sicurezza elettrica

SICUREZZA ELETTRICA
1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano).
2. Correnti e tensioni pericolose.
3. Contatti pericolosi
4. Metodi di protezione
SICUREZZA ELETTRICA
1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)
L’attività biologica del corpo umano è controllata da segnali elettrici che vengono
trasmessi dai neuroni del sistema nervoso.
Uno stimolo elettrico esterno, può interferire con il funzionamento elettrico del
corpo umano, provocando effetti pericolosi.
Esiste una soglia “di eccitabilità” superata la quale gli stimoli elettrici esterni
risultano pericolosi.
La pericolosità degli stimoli elettrici esterni dipende:
1. dall’intensità, dalla natura e dalla durata della corrente che riescono a far
circolare nel corpo umano;
2. dalla costituzione fisica della persona (massa corporea e stato di salute).
SICUREZZA ELETTRICA
1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)
Una corrente elettrica nel corpo umano, con caratteristiche che la pongono al di
sopra della soglia di eccitabilità, può produrre effetti che possono essere
particolarmente pericolosi e/o mortali:
Tetanizzazione
Si contraggono i muscoli interessati al passaggio della corrente, risulta difficile
staccarsi dalla parte in tensione con cui si è venuti in contatto. Il valore più grande
di corrente per cui una persona é ancora in grado di staccarsi della sorgente
elettrica si chiama “corrente di rilascio” ed é compreso tra i 10mA e i 15mA (a
50Hz).
Arresto della respirazione
Se la corrente elettrica attraversa i muscoli che controllano il movimento dei
polmoni, la contrazione involontaria di questi muscoli altera il normale
funzionamento del sistema respiratorio e il soggetto può morire soffocato. Il
fenomeno è reversibile solo se si provvede con prontezza, anche con l’ausilio
della respirazione artificiale, al soccorso dell’infortunato per evitare danni al
tessuto cerebrale.
SICUREZZA ELETTRICA
1. Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano)
Fibrillazione ventricolare
Contrazioni scoordinate del cuore. E’ particolarmente pericolosa quando si verifica
nella zona ventricolare perché diventa un fenomeno non reversibile in quanto il
fenomeno persiste anche se lo stimolo é cessato. Meno pericolosa, grazie alla sua
natura reversibile, è invece la fibrillazione atriale. La fibrillazione ventricolare é
reversibile entro i primi due o tre minuti soltanto se il cuore é sottoposto ad una
scarica elettrica molto violenta (viene impiegato il “defibrillatore”).
Ustioni
Sono prodotte dal calore che si sviluppa per effetto Joule a causa della corrente
elettrica che fluisce attraverso il corpo (per esempio, se attraverso la pelle si innesca
un flusso di corrente la cui densità è di circa 60 milliampere al mm2, questa verrà
carbonizzata in pochi secondi).
SICUREZZA ELETTRICA
2. Correnti pericolose
Limiti di pericolosità della corrente elettrica
I limiti convenzionali di pericolosità della corrente elettrica, in funzione del tempo per
cui fluisce attraverso il corpo umano, sono stati riassunti, dalle Norme, in un grafico
tempo-corrente.
Zona 1 - La corrente esterna si
percepisce appena;
Zona 2 - Non si hanno
normalmente effetti pericolosi;
Zona 3 – Effetti quasi sempre
reversibili che possono divenire
pericolosi
a
causa
della
tetanizzazione;
Pericolosità della corrente elettrica alternata a 50, 60 Hz
Zona 4 - Si può innescare la
fibrillazione,
arresto
della
respirazione o ustioni.
SICUREZZA ELETTRICA
2. Correnti pericolose
Fattori di percorso
Percorso
Il percorso seguito dalla corrente
ha una grande influenza sulla
probabilità d’innesco della
fibrillazione, per questo motivo
è stato definito un “fattore di
percorso” che indica la
pericolosità dei diversi percorsi
seguiti dalla corrente
considerando come riferimento
il percorso
mano sinistra - piedi.
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 - Dorso
0,3
Mano destra - Torace
1,3
Glutei - Mani
0,7
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Limiti di pericolosità della tensione elettrica
Ai fini pratici, è più conveniente riferirsi ai valori di “tensione pericolosa” per il corpo
umano, piuttosto che non direttamente ai valori di corrente.
Per arrivare a definire i valori di tensione pericolosa, è necessaria una stima - statistica
– del valore della resistenza del corpo umano.
