Elementi di impianti elettrici in b.t.

Elementi di Impianti Elettrici in B.T.
Applicazioni Industriali Elettriche
Corso di Macchine e Impianti Elettrici
per Ingegneria Civile
Sommario
•
•
•
Elementi di sicurezza elettrica
Inquadramento legislativo e
normativo
Impianti elettrici di cantiere
Il rischio elettrico
Pericoli immediatamente riconducibili alla corrente elettrica:
– elettrocuzione
Pericoli non immediatamente riconducibili alla corrente
elettrica:
– perdita di equilibrio e caduta
– esplosioni
– incendi
– incidenti di varia natura (blocco ascensori, mancanza di
illuminazione)
Cause
•
•
•
•
•
•
Caso fortuito (non punibile)
Causa di forza maggiore (non punibile)
Errori di progettazione e di realizzazione
Inadeguata manutenzione e mancanza di controllo
Impiego di materiale non conforme
Errori comportamentali
Pericolosità della corrente elettrica
Le attività biologiche sono regolate dall’intensità delle correnti.
Gli effetti fisiopatologici che la corrente elettrica può
provocare, sono:
¾
disfunzione di organi vitali (cuore, sistema nervoso);
¾
alterazione dei tessuti per ustione.
Pericolosità della corrente elettrica
Soglie di sensibilità e pericolosità
La soglia minima di sensibilità sui polpastrelli delle dita delle mani è di circa
2 mA (dc) e 0.5 mA (ac, f=50 Hz).
La soglia di pericolosità è invece difficilmente individuabile perché
soggettiva e dipendente da molteplici fattori, tra i quali:
– l’intensità della corrente
– la frequenza e la forma d’onda, se alternata
– il percorso attraverso il corpo
– la durata del contatto
– la fase del ciclo cardiaco al momento del contatto
– il sesso e le condizioni fisiche del soggetto.
Effetti: tetanizzazione
Il muscolo si contrae e, appena lo stimolo cessa, si rilascia.
Più il numero degli impulsi cresce, più gli effetti della
tetanizzazione aumentano.
La frequenza di 50 Hz è molto pericolosa poiché si hanno
molti stimoli in rapida sequenza.
Elevati valori di corrente non danno tetano!
Effetti: blocco respiratorio
I muscoli si contraggono e si rilasciano molto rapidamente.
Si può avere una paralisi della rete nervosa che comanda la
respirazione, la quale provoca difficoltà di respirazione e segni
di asfissia.
Se la corrente perdura, si può avere perdita di conoscenza e
giungere alla morte per soffocamento (6% delle morti per
folgorazione).
Effetti: fibrillazione ventricolare
La contrazione delle fibre muscolari cardiache avviene da 60 a
100 volte al minuto ed è prodotta da impulsi elettrici.
Se alla corrente che stimola il cuore se ne affianca un’altra
maggiore, il cuore si comporterà in modo disordinato, dando
origine alla fibrillazione, la quale può essere:
– ATRIALE (reversibile),
– VENTRICOLARE (reversibile con l’ausilio di un
defibrillatore), responsabile di oltre il 90% delle morti
per folgorazione.
Effetti: ustione
Nei punti di contatto, di ingresso e di fuoriuscita della
corrente, a causa dell’alto valore della resistenza (della
pelle) e dell’alto valore della corrente si possono
presentare delle bruciature o ustioni causate dall’effetto
joule (RI2).
Pericolosità della corrente continua (1/2)
Pericolosità della corrente continua (2/2)
1) Assenza di reazioni, fino alla soglia di percezione.
2) In genere nessun effetto fisiologico pericoloso.
3) Possono verificarsi contrazioni muscolari e fibrillazione
atriale (reversibile).
4) Fibrillazione ventricolare probabile. Possono verificarsi altri
effetti fisiopatologici (gravi ustioni).
Le curve c2 e c3 corrispondono a una probabilità di
fibrillazione ventricolare rispettivamente del 5% e 50%.
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Pericolosità della
corrente alternata (15-100Hz) (1/2)
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Pericolosità della
corrente alternata (15-100Hz) (2/2)
1) Di solito, assenza di reazioni, fino alla soglia di percezione (dita della
mano).
2) In genere nessun effetto fisiologico pericoloso, fino alla soglia di
tetanizzazione.
3) Possono verificarsi effetti fisiopatologici, in genere reversibili, che
aumentano con l’intensità della corrente e del tempo, quali:
contrazioni muscolari, difficoltà di respirazione, aumento della
pressione sanguigna, fibrillazione atriale e arresti temporanei del cuore
ma senza fibrillazione ventricolare.
4) Probabile fibrillazione ventricolare, arresto del cuore, arresto della
respirazione, gravi bruciature.
Le curve c2 e c3 corrispondono a una probabilità di fibrillazione
ventricolare rispettivamente del 5% e 50 %.
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Pericolosità e frequenza (1/2)
Ad altissima frequenza, la pericolosità è minore perché le cellule non
riescono a seguire le variazioni di corrente. In tal caso la corrente tende a
passare all’esterno del corpo (effetto pelle) non influenzando gli organi
vitali. Si verificano, in ogni caso, effetti termici pericolosi.
In prima approssimazione si può assumere che frequenze superiori a
1 kHz sono pericolose proporzionalmente alla frequenza:
ILIMITE(di pericolosità a f)=ILIMITE(di pericolosità a f=50Hz)*f
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Pericolosità e frequenza (2/2)
La frequenza di 50 o 60 Hz di uso comune è tra le più pericolose.
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Il fattore di percorso
Preso come riferimento il percorso “mano
sinistra-entrambi i piedi”, per gli altri si deve
tener conto dei fattori correttivi.
