valutazione degli effetti capacitivi mutui sulla scarica elettrostatica

VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI CAPACITIVI MUTUI SULLA
SCARICA ELETTROSTATICA DA CORPO UMANO
V. Amoruso, F. Lattarulo
Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica
Politecnico di Bari
Via Orabona, 4 - 70125 Bari
L’Unità di ricerca di Bari ha continuato lo studio della scarica elettrostatica da corpo
umano [1] con l’obiettivo di migliorare un modello a parametri concentrati del corpo umano
precedentemente pubblicato [2]. Tale modello, basato sul metodo della diacoptica, presenta
una serie di vantaggi che lo rendono preferibile ad altri modelli numerici presenti nella
letteratura scientifica: buona precisione dei risultati, basso grado di parzializzazione del
dominio in esame, tempi di calcolo e impegno di memoria del tutto trascurabili, possibilità di
implementazione in ambiente PSPICE. Tuttavia, se da un lato la caratterizzazione della
corrente di scarica così ottenibile è del tutto compatibile con quella prevista dagli Standards
internazionali nel caso di scarica a contatto, dall’altro lato restano da studiare alcuni aspetti
relativamente alla scarica in aria (prevista dagli Standards per livelli di severità più elevati) i
cui andamenti sperimentali risultano più variegati a causa di una serie di fattori esterni che
influenzano l’andamento della scarica.
Una prima linea di ricerca ha mirato al superamento della ipotesi semplificativa secondo
cui i parametri seriali (implicati nella fase dinamica della scarica rappresentativi del
comportamento elettrico dei tessuti biologici) venivano calcolati per un valore fisso di
frequenza [3]. A parità di tutte le altre condizioni, l’uso di una rappresentazione frequenzadipendente di tali parametri ha implicato, però, una complicazione del modello
implementabile in PSPICE così eccessiva da far preferire ancora una volta il primo modello a
parametri frequenza-indipendenti. Quindi si è adottata una seconda linea di ricerca che,
riprendendo quest’ultimo modello, considera un altro fenomeno influenzante la forma d’onda
della corrente di scarica in aria: l’accoppiamento capacitivo di ciascuna parte del corpo umano
con gli oggetti metallici vicini. Il metodo della diacoptica permette una valutazione molto
precisa delle correnti di giunzione fra parti interconnesse (la precisione è inferiore al 5% [2])
ma piuttosto approssimata di quelle di spostamento fra le parti sconnesse, dove avviene la
scarica in aria, a meno che non si voglia aumentare enormemente il grado di discretizzazione
del dominio in esame (con conseguente perdita di uno dei principali vantaggi del metodo
stesso). Pertanto, in questa prima fase della ricerca, ai fini della sola valutazione delle capacità
mutue da riportare nel modello, si è fatto ricorso al metodo degli elementi finiti e si sono
ottenute 11 capacità che, senza eccessiva complicazione del modello stesso, possono essere
aggiunte a quelle rappresentative delle capacità equivalenti verso terra. Le correnti di scarica
ottenute mediante il modello così integrato hanno messo in rilievo la forte influenza di tali
capacità mutue sui parametri della forma d’onda di corrente al variare della distanza fra corpo
umano e oggetto vittima e soprattutto delle dimensioni dell’oggetto. Pertanto si prevede di
continuare la ricerca in questa direzione con l’obiettivo di esprimere ciascuna di queste
capacità mutue (o almeno le più incidenti) mediante delle formule chiuse sufficientemente
precise.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
[1] V. Amoruso, F. Lattarulo: “Diakoptic Approach to EMC Problems Involving the Human
Body”, Ch. 6 of the book “Electromagnetic Compatibility in Power Systems", Editor F.
Lattarulo, ELSEVIER, 2007
[2] V. Amoruso, M. Helali, F. Lattarulo: An improved Model of Man for ESD Applications, J.
of Electrostat., vol. 49, August 2000, pp. 225-244.
[3] V. Amoruso, E. Chiarantoni, S. Vergura: ESD: an improved human body model with
frequency-dependent parameters, accettato per la presentazione a EMC-Europe 2006.