Elettrotecnica s5c4rezza
14.1
M. Repetto+ Gruosso
Capitolo 14 Cenni di sicurezza elettrica
Come tutte le attivita’ tecniche, l’uso dell’energia elettrica comporta rischio di danni per le strutture e per le persone. La
sicurezza elettrica si occupa di fornire le regole per la realizzazione dei sistemi elettrici al fine di ridurre i rischi di danni
in caso di malfunzionamento o guasto al sistema. Nel seguito verranno solo accennati i principali concetti di sicurezza
elettrica.
14.1 Sicurezza elettrica
La sicurezza elettrica e’ la parte dell’ingegneria elettrica che si occupa di definire le regole per la
progettazione e realizzazione di componenti e di sistemi elettrici in modo che il loro uso non
comporti danni per gli impianti stessi, le strutture ad essi collegati e le persone che li utilizzano.
Alla base della sicurezza elettrica stanno quindi considerazioni rivolte alla sicurezza degli impianti,
per garantire la loro affidabilita’ e il loro comportamento corretto in eventuali condizioni di guasto,
e alla salvaguardia delle persone e dei beni da danni possibili derivanti dall’energia elettrica.
Ogni apparecchiatura non e’ esente da possibilita’ di guasto, compito della sicurezza e’ fare si che
al guasto non segua un danno. Dato che i danni, soprattutto alle persone, possono avere in questo
caso conseguenze incalcolabili e’ necessario fornire le regole per la progettazione, la produzione e
l’esercizio delle apparecchiature e sistemi elettrici. Questa via puo’ essere perseguita in diversi
modi, attraverso lo strumento legislativo o attraverso la normativa tecnica.
Lo strumento legislativo, spesso lento e sostanzialmente immutabile, non consente di seguire gli
sviluppi della tecnica, pertanto, con la legge 186 del 1968, lo stato italiano ha delegato la
regolamentazione della materia elettrotecnica alla normativa tecnica emessa dal Comitato
Elettrotecnico Italiano (CEI). La legge citata contiene solo due articoli, il primo stabilisce che i
sistemi elettrici debbano essere realizzati “a regola d’arte”, il secondo articolo stabilisce che i
sistemi realizzati secondo le norme CEI sono “a regola d’arte”. Il CEI e' un ente che raggruppa
diversi soci (Consiglio Nazionale delle Ricerche, ENEL ed enti produttori e distributori, Ass.
Nazionale Industrie Elettrotecniche, Ass. Elettrotecnica Italiana etc.) che hanno interesse nella
regolamentazione della materia. Il CEI si articola in Comitati Tecnici specialistici che si occupano
di normare l'attivita' delle diverse discipline elettrotecniche (ad esempio CT64 Impianti elettrici a
bassa tensione). L'aderenza alle Norme nella progettazione e realizzazione di un'apparecchiatura
non e' obbligo di legge, ma le Norme garantiscono una protezione per il progettista e il produttore di
fronte a possibili danni derivanti dall’utilizzo dell’apparecchiatura.
Il contenuto delle norme riguarda principalmente due filoni: la sicurezza elettrica degli impianti e
quella delle persone.
14.2 Sicurezza degli impianti
La sicurezza degli impianti deve garantire che, in funzionamento normale ed in condizioni di
guasto, non si verifichino danni che possono pregiudicare il funzionamento del sistema e
dell'ambiente circostante. Tra le diverse problematiche che si incontrano in questo argomento, il piu'
importante e' legato alla protezione delle condutture che trasportano la potenza elettrica all’interno
di un impianto. Nel progetto delle linee di trasmissione bisogna infatti tenere conto che e' necessario
un dimensionamento corretto in modo che, nell’alimentazione dei carichi, esse non si danneggino.
