Corrente elettrica e corpo umano

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1 Corrente elettrica e corpo umano Il contatto di una persona con parti in tensione può determinare il passaggio di una corrente attraverso il corpo umano, con conseguenze anche mortali. Sicurezza conseguita con svariati sistemi di protezione, per mezzo dei quali si cerca di limitare la corrente, o di ridurre il tempo per cui questa può fluire attraverso il corpo umano. Contatti Diretti Indiretti Il tipo di contatto indica le caratteristiche del sistema di protezione da scegliere Importanza, in entrambi i casi, della terra, che costituisce spesso uno dei poli del circuito di guasto Indispensabile conoscere il comportamento elettrico del terreno per risolvere molti problemi di sicurezza elettrica

2 Effetti della corrente elettrica sul corpo umano (1) Numerose lesioni e alterazioni, temporanee o permanenti Azione diretta sui vasi sanguigni, sul sangue, sulle cellule nervose (stato di shock) Alterazioni permanenti nel sistema cardiaco (aritmie, lesioni del miocardio, alterazioni di conduzione), nell attività cerebrale (modificazione dell elettroencefalogramma) e nel sistema nervoso centrale Danni all apparato uditivo, visivo,

3 Effetti della corrente elettrica sul corpo umano (2) Quattro i fenomeni principali che contribuiscono a definire il livello di pericolosità: Tetanizzazione: stimolo elettrico, il muscolo si contrae e poi torna nello stato di riposo. Se avviene un secondo stimolo prima che il muscolo sia tornato a riposo, i due effetti si sommano. Se la frequenza di stimoli sorpassa un certo limite, contrazione completa del muscolo. L infortunato rimane attaccato alla parte in tensione; svenimento, asfissia, collasso, stato di incoscienza. Corrente di rilascio: il più elevato valore di corrente per cui il soggetto è ancora capace di lasciare la presa della parte in tensione.

4 Effetti della corrente elettrica sul corpo umano (3) Arresto della respirazione: con correnti superiori alla corrente di rilascio, si ha una contrazione dei muscoli addetti alla respirazione Importanza della respirazione artificiale Fibrillazione ventricolare: all attività elettrica normale si sovrappone una corrente elettrica esterna contrazione disordinata del muscolo cardiaco Ustioni: il passaggio di corrente elettrica è accompagnato da sviluppo di calore per effetto Joule

5 Resistenza elettrica del corpo umano Tensioni e correnti pericolose legate, tramite la legge di Ohm, alla resistenza del corpo umano. La resistenza del corpo è una grandezza estremamente variabile, che cambia in funzione a Tragitto della corrente Stato della pelle: umidità e sudore diminuiscono la resistenza Superficie di contatto: all aumentare della superficie diminuisce la resistenza Pressione di contatto: maggior pressione minor resistenza Durata del contatto: con il prolungarsi del contatto, diminuisce la resistenza della pelle Frequenza della corrente: alle alte frequenze la resistenza de corpo si riduce Tensione di contatto: la resistenza della pelle diminuisce all aumentare della tensione applicata.

6 Pericolosità del percorso Stessa tensione applicata a punti diversi del corpo correnti diverse, in quanto ad ogni percorso corrisponde un diverso valore di resistenza. Minore è la resistenza per un percorso, maggiore è il valore di corrente, quindi maggiore è la probabilità di fibrillazione ventricolare. Tragitti più pericolosi: Mani-torace Mani-piedi

7 Il terreno conduttore elettrico La corrente che fluisce attraverso il corpo umano si chiude in genere tramite il terreno Eccezione: persona isolata da terra e in contatto simultaneo con due punti del circuito a diverso potenziale La terra è coinvolta, direttamente o indirettamente, in quasi tutti i sistemi di protezione. Dunque l analisi delle situazioni di pericolo per le persone e delle relative misure di protezione è bene che inizi dallo studio del comportamento del terreno come conduttore elettrico.

