ELEMENT D SCUREZZA ELETTRCA Condizione e modalià pe il veificasi di un infounio eleico possono essee esemamene vaiabili, in elazione ad una moleplicià di appaecchiaue, di impiani e di condizioni di impiego. Anche se la legislazione odinaia coniene esplicie disposizioni ae a favoie la sicuezza, la pevisione del ischio e la fomulazione di pescizioni e misue ae a pevenie od a minimizzae il peicolo viene affidaa ad apposii eni nazionali ed inenazionali che povvedono ad emanae ed aggionae peiodicamene le Nomaive di Sicuezza. Nel caso dell alia ale aivià viene svola dal Comiao Eleoecnico aliano (CE). L adeguameno degli impiani alle nome CE cosiuisce una condizione sufficiene, anche se non necessaia, al soddisfacimeno delle condizioni sull esecuzione a egola d ae e secondo ciei di sicuezza. Quano segue si ifeisce essenzialmene agli impiani in bassa ensione a fequenza indusiale (noma CE 64-8). 1. EFFETT DELLA CORRENTE ELETTRCA SUL CORPO UMANO l passaggio di una coene eleica nei essui umani (eleocuzione) ha effei fisiologici lagamene vaiabili, dipendeni dal valoe della coene, dalla sua fequenza, dalla duaa del conao, dalla sensibilià individuale e dalla zona del copo in cui il fenomeno ha luogo. La soglia di sensibilià (o di pecezione) può vaiae da alcune decine di µa, pe la lingua, a poco più di una decina di ma. L eleocuzione isula peicolosa a causa dei segueni fenomeni fisiologici: 1. Conazione muscolae involonaia: il passaggio di coene causa la conazione del muscolo coinvolo. Paicolamene peicoloso un conao in AC: il muscolo è ineessao da una seie di simoli che si ipeono in maniea egolae deeminando uno sao di conazione pemanene che impedisce all infounao di ineompee il conao (o). La massima coene che aavesi il copo e consena ancoa di lasciae la pesa viene definia coene di ilascio. 2. Usioni: basano densià di coene di pochi ma/mm 2 pe qualche secondo pe povocae usioni appezzabili, sopauo sulle zone doae di maggioe esisivià, come la pelle. Ole i 40 50 ma/mm 2 si ha la cabonizzazione dei essui ineessai. n coene alenaa a 50 Hz, il limie di peicolosià convenzionale p (in ma) viene legao alla duaa della cicolazione nei essui copoei (in secondi) dalla elazione: p [ma] 10 +10/[s] La esisenza del copo umano, che genealmene compee alla pelle, dipende da: puni di ingesso e di uscia della coene (il valoe più alo si aggiunge pe il conao fa le due mani e diminuisce del 25% fa una mano ed i due piedi e del 50% nel conao fa le due mani ed i due piedi), pessione di conao, supeficie di conao e duaa del conao. La consisenza e lo sao della pelle sono decisive: a ensione non supeioe a 50 V, la esisenza copoea si iduce del 25% se la pelle è bagnaa con acqua; la iduzione aiva al 50% se la pelle è bagnaa con soluzioni conduici (come moli deegeni). nfine la esisenza del copo umano dipende in maniea invesa dalla ensione. Un epidemide asciua, sopauo nelle zone callose, deemina una esisenza di 10 100 kω ad una ensione di 50 V, che scende peò ad appena 1 kω quando la ensione sale a 500 V. Se si fissa la esisenza del copo al valoe convenzionale di 2 kω e si assume come non peicolosa una coene non supeioe a 25 30 ma, isulano non peicolose le ensioni fino a cica 50 60 V: è sulla base di quese consideazioni che le Nome pongono un limie al livello di ensione soppoabile senza che inevenga qualche foma di poezione. (o) Se la zona ineessaa è quella oacica si può subie un danno causao dalla paalisi espiaoia oppue dalla pedia della funzionalià cadiaca. Eleoecnica T Sicuezza Eleica - 1