Nel caso di sistemi elettricine in ambito civile ed industriale il rischio piu' elevato per il
funzionamento delle linee e' costituito dal loro riscaldamento in seguito al passaggio della corrente,
soprattutto di correnti in valore assoluto piu’ elevate del valore per cui la linea era stata
dimensionata o sovracorrenti.
Una linea di distribuzione industriale e’ solitamente realizzata in cavo, dove con cavo si intende un
conduttore composto da un’anima in materiale conduttore ed un rivestimento in materiale isolante.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.2
M. Repetto+ Gruosso
isolante
conduttore
Fig. 14.1 Cavo per la trasmissione dell’energia elettrica
Dal punto di vista termico, la parte piu’ delicata del cavo e’ costituita dal materiale isolante che,
essendo realizzato in materiale organico, non sopporta temperature molto elevate (Tmax=90°÷130°).
Superando queste temperature il cavo si danneggia e puo’ portare ad altre conseguenze provocando
danni elevati, ad esempio corto circuito, propagazione incendio alle strutture circostanti etc.. Per
ogni tipo costruttivo di cavo viene fornita una temperatura massima di esercizio.
La potenza dissipata all’interno del cavo dipende dalla sua resistenza e dalla corrente che lo
attraversa ( PJoule = RcavoI 2 ), questo calore dissipato provvede a fare aumentare la temperatura fino a
che non si raggiunge un equilibrio termico con l’ambiente circostante. Tipicamente l’aumento di
temperatura del cavo avviene con andamento esponenziale, simile al caso dei transitori del primo
ordine, e costanti di tempo dell’ordine dei minuti per valori di corrente nel cavo non troppo elevate.
Il punto di equilibrio con l’ambiente si realizza a temperature diverse in funzione dello scambio
termico: ad esempio a parita’ di potenza dissipata un cavo ventilato raggiungera’ livelli di
temperatura minori di uno chiuso in un cunicolo.
La temperatura massima di esercizio, le condizioni di scambio con l’esterno, la sezione del cavo
concorrono a determinare un valore massimo di corrente che puo’ circolare nel cavo senza
comportare pericoli. Questo valore di corrente viene definito portata del cavo.
Nel progetto di un impianto vengono pertanto scelti cavi la cui portata sia in ogni caso superiore
alla corrente nominale dell’impianto, intesa come corrente massima di progetto e dipendente dalla
potenza dei carichi da alimentare.
Stabiliti i cavi e messo in opera l’impianto ogni corrente che supera la corrente nominale crea le
condizioni di sovracorrente che possono essere dannose. Le sovracorrenti possono essere dovute
essenzialmente a due cause:
- sovraccarico: il carico a fondo linea richiede una corrente maggiore della nominale IN<I<8IN.
Questo dipende da una diminuzione dell'impedenza di carico applicata ad una linea integra
dal punto di vista elettrico;
- corto circuito: l'impedenza del carico a causa di un guasto e' esclusa dal circuito e la linea e'
chiusa solo sulla sua impedenza interna. La corrente in questo caso puo' diventare 10-20
volte la corrente nominale dando luogo a intenso riscaldamento per effetto Joule.
Fig. 14.2 Linea in condizioni di corto circuito
a) interruttori automatici
Gli interruttori automatici sono dispositivi in grado di riconoscere la condizione di sovracorrente e
di interrompere il circuito prima che questo subisca danni permanenti. Sono composti da due unita’:
Elettrotecnica s5c4rezza
-
-
14.3
M. Repetto+ Gruosso
un dispositivo per l’interruzione di forti correnti, la presenza di elementi induttivi nel
di
ragguardevoli;
circuito puo’ creare sovratensioni elevate in presenza di termini
dt
un elemento sensibile (rele’) che e’ in grado di percepire la sovracorrente e inviare il
comando di apertura del circuito. Gli elementi sensibili devono essere in grado di intervenire
tempestivamente in caso di sovracorrenti di sovraccarico o di corto-circuito.
b) interruttore termico e magnetico
In caso di sovraccarico la temperatura del conduttore aumenta in maniera graduale, dato che le
costanti di tempo termiche del sistema sono solitamente dell'ordine delle decine di secondi, e'
importante interrompere la corrente solo quando la temperatura diventa effettivamente pericolosa.
