LINEAMENTI DI IMPIANTI ELETTRICI

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1 LINEAMENTI DI IMPIANTI ELETTRICI La Sicurezza negli Impianti Elettrici Ing. Raoul Bedin

2 ELETTROFISIOLOGIA Le cellule del sistema nervoso e del tessuto muscolare sono eccitabili sotto l azione di un potenziale elettrico. Le cellule stesse presentano una differenza di potenziale NEGATIVA rispetto all esterno (sistema nervoso centrale nei mammiferi = - 70 mv) Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

3 ELETTROFISIOLOGIA La cellula viene eccitata (potenziale di azione) applicando un impulso di corrente (di polarità inversa) di durata e ampiezza adeguati Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

4 ELETTROFISIOLOGIA Dalla curva di eccitabilità si può desumere che la cellula è in prima approssimazione sensibile alla quantità di carica elettrica (I x t) L ampiezza del potenziale di azione non è proporzionale all intensità dello stimolo, ma segue la legge del tutto o nulla (quiete eccitamento) La curva di eccitabilità si riferisce a stimoli sufficientemente distanziati nel tempo. Si possono definire il: periodo di refrattarietà assoluta: periodo di tempo seguente l inizio dell eccitamento durante il quale la cellula non risponde a ulteriori stimoli, quale che sia lo loro intensità periodo di refrattarietà relativa: periodo di tempo seguente il periodo di refrattarietà assoluta durante il quale la cellula risponde secondo una curva di eccitabilità superiore periodo refrattario: periodo somma del periodo di refrattarietà assoluta e relativa Accomodazione: se uno stimolo dura più a lungo del periodo refrattario la cellula si adatta alla nuova situazione e aumenta la soglia di eccitabilità

5 EFFETTI FISIOPATOLOGICI Tetanizzazione: uno stimolo elettrico di intensità e durata appropriate applicato ad una fibra nervosa si propaga lungo la stessa fino al muscolo. Sotto l azione dello stimolo il muscolo si contrae per poi tornare allo stato di riposo. Illustrazione c): contrazione tetanica Illustrazione d): tetano fuso Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

6 EFFETTI FISIOPATOLOGICI Arresto della respirazione: il passaggio della corrente determina una contrazione dei muscoli addetti alla respirazione o una paralisi dei centri nervosi che sovrintendono alla funzione respiratoria. Fibrillazione ventricolare: le fibre muscolari del cuore si contraggono ritmicamente per effetto dell azione del nodo senoatriale posto nella parte superiore dell atrio destro. Se vengono sollecitate anche da correnti di origine esterna le stesse risultano sovrastimolate in modo caotico e iniziano a contrarsi in modo disordinato. Il cuore non è più in grado di svolgere la sua funzione. Ustioni: al passaggio di corrente nel corpo umano si sviluppa calore per effetto Joule. Le ustioni peggiori (marchio elettrico) si hanno sulla pelle (resistività superiore ai tessuti interni). Le ustioni da folgorazione sono caratteristiche perché profonde.

7 EFFETTI FISIOPATOLOGICI Tetanizzazione: reversibile Arresto della respirazione: reversibile Fibrillazione ventricolare: IRREVERSIBILE Ustioni: reversibile La reversibilità dell arresto respiratorio e delle ustioni è evidentemente condizionate dalla loro gravità. La fibrillazione ventricolare può essere reversibile sotto l azione di un DEFIBRILLATORE. Fondamentale il tempo di intervento: dopo circa tre minuti di inattività il muscolo cardiaco e il tessuto cerebrale subiscono danni irreparabili; il tempo utile può essere prolungato facendo ricorso a massaggio cardiaco e respirazione bocca e bocca.

