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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
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.
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
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
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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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
Limiti di pericolosità della tensione elettrica 3. Tensioni pericolose
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
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
3. Tensioni pericolose
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
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
3. Tensioni pericolose
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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
3. Tensioni pericolose
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3. Tensioni pericolose
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
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4. Contatti pericolosi
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.
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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.
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 messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema TT
2) Sistema TN
3) Sistema IT
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CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema TT
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema TN
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema IT
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
PROTEZIONI PASSIVE(senza interruzione automatica dei circuiti)
Impiego dell’impianto di terra
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT PROTEZIONI ATTIVE(con interruzione automatica dei circuiti)
t = 5 s
UL = 50 VIint = I 5s
I5s ≈ 3÷20 IN
interruttori magneto-termici
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Uco
Non si riesce ad abbassarlo al di sotto della tensione limite (50 V o 25 V) ! !
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
• Se ZPE = ZF → Uco = Uo/2 (≈ 120 V)
• Se ZPE = 2 ZF → Uco = 2/3 Uo (≈ 150 V)
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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)
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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 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)
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA5. Protezioni contro i contatti indiretti
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.
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra
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
SICUREZZA ELETTRICASICUREZZA ELETTRICA6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra
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 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