In questo modo si possono tollerare sovraccarichi temporanei e garantire la continuita' del servizio
senza interruzioni non necessarie. Per fare questo il rele’ termico agisce valutando l’energia termica
nel cavo. Considerando che la corrente di sovraccarico sia costante in valore efficace, l’energia
dissipata in un certo tempo e’ data da:
WJ = ∫ PJ dt = ∫ RI 2dt = RI 2t
(14.1)
come si puo’ vedere dalla formula, dato un certo livello di energia a cui il rele’ invia il comando di
apertura, il tempo richiesto per raggiungere questo valore dipende dal valore quadratico di corrente
che transita nel cavo.
Quando la corrente che transita nel cavo e’ molto elevata, la temperatura del sistema puo’ salire
vertiginosamente in frazioni di secondo dando luogo a fenomeni distruttivi. In questo caso il tempo
di intervento dell’interruttore termico puo’ risultare troppo lungo e si preferisce usare un rele’
magnetico che garantisce l’interruzione della corrente non appena questa supera un certo valore di
soglia.
Dato che entrambe le caratteristiche di intervento sono richieste nell’impianto, molto spesso i due
rele’ vengono combinati in un’unica apparecchiatura detta interruttore magneto-termico. La
caratteristica di intervento di un interruttore magneto-termico e’ riportata in figura.
zona di non
intervento
interruttore di
potenza
intervento
termico
rele' termico
intervento
magnetico
rele' magnetico
Fig. 14.3 Caratteristica di intervento di un interruttore magneto-termico
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14.4
M. Repetto+ Gruosso
14.3 Sicurezza elettrica delle persone
L'utilizzo dell'energia elettrica e' potenzialmente pericoloso, come testimoniano i numerosi incidenti
che avvengono sia in ambiente lavorativo che domestico. Compito della sicurezza elettrica e'
mantenere minimo il rischio di danno per le persone in caso di guasto. Al fine di definire i livelli di
pericolosita’ e le sicurezze necessarie in un impianto, e’ necessario prima definire quali siano i
rischi.
a) effetti della corrente elettrica sul corpo umano
La pericolosita’ delle corrente elettrica che attraversa un essere vivente e’ legata al fatto che gli
esseri viventi utilizzano impulsi elettrici per trasmettere i comandi dalle unita' nervose centrali e
periferiche agli organi attuatori (muscolatura). L’entita’ di queste correnti fisologiche e’ molto
piccola, dell’ordine dei µA, qualsiasi corrente di origine esterna che passi all’interno dell’organismo
crea quindi disturbi ed interazioni con le funzioni vitali dell’organismo, piu’ o meno gravi in
funzione della sua intensita’, della durata della corrente e del percorso.
I principali effetti della corrente possono essere riassunti in:
- tetanizzazione: la corrente elettrica viene interpretata dai muscoli come uno stimolo di
contrazione, se la corrente e' elevata la contrazione puo' essere spasmodica e non
controllabile dalla persona;
- asfissia: se la corrente interessa i muscoli del torace la mancanza di movimenti respiratori
puo' condurre all'asfissia;
- fibrillazione cardiaca: se la corrente interessa il muscolo cardiaco si puo' instaurare un
movimento incoerente del muscolo caridaco che non e' piu' in grado di pompare il sangue, il
fenomeno e' irreversibile anche alla rimozione della corrente;
- ustioni: il passaggio della corrente puo' creare riscaldamento per effetto Joule e quindi
ustioni anche molto profonde dato che il calore e' generato all'interno del corpo.
