sicurezza elettrica

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA

1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano).

2. Correnti e tensioni pericolose.

3. Contatti pericolosi

4. Metodi di protezione


1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)

L’attività biologica del corpo umano è controllata da segnali elettrici che vengono trasmessi dai neuroni del sistema nervoso.

Uno stimolo elettrico esterno, può interferire con il funzionamento elettrico del corpo umano, provocando effetti pericolosi.

Esiste una soglia “di eccitabilità” superata la quale gli stimoli elettrici esterni

risultano pericolosi.

La pericolosità degli stimoli elettrici esterni dipende:1. dall’intensità, dalla natura e dalla durata della corrente che riescono a far

circolare nel corpo umano;2. dalla costituzione fisica della persona (massa corporea e stato di salute).

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)

Una corrente elettrica nel corpo umano, con caratteristiche che la pongono al di sopra della soglia di eccitabilità, può produrre effetti che possono essere particolarmente pericolosi e/o mortali:

Tetanizzazione Si contraggono i muscoli interessati al passaggio della corrente, risulta difficile staccarsi dalla parte in tensione con cui si è venuti in contatto. Il valore più grande di corrente per cui una persona é ancora in grado di staccarsi della sorgente elettrica si chiama “corrente di rilascio” ed é compreso tra i 10mA e i 15mA (a 50Hz).

Arresto della respirazioneSe la corrente elettrica attraversa i muscoli che controllano il movimento dei polmoni, la contrazione involontaria di questi muscoli altera il normale funzionamento del sistema respiratorio e il soggetto può morire soffocato. Il fenomeno è reversibile solo se si provvede con prontezza, anche con l’ausilio della respirazione artificiale, al soccorso dell’infortunato per evitare danni al tessuto cerebrale.


1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)

Fibrillazione ventricolareContrazioni scoordinate del cuore. E’ particolarmente pericolosa quando si verifica nella zona ventricolare perché diventa un fenomeno non reversibile in quanto il fenomeno persiste anche se lo stimolo é cessato. Meno pericolosa, grazie alla sua natura reversibile, è invece la fibrillazione atriale. La fibrillazione ventricolare é reversibile entro i primi due o tre minuti soltanto se il cuore é sottoposto ad una scarica elettrica molto violenta (viene impiegato il “defibrillatore”).

UstioniSono prodotte dal calore che si sviluppa per effetto Joule a causa della corrente elettrica che fluisce attraverso il corpo (per esempio, se attraverso la pelle si innesca un flusso di corrente la cui densità è di circa 60 milliampere al mm2, questa verrà carbonizzata in pochi secondi).

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA2. Correnti pericolose

Limiti di pericolosità della corrente elettrica I limiti convenzionali di pericolosità della corrente elettrica, in funzione del tempo per cui fluisce attraverso il corpo umano, sono stati riassunti, dalle Norme, in un grafico tempo-corrente.

Zona 1 - La corrente esterna si percepisce appena;

Zona 2 - Non si hanno normalmente effetti pericolosi;

Zona 3 – Effetti quasi sempre reversibili che possono divenire pericolosi a causa della tetanizzazione;

Zona 4 - Si può innescare la fibrillazione, arresto della respirazione o ustioni.

Pericolosità della corrente elettrica alternata a 50, 60 Hz


Il percorso seguito dalla corrente ha una grande influenza sulla probabilità d’innesco della fibrillazione, per questo motivo è stato definito un “fattore di percorso” che indica la pericolosità dei diversi percorsi seguiti dalla corrente considerando come riferimento il percorso mano sinistra - piedi.

Percorso Fattore di percorso

Mani - Piedi 1

Mano sinistra - Piede sinistro 1

Mano sinistra - Piede destro 1

Mano sinistra - Entrambi i piedi 1

Mano sinistra - Mano destra 0,4

Mano sinistra - Dorso 0,7

Mano sinistra - Torace 1,5

Mano destra - Piede sinistro 0,8

Mano destra - Piede destro 0,8

Mano destra - Dorso 0,3

Mano destra - Torace 1,3

Glutei - Mani 0,7

Fattori di percorso 2. Correnti pericolose


Limiti di pericolosità della tensione elettrica

Ai fini pratici, è più conveniente riferirsi ai valori di “tensione pericolosa” per il corpo umano, piuttosto che non direttamente ai valori di corrente.