8 LIMITI DI PERICOLOSITA DELLA CORRENTE ELETTRICA Tratte da Norma CEI 64-18:2011 Fino alla curva b: scossa elettrica Oltre la curva b: shock elettrico

9 LIMITI DI PERICOLOSITA DELLA CORRENTE ELETTRICA Tratte da Norma CEI 64-18:2011 Fino alla curva b: scossa elettrica Oltre la curva b: shock elettrico

10 LIMITI DI PERICOLOSITA DELLA CORRENTE ELETTRICA La pericolosità della corrente DIMINUISCE all aumentare della frequenza a causa del minor contenuto energetico di ogni singolo impulso Fattore di frequenza F f : fattore per cui va moltiplicato il minimo valore di corrente che produce un determinato fenomeno a 50/60 Hz per ottenere tale valore alla frequenza desiderata. A f = 1 khz tale fattore vale circa 1,6 per quanto riguarda la tetanizzazione e 15 per quanto riguarda la fibrillazione ventricolare Dato che la pericolosità diminuisce in corrente continua e al crescere della frequenza, il campo delle frequenze di rete (50/60 Hz) è proprio IL PIU PERICOLOSO PER L UOMO

11 LIMITI DI PERICOLOSITA DELLA CORRENTE ELETTRICA Fattore di percorso F: permette il calcolo delle correnti I h in percorsi diversi da quello mano sinistra - piedi. I h = I ref /F Tratta da Norma CEI 64-18:2011

12 RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO L uomo presenta un impedenza elettrica Z T somma dell impedenza interna Z i e dell impedenza della pelle nel punto (convenzionale) di ingresso Z s1 e di uscita Z s2. Alla frequenza di rete le capacità possono essere trascurate, la loro influenza si fa sentire alle frequenze più elevate L impedenza Z T diminuisce all aumentare delle tensioni applicate Il valore di Z T dipende molto da: percorso interno della corrente (Z i ) superficie di contatto (ridotta, estesa) e sue condizioni (asciutta, bagnata, presenza di sudorazione, ecc.) (Z s ) Tratta da Norma CEI 64-18:2011

13 RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO Tratta da Norma CEI 64-18:2011

14 RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO Tratta da Norma CEI 64-18:2011

15 RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO In ambito impiantistico si fa riferimento alla RESISTENZA del CORPO UMANO che viene indicata con il simbolo R B e alla quale viene, quando necessario, attribuito il valore convenzionale (e prudenziale) di 1 kω. Nelle situazioni più comuni di contatto con parti in tensione la persona ha in serie verso terra una resistenza, costituita dalla resistenza delle calzature, della pavimentazione, di eventuali guanti isolanti, ecc., definita come RESISTENZA verso terra del CORPO UMANO, a cui è stato attribuito il simbolo di R EB e i valori (sempre prudenziali) di 1 kω e di 200 Ω. Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

16 RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO Le curve di pericolosità corrente-tempo vengono tradotte, ai fini operativi, in curve tensione-tempo. La curva Condizioni particolari si riferisce a: Cantieri di costruzione e demolizione Strutture ad uso agricolo o zootecnico (limitatamente ai luoghi di custodia del bestiame) Locali ad uso medico (limitatamente ai locali di gruppo 1 e gruppo 2) Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

17 CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI DEFINIZIONI SUI CONTATTI: CONTATTO DIRETTO Contatto con una parte NORMALMENTE IN TENSIONE (ad es.: conduttore privo di isolamento) CONTATTO INDIRETTO Contatto con una parte conduttrice NORMALMENTE NON IN TENSIONE andata in tensione a causa di un guasto di isolamento (ad es.: carcassa metallica di un apparecchiatura) Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

18 CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI DEFINIZIONI SUI CONTATTI: Il contatto indiretto presenta in genere un rischio superiore al contatto diretto per due motivi: nel caso di contatti con parti normalmente in tensione la persona è generalmente più cauta nel caso di contatto diretto la persona può subire un danno solo se tocca il punto di guasto (cioè dove l isolamento ha ceduto), mentre nel caso di contatto indiretto è sufficiente il contatto in un punto qualsiasi della superficie conduttrice Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