8 La resistenza di terra Terreno: funzione di conduttore elettrico tutte le volte che tra due suoi punti viene applicata, tramite elettrodi, una differenza di potenziale. Gli elettrodi immersi nel terreno sono detti dispersori Considerando la terra formata da più strati, ogni strato presenta al passaggio di corrente una resistenza. Ogni strato presenta una resistenza tanto più piccola quanto è più lontano dal dispersore. Segno grafico per indicare un punto all infinito, lontano dal dispersore e quindi a potenziale zero: In un contatto mani-piedi la corrente fluisce attraverso il terreno. In tal caso i piedi, appoggiati sul terreno, fungono da dispersori

9 Tipi di isolamento Isolamento funzionale: ogni apparecchio elettrico è dotato di un isolamento tra le parti attive, e tra queste e la carcassa, senza il quale ne sarebbe impedito il funzionamento Isolamento usato anche per la protezione delle persone contro il pericolo elettrico. Isolamento principale (o principale): isolamento delle parti attive necessario per assicurare la protezione fondamentale contro la folgorazione Isolamento supplementare: al fine di garantire la sicurezza delle persone in caso di guasto all isolamento principale. Doppio isolamento: insieme di isolamento principale e supplementare Al posto del doppio isolamento, è possibile realizzare un unico isolamento avente proprietà elettriche e meccaniche tali da fornire almeno lo stesso grado di protezione: isolamento rinforzato

10 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. Esempio: involucro metallico di un apparecchio Una parte conduttrice separata dalle parti attive da un doppio isolamento o isolamento rinforzato non è una massa, perché non va in tensione in caso di guasto dell isolamento principale.

11 Contatti diretti e indiretti Contatti con parti in tensione Diretto. Si può entrare in contatto con una parte dell impianto normalmente in tensione, quale un conduttore, un morsetto, l attacco di una lampada o di un fusibile, divenuti casualmente accessibili. Un contatto diretto può avvenire anche tramite una parte metallica, purché questa non sia una massa o in contatto con una massa. Indiretto. Contatto di persone con una massa, o con una parte conduttrice connessa con una massa, durante un guasto d isolamento. Quindi è un contatto con una parte accidentalmente in tensione.

12 Protezione contro i contatti indiretti (1) Collegare la massa dell apparecchio a terra, tramite un conduttore, chiamato conduttore di protezione. Dispositivi predisposti in modo da garantire l interruzione automatica del circuito in caso di pericolo per le persone. Dispositivi di interruzione automatica devono intervenire in un tempo tanto più breve quanto maggiore è la tensione sulle masse Apparecchio destinato ad essere protetto mediante interruzione automatica dotato di isolamento principale, e la massa è munita di un morsetto dove collegare il conduttore di protezione (apparecchio di classe I). Se l involucro metallico esterno è costituito da parti separate, queste costituiscono altrettante masse che devono essere connesse al morsetto di terra.

13 Protezione contro i contatti indiretti (2) Protezioni passive contro i contatti indiretti: non prevedono l interruzione del circuito Impiego di apparecchi con isolamento doppio o rinforzato: in caso di cedimento dell isolamento principale la persona è protetta dall isolamento supplementare (apparecchio di classe II) Bassissima tensione di sicurezza. L apparecchio è alimentato da un sistema elettrico a tensione non superiore ai limiti di sicurezza, e sono presi provvedimenti affinché tali limiti non vengano superati (sistema elettrico a bassissima tensione di sicurezza) Non occorrono misure di protezione sull apparecchio contro i contatti indiretti, perché esse sono già insite nel sistema elettrico di alimentazione. Apparecchio di classe III

14 Protezione contro i contatti indiretti (3) Locali isolanti. L apparecchio è utilizzato in un ambiente isolato da terra: il cedimento dell isolamento principale non è perciò pericoloso per le persone. La protezione risiede nell ambiente e non occorre prendere provvedimenti contro i contatti indiretti sull apparecchio Apparecchio di classe 0: apparecchio con isolamento principale senza morsetto di terra Separazione dei circuiti. L apparecchio è alimentato da una sorgente autonoma o dalla rete di distribuzione generale tramite un trasformatore che ha il compito di isolare il circuito secondario dagli altri circuiti elettrici e da terra (trasformatore d isolamento)

15 Tensione pericolosa (1) Più che corrente pericolosa, si parla di tensione pericolosa. Tensioni e correnti legate da legge di Ohm Se ci si riferisce alla tensione di contatto, si considera la resistenza del corpo umano Se ci si riferisce alla tensione di contatto a vuoto, si considera la resistenza del corpo umano più quella della persona verso terra. Complicazione: a seconda del tragitto della corrente cambia il valore della resistenza del corpo umano In condizioni normali, il tragitto più frequente è quello tra le estremità

16 Tensione pericolosa (2) Due modi per indicare i limiti di tensione ai fini della sicurezza contro i contatti indiretti Tensione di contatto: il relativo limite si riferisce al tragitto mani-piedi (più pericoloso per la fibrillazione ventricolare) Soluzione adottata per gli impianti ad alta tensione, dove vengono misurate le tensioni di contatto Tensione di contatto a vuoto: resistenza del corpo + resistenza della persona verso terra. Caso più sfavorevole: tragitto mani-piedi con resistenza della persona verso terra ridotta al minimo. Soluzione per impianto a bassa tensione

