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Le apparecchiature elettroniche e gli impianti elettrici devono essere progettati , costruiti e impiegati in modo tale che eventuali malfunzionamenti o eventi dovuti all’ambiente circostante non creino situazioni di pericolo per gli utenti e per chi si trova nelle vicinanze e, possibilmente, l’apparecchiatura stessa non resti danneggiata.

Marchi Ogni nazione ha degli Enti predisposti a stabilire le normative in conformità alle decisioni internazionali e delle marchiature contraddistinguono quei materiali che rispettano tali norme.

Il marchio italiano rilasciato dall’ I.M.Q. (Istituto Italiano del Marchio di Qualità) attesta che quell’impianto o quel prodotto è conforme alle norme C.E.I. vigenti.

Il contrassegno CEI si applica in genere su grosse apparecchiature e materiali ad uso industriale, destinati ad utenti qualificati, mentre sul materiale elettrico di larga diffusione si applica il marchio IMQ.

Altri Enti autorizzati a rilasciare certificati di uniformità sono il CESI (Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano) e

lo IENGF (Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris).

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Norme ed Enti Riportiamo alcune sigle di Istituti ed Enti preposti ad emanare le norme opportune per impianti o prodotti elettrici:

UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) : Unione di 39 comitati tecnici che lavorano in accordo con gli Enti : CEN (Comité Européen de Normalisation) europeo ISO (International Organisation for Standardizzation) internazionale e con sede a Ginevra L’UNI elabora e pubblica le norme per tutti i settori di attività professionali ed industriali (in particolare per il disegno tecnico: formati dei fogli e loro piegatura, tipo e spessore delle linee etc).

L’ISO svolge la propria attività in diversi campi attraverso vari comitati tecnici TC (Tecnical Committee: le norme relative al disegno tecnico sono affidate al Comitato ISO/TC 10.

Il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano), strutturato anch’esso in vari Comitati Tecnici, definisce la normativa riguardante i materiali, le tecniche costruttive , le modalità di rappresentazione simbolica, requisiti di affidabilità delle apparecchiature elettriche ed elettroniche e delle parti che le compongono.(In particolare il Comitato tecnico n°3 si occupa della normativa sui segni grafici per schemi in conformità alle indicazioni stabilite dall’enet internazionale IEC).

Il IEC (International Electrotecnical Committee) è l’equivalente internazionale del CEI e definisce la normativa internazionale nel settore elettrotecnico ed elettronico, ne uniforma le normative dei paesi aderenti.

L’istituto di normalizzazione statunitense ANSI (American National Standard Institute) svolge un’attività di promozione e coordinamento nella definizione di nuove norme.

L’ IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) è un organismo che ha funzioni analoghe all’ ANSI e rappresenta i progettisti dei settori elettrotecnico ed elettronico.

La sigla MIL – STD (Military Standard) rappresenta la normativa definita dal Ministero della Difesa USA per apparecchiature destinate ad uso militare (normativa assai più severa di quella vigente per i prodotti commerciali e industriali). In definitiva, ogni impianto elettrico deve essere documentato da un progetto e la sicurezza e la funzionalità deve essere garantita sia nelle condizioni di lavoro sia in quelle di guasto. Ma vediamo perchè è così importante realizzare impianti o prodotti a regola d’arte.

Effetti dell’energia elettrica nel corpo umano Il corpo umano è un conduttore e può essere attraversato dalla corrente. La scossa consiste nella vibrazione dei nervi motori causati dal passaggio della corrente. Il passaggio della corrente provoca manifestazioni di : • Formicolio; • dolore allo stato commotivo; • perdita di coscienza; e può determinare • alterazioni elettrochimiche nell’organismo per la presenza in esso di sali e liquidi organici; • contrazione muscolare( tetanizzazione) • arresto della respirazione dovuta alla contrazione dei muscoli dell’apparato respiratorio; • ustioni • arresto cardiaco:il cuore entra in fibrillazione e si blocca. La tetanizzazione è una contrazione involontaria dei muscoli , causata dal passaggio di una corrente di intensità e frequenza appropriata (ad es. a 50 Hz). Per tetanizzazione dei muscoli della mano , si rimane attaccati alla parte in tensione e se ciò perdura nel tempo può provocare svenimento, asfissia,collasso e stato di incoscienza seguito da morte. Si definisce corrente di rilascio il più elevato valore di corrente per cui una persona è ancora in grado di lasciare la presa. Corrente Alternata uomini /donne 16/10 mA Corrente Continua uomini /donne 76/51 mA N.B. Da questi dati si capisce come la corrente continua sia meno pericolosa di quella alternata.