Ad esempio:
maggiore pericolosità
ILIMITE(mano sinistra-torace)=ILIMITE(mano sinistra-piedi)/1.5
minore pericolosità
ILIMITE(mano destra-dorso)=ILIMITE(mano sinistra-piedi) / 0.3
Percorso
Fattore di percorso
Mani – Piedi
1
Mano sinistra - Piede sinistro
1
Mano sinistra - Piede destro
1
Mano sinistra - Entrambi i piedi 1
Mano sinistra - Mano destra
0,4
Mano sinistra - Dorso
0,7
Mano sinistra - Torace
1,5
Mano destra - Piede sinistro
0,8
Mano destra - Piede destro
0,8
Mano destra - Entrambi i piedi
0,8
Mano destra - Dorso
0,3
Mano destra - Torace
1,3
Glutei - Mani
0,7
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Le norme
Al fine di limitare gli effetti della corrente sul corpo umano in
caso di guasto è necessario mettere a punto un impianto,
basato su sistemi di protezione attiva e passiva.
Le caratteristiche costruttive sono definite dalle norme CEI.
Inoltre, le norme individuano i soggetti abilitati alla
realizzazione dell’impianto e definiscono la frequenza delle
verifiche cui l’impianto stesso deve essere sottoposto.
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Enti normativi nazionali ed internazionali
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Norme CEI di riferimento (1/2)
Per impianti di cantiere edile:
CEI 64-8/1/2/3/4/5/6/7 – Impianti elettrici utilizzatori a tensione
nominale non superiore a 1000 V in c.a. ed a 1500 V in c.c.
CEI 64-12 – Guida per l’esecuzione dell’impianto di terra negli edifici
per uso residenziale e terziario
CEI 17-13/1/2 – Apparecchiature assiemate di protezione e manovra
per bassa tensione.
– Parte 1° Appar. Di serie soggette a prova di tipo (AS) e appar. non
di serie parzialmente soggette a prove di tipo (ANS)
– Parte 2° Prescrizioni particolari per condotti a sbarre
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Norme CEI di riferimento (2/2)
Per impianti di cantiere edile:
CEI 70-1 – Gradi di protezione degli involucri
CEI 23-12 – Prese a spina per usi industriali
CEI 81-1 – Protezione di strutture contro i fulmini
CEI 11-1 IX Ed. – Impianti elettrici con tensione superiore ad 1 kV in
c.a.
CEI 20-13….20-40 – Norme riguardanti i vari tipi di cavo.
CEI 64-50 – Edilizia residenziale – Guida per l’integrazione nell’edificio
degli impianti elettrici utilizzatori ausiliari e telefonici.
CEI UNEL – Tab. 35023 e Tab. 35024. Cadute di tensione e portate di
corrente in regime permanente.
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La legge 46/90
Legge 5.03.1990, n. 46 (G.U. n. 59 del 12.03.1990)
Norme per la sicurezza degli impianti
D.P.R. 6.12.1991, n. 447 (G.U. n. 38 del 15.02.1992)
Regolamento di attuazione della Legge 5.03.1990, n. 46
Vengono formalizzate le norme per la sicurezza degli impianti,
sostanzialmente costituite da regole di comportamento destinate ad
individuare e responsabilizzare i diversi soggetti interessati, rimandando
alle norme tecniche di sicurezza armonizzate (CEI) i provvedimenti
tecnici da adottare nella realizzazione a regola d'arte di componenti e di
impianti elettrici.
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La legge 46/90
Ricuce lo strappo tra quanto predisposto dalla legge 186/68 e quanto di
fatto veniva tradotto in opera, superando il paradosso del carattere
volontaristico affidato alla buona coscienza circa la realizzazione a regola
d'arte degli impianti nel civile.
Obiettivi
¾ Regolamentare il settore impiantistico, fortemente dequalificato,
eliminando le colpevoli improvvisazioni; stabilendo criteri di
professionalità e procedure formali atti a definire i soggetti
competenti e autorizzati ad operare nel comparto, ed a cui il
committente ha l’obbligo giuridico di rivolgersi;
¾ Realizzare tutti gli impianti elettrici a norma, garantendo la sicurezza
in ogni ambiente di vita.
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La legge 46/90
La legge 46/90 è la prima legge nazionale che stabilisce i seguenti
importanti principi:
1) i requisiti per l’accesso alla professione di installatore;
2) l’obbligo per i committenti di rivolgersi ad imprese qualificate;
3) l’obbligo della dichiarazione di conformità dell’impianto alle Norme
da parte dell’installatore;
4) la necessità della dichiarazione di conformità per ottenere da parte dei
Comuni il certificato di abitabilità-agibilità dei locali;
5) l’obbligo per gli Enti Locali di adeguare, di conseguenza, i regolamenti
edilizi;
6) l’obbligo, decretato dall’art. 7 della legge, di eseguire gli impianti a
regola d’arte e di dotarli di impianto di messa a terra e di interruttori
differenziali.
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D. Lgs. 626/94
Ogni datore di lavoro delle imprese impegnate nel cantiere è
responsabile della sicurezza dei propri lavoratori. Il Decreto prescrive
misure per la tutela della salute e per la sicurezza dei lavoratori durante il
lavoro, in tutti i settori di attività privati o pubblici.
Introduce la marcatura CE del materiale elettrico e di fatto impegna il
costruttore, che appone sotto la propria responsabilità la marcatura CE,
a far sì che il prodotto sia rispondente ai requisiti di sicurezza e
affidabilità previsti dalla direttiva e, di conseguenza, dalle Norme.
Il DL 277/97 del 31/07/97 precisa le sanzioni in cui incorre chi non
ottemperi alle disposizioni in materia di marcatura CE.
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Marchi di conformità del materiale
elettrico
Ci sono tre diversi modi per attestare la conformità di un prodotto:
– mediante l’apposizione del contrassegno CEI;
– mediante la concessione del Marchio IMQ (Istituto Italiano del
Marchio di Qualità) da parte dello stesso Istituto;
– mediante l’apposizione della marcatura CE da parte del costruttore.
