Il presente lavoro si colloca all’interno del progetto MATEALT, WP QMT, milestone Q2. Scopo dell’attività della milestone è la realizzazione di prototipi di un quadro MT 24 kV con involucro isolante, da sottoporre a prove elettriche. Nel corso della prima parte dell’attività era stato identificato un materiale termoplastico, potenzialmente idoneo a sostenere gli effetti dell’arco, consistente in un Polipropilene ad elevate caratteristiche chimico fisiche, reso autoestinguente di classe V0 attraverso un additivo “halogen-free”, che non dà luogo a fumi tossici o corrosivi in caso di combustione. Tale materiale doveva costituire il rivestimento esterno di un cuore in PP riciclato, con proprietà di gran lunga inferiori e con la sola funzione di supporto meccanico, secondo la logica di “local quality”. Per poter realizzare manufatti di questo tipo era stata scelta la tecnica di stampaggio della co-iniezione o iniezione Bi-Materiale: contemporaneamente ed in modo programmato, si inietta in uno stampo, attraverso lo stesso ugello di iniezione, il materiale di più elevata qualità all’esterno ed uno espanso o riciclato di basso costo all’interno con funzione strutturale. Ne corso della seconda parte dell’attività, che costituisce l’oggetto di questo rapporto, un Polipropilene omopolimero (sigla di riferimento PP DFR909) è stato messo a punto con buone caratteristiche meccaniche, autoestinguenza classe V0 a 1.6 mm e resistività superficiale >10 11 Ω, per evitare accumulo di cariche pericolose sulla superficie dei pannelli. Dopo aver caratterizzato il compound, utilizzandone l’indice di fluidità GAMBIT (centro specializzato in calcoli strutturali applicati alle tecnologie dei polimeri) ha completato il progetto di un pannello rettangolare, con dimensioni di 850 mm x 430 mm ed una distribuzione degli spessori variabile fra 6 e 15 mm e la distribuzione di pressione in cavità per la realizzazione dello stampo. Quindi in stretta collaborazione con la ditta MASPI, prima in Italia ad usare la tecnica di iniezione Bi-materiale, GAMBIT ha provveduto alla progettazione di uno stampo con alcuni canali di scorrimento in grado di favorire un avanzamento del fronte di flusso bilanciato rispetto all’intero perimetro ed un rapporto ottimale tra materiale di pelle e materiale riciclato. MASPI ha quindi realizzato stampo e controstampo in acciaio, del peso totale di ∼ 900 kg e dimensioni 510 mm × 910 mm × 38 mm ed ha provveduto allo stampaggio di 30 pannelli, inviati poi ad ELETTROMECCANICA ADRIATICA per la realizzazione dell’involucro di due prototipi di quadro 24 kV ad isolamento misto, scomparto linea. Contemporaneamente il costruttore ha messo a punto i particolari per la realizzazione dei prototipi relativamente a telaio, piaste interne, porta, camino di sfogo per la sovrappressione ed i gas nella prova d’arco, andando a rinforzare le zone più critiche e cercando di ottimizzare quanto più possibile lo spazio interno per l’inserimento dei componenti. Poiché l’analisi strutturale del quadro, eseguita da GAMBIT, aveva indicato quale zone più sollecitate quelle in cui sono presenti 3 pannelli affiancati e che costituiscono le pareti laterali del vano cavi.

