anche le prescrizioni della serie CEI EN IEC 61439, che considera l’assieme nel suo complesso. (CEI MyNorma)

Bisogna quindi verificare isolamento, sovratemperatura, cablaggio e protezione contro i contatti, insieme alle caratteristiche nominali dei dispositivi.

Un quadro plastico IP66 installato con pressacavi non adeguati può perdere parte della protezione prevista. Un quadro metallico molto robusto con magnetotermici sottodimensionati o collegamenti non corretti rimane comunque un impianto progettato male.

Materiale e sicurezza sono quindi collegati, ma non sono equivalenti.

E nei quadri fotovoltaici?

Nel fotovoltaico la scelta dell’involucro deve considerare anche le condizioni nelle quali lavorano le protezioni AC e DC.

Un quadro posizionato all’esterno può essere soggetto a sole, pioggia e forti variazioni di temperatura. Un quadro installato in un locale tecnico può invece avere esigenze differenti, soprattutto per dissipazione termica e spazi disponibili.

LED Italia propone differenti configurazioni nella categoria Quadri Elettrici, con modelli AC, DC e combinati destinati a diverse potenze.

Un esempio è il quadro AC trifase LED Italia da 15 kW, che utilizza un centralino IP65 e integra protezione differenziale, SPD e sistema di protezione di interfaccia per la specifica configurazione prevista. (V-TAC Italia)

Anche in questo caso, il grado IP e le caratteristiche elettriche dell’insieme contano più della semplice distinzione tra plastica e metallo.

Metallo o plastica: quale scegliere?

Il quadro metallico è spesso indicato quando servono elevata rigidità, grandi dimensioni, supporto per apparecchiature pesanti o specifiche esigenze industriali. In ambienti corrosivi può essere necessario passare dall’acciaio verniciato all’acciaio inox.

Il quadro plastico può offrire vantaggi importanti in termini di isolamento, leggerezza e resistenza alla corrosione. Policarbonato e poliestere rinforzato possono inoltre raggiungere elevati livelli IP e IK quando progettati per applicazioni professionali.

La scelta corretta deve quindi confrontare almeno IP, IK, temperatura di esercizio, resistenza UV, classe di isolamento e condizioni ambientali.

Attraverso la sezione Quadri Elettrici e il sito ufficiale LED Italia è possibile valutare configurazioni destinate a impianti fotovoltaici di diversa tipologia.

Prima dell’installazione resta fondamentale verificare che involucro, protezioni e componenti siano compatibili con il progetto elettrico e con l’ambiente nel quale il quadro dovrà funzionare.