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Limiti di pericolosità della tensione elettrica
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Resistenza del corpo umnao
Dare dei valori precisi alla resistenza elettrica del
corpo umano risulta piuttosto difficoltoso essendo
questa influenzata da molte variabili: percorso della
corrente, stato della pelle (presenza di calli, sudore,
umidità, tagli, abrasioni ecc..), superficie di contatto,
tensione di contatto (sperimentalmente si è visto che
all’aumentare della tensione diminuisce la
resistenza). Come tale è possibile valutarla solo
statisticamente e quindi le norme CEI fanno
riferimento a valori convenzionali riferiti ad un
campione medio di popolazione.
Circuito equivalente
del corpo umano
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Resistenza del corpo umano
Tensione di
contatto
Circuito equivalente
del corpo umano
25
50
75
100
125
220
700
V
V
V
V
V
V
V
Valori di Rc non superati
dal 5% della popolazione
(percorso mani - piedi)
875
725
625
600
562
500
375
W
W
W
W
W
W
W
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Valori di RT,u
Condizioni
Ordinarie
Condizioni
Non ordinarie
1000 W
200 W
Valori di Rc + RT,u
Tensione di
Contatto [V]
Condizioni
Ordinarie
Condizioni
Non ordinarie
25
50
75
100
1875 W
1725 W
1625 W
1600 W
1075 W
925 W
825 W
800 W
SICUREZZA ELETTRICA
3. Tensioni pericolose
Condizioni ordinarie
Curve di sicurezza tensione-tempo
Tensione di
contatto
Tempo
sopp.zione
< 50 V
50 V
75 V
90 V
110 V
150 V
220 V
280 V
infinito
5
s
1
s
0.5 s
0.2 s
0.1 s
0.05 s
0.03 s
SICUREZZA ELETTRICA
4. Contatti pericolosi
4.1 Contatti diretti
Si parla di contatto diretto 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 (ma escluso il conduttore PEN).
4.2 Contatti indiretti
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 un elettrodomestico).
Il contatto indiretto è più “insidioso” del contatto diretto.
Infatti, mentre nel caso del contatto diretto il pericolo è “visibile”, nel contatto indiretto
il pericolo è “invisibile” ed inaspettato, perché si presenta, a causa di un guasto, in
situazioni che si è abituati a considerare non pericolose.
SICUREZZA ELETTRICA
4. Contatti pericolosi
Contatto diretto
Contatto indiretto
SICUREZZA ELETTRICA
4. Protezioni contro i contatti diretti
4.1 Protezione totale (persone non addestrate ed ambienti ordinari)
•
Isolamento
Le parti attive devono essere ricoperte completamente da un isolante di spessore adeguato
alla tensione nominale verso terra del sistema elettrico, resistente agli sforzi meccanici,
termici e alle alterazioni chimiche.
•
Involucri e barriere
L’involucri e barriere garantiscono la protezione dai contatti diretti quando esistono parti
attive (ad es. morsetti elettrici) che devono essere accessibili e quindi non possono essere
completamente isolate.
Essi assicurano un certo grado di protezione contro la penetrazione di solidi e di liquidi
(gradi di protezione IP).
Le barriere e gli involucri devono essere saldamente fissati, rimovibili solo con attrezzi,
apribili da personale addestrato oppure solo dopo avere aperto un dispositivo di
sezionamento elettrico.
SICUREZZA ELETTRICA
4. Protezioni contro i contatti diretti
4.2 Protezione parziale (persone addestrate ed ambienti ad accesso limitato)
• Ostacoli o distanziamenti
Sono destinati ad impedire il contatto accidentale (non intenzionale) con parti attive.
Possono essere rimossi intenzionalmente anche senza l’uso di attrezzi, ma non devono
poter essere rimossi accidentalmente.
(Un esempio sono le griglie usate nelle cabine elettriche per tenere lontano le persone che
possono entrarvi dalle parti attive del trasformatore).
4.3 Altra Protezione
•
Sistemi elettrici a bassissima tensione di sicurezza: “Safety Extra Low Voltage”
I sistemi “Protection Extra Low Voltage” e “Functional Extra Low Voltage”
non sono considerati idonei sistemi di protezione contro i contatti diretti
4.4 Protezione addizionale
•
Interruttori differenziali ad alta sensibilità
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
La scelta del sistema di protezione dipende dal tipo di sistema elettrico
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla tensione nominale:
·
Sistema di categoria 0 con U < = 50 V in C.a. e 120 V in C.c.