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D. Lgs. 494/96
Nell’ “Allegato I - Elenco dei lavori edili o di genio civile di cui
all’articolo 2, lettera A”, al comma 1 si includono “le linee elettriche e gli
impianti elettrici”.
Nell’ ”Allegato II - Elenco dei lavori comportanti rischi particolari per la
sicurezza e la salute dei lavoratori di cui all’articolo 11, comma 1” sono
inclusi i “lavori in prossimità di linee elettriche aeree a conduttori nudi in
tensione.”
L'impianto elettrico quindi costituisce uno degli oggetti del decreto e di
conseguenza è doppiamente interessato dal decreto sia come “luogo di
lavoro” sia come oggetto di rischio nei confronti dei lavoratori (vedi
circolare M.L. del 18 marzo 1997 n° 41/97).
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Elementi essenziali per la progettazione
dell’impianto di protezione
¾“bipolo equivalente” al corpo umano
¾caratterizzazione del terreno quale
conduttore elettrico
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Resistenza elettrica del corpo umano
La resistenza elettrica del corpo umano varia in
funzione di:
¾stato della pelle (sudore, ferite, calli - se umida pari
circa a 650Ω, se secca pari circa a 50 kΩ);
¾durata del contatto
¾superficie di contatto
¾pressione di contatto
¾tensione
Rs e Cs sono la resistenza e la capacità dei punti di
contatto mentre Ri è la resistenza interna del corpo
umano.
Alla frequenza di 50 Hz è lecito trascurare la capacità
della pelle sia nel punto di entrata che in quello di
uscita.
A frequenze superiori ciò non è più vero.
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Resistenza elettrica e tensione
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La resistenza di terra
Se a due elettrodi (dispersori)
conficcati nel terreno viene
applicata una d.d.p., ogni
porzione elementare del
terreno offre una resistenza
tanto più piccola quanto più è
lontana dal dispersore.
Si dice resistenza di terra Rt la
somma delle resistenze
elettriche elementari di queste
porzioni di terreno.
Andamento del potenziale nel terreno per dispersione con
elettrodo emisferico
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I potenziali del terreno
Fissato un punto all’infinito a
potenziale zero (punto
sufficientemente lontano dal
dispersore tale da poter essere
considerato a potenziale zero) la
resistenza verso terra del
dispersore è data dalla resistenza
equivalente Rt.
a) Punto all’infinito a potenziale zero
b) Resistenza di terra di un dispersore.
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La resistività del terreno
Se confrontata con i metalli, è molto elevata ed estremamente variabile
da luogo a luogo (è influenzata positivamente dalla presenza di sali e
dall’umidità) e in funzione del tempo.
La misura della resistività del terreno permette di calcolare in prima
approssimazione il valore che dovrebbe assumere la resistenza
dell’impianto di terra.
Ad impianto funzionante saranno effettuate misurazioni della reale
resistenza di terra a scadenze periodiche per verificare il mantenimento
nel tempo delle caratteristiche originali dell’impianto.
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Deperimento del valore di resistenza di terra
Le giunzioni sui dispersori devono essere ridotte al minimo
indispensabile. Se posate a contatto con il terreno, devono
essere protette dalla corrosione (verniciatura, catramatura o
nastratura).
Tra metalli diversi in terreno umido, si crea una d.d.p. che
determina una circolazione di corrente e la corrosione del
metallo a potenziale elettrochimico minore (anodo).
E’ bene usare conduttori e morsetti dello stesso metallo.
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Misura della resistenza di terra: metodo della
caduta di tensione o volt-amperometrico
La differenza di potenziale tra
l’elettrodo e un qualsiasi punto
lontano a potenziale zero è detta
tensione di terra o tensione totale di
terra (Ut).
La resistenza di terra è legata alla Ut e
alla corrente iniettata nel terreno per
mezzo della nota relazione Rt=Ut/I
Rt è indipendente dalla corrente
iniettata e può essere valutata in base
alle caratteristiche dell’elettrodo e alla
natura del terreno.
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Dispersori: picchetto e piastra
I dispersori a picchetto possono
essere di forma cilindrica oppure
realizzati con profilati di acciaio
zincato a caldo.
I dispersori a piastra sono
impiegati nei terreni rocciosi dove
è particolarmente difficile infiggere
dispersori a picchetto o in
profilato. Sono abitualmente
posati verticalmente; più
raramente, quando è necessario
trattare il terreno con apposite
soluzioni, la posa avviene in modo
orizzontale.
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Resistenza di terra e forma del dispersore
ρ = resistività del terreno omogeneo
Nota: RT è molto sensibile ad L e ρ
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Alcune definizioni: isolamento
funzionale: isolamento esistente tra le parti attive e tra queste e
la carcassa di un apparecchio elettrico. Senza questo
isolamento il sistema elettrico non potrebbe funzionare.
principale: isolamento delle parti attive necessario a proteggere
contro la folgorazione.
supplementare: isolamento che garantisce la protezione delle
persone nel caso di cedimento dell’isolamento principale.
doppio: isolamento principale più isolamento supplementare.
rinforzato: sostituisce il doppio isolamento se garantisce lo
stesso grado di protezione.
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Alcune definizioni
Massa: parte conduttrice facente parte dell’impianto elettrico che può
essere toccata e che non è normalmente in tensione ma che può andarci se si
ha un cedimento dell’isolamento principale.
Massa estranea: parte conduttrice, non facente parte dell’impianto
elettrico, in buon collegamento elettrico col terreno, in grado di
introdurre il potenziale di terra (tubazione idrica interrata, l’armatura del
cemento armato, strutture portanti di edifici metallici ecc..) o altro
potenziale (tubo che si collega con l’impianto idrico del condominio e
che in caso di guasto ad uno scaldaacqua di un condomino può portare
un potenziale pericoloso nella vasca da bagno di un altro condomino).