b) livelli normativi
In seguito a queste caratteristiche e a studi scientifici, le norme elettriche stabiliscono alcuni limiti:
- Limite di percezione: valore limite al di sotto del quale la corrente non viene percepita: 0.5
mA;
- Limite di pericolosita': valore limite al di sopra del quale la corrente puo' innescare
fenomeni fisiologici e danni irreversibili: 10 mA;
- Curva di pericolosita': relazione tempo-corrente che stabilisce la durata massima di una
corrente che non innesca fenomeni irreversibili, data da:
10
[I]=mA, [t]=s
I = 10 +
t
(14.2)
-
Impedenza del corpo umano: e' un valore variabile in funzione della frequenza e della
tensione, a 50 Hz e 230V si assume
ZU ≈ RU = 1000Ω
(14.3)
Una volta che siano stabiliti i valori massimi di corrente ed il valore di impedenza del corpo umano
si puo’ definire quale sia il valore di tensione massimo sopportabile da una persona senza incorrere
in danni permanenti. Applicando la legge di Ohm, si ottiene:
V = RU I = 1000 * 10 * 10 −3 = 10V
(14.4)
questo valore limite di tensione, molto basso rispetto ai valori di tensione presenti ad esempio in un
impianto domestico, si intende applicato direttamente alla persona. In realta', a parte casi particolari,
Elettrotecnica s5c4rezza
14.5
M. Repetto+ Gruosso
la persona ha una serie di isolamenti supplementari che ne aumentano la resistenza (calzature,
vestiario, pavimenti isolanti etc.), percio’ le norme specificano valori lievemente piu’ alti.
La tensione di contatto UL viene definita come il valore massimo di tensione, a cui puo' essere
sottoposta una persona, dato che si e’ detto questo valore dipende da eventuali resistenze
addizionali che il corpo umano presenta alla corrente, le norme specificano valori diversi in
funzione dell’ambiente in cui la persona si trova:
- in ambienti ordinari (civile, terziario), dove la persona ha solitamente un valore di resistenza
addizionale piu’ elevato:
UL = 50V
(14.5)
- in ambienti speciali, bagni, piscine, cantieri, luoghi ad uso medico etc., dove la persona puo’
venire direttamente in contatto con la tensione senza protezioni addizionali:
UL = 25V
(14.6)
Le norme specificano anche due tipi di contatto tra la persona e la tensione:
- contatto diretto: contatto con una parte nominalmente in tensione dell'impianto, ad esempio
un conduttore senza isolamento; questo contatto e' solitamente prevenuto da barriere isolanti
che dovrebbero impedire il contatto accidentale;
- contatto indiretto: contatto con una parte conduttrice normalmente non in tensione
dell'impianto; questo contatto e' causato da un difetto di isolamento delle parti in tensione
all'interno dell'apparecchiatura. Si definisce massa quindi una parte conduttrice che puo'
andare in tensione in seguito ad un difetto di isolamento.
E
+
Fig. 14.4 Parte metallica in tensione in seguito ad un difetto di isolamento
c) potenziale di terra
Le tensioni sono definite come differenze di potenziale tra due punti. Nel caso di contatti tra un
circuito ed un punto esterno e’ necessario definire un potenziale di riferimento. Il terreno circostante
un’installazione e’ in maniera minore o maggiore un materiale conduttore, percio’, in condizioni
statiche, si comporta come una superficie equipotenziale. Questo potenziale viene definito
potenziale di terra ed un punto al potenziale di terra, solitamente preso come valore di zero Volt, e’
definito dal simbolo riportato in figura.
V=0
Fig. 14.5 Simbolo di un punto a potenziale di terra
I circuiti in bassa tensione, utilizzati ad esempio nella distribuzione domestica, sono per legge messi
a terra in un punto in modo da vincolare il loro potenziale a quello della zona circostante.