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Quando la corrente che attraversa il corpo supera quella di rilascio subentra una contrazione dei muscoli addetti alla respirazione o una paralisi dei centri nervosi che governano la funzione respiratoria, per cui si ha l'arresto della respirazione e se la corrente perdura , l'infortunato perde conoscenza e muore soffocato. Il passaggio della corrente attraverso il corpo umano provoca delle ustioni a causa del calore sprigionato per effetto Joule, accentuate principalmente nelle zone di contatto. La fibrillazione ventricolare è una contrazione rapida e disordinata della muscolatura cardiaca che si verifica quando il cuore riceve segnali elettrici eccessivi e irregolari che stimolano in modo disordinato le fibre del muscolo cardiaco e di conseguenza il cuore non riesce più a svolgere la sua funzione. Il muscolo cardiaco si contrae ritmicamente 60÷100 volte al minuto, mantenendo in circolazione il sangue nelle vene e nelle arterie. La contrazione delle fibre muscolari è prodotta da impulsi elettrici provenienti da un particolare centro situato nella parte superiore dell'atrio destro (il nodo seno- atriale) che è un vero e proprio generatore biologico di impulsi elettrici. Se a questi impulsi si sovrappone una corrente elettrica di intensità di gran lunga maggiore, verrà a crearsi uno scompiglio negli ordini impartiti al cuore e le fibre cardiache cominceranno a contrarsi in modo disordinato l'una indipendentemente dall'altra. La fibrillazione ventricolare non si arresta anche se cessa la causa che l'ha generata, è , cioè , un fenomeno irreversibile. Ai fini pratici più che la corrente ci interessa conoscere la tensione che è pericolosa per il corpo umano e il tempo massimo di sopportabilità

Tensione Alternata (V) Tensione Continua (V) Tempo Max di sopportabilità (s) <50 <120 50 120 5 75 140 1 90 160 0,5 110 175 0,2 150 200 0,1 220 250 0,05 280 310 0,03

Ricapitolando:

Perché si prende la scossa?

Le funzioni vitali di un organismo sono controllati da impulsi elettrici trasmessi attraverso le fibre nervose. Quando l’energia elettrica investe un organismo con intensità sufficiente stimola le cellule ad emettere un impulso della durata di 1ms. Questo impulso altera il normale funzionamento dei muscoli potenziando l’azione di contrazione per un breve periodo seguito da un rilasciamento. Se l’impulso viene riapplicato con un frequenza superiore ad un valore limite , il muscolo si contrae completamente(tetano muscolare) e rimane in tale stato finché gli stimoli permangono. Ecco perché quando si prende la scossa con la mano, il muscolo si contrae e la persona non riesce più a staccarsi. Il valore di corrente al quale corrisponde questo fenomeno viene detto corrente di

non rilascio. Se il passaggio della corrente interessa poi il cuore il pericolo quasi sempre è mortale. L’azione di contrazione del cuore è controllata da impulsi elettrici provenienti dalla struttura centrale nervosa a una frequenza fra i 60 e i 100 Hz. L’energia elettrica modifica la frequenza di pulsazioni del cuore alterandone la funzionalità potendo innescare delle contrazioni indipendenti e scoordinate (fenomeno della fibrillazione ventricolare). Il cuore non riesce più a far circolare il sangue e la persona muore dopo pochi minuti.