E’ di difficile individuazione ed è pericolosa se viene toccata
contemporaneamente ad una massa in tensione.
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Folgorazione: contatto diretto ed indiretto
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Contatto diretto
Ha luogo 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.
Il contatto diretto può avvenire
anche tramite una parte conduttrice
purché non sia una massa o in
contatto con una massa.
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Contatto indiretto
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 una macchina elettrica o di un
elettrodomestico).
Mentre ci si può difendere dal
contatto diretto, mantenendosi a
distanza dal pericolo visibile, nel
contatto indiretto, essendo un pericolo
invisibile, ci si può difendere solo con
un adeguato sistema di protezione.
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L’incidente elettrico da contatto indiretto
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Il circuito equivalente
Vc=tensione di contatto
Rc=resistenza corpo
Rct=resistenza corpo-terra
Rn=resistenza neutro-terra
E=tensione di alimentazione
Ig=E/(Rn+Rc+Rct) corr.guasto
Vc=Ig*Rc
Rct grande -> Ig piccola
Tuttavia Rct è fortemente
dipendente da condizioni di pelle,
calzature, prossimità di conduttori
a potenziale nullo.
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Impianto di messa a terra (1/4)
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Impianto di messa a terra (2/4)
Ic=E*Rt/[Rn+Rt//(Rc+Rct)]/(Rt+Rc+Rct)
Rapporto Vc_terra/Vc_no_terra~1/(1+Rn/Rt) piccolo se Rt è piccola
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Impianto di messa a terra (3/4)
Osservazioni:
Rt piccola Æ It grande
Rt piccola Æ Ig grande (rilevabile da un interruttore a
massima corrente)
Rn infinita Æ Rt inutile (pericolo!!)
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Dispersori intenzionali e “di fatto”
Il dispersore è un corpo metallico o l’insieme di corpi metallici in
contatto elettrico col terreno utilizzati intenzionalmente o di fatto per
disperdere correnti elettriche.
Il dispersore intenzionale è stato installato unicamente con lo scopo di
mettere a terra gli impianti elettrici (picchetti, corde, piastre, piattine).
Il dispersore di fatto è un corpo metallico in contatto col terreno, che viene
normalmente utilizzato per scopi diversi dalla messa a terra degli
impianti elettrici (elementi metallici degli edifici, tubazioni metalliche di
acqua ed altri fluidi, armature metalliche dei cavi a contatto col terreno).
I dispersori di fatto sono costituiti da elementi metallici che
normalmente sono molto estesi e hanno superfici di contatto col terreno
più grandi di quelle dei dispersori intenzionali, per cui il loro contributo
alla dispersione della corrente di guasto può essere notevole.
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I dispersori di fatto (1/2)
E’ utile e necessario considerare l’impiego di questo tipo di dispersori in
fase di progetto e porre particolare attenzione alla realizzazione di buoni
collegamenti (legature e/o saldature) tra i ferri della struttura metallica in
modo che il complesso così realizzato presenti una resistenza elettrica
molto bassa.
Nella realizzazione dei collegamenti tra i vari elementi del dispersore
occorre porre particolare attenzione all’accoppiamento di materiali
metallici diversi (ad esempio ferro e rame) che potrebbero essere
sottoposti a fenomeni di corrosione dovuti ad eventuali correnti vaganti
o per l’effetto pila tra i metalli stessi (utilizzare le apposite piastre di
accoppiamento bimetalliche).
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I dispersori di fatto (2/2)
Uno dei dispersori di fatto più comuni sono i ferri di armatura del
cemento armato. Questi, per effetto dell’umidità contenuta nel
calcestruzzo, possono considerarsi, una volta collegati all’impianto di
terra, dispersori a tutti gli effetti.
Per consentire il collegamento con le varie parti del dispersore devono
essere previsti, in fase di realizzazione, dei conduttori di adeguata
lunghezza collegati con le armature e dei conduttori posati lungo il
perimetro dell’edificio per interconnettere elettricamente tra loro i ferri
dei plinti.
I ferri del cemento armato devono essere, per garantire la continuità,
collegati tra di loro per mezzo di saldature, morsetti o legature effettuate
a regola d’arte.
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Dispersori: anello e maglia
Dispersore ad anello: è ottenuto
collegando ad anello conduttori nudi
(nastri o corde tipicamente di S≥35 mm2)
posati direttamente nel terreno ad una
profondità di almeno 0.5 m.
Dispersore a maglia: ottenuto collegando
corde di rame o di acciaio zincato interrate
almeno 0.5 m, eventualmente integrato con
picchetti.
Giunzioni: con saldatura oppure con
morsetti in grado di assicurare un buon
contatto elettrico e di sopportare eventuali
sforzi meccanici.
Occorre anche garantire
la protezione
contro la corrosione.
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La tensione di passo (1/2)
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La tensione di passo (2/2)
La tensione di passo è la differenza di potenziale che
può risultare applicata tra i piedi di una persona alla
distanza di un passo (convenzionalmente 1m) durante
il cedimento dell’isolamento.
E’ evidente l’importanza che può assumere il valore
delle resistenza dello strato superficiale del terreno.
Questo, per ottenere un resistività più alta, potrebbe
essere realizzato con materiali appositi (ghiaia, bitume,
ardesia, ecc..).
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La curva di sicurezza
Per la sicurezza, più che ai limiti di corrente pericolosa, ci si riferisce ai limiti
di tensione pericolosa.
La tensione corrispondente al
tempo 5s è denominata tensione
di contatto limite UL. Questo è il
limite superiore delle tensioni
che possono permanere su una
massa per un tempo indefinito
senza pericolo per le persone.
In condizioni normali si
considera UL=50V mentre in
condizioni particolari UL=25V
(ad es. ambienti bagnati,
cantieri, ecc.)