Se, in caso di guasto, una corrente viene dispersa nel terreno, questa incontra una resistenza dovuta
alla resistivita' del terreno ed alle sezioni di passaggio. A questo punto, il terreno non e’ piu’
equipotenziale, dato che sussiste una caduta di tensione ohmica. Noto il valore di resistenza che la
Elettrotecnica s5c4rezza
14.6
M. Repetto+ Gruosso
corrente incontra fluendo dal punto di iniezione fino all’infinito, detto resistenza di terra, si puo’
determinare il valore di potenziale a cui si porta il punto di iniezione rispetto al potenziale di terra.
P
RT
V=0
Fig. 14.5 Collegamento di terra
VP = RT I
(14.7)
d) circuito di guasto
Come si e’ accennato in precedenza, un circuito di distribuzione e’ collegato a terra in un punto. Un
collegamento a terra dovuto ad un guasto in un altro punto, crea una maglia attraverso cui puo’
circolare corrente, come descritto in figura.
fase
E
+
neutro
terreno
Fig. 14.6 Circuito di guasto verso terra
Dal punto di vista elettrico, la corrente di guasto puo’ essere calcolata dalla LKT applicata al
sistema circuitale riportato in figura:
Elettrotecnica s5c4rezza
14.7
M. Repetto+ Gruosso
+
E
RU
RTN
RTU
V=0
Fig. 14.7 Equivalente elettrico del circuito di guasto
E
Ig =
RTN + RU + RTU
(14.8)
dove: RTN e’ la resistenza della messa a terra del circuito, solitamente trascurabile, RU e’ la
resistenza del corpo umano e RTU e’ la resistenza addizionale interposta tra il corpo umano e la
terra. Nel caso peggiore la RTU e’ nulla, ad esempio nel caso di una persona sotto la doccia, e quindi
la corrente di guasto diventa:
E
230
Ig =
=
= 0.23 A >> 10mA
RU 1000
(14.9)
questo valore di corrente molto superiore al limite di pericolosita' imposto dalle norme per le
persone, non viene interrotto dalle protezioni magnetotermiche dato che il suo valore assoluto e'
basso rispetto alla corrente nominale dell’impianto, e puo' quindi permanere nel circuito con
conseguenze letali.
e) protezione differenziale
Al fine di evitare che il guasto crei quindi danni irreparabili e' necessario identificare il circuito
affetto da guasto ed interrompere l'alimentazione prima che la corrente superi la curva di
pericolosita', pero’, come si e' gia' messo in evidenza, le correnti pericolose sono molto piccole e
quindi non si possono utilizzare le protezioni adottate per le sovracorrenti.
La protezione differenziale e’ costituita da un interruttore automatico con rele’ differenziale che
permette di identificare un circuito che, a causa di un difetto di isolamento, disperde corrente al di
fuori del circuito, Questo tipo di protezione viene anche comunemente chiamato interruttore
salvavita. La protezione, infatti, puo' essere tarata per intervenire per correnti dell'ordine delle
decine di mA e quindi puo' efficacemente prevenire i danni alle persone.
La protezione differenziale agisce in base alla considerazione che in un circuito elettricamente sano
tutta la corrente che arriva all’impianto sul filo di fase ritorna al generatore sul filo di neutro. In
caso di guasto verso terra, invece, si ha la formazione di un nodo con conseguente dispersione di
corrente nel terreno. In questo caso la corrente di fase e la corrente di neutro sono diverse e questo
e’ indice di un malfunzionamento del circuito che viene interrotto. Nei rele' differenziali
comunemente utilizzati negli impianti civili la corrente differenziale I∆ e' solitamente tarata a 30
mA. Anche se questo valore e’ superiore alla soglia di pericolosita’ di 10 mA, il tempo di intervento
dell'interruttore garantisce di essere all'interno della curva di sicurezza.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.8
M. Repetto+ Gruosso
f) impianti di terra
Il rele' differenziale permette rilevare un difetto di isolamento verso terra, ma questa indicazione ha
bisogno di una corrente che fluisca nel terreno. Se la massa dell'utilizzatore e' isolata da terra il
difetto di isolamento verso massa puo' permanere nel sistema fino a quando, accidentalmente, non
si stabilisca un collegamento a terra che fa scattare il differenziale, ad esempio una persona entra in
contatto con la massa. Un contatto deliberato di tutte le masse con la terra garantisce che:
- la protezione differenziale scatti non appena si verifica il difetto di isolamento;
- il potenziale di tutte le masse sia vincolato ad essere lo stesso e vicino a quello dell’ambiente
circostante, garantendo l’equipotenzialita’ di masse metalliche che possono essere toccate
da una persona;
- il valore di resistenza di terra sia tale da far scattare sicuramente la protezione differenziale.