·
Sistemi di categoria I con U > 50V < = 1000 in C.a. e > 75V < = 1550V in C.c.
·
Sistemi di categoria II con U > 1000V < = 30000V in C.a.
e > 1500V < = 30000V in C.c.
·
Sistemi di categoria III con U > 30000 V sia in C.a. che in C.c.
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
La scelta del sistema di protezione dipende dal tipo di sistema elettrico
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1)
Sistema TT
2)
Sistema TN
3)
Sistema IT
SICUREZZA ELETTRICA
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema TT
SICUREZZA ELETTRICA
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema TN
SICUREZZA ELETTRICA
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI
Riferendosi alla messa a terra del NEUTRO e delle MASSE:
1) Sistema IT
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
PROTEZIONI PASSIVE
(senza interruzione automatica dei circuiti)
PROTEZIONI ATTIVE
(con interruzione automatica dei circuiti)
• Impiego della Bassissima tensione di sicurezza (sistemi SELV)
• Impiego di apparecchi e componenti con isolamento doppio o rinforzato
• Impiego di locali isolanti
• Impiego della separazione dei circuiti elettrici (trasformatore di isolamento)
• Impiego dei collegamenti equipotenziali, senza collegamento a terra
• Impiego dell’impianto di terra
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
PROTEZIONI PASSIVE
(senza interruzione automatica dei circuiti)
Impiego dell’impianto di terra
SICUREZZA ELETTRICA
Impiego dell’impianto di terra
Rn ≈ 1 W
!!!
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
PROTEZIONI ATTIVE
(con interruzione automatica dei circuiti)
Impiego dell’impianto di terra coordinato con gli interruttori automatici
t=5s
UL = 50 V
Iint = I 5s
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
t=5s
UL = 50 V
Iint = I 5s
I5s ≈ 3÷20 IN
PROTEZIONI ATTIVE
(con interruzione automatica dei circuiti)
interruttori magneto-termici
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TT
PROTEZIONI ATTIVE
(con interruzione automatica dei circuiti)
interruttori differenziali
UL = 50 V
IDn = 30 mA
Rt ≤ 1666 W !!
Per maggior sicurezza, oltre all’impianto di terra coordinato con i differenziali,
Sono previsti anche i collegamenti equipotenziali
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Uco
Non si riesce ad abbassarlo al di sotto della
tensione limite (50 V o 25 V) ! !
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
• Se ZPE = ZF → Uco = Uo/2 (≈ 120 V)
• Se ZPE = 2 ZF → Uco = 2/3 Uo (≈ 150 V)
SICUREZZA ELETTRICA
Sistema TN-S
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Nelle parti terminali degli impianti (ZPE = ZF) i collegamenti equipotenziali
Contribuiscono a far diminuire la Uco
(le Norme assumono una riduzione del 20%)
Uco ≈ 120 x 0.8 = 92 V
→
t = 0.4 s (0.2 s, per condizioni non ordinarie)
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Poiché a far intervenire un interruttore automatico è la corrente di guasto,
Ed il tempo di intervento dipende dal valore di quest’ultima
Con: Zs = ZPE + ZF
impedenza anello di guasto
L’anello di guasto deve avere una impedenza, Zs, così piccola da provocare una
corrente di guasto maggiore di quella, Ia, che fa intervenire l’interruttore
automatico in un tempo non superiore a 0.4 s
(0.2 s, in condizioni non ordinarie)
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Sebbene non sia escluso l’uso di interruttori magneto-termici, il loro impiego
potrebbe richiedere valori di Zs troppo bassi
(sezioni molto grandi !!)
Poiché gli interruttori differenziali sono in grado di aprire il circuito guasto in
tempi più piccoli di 0.4 s anche per correnti di guasto piccolissime, essi offrono
protezione anche per Zs grandi
(circuiti di piccola sezione !!)
ATTENZIONE: l’uso dei differenziali è consentito sono nei sistemi TN-S !!
Nei sistemi TN-C, non potendo sezionare il neutro,
i differenziali non “sentono” i guasti a massa !!