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Classificazione dei sistemi elettrici in relazione
alla messa a terra
I sistemi elettrici sono classificati in base allo stato del
neutro e delle masse rispetto alla terra.
Vengono indicati con due lettere:
1a lettera = T Il neutro è collegato a terra
1a lettera = I Il neutro non è collegato a terra oppure è
collegato a terra tramite un’impedenza
2a lettera = T Masse collegate a terra
2a lettera = N Masse collegate al neutro del sistema
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Sistemi di tipo TT
Terra del neutro in cabina e
terra delle masse collegate
all’impianto di terra dell’utente
mediante il conduttore di
protezione (PE).
Il neutro è collegato
direttamente a terra mentre le
masse sono collegate ad un
impianto di terra locale
indipendente da quello del
neutro.
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Sistemi di tipo TN
Neutro a terra con le masse
collegate direttamente al neutro
oppure tramite il conduttore di
protezione
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Il conduttore di protezione (PE)
E’ identificato dal colore giallo/verde e viene chiamato PE
oppure, se svolge contemporaneamente anche la funzione di
neutro, PEN.
Col conduttore di protezione si realizza il collegamento delle
masse con l’impianto di terra.
Unitamente all’interruttore automatico garantisce la
protezione dai contatti indiretti e deve essere dimensionato
sia per sopportare le sollecitazioni termiche dovute alla
corrente di guasto verso terra (che in condizioni di regime è
nulla) sia per sopportare eventuali sollecitazioni meccaniche.
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Necessità della protezione attiva
Il contenimento della tensione sulla massa entro il limite di
sicurezza UL richiederebbe:
- valori di Rt troppo bassi
- il controllo dei valori assunti dalla resistenza di terra del
neutro Rn, la quale può subire variazioni col tempo
(il sistema TT è utilizzato prevalentemente come sistema di
distribuzione pubblica e l’utente non conosce il valore della
Rn)
Per conseguire la sicurezza occorre ridurre il tempo di
permanenza di tale tensione. Il circuito deve essere interrotto
in un tempo tanto più breve quanto maggiore è la tensione
sulle masse in modo da soddisfare la curva di sicurezza.
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Fusibili
I fusibili sono dispositivi la cui
parte conduttrice fonde per
effetto Joule in presenza di
correnti con valore maggiore
della soglia ammessa,
interrompendo il circuito in
presenza di sovraccarico o di
corto circuito.
La corrente nominale è quella
che il fusibile può sopportare
senza fondere. I valori
disponibili, in ampere, sono: 2 4 - 6 - 8 - 10 - 12 - 16 - 20 - 25
- 32 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100
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Uso di interruttori automatici (1/2)
Gli interruttori automatici aprono
il circuito secondo una curva
caratteristica tempo-corrente.
La Rt deve avere un valore
coordinato con la caratteristica
d’intervento del dispositivo di
protezione in modo che la
tensione sulla massa sia eliminata
in tempi inferiori a quelli previsti
dalla curva di sicurezza.
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Uso di interruttori automatici (2/2)
In relazione ai sistemi TT è prescritto che: “Per attuare la protezione
mediante dispositivi di massima corrente a tempo inverso o dispositivi
differenziali deve essere soddisfatta la seguente condizione:
Rt ≤ UL/I
dove Rt è la resistenza, in ohm, dell’impianto di terra nelle condizioni
più sfavorevoli; I è il valore, in ampere:
- della corrente di intervento in 5 secondi per gli interruttori
magnetotermici o per i fusibili
- della corrente di intervento in 1 secondo per gli interruttori
differenziali.
Se l’impianto comprende più derivazioni protette da dispositivi con
correnti di intervento diverse, deve essere considerata la corrente di
intervento più elevata”.
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Relè magnetotermico (1/2)
Lo sganciatore magnetico, con
intervento istantaneo, scatta a causa di
un rapido e consistente aumento della
corrente, ben oltre il limite consentito
(situazione tipica in cortocircuito).
L'interruttore termico interviene per
sovraccarico ovvero quando
assorbiamo più corrente del consentito:
il sensore all'interno dell'interruttore si
riscalda e provoca lo scatto. E' lo stesso
tipo di interruttore che l'ENEL usa per
impedire un assorbimento superiore a
quello previsto nel contratto.
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Relè magnetotermico (2/2)
La sua corrente nominale (In) è quella che può circolare senza problemi. Le
correnti nominali in uso hanno i seguenti valori espressi in ampere:
6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125.
Le modalità di intervento magnetico sono tre in base ai limiti della corrente di
intervento (riferiti alla corrente nominale In) in caso di cortocircuito:
TIPO
B
C
D
LIMITI DELLA CORRENTE DI INTERVENTO
3In --- 5In
5In --- 10In
10In --- 20In
In pratica il tipo B interviene per più basse correnti.
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Protezione con interruttore magnetotermico
Dalle curve di sicurezza si ricava che per tensioni di UL=50V (luoghi normali) e
UL=25V (luoghi particolari) un contatto può permanere per un tempo massimo di 5s.
Essendo questa la condizioni limite occorre individuare una protezione di massima
corrente che abbia una caratteristica tale per cui sia soddisfatta la:
Rt ≤ UL/I5s
Soddisfare la condizione con dei normali interruttori magnetotermici non è facile.
La I5s in genere varia dalle quattro alle dieci volte la In dell’interruttore e quindi per
interruttori con grandi correnti nominali può essere anche molto alta (decine di
Ampere).
Ciò comporta una Rt molto bassa e quindi molto costosa da realizzare.
Ad esempio: In=10A, I5s=50A, Rt ≤50/50=1Ω.
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Interruttore differenziale
E’ indispensabile per garantire la sicurezza di un qualsiasi impianto.
L'interruttore differenziale è un dispositivo amperometrico di
protezione che protegge dalle dispersioni di corrente.
