Sicurezza elettrica: Impianti di messa a terra

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1 ISTITUTO TCNICO COMMRCIAL PR GOMTRI DI VITTORIO via Yvo De Bega, LADISPOLI (RM) Doee: GILBRTO GNOVS CORSO DI IMPIANTI Siurezza eleria: Impiai di messa a erra Ao Solasio

2 INDIC GNRALITÀ PAG. 1 TIPI DI CONTATTO PAG. 1 PROTZIONI CONTRO IL CONTATTO INDIRTTO PAG. 2 IMPIANTO DI MSSA A TRRA PAG. 3 IL DISPRSOR DI TRRA PAG. 7

3 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra SICURZZA LTTRICA: IMPIANTI DI MSSA A TRRA GNRALITA Le orme per la siurezza eleria vegoo defiie dal CI (Comiao leroeio Ialiao); ali orme sabilisoo he esioi miori di 50 V soo sopporabili dal orpo umao per u empo pari ad ifiio, mere esioi pari a 50 V soo sopporabili per o più di 5 s (limie di sopporabilià). Chiaramee il limie di sopporabilià, ovvero il empo sopra defiio, dimiuise al resere del valore della esioe appliaa ai api del osro orpo. Allo sopo di ompredere gli effei della irolazioe di ua orree eleria el orpo umao oorre fare qualhe preisazioe; vedremo i al seso he quello he daeggia il orpo umao o è ao la differeza di poeziale appliaa, ioè la esioe, besì l iesià di orree. L appliazioe, per u iervallo di empo suffiieemee lugo, di ua esioe esera di ampiezza opporua, superiore ad u ero valore di soglia, può alerare le oerazioi ioihe ellulari e il suo sao di polarizzazioe, iduedo quello he viee desigao ome sao di simolazioe dovuo all appliazioe di poeziale di azioe, rimosso il quale la ellula può riporarsi allo sao primiivo ero u empo più o meo breve. Il passaggio di ua orree eleria ei essui umai ha effei fisiologii largamee variabili, dipedei dal valore della orree, dalla sua frequeza, dalla duraa del oao, dalla sesibilià idividuale e dalla zoa del orpo i ui il feomeo ha luogo. La periolosià della elerouzioe si maifesa araverso ua serie di feomei ra i quali vao siuramee riordai: a) Teaizzazioe: lo simolo elerio sulle sigole ellule provoa la orazioe di u iero fasio musolare, o siomi o loai dal eao. b) Bloo respiraorio: per valori piuoso elevai di orree e soprauo se la zoa ieressaa è quella oraia, si può subire u dao da paralisi respiraoria, ausa di dai irreversibili al ervello se ale bloo supera i 2 3 miui. ) Fibrillazioe veriolare: i disurbi legai al passaggio elerio ivesoo ahe il musolo ardiao, sovolgedo il suo ormale rimo fio o possibilià di diveare leale. d) Usioi: o desià di orree di pohi ma/mm 2 si possoo avere usioi aprezzabili soprauo elle zoe di maggior resiseza ome la pelle; olre i ma/mm 2 si ha la arboizzazioe di essui ieressai. TIPI DI CONTATTO Al ermie di quesa doverosa premessa, e al fie di valuare il omporameo del orpo umao diazi al passaggio di orree eleria, è eessario oosere il valore della resiseza del orpo umao. Ad essa è sao aribuio u valore riavao sperimealmee e pari a

4 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra Ohm, ahe se è eessario evideziare he ale valore può variare da idividuo ad idividuo e da siuazioe a siuazioe. Gli iidei di ipo elerio vegoo lassifiai i due grosse aegorie: oao direo: si verifia quado ua o più pari del orpo vegoo i oao o pari di impiao elerio ormalmee i esioe, ad esempio u oduore udo; oao idireo: si ha quado la folgorazioe è provoaa dal oao o pari meallihe he ormalmee o soo i esioe (dee omuemee masse), ma he vegoo ad esserlo a ausa di u difeo di isolameo sopraggiuo. È opporuo aggiugere qualhe defiizioe relaiva ai ipi di isolameo: l isolameo priipale: è quello he opre i fili oduori impededo il oao o il orpo umao; l isolameo fuzioale: è osiuio dai vari ipi di isolaori he egoo separai i oduori fra di loro e dalle arasse meallihe; l isolameo supplemeare: è quello he va ad aggiugersi al priipale; si pesi all asiugaapelli e alla sua guaia isolae. L isieme dell isolameo priipale e seodario osiuise il doppio isolameo; l isolameo riforzao: è u isolameo uio he rispode alle solleiazioi elerihe al pari del doppio isolameo. PROTZIONI CONTRO IL CONTATTO INDIRTTO A seguio di quao sopra deo va speifiao he ra le due ipologie di oao quella più periolosa per il suo araere aleaorio e aideale è il oao idireo; mere ifai il oao direo va assoluamee eviao, quello idireo è pariolarmee isidioso perhé imprevedibile. È perao eessario proeggersi da queso faedo riorso ad opporui sisemi di proezioe ra i quali vao riordai: l impiego di apparehi o doppio isolameo; l impiego di u loale equipoeziale: i esso esise u oduore (oduore equipoeziale) a ui soo oesse ue le masse. I queso oeso uomo e masse meallihe vegoo a rovarsi alla sessa differeza di poeziale (Fig. 1); Fig. 1 Loale equipoeziale 2