2. TP D CONTATTO E PROTEZON Gli incideni di ipo eleico vengono classificai in due caegoie: 1. Un conao dieo si veifica quando una o più pai del copo vengono in ensione con pai di impiano eleico nomalmene in ensione (conduoe nudo, vii di fissaggio, moseiea); 2. si pala invece di conao indieo quando la folgoazione è povocaa dal conao con pai mealliche nomalmene non in ensione (massa), che possono peò essee in ensione pe un difeo di isolameno. Poezioni dal conao dieo Le pescizioni delle Nome inese ad eviae che si veifichi il conao dieo sono di ipo essenzialmene passivo. A ale scopo occoe adoae misue di poezione oale nei luoghi accessibili a pesone non consapevoli del ischio eleico: ue le pai aive devono essee conenue eno involuci capaci di gaanie la poezione in ue le diezioni. Ove queso non sia possibile, occoe che siano ese inaccessibili con sbaameni adeguai (*). Le misue di poezione paziale hanno lo scopo di pevenie solo i conai accidenali e isulano del uo inefficaci cono la maggio pae dei conai inenzionali. mpiegae in locali accessibili solo al pesonale specializzao, consisono in osacoli saegicamene disposi e nell oppouno disanziameno delle pai in ensione e delle masse. Pe gli osacoli viene ammessa la possibilià di imozione volonaia senza bisogno di speciali aezzi. l disanziameno è finalizzao a endee impossibile l accesso simulaneo a pai a ensione divesa. l ispeo di queso obbligo si aduce nella definizione di un volume di accessibilià che ponga le pai in ensione fuoi dalla poaa di mano di opeaoi anche addesai. Poezioni dal conao indieo La misua di poezione più usuale cono i conai indiei è quella di collegae la massa dell appaecchio a ea, amie un apposio conduoe, che pende il nome di conduoe di poezione. equisii della poezione dipendono dal ipo di sisema eleico di alimenazione, ma in ogni caso si deve gaanie l ineuzione auomaica del cicuio di guaso. Quindi, i disposiivi di ineuzione auomaica del cicuio devono inevenie in un empo ano più beve quano maggioe è la ensione sulle masse, secondo una cuva limie ensione - empo compaibile con la poezione del copo umano. n figua è illusaa la cuva di sicuezza EC 364. 10 1 0.1 0.01 20 50 100 200 Tensione [V] La ensione coispondene a 5s è denominaa ensione di conao limie U L. n condizioni nomali U L 50V, uavia, in condizioni ambienali paicolai (ad esempio piscine e caniei) la endenza nomaiva è idue la ensione di conao limie a 25V. Una ensione infeioe a U L può essee soppoaa pe un empo illimiao. Una ensione di valoe più alo può essee soppoaa pe un [s] (*) Evenuali eccezioni iguadano disposiivi che, pe la loo specifica naua, non possono essee poei nella maniea descia (ad esempio la pae meallica di un poalampada). Le Nome ammeono l apeua degli involuci isolani, pe agioni di esecizio o di manuenzione, a pao che sia ispeaa una delle segueni condizioni: ichieda l uso di uno specifico aezzo; ichieda l uso di una chiave, affidaa, in un numeo limiao di copie, a pesonale specializzao; deemini la sconnessione auomaica dalla ee delle pai in ensione (ineblocco), con il ipisino dell alimenazione eso possibile solo dopo la ichiusua dell involuco; l apeua dell involuco deemini l ineposizione di una baiea inemedia supplemenae, imossa auomaicamene solo dopo il ipisino delle condizioni di sicuezza pecedeni. Eleoecnica T Sicuezza Eleica - 2