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L’energia elettrica agisce sull’organismo in modo diverso, più o meno pericoloso e rapido in funzione di diversi fattori quali: • la resistenza elettrica del corpo • la frequenza del segnale elettrico • l’intensità di corrente • la durata del contatto; • il percorso della corrente nel corpo; • la fase del ciclo cardiaco. Resistenza elettrica del corpo umano Varia al variare dei punti fra i quali viene misurata, in quanto vengono interessati organi di differente resistività. Il valore convenzionale assegnato è pari a 3KΩΩΩΩ . La cute presenta la maggiore resistività ma dipende dal suo stato (se è secca 50k Ω/cm3,se bagnata 50 Ω/cm3),dallo spessore, dalla pressione e dalla durata del contatto. Frequenza del segnale elettrico A uguale intensità di corrente, gli effetti della corrente alternata all’aumentare della frequenza diminuiscono, questo perché diminuisce la durata dell’impulso di eccitazione sulle cellule. Per cui

al di sopra dei 100 KHz, anche le correnti di elevata intensità, non danneggiano l’organismo, ma

provocano un’ustione locale nei punti di entrata e di uscita. Il corpo umano è sensibile alle frequenze comprese fra i 10 e i 100 Hz. La frequenza della tensione di rete è di 50 Hz per cui è pericolosa e con una corrente alternata di 20 mA si hanno le contrazioni muscolari o tetanizzazione. Tensione elettrica Anche valori bassi di tensione possono far circolare valori di corrente pericolosi. Una persona con mani asciutte ( R=2 kΩ) venendo a contatto con una tensione di soli 30 V viene percorsa da una corrente di non rilascio di 15 mA. Con le mani umide la resistenza si abbassa sino a 1300Ω e la soglia di tensione si abbassa a soli 20 V. Durata del contatto; A parità di intensità di corrente il danno e tanto maggiore quanto più a lungo dura il contatto. Percorso della corrente nel corpo Se non vengono interessati organi vitali – quali il cuore – le conseguenze possono essere anche non gravi, e limitarsi a ustioni . Il percorso più pericoloso è quello che va dalla mano sinistra ai piedi, in quanto la corrente passa per il cuore

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Come si prende la scossa Il contatto che provoca la scossa può essere diretto o indiretto. Contato diretto: quando tocchiamo anche un solo filo in tensione, chiudiamo con il nostro corpo un circuito elettrico e la corrente ci attraversa.

La protezione contro i contatti diretti si ottiene realizzando protezioni totali o parziali Si parla di protezione totale quando le parti attive sono ricoperte da un isolamento che può essere rimosso solo mediante distruzione (ad es. il rivestimento plastico dei cavi elettrici). La protezione è parziale se viene realizzata creando ostacoli (ad es. le spine che hanno i fori di diametro inferiore a quello di un dito. Contatto indiretto: lo si ha quando si entra in contatto con parti conduttrici che sono in tensione a causa del cedimento dell’isolamento principale (ad es. la carcassa della lavatrice che entra accidentalmente in contatto con i fili in tensione) e che, quindi, normalmente non sono in tensione . Contro i contatti diretti ci si protegge utilizzando dei dispositivi di interruzione automatica di sovracorrente o interruttori differenziali con correnti di intervento I<=30 mA. Per evitare i contatti indiretti occorre realizzare una completa messa a terra degli apparati elettrici, cioè collegare con il suolo le parti metalliche , in particolare i rivestimenti metallici. In un appartamento una buona messa a terra è realizzata collegando gli apparati elettrici a dei conduttori di terra e di protezione, che fanno parte di un unico impianto di terra del condominio. Se in un apparato si verifica un difetto di isolamento, la tensione si scarica lungo l’impianto di terra e raggiunge il suolo attraverso dei dispersori metallici fissati nel terreno. Molto usati sono i dispersori a picchetto, costituiti da profilati di acciaio zincato, che possono assumere diverse sezioni e lunghezze variabili (da 1 a 4 metri)

Questo impianto, che da alcuni anni è obbligatorio per legge, deve essere integrato con un interruttore differenziale o salvavita, che interrompe automaticamente l’erogazione di corrente se si verificano contatti diretti o indiretti.

