SICUREZZA ELETTRICA. 1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano). 2. Correnti e tensioni pericolose.

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1 1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano). 2. Correnti e tensioni pericolose. 3. Contatti pericolosi 4. Metodi di protezione

2 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).

3 1. 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 respirazione Se 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.

4 1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano) Fibrillazione ventricolare Contrazioni 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 ). Ustioni Sono 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).

5 2. Correnti pericolose SICUREZZA ELETTRICA 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; Pericolosità della corrente elettrica alternata a 50, 60 Hz Zona 4 - Si può innescare la fibrillazione, arresto della respirazione o ustioni.

6 2. Correnti pericolose SICUREZZA ELETTRICA Fattori di percorso 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 Mani - Piedi Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi Mano sinistra - Mano destra Mano sinistra - Dorso Mano sinistra - Torace Mano destra - Piede sinistro Mano destra - Piede destro Mano destra - Dorso Mano destra - Torace Glutei - Mani Fattore di percorso ,4 0,7 1,5 0,8 0,8 0,3 1,3 0,7

7 3. Tensioni pericolose SICUREZZA 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.

8 3. Tensioni pericolose Limiti di pericolosità della tensione elettrica

9 3. Tensioni pericolose SICUREZZA 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

10 3. Tensioni pericolose SICUREZZA ELETTRICA Resistenza del corpo umano Tensione di contatto Valori di R c non superati dal 5% della popolazione (percorso mani - piedi) Circuito equivalente del corpo umano 25 V 50 V 75 V 100 V 125 V 220 V 700 V 875 Ω 725 Ω 625 Ω 600 Ω 562 Ω 500 Ω 375 Ω

11 3. Tensioni pericolose SICUREZZA ELETTRICA Valori di RT,u Condizioni Ordinarie 1000 Ω Condizioni Non ordinarie 200 Ω Valori di Rc + RT,u Tensione di Contatto [V] Condizioni Ordinarie 1875 Ω 1725 Ω 1625 Ω 1600 Ω Condizioni Non ordinarie 1075 Ω 925 Ω 825 Ω 800 Ω

12 3. Tensioni pericolose SICUREZZA ELETTRICA Condizioni ordinarie Tensione di contatto < 50 V 50 V 75 V 90 V 110 V 150 V 220 V 280 V Tempo sopp.zione infinito 5 s 1 s 0.5 s 0.2 s 0.1 s 0.05 s 0.03 s Curve di sicurezza tensione-tempo

13 4. Contatti pericolosi 4.1 Contatti diretti Si 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 indiretti Un 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.

14 4. Contatti pericolosi Contatto diretto Contatto indiretto

15 4. Protezioni contro i contatti diretti SICUREZZA ELETTRICA 4.1 Protezione totale (persone non addestrate ed ambienti ordinari) 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.

16 4. Protezioni contro i contatti diretti 4.2 Protezione parziale (persone addestrate ed ambienti ad accesso limitato) Ostacoli o distanziamenti Sono 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). 4.3 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 4.4 Protezione addizionale Interruttori differenziali ad alta sensibilità

17 5. 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 > V sia in C.a. che in C.c.

18 5. 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

19 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE: 1) Sistema TT

20 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE: 1) Sistema TN

21 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE: 1) Sistema IT

22 5. 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

23 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TT PROTEZIONI PASSIVE (senza interruzione automatica dei circuiti) Impiego dell impianto di terra

24 Impiego dell impianto di terra Rn 1 Ω!!!

25 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TT PROTEZIONI ATTIVE (con interruzione automatica dei circuiti) Impiego dell impianto di terra coordinato con gli interruttori automatici t = 5 s UL = 50 V Iint = I 5s

26 5. Protezioni contro i contatti indiretti t = 5 s Sistema TT SICUREZZA ELETTRICA PROTEZIONI ATTIVE (con interruzione automatica dei circuiti) interruttori magneto-termici UL = 50 V Iint = I 5s I5s 3 20 IN

27 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TT SICUREZZA ELETTRICA PROTEZIONI ATTIVE (con interruzione automatica dei circuiti) interruttori differenziali UL = 50 V I n = 30 ma Rt 1666 Ω!! Per maggior sicurezza, oltre all impianto di terra coordinato con i differenziali, Sono previsti anche i collegamenti equipotenziali

28 5. 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)!!

29 5. 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)

30 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TN-S Sistema TN-S Nelle parti terminali degli impianti (ZPE = ZF) i collegamenti equipotenziali Contribuiscono 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)

31 5. 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)

32 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TN-S Sebbene 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)

33 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TN-S Per 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

34 6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l impianto di terra La UT si trasferisce alle masse e, pertanto, è pericolosa per le persone.

35 6. 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) ,8 0,7 0,6 0,5 0,2 0,14 Tensione di contatto ammissibile UTP (V) Nuova norma CEI Vecchia norma CEI Corrente di guasto a terra lato MT e tempo di eliminazione del guasto vanno richiesti all ENEL Dispersore non magliato su tutta l area RT UTP / Ig Dispersore magliato su tutta l area RT 1.5 UTP / Ig

36 6. 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!!

37 IMPIANTO DI TERRA Costituzione

38 IMPIANTO DI TERRA Dimensioni 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/mm 2 s 2 ) se il materiale è il rame oppure 78 (A/mm 2 s 2 ) se il materiale è l acciaio.

39 IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei componenti del dispersore Tipo Dimensioni Minime Acciaio zincato a caldo ( 1 ) Acciaio rivestito di rame Rame Piastra Spessore (mm) 3 ( 2 ) 3 Posa nel terreno Nastro Tondino massiccio Sezione (mm 2 ) Spessore (mm) Sezione (mm 2 ) ( 2 ) ( 2 ) Conduttore cordato Sezione (mm 2 ) Diametro filo elementare (mm) 50 1,8 ( 2 ) 35 1,8 Picchetto a tubo Diametro esterno (mm) Spessore (mm) 40 2 ( 2 ) 30 3 Per infissione nel terreno Picchetto massiccio Picchetto in profilato Diametro (mm) Dimensione trasversale (mm) Spessore (mm) ( 3 ) ( 2 )

40 IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori di protezione Sezione di fase (mm 2 ) Sezione minima del conduttore di protezione (mm 2 ) Cu Al PE PEN PE PEN S F S F S F S F S F /2 S F /2 S F /2 S F /2

41 IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori di terra Protetto contro la corrosione Protetti meccanicamente Sezione conduttore di fase Sezione minima conduttore di terra Non protetti meccanicamente Sezione minima conduttore di terra 16 mm 2 se in rame 16 mm 2 se in ferro zincato Non protetto contro la corrosione 25 mm 2 se in rame 50 mm 2 se in ferro zincato

42 IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori equipotenziali Conduttori equipotenziali Sezione del conduttore di protezione principale PE (mm 2 ) Sezione del conduttore equipotenziale (mm 2 ) Principale EQP Supplementare EQS: Massa - massa Massa - massa estranea di sezione minore PE mm 2 se protetto meccanicamente mm 2 se non protetto meccanicamente

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