Consente l'interruzione automatica dell'alimentazione aprendo
tempestivamente il circuito elettrico (protezione attiva) quando la
corrente di guasto, cioè quella che si disperde verso terra, supera un
valore prefissato.
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Protezione con dispositivi differenziali
Impiegando un interruttore differenziale la relazione che deve essere
verificata diventa (CEI 64-8):
Rt ≤ UL/I∆N
Mentre le correnti I5s (magnetotermici) dipendono dalla corrente
nominale dell’interruttore e possono essere dell’ordine delle centinaia
di ampere, la corrente I∆N è indipendente dalla corrente nominale del
dispositivo differenziale e può assumere valori variabili da qualche
millesimo di ampere a qualche ampere.
Risulta in questo modo più agevole il coordinamento con l’impianto
di terra di quanto non lo fosse con i dispositivi di massima corrente
(Ad es. con UL = 50V e con I∆N =0,03 A la resistenza di terra
Rt≤1666Ω ).
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Un caso frequente (…e pericoloso)
Se una utenza è sprovvista di interruttore differenziale, le tensioni
pericolose prodotte da un guasto a terra per tale utenza si trasferiscono
sulle masse delle altre utenze senza che i corrispondenti interruttori
differenziali intervengano.
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Dispersioni
Ipotesi: Idk<I∆Nk, carichi resistivi
Può verificarsi che:
Vc=(Id1+…+Idn)*Rt>UL
(inoltre le Idk non sono “certe”)
Quindi si dimensiona Rt così che:
Rt ≤ UL/(I∆Nk+Idtot)
Ad esempio:
N=20, I∆N=0.03A, Id=10mA
Implica: Idtot=200mA, per cui
Rt=217Ω invece di 1667Ω
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L’impianto di terra
DA
Dispersore intenzionale
DN Dispersore di fatto
CT
Conduttore di terra
EQP Conduttore
equipotenziale principale
EQS Conduttore equipotenziale
supplementare
PE
Conduttore di protezione
MT Collettore (o nodo)
principale di terra
M
Masse
ME Massa estranea
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La sicurezza nei cantieri edili:
lo scenario abituale
Impianti di cantiere con:
¾cavi privi di guaina protettiva o con
intestature non protette;
¾interruttori inchiodati a tavole di legno;
apparecchiature senza un adeguato grado di
protezione IP;
¾prese a spina volanti a volontà;
¾di tipo ordinario;
¾linee principali in zone di attraversamento
di mezzi e uomini;
¾assenza di interruttori differenziali o, se
presenti, cavallottati ("perché non sta su e le
macchine devono girare").
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Cause di infortunio in cantieri edili
Le cause più ricorrenti sono da ricercarsi nella carenza di provvedimenti
di protezione sia dai contatti diretti che indiretti, dovuti in prevalenza
alle sollecitazioni meccaniche e ambientali che l'impianto e le macchine
subiscono sia durante l'esercizio che in fase di allestimento e
smantellamento del cantiere. A ciò si aggiungono condizioni ambientali
gravose dovute a presenza di acqua, polveri, malte, che contribuiscono
ad aggravare il degrado degli isolamenti.
Il carattere provvisorio dell'installazione rappresenta una forte tentazione
all'improvvisazione: per abbreviare i tempi di allestimento sovente si
utilizza il materiale disponibile anche se inadatto o in non perfetto stato
e si affidano i lavori a personale non specializzato.
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La norma CEI 64-8 Sez.704
E’ l’unica eccezione delle Norme CEI, che si applicano solo agli impianti utilizzatori fissi, perché
riferita anche agli impianti mobili.
Sancisce che le prescrizioni per gli impianti elettrici di cantiere si riferiscono a cantieri di
costruzione e demolizione destinati in particolare a:
¾lavori di costruzione nuovi edifici;
¾lavori di riparazione, trasformazione, ampliamento o demolizione di edifici esistenti;
¾costruzione di strade, viadotti, parchi, canali, teleferiche, ecc.;
¾lavori di movimentazione o escavazione di inerti, pietre e ghiaie;
¾interventi di manutenzione in banchina e di costruzione navale.
Gli impianti elettrici dei locali di servizio di un cantiere (locali di produzione e consegna
dell'energia elettrica - interni o esterni al recinto di cantiere - uffici, spogliatoi, sale riunione,
spacci, ristoranti, mense, dormitori, servizi igienici, officine meccaniche,…) non devono
sottostare alle prescrizioni relative agli impianti di cantiere.
Le spine e i cavi di alimentazione di apparecchi utilizzatori portatili o trasportabili non
costituiscono elemento dell'impianto di cantiere.
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Definizione di impianto elettrico di cantiere
Insieme di componenti elettrici, inclusi quelli alimentati
tramite prese a spina, ubicati all'interno del recinto di cantiere,
elettricamente associati in modo da rendere disponibile
l'energia elettrica agli apparecchi utilizzatori del cantiere.
Impianto fisso: costituito da componenti elettrici fissati in modo
rigido a parti strutturali od infrastrutturali del cantiere.
Impianto movibile: costituito da componenti elettrici non fissati a
parti strutturali od infrastrutturali del cantiere.
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L’impianto elettrico di cantiere
Nel caso di grandi lavori, si compone di:
¾ Cabina di trasformazione da MT (media tensione) a bt (bassa
tensione) (generalmente per utenze superiori a 100 kW)
¾ Quadro elettrico generale
¾ Linee primarie
¾ Quadri di zona
¾ Linee secondarie
¾ Quadri di utilizzo
¾ Cablaggi attrezzature
¾ Impianto di messa a terra (pozzetti, linea e utilizzi)
¾ Gruppo elettrogeno, funzionante a gasolio
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Distanze di sicurezza da linee elettriche
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L’impianto di terra di cantiere
Una corretta realizzazione
dell'impianto di terra,
opportunamente coordinato con
dispositivi automatici, a corrente
differenziale, sarà determinante per la
realizzazione poi di un efficiente
impianto di terra dell'opera.