empo che è ano più beve quano più elevao è il suo valoe. l disposiivo di ineuzione auomaica deve inevenie non appena la ensione sulla massa supea il valoe U L, in un empo massimo di 5s, e la sua caaeisica di ineveno deve soddisfae la cuva di sicuezza. Un appaecchio, desinao ad essee poeo mediane ineuzione auomaica del cicuio, è doao di isolameno pincipale e la massa è munia di un moseo dove collegae il conduoe di poezione; esso viene denominao appaecchio di classe. Misue di poezione passive cono i conai indiei (non pevedono l ineuzione del cicuio): 1. mpiego di appaecchi con isolameno doppio o infozao: n caso di cedimeno dell isolameno pincipale la pesona è poea dall isolameno supplemenae. Un appaecchio di quesi ipo è denominao di classe. 2. Bassissima ensione di sicuezza: l disposiivo è alimenao da a ensione non supeioe al limie di sicuezza, e sono pesi povvedimeni affinché ale limie non venga supeao. Non occoono quindi ale misue di poezione dai i conai indiei. Un appaecchio di quesi ipo è denominao di classe. 3. Sepaazione dei cicuii: l disposiivo è alimenao dalla ee di disibuzione amie un asfomaoe che ha il compio di isolae il cicuio secondaio dagli ali cicuii e da ea (asfomaoe di isolameno o sepaaoe). Se il cicuio secondaio è poco eseso, in modo che le coeni capaciive siano ascuabili, un guaso d isolameno non è peicoloso pe le pesone. 3. MPANTO D TERRA E DFFERENZALE Con il emine ea si indica la massa del eeno assuna convenzionalmene a poenziale nullo ovunque. Un dispesoe di ea è un copo meallico poso ad una cea pofondià nel eeno, in buon conao con queso e desinao a dispedevi evenuali coeni. l conduoe di ea (o di poezione) povvede a ealizzae il collegameno fa le pai da poeggee ed il dispesoe di ea. Un impiano di ea è cosiuio dall insieme dei dispesoi e dei conduoi di ea. Al fine di chiaie quano definio sopa, si considei un dispesoe emisfeico (vedi figua) di diameo D che dispeda in un eeno omogeneo, di conducibilià σ, una coene. A causa della cadua di ensione lungo il eeno, la ensione misuabile a il dispesoe ed i puni del eeno aumena con la disanza, in ue le diezioni adiali. Pe puni infiniamene lonani la ensione a l eleodo ed il eeno è massima. Dispesoe di ea emisfeico. Pe poe sabilie il cicuio equivalene del dispesoe è necessaio deeminane la caaeisica ensione-coene. Supponendo valide le ipoesi del passaggio dai campi ai cicuii, si considei quindi la Legge di Ampee applicaa alla supeficie emisfeica di aggio. Dao che la densià di coene J è adiale si ha 2π 2 J(), e quindi J() /(2π 2 ). l campo eleico nel eeno, anch esso adiale, è quindi: E() J()/σ /(2πσ 2 ). Peano, la ensione v, a un puno sulla supeficie emisfeica di aggio ed un puno sulla supeficie emisfeica di aggio endene all infinio si oiene inegando il campo eleico, ispeo al aggio, a ed, ovveo: D E J v, E d E d 2πσ d 2 1 2πσ 2πσ Eleoecnica T Sicuezza Eleica - 3
Si è posa a zeo la ensione dei puni infiniamene lonani dal dispesoe, come usuale. Queso puno convenzionale, in paica abbasanza lonano da poene ascuae il poenziale, cosiuisce una ea di ifeimeno a poenziale zeo. Su ui i puni della supeficie del dispesoe, dove D/2, il valoe della ensione è V /(πσd). V è dea ensione oale di ea e appesena la ensione a il eminale ed il puno a poenziale zeo. La esisenza oale di ea si calcola quindi eseguendo il appoo: R V / 1/(πσD) l dispesoe di ea isula quindi appesenabile con lo schema eleico illusao in figua, dove T indica il puno di ea a poenziale zeo. Bipolo equivalene del dispesoe di ea. n linea di pincipio, qualunque oggeo meallico che isuli poso in conao con il eeno può essee consideao un dispesoe. Le Nome foniscono pescizioni elaive a qualià e dimensioni dei dispesoi. l maeiale cosiuivo deve essee ale da impedie un facile deeioameno dovuo all umidià (la coosione è esponsabile di un aumeno della esisenza di ea). mealli comunemene impiegai sono il ame, l acciaio ivesio di ame e i maeiali feosi a pesane zincaua. La esisenza di ea dipende dalla esisivià del eeno eno il quale è immeso il dispesoe e dalle