17 Tensione pericolosa (3) Stimare i valori delle resistenze (corpo e corpo-terra) per ottenere i valori massimi delle tensioni di contatto sopportabili dal corpo Compito non facile, poiché la resistenza è estremamente variabile Inoltre le condizioni ambientali influiscono su entrambe le resistenze Tensione di contatto limite: rappresenta l estremo superiore dell insieme delle tensioni di contatto a vuoto che possono permanere per un tempo indefinito sulle masse 50V in condizioni normali 25V in condizioni ambientali particolari: cantieri, locali agricoli, piscine,

18 Protezione contro i contatti diretti Contatto diretto: contatto con parti attive Parte attiva: conduttrice in tensione nel servizio ordinario Pericoloso per le persone (folgorazione, bruciature, ) necessarie adeguate misure di protezione Misure di protezione Totali: destinate alle persone profane di elettricità; applicate in luoghi ordinari Parziali: per la protezione di persone qualificate; applicate in zone dove hanno accesso solo loro (officine elettriche) Persona qualificata: ha conoscenze tecniche, esperienza, tali da permetterle di evitare i pericoli derivanti dall elettricità

19 Misure di protezione totali (1) Isolamento: si tratta dell isolamento principale delle parti attive. Il materiale isolante deve ricoprire completamente le parti attive ed essere rimovibile solo mediante distruzione Materiale isolante adeguato alla tensione nominale e verso terra, deve resistere alle sollecitazioni meccaniche (urti, vibrazioni, ), agli sforzi elettrodinamici e termici, alle alterazioni chimiche (dovute all ossigeno, alle radiazioni ultraviolette, ) Vernici, lacche, smalti non assicurano un isolamento idoneo ai fini della protezione contro i contatti diretti Tali materiali, usati per l isolamento funzionale (esempio avvolgimento di macchine elettriche) non sono accettabili per l isolamento principale. A volte, il solo materiale isolante non è sufficiente a resistere alle sollecitazioni meccaniche idonea protezione meccanica : ad esempio uso di cavo armato, o cavi posati in tubi protettivi

20 Misure di protezione totali (2) Involucro: elemento che assicura la protezione contro i contatti diretti in ogni direzione. Usato per garantire protezione contro le sollecitazioni esterne Barriera: elemento che assicura un determinato grado di protezione contro i contatti diretti nella direzione abituale di accesso. Il grado di protezione di un involucro o barriera è identificato in sede IEC dalle lettere IP seguite da due cifre: la prima indica il grado di protezione contro corpi estranei e contatti diretti La seconda contro liquidi Quando si vuole indicare solo uno dei due tipi, la cifra mancante è sostituita da una X Esempio. IP2X: involucro a prova di dito: il dito di prova non deve toccare parti sotto tensione o in movimento

21 Rimozione di involucri e barriere Involucri e barriere fissati in modo sicuro Asportabili solo con l uso di utensili (es. chiavi), purché l operazione sia effettuata solo da personale qualificato Accesso a parti attive consentito solo a personale qualificato Il personale addestrato, che ha accesso a parti attive, deve sezionare il circuito prima di intervenire sulle parti attive o nelle loro vicinanze. Non sempre si può operare sul circuito sospendendo la tensione: ed esempio, certe regolazioni vanno effettuate con la macchina in funzione. In questi casi la persona addestrata può intervenire purché Gli organi su cui intervenire siano posti in posizione facilmente accessibile Le parti in tensione siano sufficientemente distanti da permettere il passaggio della mano e del braccio Le parti in tensione siano parzialmente protette contro il contatto accidentale

22 Misure di protezione parziali Destinate unicamente alla protezione di personale qualificato Ottenuta mediante Ostacoli: elementi intesi a prevenire il contatto accidentale con le parti attive; permettono il contatto intenzionale. Esempio: un parapetto Allontanamento. Parti simultaneamente accessibili, a tensione diversa, non siano a portata di mano. Si ritiene che le misure di protezione parziali possano essere applicate, in luogo di quelle totali, nelle officine elettriche presidiate. Esempio: sala macchine, sala comando, Nessuna protezione contro i contatti diretti è necessaria nelle officine elettriche non presidiate e chiuse a chiave. Esempio: locale macchinario di un ascensore.