19 PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI DIRETTI Le misure di protezione contro i contatti diretti possono essere TOTALI o PARZIALI. Le misure di protezione TOTALI sono destinate alla protezione delle persone elettricamente non addestrate, mentre le misure di protezione PARZIALI sono destinate alla protezione delle persone elettricamente addestrate e sono quindi consentite solo nelle aree elettriche chiuse (cabine elettriche secondarie e primarie, stazioni elettriche, ecc.). MISURE DI PROTEZIONE TOTALI isolamenti involucri, barriere MISURE DI PROTEZIONE PARZIALI ostacoli distanziamento

20 PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI INDIRETTI I METODI DI PROTEZIONE previsti dalla Norma sono: Interruzione automatica del circuito in caso di guasto (pressoché sempre presente) Doppio isolamento (integrativo) Locali isolanti (raro) Locali equipotenziali (raro) Sistemi in bassissima tensione SELV-PELV-FELV, validi anche per la protezione contro i contatti diretti (integrativi)

21 TERRENO CONDUTTORE ELETTRICO La corrente che fluisce attraverso il corpo umano si chiude generalmente attraverso il TERRENO, che è un CONDUTTORE ELETTRICO. Se si immerge nel terreno un elettrodo (DISPERSORE) la corrente che esso disperde incontra una resistenza R E (RESISTENZA DELL IMPIANTO DI TERRA) che risulta sostanzialmente proporzionale a: resistività ρ del terreno caratteristiche geometriche (dimensioni, forma) del dispersore La resistenza R E è formata dagli strati di terreno fino ad una distanza teoricamente infinita dal dispersore stesso (Punto a potenziale zero; Terra di riferimento o lontana); in realtà il suo valore dipende dagli strati di terreno più prossimi alla superficie disperdente.

22 TERRENO CONDUTTORE ELETTRICO CASO DELL ELETTRODO EMISFERICO IN TERRENO IDEALE Dall analisi di questo caso si possono trarre indicazioni sostanzialmente valide per i dispersori reali. Per terreno ideale si intende terreno perfettamente omogeneo con resistività costante in tutte le direzioni in modo che non ci sia una direzione preferenziale per la corrente. Considerata ρ la resistività del terreno in tutti i suoi punti e r 0 il raggio dell emisfera che costituisce il dispersore, la resistenza di terra R E vale:

23 TERRENO CONDUTTORE ELETTRICO CASO DELL ELETTRODO EMISFERICO IN TERRENO IDEALE Se I è la corrente dispersa dall elettrodo il potenziale UE (TENSIONE TOTALE di TERRA) che assume il dispersore e il potenziale U che assume il terreno ad una distanza r dal dispersore valgono: Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

24 TENSIONI DI CONTATTO U E (Tensione Totale di Terra): tensione che si stabilisce a seguito di un cedimento dell isolamento fra masse e un punto sufficientemente lontano a potenziale zero. U T (Tensione di Contatto): tensione che si stabilisce fra parti conduttrici simultaneamente accessibili in caso di guasto dell isolamento quando queste vengano toccate. U ST (Tensione di Contatto a Vuoto): tensione che si stabilisce fra parti conduttrici simultaneamente accessibili in caso di guasto dell isolamento quando queste non vengano toccate. U L (Tensione di Contatto Limite Convenzionale): massimo valore della tensione di contatto a vuoto che è possibile mantenere per un tempo indefinito. U L = 50 V in c.a. e 120 V in c.c. in CONDIZIONI ORDINARIE U L = 25 V in c.a. e 60 V in c.c. in CONDIZIONI PARTICOLARI Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

25 TENSIONI DI CONTATTO U E : Tensione Totale di Terra U T : Tensione di Contatto Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

26 TENSIONI DI CONTATTO U E : Tensione Totale di Terra U ST : Tensione di Contatto a Vuoto U T : Tensione di Contatto Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

27 TENSIONI DI CONTATTO Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

28 TENSIONI DI CONTATTO IN CONCLUSIONE SI HA SEMPRE: U T U ST U E E grazie all impianto di terra che U ST è inferiore a U E nei punti di potenziale contatto (molto importante è la geometria dello stesso). E grazie alla resistenza della pavimentazione e/o delle calzature che U T è inferiore a U ST.