sue dimensioni; Un meodo efficace pe abbassae la esisenza di ea consise nel sosiuie il eeno u inono al dispesoe con gafie, oba, agilla o alo maeiale a bassa esisivià. L opeazione, compiua duane la fase di insallazione del dispesoe, ha lo scopo di miglioe le condizioni di conducibilià nella zona immediaamene cicosane il dispesoe: è popio quesa zona, infai, a fonie il maggio conibuo nel calcolo della esisenza complessiva di ea. Un alo meodo consise nel dispoe una moleplicià di dispesoi ecipocamene collegai, a cosiuie una efficace maglia di poezione il cui peimeo segue quello dell edificio poeo. Si considei oa il caso di una pesona che occa una massa collegaa ad un dispesoe di ea nel momeno in cui si dispede una coene. Nell ipoesi di ascuae ui i paamei non esisivi, si può valuae la coene che aavesa l infounao assumendo che sia: R c la esisenza equivalene del copo umano, R c una esisenza aggiuniva a copo e ea (calze, scape, pavimeno), R n la esisenza equivalene del neuo veso ea, E la ensione di fase (230 V pe il sisema di disibuzione in bassa ensione adoao in Euopa). V R T 1 2 3 n Relè Difffeenziale + Z n massa E R c V c R Z R n R c g c ea Dal cicuio equivalene si icava pe la coene c il valoe: R c E R R + R + R + R R n ( ) ( + R ) c c c c Eleoecnica T Sicuezza Eleica - 4
Si conclude dunque che una esisenza di ea molo piccola offe un elevao gado di sicuezza, assobendo la maggio aliquoa della coene di guaso. nole, ad un basso valoe della esisenza di ea è associaa una coene di guaso g endenzialmene abbasanza elevaa da povocae l ineveno di un ineuoe auomaico di massima coene. Occoe aggiungee, peò, che se la R n ende a zeo, la coene c non dipende più da R vanificando così la messa a ea. L efficacia della messa a ea dipende peano anche dalla pesenza di una esisenza non nulla a il neuo e la ea. L ineuzione auomaica del cicuio di guaso è ipicamene affidaa a un elè diffeenziale. Nel caso monofase viene ealizzao con un nucleo magneico ooidale su cui sono cono-avvoli due avvolgimeni di uguale numeo di spie N 1, pecosi dalla coene fonia dall alimenazione all impedenza di caico Z. Se la coene enane è uguale a quella uscene, i flussi podoi dai due avvolgimeni sono uguali e di segno opposo: il flusso neo nel nucleo è nullo. Se a causa di un guaso viene deivaa veso ea una coene g, la disuguaglianza fa la coene enane,, e quella uscene, g, alea il pecedene equilibio fa i flussi: si manifesa un flusso neo che, concaenandosi con le N 2 spie di un ezo avvolgimeno, vi deemina una ensione che, ecciando il elè, povoca l apeua degli ineuoi e il disacco dell alimenazione. Queso disposiivo è caaeizzao dalla sensibilià nominale n, definia come il valoe minimo del valoe efficace della diffeenza fa le coeni (in ingesso ed in uscia) sufficiene a povocae l apeua del cicuio. E N 1 g N 2 Z N 1 g La sensibilià dell ineuoe diffeenziale viene scela sulla base del valoe della R. La limiazione della ensione di conao a 50 V imposa dalle Nome può essee espessa in funzione della coene n che deemina l ineveno dell ineuoe auomaico: R n <50. Si deduce che una poezione diffeenziale è efficace anche pe esisenza di ea elaivamene elevaa, come indica sineicamene la abella seguene, nella quale si è fao ifeimeno ad alcuni dei valoi più comuni di sensibilià n. n [A] 10 5 1 0.5 0.3 0.1 0.03 0.01 R [Ω] 5 10 50 100 167 500 1667 5000 L efficienza del elè (ineuoe) diffeenziale ad ala sensibilià come elemeno di sicuezza pesonale giusifica il nome di salvavia con il quale viene comunemene indicao: i valoi più comuni pe n sono di 10 e 30 ma, espessamene pevisi da decei e capiolai. Eleoecnica T Sicuezza Eleica - 5