5 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra l impiego di u loale isolae: si raa di u loale he viee osiderao ompleamee isolao da erra quado parei e pavimei preseao ua resiseza verso erra iferiore a 50 kω per esioi omiali fio a 500 V e di almeo 100 kω per esioi superiori a 500 V (Fig. 2). Fig. 2 Loale isolao Chiaramee quese soluzioi o soo propoibili per ueze domesihe dove ivee si fa riorso alla proezioe o ierruzioe del iruio, ioè all impiao di messa a erra. IMPIANTO DI MSSA A TRRA Prima di desrivere il priipio di fuzioameo di u impiao di messa a erra per u ueza domesia, omiiamo a vedere osa aade quado o dispoiamo di u ale sisema. Sappiamo he ei pui presa di u omue impiao elerio di ipo domesio giugoo due fili, la fase e il euro. Suppoiamo di alimeare da ua presa eleria u apparehio uilizzaore, ua lavarie ad esempio, e suppoiamo aora he a ausa di u sopraggiuo difeo di isolameo la arassa di ques ulimo, ovvero la massa, vega a rovarsi i esioe. La siuazioe è ale da meere i serie periolo la via di hiuque aidealmee vega a oao o la arassa meallia dell apparehio i quesioe (Fig. 3). Fig. 3 Siuazioe di oao idireo seza impiao di messa a erra 3

6 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra Difai la orree di guaso I g geeraa da u difeo di isolameo, mee i esioe la massa meallia dell apparehio e si saria a erra dopo aver araversao il orpo dell omio veuo aidealmee i oao o lo sesso. Riordado he il orpo umao ha ua resiseza R di ira 3000 Ohm, e osiderado he a quesa può aggiugersi ua resiseza addizioale dovua ad esempio alla preseza di alzaure R, l equivalee ree eleria he desrive la siuazioe è la seguee (Fig. 4): Fig. 4 Ree eleria equivalee ad ua siuazioe di oao idireo seza impiao di messa a erra dove = 220 V R = 3000 Ω R 3 5 Ω risolvedo la ree i quesioe e rasurado R si riava: I = R + R + R R V R I R R = + Nel aso peggiore i ui R = 0, ovvero il osro omio o idossa alzaure e i suoi piedi vegoo a rovarsi a poeziale zero, allora la esioe ai api del orpo è proprio pari a = 220 V; i queso aso la orree he araversa il orpo è ira 70 ma, valore assoluamee faale per hiuque (limie di sopporabilià è di ira ma). Vediamo ivee osa aade quado l ueza domesia è provvisa di impiao di messa a erra (Fig. 5). Fig. 5 Siuazioe di oao idireo o impiao di messa a erra 4

7 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra I al aso, ome si evie dall osservazioe delle figura sopra riporaa, la orree di guaso I g geeraa da u difeo di isolameo, a seguio del oao del osro omio o la arassa dell apparehio, ha la possibilià di segliere ra due possibili vie di fuga: da u pare il oduore di erra, he egli impiai elerii è realizzao o oduori avei la araerisia guaia giallo-verde he overgoo el dispersore di erra e a ui è assoiaa ua resiseza R, e dall alra il orpo del osro omio sforuao he idossa delle alzaure e a ui è assoiaa ua resiseza pari a R +R. L aalisi del iruio equivalee elerio rederà più immediaa la ompresioi degli aspei fodameali (Fig. 6). Fig. 6 Ree eleria equivalee ad ua siuazioe di oao idireo o impiao di messa a erra I al aso possiamo adare a risolvere la ree i quesioe e alolare I g I g= R ( R + R + R ) = + ( R + R )// R R ( R + R + R ) + ( R + R Se R fosse molo maggiore di R +R, essa porebbe essere sosiuio o u apero e oreremmo ella siuazioe di impiao seza messa a erra; R deve perao essere molo piolo. Queso mi oseirebbe di rasurare il suo valore rispeo a R +R ; per ui adado ad appliare la regola del pariore di orree è possibile deermiare I : ) R I g R + R I = I g R R + R + R = R + R R R + R + R e quidi: V = R I = R R + R R R + R Ma V può essere miimizzaa miimizzado il ermie R /(R +R ). Dovedo essere V V s (dove V s =50 V) si oiee: 50 V R = R + R e se = 220 V R = 0,3 R Ma R osì alolaa è dell ordie degli Ohm, valore assoluamee iompaibile o la realà; difai sarebbe impossibile osruire u dispersore di erra o ua resiseza osì bassa. L isallazioe di u impiao di messa a erra è fializzaa a fare i modo he la orree di guaso geeraa da u sopraggiuo difeo di isolameo, esluda, ra le possibili vie di fuga, il passaggio 5

