•Pericolosità della Corrente Elettrica

Applicazioni Industriali Elettriche – Protezione dalle Tensioni di Contatto
•Pericolosità della Corrente Elettrica
Individuare sistemi per la protezione dai pericoli della corrente elettrica
presuppone la conoscenza di tale pericolosità, ossia gli effetti della corrente
elettrica sul corpo umano e i valori limite ammessi.
Riferimenti normativi: pubblicazione CEI 64, fascicolo 4985 R.
I segnali elettrici connessi con l’attività cellulare dell’uomo vengono trasmessi
dai neuroni del sistema nervoso e controllano l’attività di vari organi (battito
cardiaco, respirazione, ecc.). La presenza di stimoli elettrici immessi
dall’esterno e che superino la soglia di eccitabilità cellulare influisce su tali
funzioni vitali, determinando effetti fisiopatologici variamente pericolosi, in
funzione di vari fattori: intensità della corrente, durata del contatto, frequenza,
massa corporea, stato di salute, sesso del soggetto interessato.
La percezione della corrente è un fatto individuale: per determinare dei valori di
riferimento bisogna rifarsi a criteri statistici e a metodi sperimentali.
Soglia di percezione: valore minimo di corrente che causa una sensazione alla
persona attraverso cui fluisce la corrente. Valori di massima per il contatto con
la mano ed indipendenti dalla durata del contatto: c.a. (50-60Hz) 0.5mA; c.a.
(1kHz) 1mA; c.c. 2mA.
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•Pericolosità della Corrente Elettrica
Effetti fisiopatologici
Tetanizzazione dei muscoli – contrazione involontaria dei muscoli interessati al
passaggio della corrente, non più comandati dagli impulsi elettrici fisiologici.
Soglia di rilascio (CEI 64, 4985 R) – massimo valore di corrente a cui una
persona può lasciare gli elettrodi con i quali è in contatto (50-60Hz 10mA per
5s).
Difficoltà e arresto della respirazione – effetti sempre più gravi all’aumentare
dell’intensità di corrente e della durata del contatto.
Ustioni – prodotte dal calore sviluppato per effetto Joule; la pelle, avendo
maggiore resistività, è il tessuto più esposto alle ustioni. Densità di corrente di
qualche mA/mm2 provocano ustioni per durate dell’ordine di 1s, densità di
50mA/mm2 provocano in pochi s la carbonizzazione della pelle.
Fibrillazione ventricolare – stato di asincronismo completo delle fibre
miocardiche ventricolari, durante il quale ciascuna fibra sviluppa una
contrazione propria e indipendente.
Soglia di fibrillazione con probabilità 0.5%: I  165  185
t mA
con t durata del contatto in s.


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Fattore di percorso – F=Irif/I dove Irif e I sono le intensità di corrente aventi la
stessa probabilità di innescare la fibrillazione e relative al percorso di
riferimento (mano sinistra-piedi) e a quello considerato.
Percorsi più pericolosi: mano sinistra-torace (F=1.5), mano destra-torace
(F=1.3).
Percorsi meno pericolosi: mano destra dorso (F=0.3), mano sinistra-mano
destra (F=0.4).
Salute generale dell’infortunato: debolezza fisica conseguente a malattia o altro
fa diminuire la soglia di fibrillazione, rendendo più probabile il suo innesco; per
tale ragione gli impianti elettrici per ospedali e locali medici sono soggetti a
norme di prevenzione degli infortuni più severe rispetto a quelle per ambienti
normali.
Ai fini pratici interessa sapere quale valore di tensione è in grado di di far
circolare nel corpo umano la corrente di 10mA (limite di pericolosità
convenzionale).
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•Pericolosità della Corrente Elettrica
Zona 1: non vi sono reazioni al passaggio della corrente, qualunque sia la sua durata;
Zona 2: non si hanno effetti fisiopatologici pericolosi (10mA limite di pericolosità
convenzionale);
Zona 3: effetti fisiopatologici reversibili (contrazione muscolare, difficoltà respiratorie,
disturbi cardiaci);
Zona 4: innesco della fibrillazione ventricolare con probabilità crescente allontanandosi
dalla curva c1 (5% per c2, 50% per c3), arresto cardiaco, arresto respiratorio, gravi
ustioni.
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•Pericolosità della Corrente Elettrica
La tensione di contatto a cui è soggetto il corpo umano è UT=ZB·IB dove ZB è
l’impedenza convenzionale del corpo tra i punti di contatto e si compone di 3
termini in serie: impedenza del punto di entrata, impedenza interna, impedenza
del punto di uscita.