Per arrivare a definire i valori di tensione pericolosa, è necessaria una stima - statistica – del valore della resistenza del corpo umano.

3. Tensioni pericolose


Limiti di pericolosità della tensione elettrica 3. Tensioni pericolose


Resistenza del corpo umnao

Dare dei valori precisi alla resistenza elettrica del corpo umano risulta piuttosto difficoltoso essendo questa influenzata da molte variabili: percorso della corrente, stato della pelle (presenza di calli, sudore, umidità, tagli, abrasioni ecc..), superficie di contatto, tensione di contatto (sperimentalmente si è visto che all’aumentare della tensione diminuisce la resistenza). Come tale è possibile valutarla solo statisticamente e quindi le norme CEI fanno riferimento a valori convenzionali riferiti ad un campione medio di popolazione.

Circuito equivalente del corpo umano



Resistenza del corpo umano

Circuito equivalente del corpo umano

Tensione di contatto

Valori di Rc non superati dal 5% della popolazione

(percorso mani - piedi)

25 V 50 V 75 V100 V125 V220 V 700 V

875 725 625 600 562 500 375



Valori di RT,u

CondizioniOrdinarie

CondizioniNon ordinarie

1000 200

Valori di Rc + RT,u

Tensione diContatto [V]

CondizioniOrdinarie

CondizioniNon ordinarie

255075

100

1875 1725 1625 1600

1075 925 825 800




Curve di sicurezza tensione-tempo

Tensione di contatto

Tempo sopp.zione

< 50 V50 V75 V90 V110 V150 V 220 V280 V

infinito5 s1 s0.5 s0.2 s0.1 s0.05 s0.03 s

Condizioni ordinarie



4.1 Contatti direttiSi parla di contatto diretto quando si entra in contatto con una parte attiva dell’impianto e cioè con conduttori che sono normalmente in tensione, ad esempio i conduttori di una linea elettrica compreso il neutro (ma escluso il conduttore PEN).

4.2 Contatti indirettiUn contatto indiretto è il contatto di una persona con una massa o con una parte conduttrice a contatto con una massa durante un guasto all’isolamento (ad esempio la carcassa di un elettrodomestico).

Il contatto indiretto è più “insidioso” del contatto diretto.Infatti, mentre nel caso del contatto diretto il pericolo è “visibile”, nel contatto indiretto

il pericolo è “invisibile” ed inaspettato, perché si presenta, a causa di un guasto, in situazioni che si è abituati a considerare non pericolose.



Contatto diretto Contatto indiretto


4. Protezioni contro i contatti diretti

• Isolamento Le parti attive devono essere ricoperte completamente da un isolante di spessore adeguato alla tensione nominale verso terra del sistema elettrico, resistente agli sforzi meccanici, termici e alle alterazioni chimiche.

• Involucri e barriere L’involucri e barriere garantiscono la protezione dai contatti diretti quando esistono parti attive (ad es. morsetti elettrici) che devono essere accessibili e quindi non possono essere completamente isolate. Essi assicurano un certo grado di protezione contro la penetrazione di solidi e di liquidi (gradi di protezione IP). Le barriere e gli involucri devono essere saldamente fissati, rimovibili solo con attrezzi, apribili da personale addestrato oppure solo dopo avere aperto un dispositivo di sezionamento elettrico.

4.1 Protezione totale (persone non addestrate ed ambienti ordinari)

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA4. Protezioni contro i contatti diretti

• Ostacoli o distanziamentiSono destinati ad impedire il contatto accidentale (non intenzionale) con parti attive.Possono essere rimossi intenzionalmente anche senza l’uso di attrezzi, ma non devono poter essere rimossi accidentalmente.(Un esempio sono le griglie usate nelle cabine elettriche per tenere lontano le persone che

possono entrarvi dalle parti attive del trasformatore).