8 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra araverso il orpo del osro omio per privilegiare il perorso del oduore di erra. Affihé queso aada la resiseza R deve assumere u valore osì piolo al puo ale da essere irrealizzabile ella praia osruiva. Allora ome può u impiao di messa a erra assolvere alla sua fuzioe di proezioe oro il oao idireo? Possiamo pesare al oribuo offero dall ierruore mageoermio isallao a valle del oaore il ui sopo è quello di ierveire ierrompedo l erogazioe dell eergia eleria quado quesa supera u valore di soglia presabilio. Vediamo se davvero può basare aalizzado il problema dal puo di visa didaio. Sappiamo he V V s =50 V, ma 50 = V R I 5s dove I 5s è la orree di soglia ollerabile al massimo per 5 seodi. Sapedo he I 5s è ovezioalmee pari a quaro vole il valore della orree omiale I om he per u omue impiao domesio è pari a 16 A, si oiee: R = 50V 50V = = 0, 78Ω < Ω 4 I 64A 1 om Aora ua vola il valore della resiseza di erra è osì basso da essere impraiabile ella realà osruiva. Duque u impiao di messa a erra diviee effiae se e solo se prevediamo el osro impiao l isallazioe di u salvavia. Il salvavia è u ierruore differeziale, più preisamee u relè differeziale il ui priipio di fuzioameo può essere dedoo dallo shema seguee (Fig. 7). Fig. 7 Shema fuzioale di u relè differeziale (salvavia) Ioro ad u uleo mageio oroidale soo oroavvoli due avvolgimei di uguale umero di spire N 1, perorsi dalla orree he va ad alimeare la osra impedeza (ella figura Z ). Se la orree erae è uguale a quella usee, i flussi di iduzioe prodoi dai due avvolgimei soo uguali e di sego opposo, per ui il flusso eo el uleo è ullo. Se, ivee, per ragioi di varia aura viee derivaa verso erra ua orree I d, allora la orree erae I è diversa da quella usee I-I d ; si maifesa osì u flusso eo he oaeadosi o le N 2 spire di u erzo avvolgimeo, deermia ua forza eleromorie idoa he eia il relè provoado l aperura dell ierruore. 6

9 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra Nel aso di guaso aaliiamee aade quao segue: V = R I 50 V = R I = R I d d dove 50 V è aora ua vola la esioe massima ollerabile, mere I è la sesibilià dell ierruore differeziale, ioè il valore di orree di guaso al di sopra del quale si geera u forza eleromorie ale da ierrompere l erogazioe di eleriià. I geere I assume valori ra ma; queso sigifia he: 50V 50V R = = = 1600Ω I 30mA valore queso assoluamee ompaibile o le esigeze osruive di u dispersore di erra. Nella realà aade he il iruio si hiude prima aora he l omio ohi la arassa meallia dell apparehio i esioe grazie alla preseza della resiseza R. Se ale resiseza o i fosse, il iruio si hiuderebbe solao quado l omio viee a oao o la massa meallia; quidi l ierruore si aprirebbe ugualmee ma dopo aver provoao dai allo sforuao omio della siuazioe. L isallazioe del salvavia uiamee all impiao di messa a erra garaisoo ua orea proezioe oro il oao idireo. IL DISPRSOR DI TRRA L impiao di messa a erra prevede l isallazioe di oduori he ollegao le masse degli apparehi o uo o più dispersori ifissi el erreo al quale sappiamo essere ovezioalmee aribuio poeziale zero. Tali oduori hao la araerisia guaia gialloverde e soo oraddisii dalla sigla P. I liea di priipio qualuque oggeo meallio poso i iimo oao o il erreo si presa ad essere osiderao u dispersore; ella praia osruiva le presrizioi relaive a qualià e dimesioi dei dispersori soo deae dalle Norme esisei i maeria. Le Norme soolieao l opporuià he i oduori di erra abbiao u perorso possibilmee breve e he o siao sooposi a orrosioe o a solleiazioi meaihe. La dispersioe di ua orree el erreo assoia ad u ampo di desià di orree u ampo elerio, il loro adameo dipede dalla forma del dispersore e dalla disaza da esso. Nella zoa adiaee il dispersore, il rishio elerio viee quaifiao valuado la osiddea esioe di passo, iesa ome la esioe he si maifesa fra i piedi di ua persoa, posi alla disaza ovezioale di 1 mero (Fig. 8). Fig. 8 Shema per la valuazioe della esioe di passo 7

10 Siurezza eleria: Impiai di messa a erra La esioe di passo V p ha u adameo he dipede: - dalla orree dispersa a erra: bisoga sempre far riferimeo al aso di guaso peggiore; - dalla aura del erreo: dimiuise o la resisivià; - dalla direzioe del movimeo: a parià di disaza dal dispersore, è massima quado i si muove radialmee e si aulla quado i si muove seodo ua delle irofereze equipoeziali. La esioe di passo derese piuoso rapidamee ma mao he i si alloaa dal dispersore, fio a sedere al di soo della soglia di periolosià (Fig. 9). Fig. 9 Adameo della esioe di passo i fuzioe della disaza Quese valuazioi devoo essere appliae al fie di idividuare ua zoa di periolo i prossimià del paleo dispersore, zoa he deve essere perao proea o ua reizioe he e limii l aessibilià. 8