Gli impianti nei cantieri sono
caratterizzati da condizioni
ambientali e d'uso tali da rendere le
masse presenti particolarmente
esposte a guasti e a cedimenti degli
isolamenti.
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Esecuzione dell’impianto di terra (1/3)
Per una corretta esecuzione necessita di essere realizzato in modo
integrato e coordinato con le diverse fasi dei lavori di scavo e edili in
generale.
La realizzazione dell'impianto di messa a terra deve iniziare con la fase di
scavo delle fondamenta: la presenza in cantiere delle scavatrici semplifica
gli sterri inerenti la posa del dispersore.
Il dispersore posato all'atto dello scavo delle fondamenta può essere
immediatamente utilizzato per la messa a terra delle macchine di cantiere
e di tutte le masse e successivamente collegato ai ferri di armatura delle
eventuali strutture in cemento armato.
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Esecuzione dell’impianto di terra (2/3)
Con il procedere dei lavori risultano facili anche gli altri collegamenti
equipotenziali (tubi dell'acqua, del riscaldamento, eccetera) e il collettore
di terra si completa gradualmente facendo capo agli attacchi predisposti
sulla sbarra predisposta per esempio sul quadro principale di
distribuzione.
Se l'impianto di terra venisse iniziato con l'edificio già finito al rustico
risulterebbe difficile e oneroso ottenere una buona efficienza ed
affidabilità nel tempo, in quanto i ferri di armatura non sono più
accessibili, l'area disponibile per il dispersore risulta notevolmente ridotta
e gli sterri per la sua posa più difficoltosi.
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Esecuzione dell’impianto di terra (3/3)
Quando non sono stati ancora
effettuati i lavori di scavo e non sono
disponibili i dispersori di fatto, si
predispongono dei picchetti per gli
apparecchi fissi.
La distanza tra i picchetti deve essere
maggiore della somma delle loro
lunghezze.
Nel caso di N picchetti di uguale
resistenza R si ha:
RT=R/N
Il conduttore di collegamento va
interrato, così da costituire un
dispersore di fatto.
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Il nodo di terra
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Alimentazione da rete pubblica a BT
I dispositivi di sezionamento dell'alimentazione devono poter essere bloccati nella posizione
di aperto o mediante lucchetto o collocati all'interno di un involucro chiuso a chiave.
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Alimentazione da rete pubblica a MT
Nel caso di grandi cantieri può essere necessario alimentare
l'impianto elettrico a media tensione realizzando una cabina di
trasformazione di cantiere; in questo caso il collegamento a
terra viene effettuato secondo i sistemi TN-S oppure TN-C-S.
che prevedono che le masse dell'impianto di cantiere siano
collegate, per mezzo di un conduttore di protezione, al punto
di collegamento a terra della cabina di trasformazione.
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Un impianto di cantiere
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Le Apparecchiature Assiemate per
Cantiere (ASC) - CEI 17-13/1-4
La tensione nominale dei quadri per la distribuzione
dell'elettricità nei cantieri di costruzione e demolizione non
deve essere superiore a 1000V in c.a. e 1500V in c.c.
Le ASC sono di tipo chiuso o a cassetta, mobili o fisse.
Generalmente contengono uno scomparto per i mezzi di
collegamento del cavo di alimentazione di entrata e per
l'apparecchiatura di misura nonché i sistemi di interruzione
e di protezione contro il sovraccarico ed il corto circuito per
il cavo di uscita (possibile fonte di incendio).
Il dispositivo di sezionamento deve poter essere bloccato in
posizione di aperto (con lucchetto o installazione all'interno
di un involucro serrabile con chiave).
Nelle ASC di distribuzione finale, la protezione
supplementare contro i contatti indiretti è assicurata da un
dispositivo a corrente residua I∆N≤30mA e che non
protegga più di 6 prese a spina.
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Un primo esempio
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Condutture
La scelta di una conduttura per cantiere, parte dalla scelta della
tipologia di posa, e si conclude con la scelta del cavo.
Per evitare danni i cavi non devono passare attraverso luoghi
di passaggio per veicoli o pedoni.
Quando questo sia invece necessario, deve essere assicurata
una protezione contro i danni meccanici e contro il contatto
con macchinario di cantiere.
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Tipologie di posa
A guidare il progettista nella scelta della tipologia di posa sono
esigenze di sicurezza (norme CEI 11-17 e CEI 64-8/5, vedi anche Guida
CEI 20-40), funzionalità ed economicità.
Le pose interrate sono raramente utilizzate dato l'elevato costo, ma ne
possono risultare interessanti per dorsali di cantieri di lunga durata per
l'assenza di interferenze con l'attività di cantiere.
Le pose in canali o tubazioni a parete sono scarsamente utilizzate per
l'elevato costo di realizzazione e spesso per l'indisponibilità di strutture
di ancoraggio.
Le pose aeree sono le più utilizzate per l'economicità di posa, e la facilità
di recupero, ma possono risultare critiche per cantieri di lunghissima
durata e zone particolarmente ventose.
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Precauzioni nella posa
La funzionalità del cavo può essere compromessa dal danneggiamento
della guaina, dell’isolante o del conduttore causate da:
• Temperatura troppo bassa;
• Superamento del raggio minimo di curvatura;
• Abrasioni (durante l’operazione di tiratura dei cavi nei cavidotti o
durante il traino su terreni o asfalto);
• Sollecitazioni a trazione (nel corso di pose e/o recuperi);
• Nella posa su funi, da fasciature non corrette e distanti;
• Nella posa su pali senza funi di sostegno, da legacci taglienti (filo di
ferro).
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Esempi di posa (1/3)
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Esempi di posa (2/3)
Posa aerea di cavi
su palificazioni
(distribuzione fissa)
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Scelta del cavo
Anche la scelta del tipo di cavo segue i criteri di rispetto della
sicurezza, funzionalità ed economicità.