ZB dipende da numerosi fattori: percorso della corrente, stato della pelle,
superficie di contatto, pressione di contatto, tensione di contatto. Si stabilisce un
valore di resistenza convenzionale (nell’impedenza si trascurano gli effetti
capacitivi alle frequenze industriali) RB=1kΩ.
La tensione di contatto è alquanto variabile e dipende da fattori contingenti e
difficilmente prevedibili, mentre si riesce a determinare abbastanza agevolmente
la tensione di contatto a vuoto. In sede normativa, per gli impianti utilizzatori in
bassa tensione funzionanti in c.a. a frequenza industriale o in c.c., si è stabilito di
limitare i valori della tensione di contatto a vuoto, tenendo conto che essa non è
mai inferiore a quella effettiva che si ha in caso di contatto.
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•Pericolosità della Corrente Elettrica
RB resistenza corpo umano
REB resistenza verso terra della persona
UT tensione di contatto
UST tensione di contatto a vuoto
Curva di sicurezza: mette in relazione i valori della tensione di contatto a vuoto
ammissibile con il tempo di permanenza del guasto. Dall’esame delle curve si
nota che all’aumentare della durata del contatto diminuisce il valore della tensione
ammissibile, tendendo a valori costanti.
La tensione di contatto limite convenzionale UL è il massimo valore della tensione
di contatto che è possibile mantenere per un tempo indefinito, in condizioni
ambientali specificate.
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•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Alcune parti degli impianti elettrici vengono collegate a terra mediante elementi
metallici detti dispersori, in contatto con il terreno e collegati a determinati punti
dell’impianto. Tale collegamento viene effettuato per motivi funzionali o di
protezione.
I sistemi elettrici sono classificati in relazione al loro collegamento a terra.
Resistenza di terra di un dispersore emisferico
Legge di variazione del potenziale di terra
Espressione della tensione totale di terra: rappresenta la differenza di potenziale
tra l’elettrodo e il punto a potenziale zero (funzione della resistività del terreno e
delle dimensioni del dispersore).
Resistenza totale di terra: ottenuta dal rapporto tra la tensione totale di terra e la
corrente dispersa.
Nella pratica occorre considerare che:
la resistività del terreno non è costante, la corrente non si distribuisce
uniformemente;
i dispersori hanno forma diversa da quella emisferica.
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Applicazioni Industriali Elettriche – Protezione dalle Tensioni di Contatto
•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
La tensione di contatto a cui è soggetta una persona che tocca un apparecchio
in cui vi è un guasto verso massa è minore, al limite uguale, a quella di contatto
a vuoto esistente tra la massa e la terra in assenza di contatto;
la tensione di contatto a vuoto è minore, al limite uguale, a quella totale di terra;
la tensione di contatto è variabile a seconda delle circostanze ed è di difficile
valutazione, mentre quella di contatto a vuoto può essere considerata pari a
quella di terra, con un’approssimazione favorevole alla sicurezza.
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•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Sistema TT
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•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Sistema TN
TN-C
TN-S
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Applicazioni Industriali Elettriche – Protezione dalle Tensioni di Contatto
•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Sistema IT
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Applicazioni Industriali Elettriche – Protezione dalle Tensioni di Contatto
•Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Metodi di protezione delle persone contro le tensioni per contatti indiretti, applicabili a
sistemi di categoria 0 e I.
La base normativa alla quale si fa riferimento è costituita dalla norma CEI 64-8,
valida per gli impianti utilizzatori con tensione nominale non superiore a 1000V in
c.a. e 1500V in c.c.
Contatto diretto: quando si toccano parti che sono normalmente in tensione
(conduttore scoperto, morsetto collegato, ecc.).
Contatto indiretto: quando si toccano parti conduttrici di componenti elettrici che, pur
non essendo normalmente in tensione, possono assumere un potenziale diverso da
zero in seguito ad un guasto d’isolamento (carcassa di un motore, di un
elettrodomestico, ecc.) in occasione di una dispersione di corrente verso massa.
Isolamento funzionale: rende possibile il normale funzionamento, isolando fra loro le
parti a diversa tensione.
Isolamento principale: isola le parti normalmente in tensione e protegge dalle
tensioni di contatto.
Isolamento supplementare: aggiunto a quello principale per assicurare la protezione
dalle tensioni di contatto in caso di cedimento di questo ultimo. L’insieme dei due
costituisce il doppio isolamento.
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