Spesso si usano sistemi misti:
• TN-C vicino all’alimentazione (circuiti principali)
• TN-S vicino alle utenze (circuiti terminali)
SICUREZZA ELETTRICA
5. Protezioni contro i contatti indiretti
Sistema TN-S
Per facilitare l’impiego degli interruttori magneto-termici (già presenti per altri
motivi e non appositamente inseriti come i differenziali !!) almeno nei circuiti di
distribuzione (quelli principali, più vicini all’alimentazione) le norme prevedono
che la tensione di guasto Uco debba essere eliminata entro 5 s (anziché 0.4 s, o
0.2 s !!)
Con: Zs = ZPE + ZF
impedenza anello di guasto
L’anello di guasto deve avere una impedenza, Zs, così piccola da provocare una
corrente di guasto maggiore di quella, Ia, che fa intervenire l’interruttore
automatico in un tempo non superiore a 5 s
SICUREZZA ELETTRICA
6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra
La UT si trasferisce alle masse e, pertanto, è pericolosa per le persone.
SICUREZZA ELETTRICA
6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra
Le norme impongono valori massimi ammissibili,
in funzione dei tempi di eliminazione del guasto degli interruttori dell’ENEL
Durata del
guasto
(s)
Tensione di contatto ammissibile UTP (V)
Corrente di guasto a terra lato
MT e tempo di eliminazione del
guasto vanno richiesti all’ENEL
Nuova norma
CEI 11-1
Vecchia norma CEI
11-8
10
80
50
2
85
50
1
103
70
0,8
120
80
Dispersore non magliato
su tutta l’area
0,7
130
85
RT ≤ UTP / Ig
0,6
155
125
0,5
220
160
0,2
500
160
0,14
600
160
Dispersore magliato
su tutta l’area
RT ≤ 1.5 UTP / Ig
SICUREZZA ELETTRICA
6. Altri guasti nei sistemi TN, che coinvolgono l’impianto di terra
Tensione di passo
Le Norme ammettono valori più
alti che per la UTP
(3 volte più grande).
Essi sono verificati nelle
condizioni precedentemente
imposte per la RT !!
IMPIANTO DI TERRA
Costituzione
IMPIANTO DI TERRA
Dimensioni dei componenti
dove:
• I é la corrente di terra che percorre l’elemento del dispersore;
• t è il tempo di eliminazione del guasto in secondi;
• K è un coefficiente che vale 229 (A/mm2s2) se il materiale è il rame oppure 78
(A/mm2s2) se il materiale è l’acciaio.
IMPIANTO DI TERRA
Dimensioni minime dei componenti del dispersore
Posa nel
terreno
Per infissione
nel terreno
Tipo
Dimensioni
Minime
Acciaio zincato
a caldo
(1)
Acciaio rivestito
di rame
Rame
Piastra
Spessore (mm)
3
( 2)
3
Nastro
Sezione (mm2)
Spessore (mm)
100
3
50
( 2)
50
3
Tondino
massiccio
Sezione (mm2)
50
( 2)
35
Conduttore
cordato
Sezione (mm2)
Diametro filo elementare
(mm)
50
1,8
( 2)
35
1,8
Picchetto
a tubo
Diametro esterno (mm)
Spessore (mm)
40
2
( 2)
30
3
Picchetto
massiccio
Diametro (mm)
20
15 (3)
15
Picchetto
in profilato
Dimensione trasversale
(mm)
Spessore (mm)
50
5
( 2)
50
5
IMPIANTO DI TERRA
Dimensioni minime dei conduttori di protezione
Sezione
di fase (mm2)
Sezione minima del conduttore di protezione (mm2)
Cu
Al
PE
PEN
PE
PEN
SF
SF
SF
SF
16
16
16
25
SF/2
SF/2
SF/2
SF/2
IMPIANTO DI TERRA
Dimensioni minime dei conduttori di terra
Protetti meccanicamente
Sezione
conduttore
di fase
Protetto contro la
corrosione
Sezione minima
conduttore di
terra
Non protetti
meccanicamente
Sezione minima
conduttore di terra
16 mm2
se in rame
16 mm2
se in ferro zincato
Non protetto contro la
corrosione
25 mm2 se in rame
50 mm2 se in ferro zincato
IMPIANTO DI TERRA
Dimensioni minime dei conduttori equipotenziali
Conduttori
equipotenziali
Sezione del conduttore di
protezione principale PE
(mm2)
Sezione del conduttore
equipotenziale
(mm2)
Principale EQP
Supplementare EQS:
Massa - massa
Massa - massa estranea
di sezione minore
PE
mm2 se protetto meccanicamente
mm2 se non protetto meccanicamente