4.2 Protezione parziale (persone addestrate ed ambienti ad accesso limitato)

4.4 Protezione addizionale• Interruttori differenziali ad alta sensibilità

4.3 Altra Protezione

• Sistemi elettrici a bassissima tensione di sicurezza: “Safety Extra Low Voltage”

I sistemi “Protection Extra Low Voltage” e “Functional Extra Low Voltage” non sono considerati idonei sistemi di protezione contro i contatti diretti

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti

La scelta del sistema di protezione dipende dal tipo di sistema elettrico

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI

Riferendosi alla tensione nominale:

· Sistema di categoria 0 con U < = 50 V in C.a. e 120 V in C.c.

· Sistemi di categoria I con U > 50V < = 1000 in C.a. e > 75V < = 1550V in C.c.

· Sistemi di categoria II con U > 1000V < = 30000V in C.a. e > 1500V < = 30000V in C.c.

· Sistemi di categoria III con U > 30000 V sia in C.a. che in C.c.


La scelta del sistema di protezione dipende dal tipo di sistema elettrico


Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:

1) Sistema TT

2) Sistema TN

3) Sistema IT




1) Sistema TT




1) Sistema TN




1) Sistema IT


Sistema TT

PROTEZIONI PASSIVE(senza interruzione automatica dei circuiti)

PROTEZIONI ATTIVE(con interruzione automatica dei circuiti)

• Impiego della Bassissima tensione di sicurezza (sistemi SELV)

• Impiego di apparecchi e componenti con isolamento doppio o rinforzato

• Impiego di locali isolanti

• Impiego della separazione dei circuiti elettrici (trasformatore di isolamento)

• Impiego dei collegamenti equipotenziali, senza collegamento a terra

• Impiego dell’impianto di terra


Sistema TT

PROTEZIONI PASSIVE(senza interruzione automatica dei circuiti)

Impiego dell’impianto di terra


Impiego dell’impianto di terra

Rn ≈ 1 ! ! !


Sistema TTPROTEZIONI ATTIVE

(con interruzione automatica dei circuiti)

Impiego dell’impianto di terra coordinato con gli interruttori automatici

t = 5 s

UL = 50 VIint = I 5s


Sistema TT PROTEZIONI ATTIVE(con interruzione automatica dei circuiti)

t = 5 s

UL = 50 VIint = I 5s

I5s ≈ 3÷20 IN

interruttori magneto-termici


Sistema TT PROTEZIONI ATTIVE(con interruzione automatica dei circuiti)

interruttori differenziali

UL = 50 VIn = 30 mA

Rt ≤ 1666

Per maggior sicurezza, oltre all’impianto di terra coordinato con i differenziali,Sono previsti anche i collegamenti equipotenziali


Sistema TN-S

Uco

Non si riesce ad abbassarlo al di sotto della tensione limite (50 V o 25 V) ! !


Sistema TN-S

• Se ZPE = ZF → Uco = Uo/2 (≈ 120 V)

• Se ZPE = 2 ZF → Uco = 2/3 Uo (≈ 150 V)


Sistema TN-S

Nelle parti terminali degli impianti (ZPE = ZF) i collegamenti equipotenzialiContribuiscono a far diminuire la Uco

(le Norme assumono una riduzione del 20%)

Uco ≈ 120 x 0.8 = 92 V → t = 0.4 s (0.2 s, per condizioni non ordinarie)

Sistema TN-S


Sistema TN-S

Poiché a far intervenire un interruttore automatico è la corrente di guasto,Ed il tempo di intervento dipende dal valore di quest’ultima

Con: Zs = ZPE + ZF

impedenza anello di guasto

L’anello di guasto deve avere una impedenza, Zs, così piccola da provocare una corrente di guasto maggiore di quella, Ia, che fa intervenire l’interruttore

automatico in un tempo non superiore a 0.4 s (0.2 s, in condizioni non ordinarie)


Sistema TN-SSebbene non sia escluso l’uso di interruttori magneto-termici, il loro impiego

potrebbe richiedere valori di Zs troppo bassi (sezioni molto grandi !!)

Poiché gli interruttori differenziali sono in grado di aprire il circuito guasto in tempi più piccoli di 0.4 s anche per correnti di guasto piccolissime, essi offrono

protezione anche per Zs grandi(circuiti di piccola sezione !!)

ATTENZIONE: l’uso dei differenziali è consentito sono nei sistemi TN-S !!