29 DEFINIZIONI RELATIVE ALLA PROTEZIONE CONTRO LE TENSIONI DI CONTATTO ISOLAMENTI ISOLAMENTO FUNZIONALE: isolamento fra la parti attive (fase-neutro, fase-fase, ecc.) necessario al funzionamento delle apparecchiature. ISOLAMENTO PRINCIPALE: isolamento delle parti attive necessario alla protezione delle persone contro la folgorazione. ISOLAMENTO SUPPLEMENTARE: secondo isolamento sovrapposto all isolamento principale per migliorare la sicurezza delle persone contro la folgorazione. DOPPIO ISOLAMENTO = ISOLAMENTO PRINCIPALE + ISOLAMENTO SUPPLEMENTARE Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

30 DEFINIZIONI RELATIVE ALLA PROTEZIONE CONTRO LE TENSIONI DI CONTATTO APPARECCHIATURE APPARECCHIATURA DI CLASSE I: apparecchiatura dotata di isolamento principale e di morsetto per il collegamento a terra delle masse. APPARECCHIATURA DI CLASSE II: apparecchiatura dotata di doppio isolamento e priva di morsetto per il collegamento a terra delle masse.

31 DEFINIZIONI RELATIVE ALLA PROTEZIONE CONTRO LE TENSIONI DI CONTATTO MASSA: parte conduttrice, facente parte dell impianto elettrico, che può essere toccata e che non è in tensione in condizioni ordinarie di isolamento, ma che può andare in tensione in caso di cedimento dell isolamento principale. MASSA ESTRANEA: parte conduttrice non facente dell impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale, generalmente il potenziale di terra. PARTE INTERMEDIA: parte conduttrice, facente parte dell impianto elettrico, che può andare in tensione in caso di cedimento dell isolamento principale, interna ad un apparecchio ed accessibile solo dopo aver rimosso un involucro saldamente fissato, in genere rimovibile con l uso di un attrezzo. Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

32 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI SISTEMI ELETTRICI (CASO TT): Le utenze elettriche sono alimentate dal distributore in bassa (BT) o in media tensione (MT) (eccezionalmente in alta tensione) in dipendenza della potenza richiesta. Le apparecchiature elettriche sono però, quasi sempre, in bassa tensione. In Italia ciascun utente alimentato in BT deve collegare le masse delle apparecchiature al proprio impianto di terra, che è distinto ed indipendente da quello della cabina elettrica del Distributore. Questa soluzione tecnica viene riepilogata nella sigla TT. In caso di guasto a terra la corrente percorre i conduttori di fase dalla cabina fino all apparecchiatura in guasto e si richiude nuovamente nella cabina del distributore attraverso i due impianti di terra. CARATTERISTICHE SALIENTI DELLA SITUAZIONI DI GUASTO: la massa in guasto si porta ad una tensione di solito di poco inferiore a quella di alimentazione (circa 200 V) quale che sia la massa in guasto, questa assume una tensione che dipende solo dalla resistenza dell impianto di terra proprio e di quella del Distributore; è quindi uguale per tutte la masse quando una massa va in guasto anche tutte la masse sane collegate allo stesso impianto di terra si portano alla stessa tensione la corrente di guasto presenta un intensità non molto elevata (da qualche ampere a qualche decina di ampere)