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Considerando una corrente dannosa per il corpo umano di 15-20 mA, e una resistenza media del corpo umano di 2,5-3 KΩΩΩΩ, si ottiene una tensione massima di contatto di 50 V (stabilito dalle norme C.E.I.) , per cui l’impianto di terra deve avere una resistenza ricavabile dalla seguente relazione

Rt<=50 V/ Id

dove Rt= resistenza di terra Id= corrente di intervento di un eventuale dispositivo di protezione che deve avere un valore massimo al di sotto della soglia di pericolosità per il corpo umano. Valori della resistenza di terra in funzione della sensibilità dell'interruttore differenziale.

Sensibilità

dell'interruttore

differenziale

Valore della resistenza

di terra

I∆n<1A Rt<50Ω

I∆n<500mA Rt<100Ω I∆n<300mA Rt<166Ω I∆n<30mA Rt<1666Ω

E’ possibile diminuire la resistenza di terra aumentando il numero di dispersori conficcati nel terreno e opportunamente distanziati tra loro. Si possono collegare tra loro i ferri delle armature del cemento armato dell’edificio, formando un anello attorno alla fondazione e disponendo dei dispersori ai lati (impianto di terra di fondazione).

Collegato con l’impianto di terra deve esserci anche un collegamento atto a rendere equipotenziali le superifici che potrebbero costituire una massa di dispersione e quindi instaurare una pericolosa differenza di potenziale.con una carcassa di elettrodomestico accidentalmente in tensione; queste superifici sono le tubazioni di scarico e di addizione degli impianti idraulico, di riscaldamento, ecc… e altre superfici metalliche di sufficiente estensione presenti nell’edificio.

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Raccomandazioni sulle cose che non si devono fare Non togliere la spina tirando il filo

Non collegare troppe prese tra loro per evitare il pericolo di cortocircuiti

Non riparare una spina danneggiata, ma sostituirla

Non lasciare apparecchi elettrici contro il bordo di vasche contenete liquidi. Se dovessero

cadervi , staccare prontamente la spina prima di recuperarli.

Non avvicinare conduttori a superfici calde

Non impugnare apparecchiature elettriche con le mani bagnate

Quando si sostituisce una lampada non toccare l avite metallica del portalampada. Staccare

prima l'interruttore

Non improvvisare un impianto di terra collegando la cassa di un apparecchio elettrico

all'impianto idraulico . Ciò potrebbe mettere in tensione altre parti dell'impianto idraulico

dell'intero fabbricato. Il relè Quando in un filo di rame si fa scorrere una tensione attorno a questo si formano delle linee concentriche capaci di generare un debolissimo flusso magnetico. Avvolgendo un certo numero di spire attorno ad un rocchetto il flusso magnetico si rinforza tanto da riuscire ad attrarre dei piccoli oggetti metallici come fa una normale calamita. Più spire avvolgiamo o più tensione applichiamo ai capi della bobina più aumenta il flusso magnetico. Per aumentarlo ulteriormente è sufficiente inserire all'interno di questa bobina un nucleo di ferro. Si realizza così una piccola elettrocalamita che attirerà piccoli oggetti metallici quando applicheremo una tensione alla bobina e li respingerà quando la tensione verrà a mancare. Le elettrocalamite vengono utilizzate in elettronica per realizzare dei relè , cioè dei commutatori in grado di chiudere o aprire i contatti meccanici.