Nei sistemi TN-C, non potendo sezionare il neutro, i differenziali non “sentono” i guasti a massa !!

Spesso si usano sistemi misti:• TN-C vicino all’alimentazione (circuiti principali)• TN-S vicino alle utenze (circuiti terminali)


Sistema TN-SPer facilitare l’impiego degli interruttori magneto-termici (già presenti per altri motivi e non appositamente inseriti come i differenziali !!) almeno nei circuiti di distribuzione (quelli principali, più vicini all’alimentazione) le norme prevedono che la tensione di guasto Uco debba essere eliminata entro 5 s (anziché 0.4 s, o

0.2 s !!)

Con: Zs = ZPE + ZF

impedenza anello di guasto

L’anello di guasto deve avere una impedenza, Zs, così piccola da provocare una corrente di guasto maggiore di quella, Ia, che fa intervenire l’interruttore

automatico in un tempo non superiore a 5 s

SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra

La UT si trasferisce alle masse e, pertanto, è pericolosa per le persone.


Le norme impongono valori massimi ammissibili, in funzione dei tempi di eliminazione del guasto degli interruttori dell’ENEL

Durata del guasto

(s)

Tensione di contatto ammissibile UTP (V)

Nuova norma CEI 11-1

Vecchia norma CEI 11-8

10 80 50

2 85 50

1 103 70

0,8 120 80

0,7 130 85

0,6 155 125

0,5 220 160

0,2 500 160

0,14 600 160

Corrente di guasto a terra lato MT e tempo di eliminazione del guasto vanno richiesti all’ENEL

RT ≤ UTP / Ig

RT ≤ 1.5 UTP / Ig

Dispersore non magliato su tutta l’area

Dispersore magliato su tutta l’area


Tensione di passo

Le Norme ammettono valori più alti che per la UTP

(3 volte più grande).

Essi sono verificati nelle condizioni precedentemente

imposte per la RT !!

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRACostituzione

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRADimensioni dei componenti

dove:

• I é la corrente di terra che percorre l’elemento del dispersore;

• t è il tempo di eliminazione del guasto in secondi;

• K è un coefficiente che vale 229 (A/mm2s2) se il materiale è il rame oppure 78 (A/mm2s2) se il materiale è l’acciaio.

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRADimensioni minime dei componenti del dispersore

Tipo DimensioniMinime

Acciaio zincatoa caldo

(1)

Acciaio rivestitodi rame

Rame

Posa nelterreno

Piastra Spessore (mm) 3 (2) 3

Nastro Sezione (mm2)Spessore (mm)

1003

50(2)

503

Tondino massiccio

Sezione (mm2) 50 (2) 35

Conduttorecordato

Sezione (mm2)Diametro filo elementare

(mm)

501,8

(2) 351,8

Per infissionenel terreno

Picchettoa tubo

Diametro esterno (mm)Spessore (mm)

402

(2) 303

Picchettomassiccio

Diametro (mm) 20 15 (3) 15

Picchetto in profilato

Dimensione trasversale (mm)

Spessore (mm)

505

(2) 505

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRADimensioni minime dei conduttori di protezione

Sezione di fase (mm2)

Sezione minima del conduttore di protezione (mm2)

Cu Al

PE PEN PE PEN

SF SF SF SF

16 16 16 25

SF/2 SF/2 SF/2 SF/2

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRADimensioni minime dei conduttori di terra

Protetti meccanicamente Non protetti meccanicamente

Sezione conduttore

di fase

Sezione minima conduttore di

terra

Sezione minima conduttore di terra

Protetto contro la corrosione

16 mm2 se in rame

16 mm2

se in ferro zincato

Non protetto contro la corrosione

25 mm2 se in rame

50 mm2 se in ferro zincato

IMPIANTO DI TERRAIMPIANTO DI TERRADimensioni minime dei conduttori equipotenzialiConduttori

equipotenzialiSezione del conduttore di protezione principale PE

(mm2)

Sezione del conduttore equipotenziale

(mm2)

Principale EQP

Supplementare EQS:Massa - massa

Massa - massa estranea

PE

di sezione minore

mm2 se protetto meccanicamente mm2 se non protetto meccanicamente

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