Procedendo per gradi si valutano i cavi adatti alla posa scelta,
quindi in funzione della tensione del sistema e della corrente
da trasmettere si definiscono la tensione del cavo e la sezione
minima ottimale. Quindi si seleziona quello che risulta più
economico, o più semplicemente quello disponibile, avente
almeno i requisiti minimi richiesti.
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Dispositivi di sezionamento, protezione e
comando (secondo CEI 64-8)
Deve essere previsto, all'origine di ogni impianto, un quadro
che comprenda i dispositivi di sezionamento, di comando e di
protezione principali.
I dispositivi di protezione, solitamente interruttori automatici
magnetotermici e differenziali, devono garantire:
¾ Sicurezza contro l’incendio derivato da cause elettriche
(sovraccarichi prolungati e corto circuiti).
¾ Sicurezza contro i contatti diretti con le parti in tensione.
¾ Sicurezza contro i contatti indiretti in caso di guasto verso
terra, ovvero dispersioni.
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Apparecchi portatili
Sono costruiti con isolamento
rinforzato (di classe II, principale +
supplementare).
Ne è proibito (CEI 64-8) il
collegamento a terra, per non
diminuire l’efficacia dell’isolamento
rinforzato (per inefficienza
dell’impianto di terra oppure a causa
di prese a spina difettose).
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Protezioni in luoghi conduttori ristretti
Si intendono quei luoghi, limitati essenzialmente da superfici metalliche,
o comunque conduttrici (terreno), nei quali è probabile che una persona
possa venire in contatto con tali superfici attraverso una ampia parte del
suo corpo, ed è limitata la possibilità di interrompere tale contatto (ad es.
piccole cisterne metalliche, interno di tubazioni metalliche, cunicoli
umidi, scavi ristretti nel terreno, tralicci).
Il luogo conduttore ristretto può essere applicabile anche a situazioni in
cui l'operatore è in ambiente ampio, ma a stretto contatto, su larga parte
del corpo, con superfici conduttrici (ad es. lavori con cinture di sicurezza
su strutture metalliche).
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Protezione contro le scariche atmosferiche
Il problema si pone in considerazione della presenza di grandi
masse metalliche con sviluppi anche di altezza tale da configurarsi come
dei veri e propri captatori (ponteggi metallici, gru a torre, strutture
metalliche situate all’aperto, come baracche e silos).
Il rischio relativo al fulmine che colpisce una struttura metallica è di tipo
1: perdita di vite umane, a causa delle tensioni di contatto e di passo.
Art.39 D.P.R. 547/1955: “Le strutture metalliche degli edifici e delle
opere provvisionali, i recipienti e gli apparecchi metallici, di notevoli
dimensioni, situati all'aperto, devono, per se stessi o mediante
conduttore e spandenti appositi, risultare collegati elettricamente a
terra in modo da garantire la dispersione delle scariche atmosferiche”.
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E’ necessaria la protezione?
La necessità della protezione per le singole strutture metalliche delle aree operative
interne al cantiere (strutture metalliche all'aperto: gru, ponteggi, tettoie, ecc.) viene
valutata con una procedura semplificata (Norma CEI 8l-l/art. G.3.5 - strutture di classe
F "installazioni provvisorie").
Tali strutture metalliche all'aperto possono essere considerate sicuramente autoprotette, senza ulteriori valutazioni, se il terreno circostante ha una pavimentazione
isolante (resistività superficiale superiore a 5kΩ m), ad esempio:
¾ terreno asfaltato (5cm),
¾ terreno ricoperto da uno strato di ghiaia (10cm),
¾ terreno roccioso (basalto, porfido)
o se può essere esclusa la presenza di persone in numero elevato o per un elevato
periodo di tempo intorno alla struttura stessa (in un raggio di 5m).
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E’ necessaria la protezione
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Non è necessaria la protezione
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Protezione dalle scariche atmosferiche:
il coefficiente ambientale
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Ponteggi a sviluppo lineare (esempio)
art.39 DPR 547/55
a = lunghezza
h = altezza
larghezza ponteggio = 2m
C = 0.5 (addossato ad un edificio)
ρ<0.5kΩ m (terreno circostante)
Nt = numero di fulmini a terra per
km2 di superficie e per anno
(valore statistico tabellato per
comune dalla norma CEI 81-3)
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Verifiche periodiche dell’impianto
Art.40 D.P.R. 547/1955: “Le installazioni ed i dispositivi di protezione contro
le scariche atmosferiche devono essere periodicamente controllati e comunque almeno
una volta ogni due anni, per accertarne lo stato di efficienza”.
Le verifiche consistono (CEI 81-1) nell'accertare il buono stato di conservazione dei
vari elementi, dei giunti, degli ancoraggi, dei sostegni, del buono stato di
funzionamento dei limitatori di tensione, la continuità elettrica dei vari elementi, dei
collettori di terra, la resistenza di terra del dispersore.
I controlli sono di competenza delle Aziende A.S.L. territorialmente competenti,
tramite i Presidi Multizonali (Laboratori di sanità pubblica, Sezione fisico
impiantistica), dell’ARPA e di organismi individuati dal D.P.R. 462/01.
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…e il D.P.R. 462/2001?
Il 23 gennaio 2002 è entrato in vigore il DPR 462/01 tendente
a semplificare i procedimenti per le denuncie e le connesse
attività di verifica periodica degli impianti di messa a terra, di
protezione contro le scariche atmosferiche e degli impianti
elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione. Tale Decreto
sostituisce alcuni articoli del DPR 547/55.
Il 10 maggio 2002 è stata poi pubblicata sulla G.U. la direttiva
sulle caratteristiche che devono possedere gli organismi
abilitati per poter effettuare le verifiche.
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