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PROTEZIONI E DISPOSITIVI DI SICUREZZA

Sono apparecchiature che limitano la corrente appena l'energia elettrica erogata in condizioni di corto circuito dal generatore supera determinati valori di soglia ritenuti pericolosi. I più comuni sono: Il fusibile

L'interruttore magnetotermico

L'impianto di terra

L'interruttore differenziale

Il fusibile È costituito da un filo elettrico che ha dimensioni geometriche (sezione e lunghezza ) calcolate in modo da fondere quando la corrente che lo attraversa supera un certo valore predeterminato. La fusione del fusibile interrompe la conduzione di corrente e pertanto deve essere sostituito facendo attenzione che: si deve sempre togliere la tensione di rete lo si deve sostituire con un altro con le stesse caratteristiche

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L'interruttore magnetotermico

Ha lo scopo di proteggere l'impianto dall'azione dannosa dei cortocircuiti e delle sovracorrenti ed è costituito da un interruttore magnetico e da uno termico. L'interruttore magnetico è un relè elettromagnetico che interviene in caso di cortocircuito o di forte sovraccarico , aprendo all'istante l'interruttore e quindi il circuito collegato. L'elevato valore di corrente , infatti, circolante nel circuito determina un elevato valore del campo magnetico prodotto dall'avvolgimento del relè che permette lo sganciamento di un dispositivo con conseguente apertura del circuito. L'interruttore termico è costituito da un elemento bimetallico (una lamella) riscaldato dalla corrente che lo attraversa per effetto Joule. Quando si supera un certo valore di soglia , la dilatazione termica subita dal metallo è sufficiente ad aprire un contatto posto in serie al circuito elettrico. La sua azione è più lenta di quella dell'interruttore magnetico. In presenza di alte correnti il fusibile è più efficace perché interviene più rapidamente , mentre per basse correnti lo è invece l'interruttore magnetotermico. Entrambi , comunque sono sempre presenti in un impianto.

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L'interruttore automatico differenziale

Gli interruttori differenziali, detti anche salvavita , vengono impiegati sia per la protezione delle persone che per la protezione contro guasti a terra (dispersioni). Tale protezione è ammessa come tale contro i contatti indiretti , mentre è ammessa solo come protezione addizionale contro i contatti diretti di una persona che venga a contatto con i conduttori attivi di un circuito elettrico , in quanto non può garantire la protezione delle persone nel caso di : persona isolata da terra che tocca contemporaneamente due conduttori attivi ;in tal caso la

corrente attraversa la persona e non interessa il differenziale persona a contatto con il terreno che tocca contemporaneamente due conduttori attivi ; in tal

caso la corrente si richiude parte attraverso la persona , parte attraverso il terreno ed è solo quest'ultima che interessa il dispositivo differenziale che non è quindi in grado di garantire la protezione della persona.

Il suo uso è stato reso obbligatorio con la legge n°46/1996. La protezione differenziale inoltre è sicuramente la più efficace contro gli incendi dovuti a causa elettriche, in quanto è in grado di rilevare i valori più bassi delle correnti di dispersione a terra che nel caso di un contatto a terra discontinuo possono innescare piccoli focolai di incendio che con il loro continuo persistere possono portare a gravi conseguenze nel tempo. Il differenziale ,infatti, valuta la differenza tra la corrente assorbita dalla linea di andata e quella restituita sulla linea di ritorno dall'utilizzatore. I due flussi generati dalle due correnti hanno direzioni opposte e si annullano; non viene indotta nessuna f.e.m. in grado di eccitare un relè di sgancio finché la differenza risulta inferiore a un valore di soglia detto corrente differenziale nominale (25÷30 mA). Se vi è una dispersione verso terra o la corrente attraversa una persona che, a causa di un contatto diretto o indiretto ,chiude il circuito verso terra ,la differenza delle due correnti genera un flusso alternato che induce nell'avvolgimento b una f.e.m. cui consegue una corrente; questa eccita il relè di sgancio che fa scattare entro 20 ÷50 ms l'interruttore posto a protezione dell'impianto. Il differenziale scatta quando la corrente Id assume il valore ad es. di 25 mA (intensità questa non pericolosa per le persone). Per tale fatto il differenziale funziona anche con resistenze di terra di elevato valore:

Rt=50 V/ 25mA= 2 KΩ Valore di resistenza che si avvicina a quella del corpo umano. Di conseguenza , l'interruttore automatico differenziale può funzionare anche con resistenza di terra di valore molto alto , dunque al limite , anche in assenza di messa a terra

Il differenziale ha in genere un pulsante di prova che permette di verificarne la funzionalità. La modalità però non simula la situazione di pericolo , ma interpone una resistenza fra le due linee di andata e ritorno provocando uno squilibrio fra le correnti , squilibrio che fa sicuramente scattare il differenziale , ma che potrebbe non coincidere con i valori di soglia previsti .