33 SISTEMI ELETTRICI (CASO TN): CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI Quando le utenze elettriche sono alimentate dal distributore in media tensione (MT) l utente deve provvedere a ricavare il sistema di BT mediante una cabina di trasformazione. In questo caso l utente collega le masse delle apparecchiature al proprio impianto di terra che quasi sempre coincide con quella della cabina di trasformazione. Questa soluzione tecnica viene riepilogata nella sigla TN. In caso di guasto a terra la corrente percorre i conduttori di fase dalla cabina fino all apparecchiatura in guasto e si richiude nuovamente nella cabina del distributore attraverso il conduttore di protezione (PE). In sostanza, mentre nel sistema TT la corrente circola nel terreno, nel sistema TN circola solo su conduttori metallici. CARATTERISTICHE SALIENTI DELLA SITUAZIONI DI GUASTO: la massa in guasto si porta ad una tensione di solito che non è univocamente determinabile come nel caso TT, ma che in ogni caso è grosso modo compresa fra i 100 e i 150 V anche la situazione delle masse sane non è univocamente determinabile; in dipendenza del collegamento al conduttore PE il loro potenziale può rimanere nullo od assumere valori fino a quello della massa in guasto la corrente di guasto presenta un intensità piuttosto elevata (da qualche centinaio di ampere a qualche migliaio di ampere)

34 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI SISTEMI ELETTRICI: La pericolosità di un sistema elettrico per le persone non dipende dall intensità della corrente di guasto che circola, ma dal livello delle tensioni sulle masse. Quindi i sistemi TT e TN hanno una pericolosità per le persone simile. In entrambi i casi deve essere previsto un SISTEMA DI PROTEZIONE. INTERRUZIONE AUTOMATICA DEL CIRCUITO IN CASO DI GUASTO

35 INTERRUZIONE AUTOMATICA DEL CIRCUITO IN CASO DI GUASTO Il metodo segue criteri applicativi differenziati per i sistemi TT e per i sistemi TN: Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia TT (utenze di potenza in genere < 200 kw) TN (utenze di potenza in genere 200 kw)

36 INTERRUZIONE AUTOMATICA DEL CIRCUITO IN CASO DI GUASTO SISTEMA TT Coordinamento fra dispositivo di protezione e impianto di terra Data la ridotta intensità della corrente di guasto è obbligatorio l utilizzo dell interruttore differenziale, perché sensibile alle correnti di dispersione e non alle correnti di carico R I E dn U L Tratte da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

37 INTERRUZIONE AUTOMATICA DEL CIRCUITO IN CASO DI GUASTO SISTEMA TN Dato che il guasto a terra di fatto è un cortocircuito fra la fase in guasto e il conduttore PE è adeguato alla protezione anche l interruttore magnetotermico (sensibile alla corrente di carico), benché sia di gran lunga consigliabile l utilizzo dell interruttore differenziale Z I S a U 0

38 INTERRUTTORI MAGNETOTERMICI E DIFFERENZIALI

39 INTERRUTTORI DIFFERENZIALI Tipo AC Sensibili alla sola corrente di dispersione alternata Tipo A Sensibili alla corrente di dispersione alternata e anche alle correnti unidirezionali pulsanti Tipo B Sensibili alla corrente di dispersione alternata, alle correnti unidirezionali pulsanti e anche alle correnti continue

40 IMPIANTI DI TERRA Un impianto di terra è costituito da: conduttori di protezione (PE) conduttori equipotenziali principali (EQP) conduttori equipotenziali supplementari (EQS) collettore di terra conduttore di terra dispersore Tratta da Fondamenti di sicurezza elettrica - Carrescia

41 IMPIANTI DI TERRA DISPERSORI INTENZIONALI: posti nel terreno al solo fine di disperdere corrente NATURALI o DI FATTO: corpi metallici interrati ad altri fini ma che possono contribuire a realizzare il collegamento elettrico con la terra DISPERSORE DI FONDAZIONE: viene utilizzato un dispersore di fatto (armatura metallica di fondazione), attribuendogli le caratteristiche elettriche e meccaniche necessarie ad un dispersore I principali tipi di dispersori intenzionali sono: orizzontali (tondi o corde) verticali (picchetti) Tratta da Norma CEI 64-8:2012