ELETTROMECCANICA, anziché una cornice in vari pezzi, ha preparato un’unica piastra o controtelaio, opportunamente rinforzata ai fianchi, ha studiato anche una soluzione per eliminare la sbarra con gli isolatori portanti, ed ha dedicato una cura alla porta del vano cavi, poiché la norma prevede che rimanga chiusa anche a seguito di scoppio per arco interno. Essendo stato modificato solo l’involucro dello scomparto linea del quadro ad isolamento misto 24 kV, si è deciso di effettuare su un prototipo (A) la sola prova d’arco e poi di sottoporre il prototipo (B) alle prove più significative previste in normativa per valutare le prestazioni dell’involucro, che sono risultate: null prove dielettriche per verificare il livello di isolamento dello scomparto sia a frequenza industriale di 50 Hz che ad impulso atmosferico null prove di riscaldamento verificando l’aumento di temperatura sulle varie parti dell’apparecchiatura, e misurando poi la resistenza del circuito principale per valutarne lo stato; null prove per la verifica del grado di protezione delle persone contro l’accesso a parti pericolose e della protezione dello scomparto contro l’ingresso di corpi solidi estranei; null misura delle correnti di dispersione che devono essere inferiori a 0.5 mA; null prove di resistenza meccanica verificata tramite l’impatto di un martello di acciaio; null prove per valutare gli effetti d’arco dovuto a guasto interno. I risultati della prova d’arco sul prototipo (A) hanno confermato l’accessibilità frontale di classe A richiesta da ENEL e soddisfatto i criteri 1, 2, 3 e 6 della norma CEI EN 60298 relativamente allo scomparto, ma soprattutto hanno messo in luce l’idoneità del materiale a resistere agli sforzi che si generano in caso di guasto per arco interno. Il prototipo (B) ha superato tutte le prove, ma non quella d’arco perché condotta ad una temperatura ambiente inferiore alla temperatura di transizione vetrosa Tg di ∼ 0°C del materiale plastico, che lo rende rigido e molto fragile. Le deformazioni rilevate sui due prototipi a fine della prova d’arco hanno ulteriormente confermato la bontà del modello di simulazione. Dall’analisi dei risultati sono emerse le seguenti considerazioni: • Il Polipropilene omopolimero messo a punto ha caratteristiche meccaniche, di autoestinguenza e di antistaticità idonee a sostenere gli effetti dell’arco, ma poichè alla sua temperatura di transizione Tg di ∼ 0°C diventa fragile e rigido, è necessario apportare miglioramenti al compound per metterlo in grado di affrontare condizioni termiche di servizio più severe. Questo può essere fatto aggiungendo al PP un copolimero con temperatura di transizione Tg << 0°C ad esempio PE, che ha una transizione vetrosa ∼ – 50°C. La quantità di copolimero va valutata e verificata con test appropriati, per tener conto di eventuali interazioni legate agli additivi usati per ottenere autoestinguenza classe V0 a 1.6 mm e resistività superficiale >10 11 Ω. • Il modello per la simulazione degli effetti dell’arco è sicuramente il prodotto più eccellente della ricerca, validato sia con le prove su simulacro, ma soprattutto attraverso i test effettuati sui prototipi. Il suo uso permetterà la messa a punto del nuovo compound con copolimero per soddisfare i requisiti ENEL, o per forniture legate ad ambienti in condizioni di temperatura diverse da quelle medie dell’Italia. Inoltre potrà servire per valutare la stabilità dimensionale del quadro in funzione del creep e delle dilatazioni termiche

differenziali dovute alla componentistica interna, in relazione ad una vita media stimata di 20 anni di esercizio. • La tecnica di stampaggio Bi-materiale ha permesso di soddisfare l’obiettivo dell’attività relativo all’uso di materiale riciclato: 45% di PE, proveniente da raccolta urbana e da sfridi industriali, è stato infatti utilizzato come materiale di supporto del polimero vergine in PP. C’è la possibilità, attraverso l’analisi fluidodinamica, di migliorare ulteriormente i parametri di processo in modo da raggiungere un riempimento dello stampo ancora più uniforme, che potrebbe portare ad una percentuale di riciclato intorno al 50%. I pannelli realizzati risultano completamente riciclabili a fine vita, idonei sia al riciclo meccanico, che termico. • La realizzazione dell’involucro con la mera sostituzione di parti metalliche con parti in polimero è penalizzante per quest’ultimo, in quanto i costi non sono competitivi: il costo della lamiera in acciaio zincato, con spessore 3 mm, è 0.7 €/kg mentre il costo del materiale plastico, comprensivo dello stampaggio, è di ∼2.5÷3 €/kg, senza contare i costi aggiuntivi per le lavorazioni da effettuare su telaio e controtelaio dei pannelli. Per abbattere i costi è necessario un uso della plastica che integri delle funzioni, quali l’inglobamento in fase di stampaggio di particolari in altri materiali (finestra in PC, ganci e cornici metalliche, maniglie, ecc.), la realizzazione di nuove forme che potrebbero ad esempio favorire all’interno il convogliamento dell’arco verso il camino di sfogo dei gas o permettere una più veloce sostituzione di parti danneggiate, la creazione di aree di prerottura per l’inserimento degli elementi di connessione, l’uso di colori per dare un’immediata visuale delle compartimentazioni del quadro, della tipologia di scomparto, delle zone di pericolo o di quelle a cui accedere in casi di emergenza da parte di personale non operativo, la realizzazione dell’IMS in plastica, ecc. Ovviamente questo implica un approccio di design industriale, che va affrontato in stretta collaborazione fra costruttore, modellista, designer ed esperto di polimeri e di tecniche di trasformazione.