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Attenzione: se in parallelo al differenziale viene posto un interruttore magnetotermico, non è garantita la protezione, in quanto una dispersione sulla linea protetta dall'interruttore magnetotermico che non raggiunge il valore di soglia (ad es. 10 A) non provoca il suo intervento ma , attraverso la resistenza di terra, porta l' involucro della apparecchiatura connessa all'altra linea ad una tensione elevata e quindi pericolosa, vanificando la protezione offerta dall'interruttore differenziale. Occorre creare dei nodi equipotenziali collegando ogni apparecchiatura alla resistenza di terra con linee indipendenti , oppure abbassare ai valori minimi (ad es 1Ω) il valore della resistenza di terra.

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L'impianto di terra Ogni edificio contenente impianti elettrici deve avere un proprio impianto di terra , il quale consiste in un collegamento elettrico tra il terreno e le carcasse degli utilizzatori, definite masse , al fine di disperdere le correnti in seguito a contatti accidentali. I sistemi elettrici sono classificabili con due lettere che specificano la situazione del neutro e delle masse, la prima delle quali indica lo stato del neutro e può essere: T= neutro collegato direttamente alla terra; I = neutro isolato d terra , o da terra tramite una impedenza; la seconda indica la situazione delle masse e può essere: T= masse collegate a terra ; N= masse collegate al neutro del sistema; Esiste in certi sistemi un conduttore che svolge sia la funzione di conduttore neutro N, sia di conduttore di protezione PE, che assume la denominazione di conduttore PEN. Il sistema elettrico largamente usato per gli impianti elettrici civili è di tipo TT cioè neutro collegato a terra in centrale e masse collegate a terra negli impianti utilizzatori, come dimostra lo schema rappresentato in figura. Un buon impianto di terra, dunque, deve proteggere dai contatti indiretti e deve poter garantire una tensione di contatto non superiore ai 50 V. Cioè se, ad es. l'involucro metallico del ferro da stiro , a causa di un guasto (contatto della resistenza interna con l'involucro ) acquista una tensione di contatto, questa , con un impianto di messa a a terra efficiente, non deve superare una tensione di contatto superiore a 50V. In assenza dell'impianto di terra, l'indicata tensione di contatto assumerebbe , invece , il valore della tensione nell'impianto, che è di 220 V. In quest'ultimo caso , la persona in contatto con il ferro da stiro guasto, verrebbe attraversata da una corrente (considerando la resistenza del corpo umano di 3KΩ): I= V/R= 220/3K= 0,07 A intensità oltremodo pericolosa Invece con un impianto di terra efficiente la I risulta: I=50/3K=0,016A <25mA intensità non pericolosa per il corpo umano All'impianto di terra devono essere collegati tutti i conduttori che realizzano la messa a terra di protezione. Gli elementi fondamentali di un impianto di terra sono

a- dispersore artificiale, costituito da un corpo metallico in intimo contatto con il terreno come: corde ,nastri, piastre e picchetti predisposti in modo opportuno.

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b- Conduttore di terra c- Dispersore di fatto, come i ferri dell'armatura del calcestruzzo, pilastri e tralicci metallici; d- Collettore principale di terra al quale vengono connessi i conduttori di terra , di protezione,

equipotenziali e- Conduttori di protezione per il collegamento delle masse al collettore di terra ; f- Conduttori equipotenziali supplementari per il collegamento delle masse estranee ai

conduttori di protezione (come nei locali da bagno) g- Conduttori equipotenziali principali per il collegamento delle masse estranee al collettore di

terra (come le tubazioni dell'acqua , del riscaldamento, del gas, etc.)

Gli elementi del dispersore interrati orizzontalmente devono essere , possibilmente posti ad una profondità non inferiore a 0,5 m.