L’impianto di terra e’ quindi tutto il sistema di conduttori che consente di collegare a terra le masse
dell’impianto contemporaneamente al loro collegamento alla rete elettrica. Lo schema di massima
di un impianto di terra e’ riportato in figura.
filo giallo-verde
fase
massa
neutro
masse
estraneee
collettore, nodo
principale di terra
collegamento
equipotenziale
dispersore
conduttore
di terra
pozzetto
dispersore
Fig. 14.8 Schema di principio di un impianto di terra.
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14.9
M. Repetto+ Gruosso
Tetanizzazione:
Se uno stimolo elettrico è applicato ad una muscolo, esso si contrae, per poi ritornare allo stato
di riposo. Se al primo stimolo ne segue un secondo, prima che il muscolo sia tornato allo stato
di riposo, i due effetti possono sommarsi. Più stimoli opportunamente intervallati contraggono
ripetutamente il muscolo in modo progressivo (contrazione tetanica).
La “tetanizzazione dei muscoli” è la contrazione involontaria dei muscoli interessati al
passaggio della corrente.
E’ per questo motivo che l’infortunato, se attraversato da corrente alternata, può rimanere
appiccicato alla parte in tensione; il contatto perdura nel tempo e può produrre svenimenti,
asfissia, collasso, stato di incoscienza.
Il più elevato valore di corrente per cui il soggetto è ancora capace di lasciare la presa della
parte in tensione con la quale è in contatto è la corrente di rilascio:
Donne: 10 mA (50Hz); Uomini: 15 mA (50 Hz)
Anche la corrente continua, se elevata, può produrre tetanizzazione, anche se in generale è meno
pericolosa di quella alternata.
Limiti di pericolosità
• Zona 1: nessuna reazione (al di sotto della soglia di percezione)
• Zona 2: limite di pericolosità convenzionale
• Zona 3: effetti fisiopatologici reversibili e tetanizzazione
• Zona 4: probabilità di fibrillazione ventricolare (c1:5%, c2:50%, c3:>50%)
Nel caso della corrente continua si ha un diagramma simile anche se con livelli superiori
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14.10
M. Repetto+ Gruosso
Resistenza Elettrica del Corpo Umano (2)
•I
parametri elettrici del corpo umano hanno una grossa variabilità tra gli
individui e a seconda della situazione. Per esempio l’umidità diminuisce la
resistenza della pelle. Il valore di Rb dipende dalla superficie di contatto, dalla
pressione di contatto, dalla durata e dalla tensione del contatto.
•Importanza del percorso:
Resistività del Terreno
I fattori che più influiscono sono:
•
Tipo di mezzo disperdente: valori elevati si hanno per terreni rocciosi
•
Contenuto di umidità: al suo aumentare il mezzo diventa più conduttore e
la resistività diminuisce
•
Temperatura del terreno: sopra 0 °C la resistività può essere considerata
abbastanza costante, mentre sotto tale valore, per effetto del
congelamento, aumenta di 4 – 5 volte.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.11
M. Repetto+ Gruosso
Il Potenziale del Terreno
•
Si consideri un elettrodo emisferico di raggio r0 che disperde la corrente
I in un terreno omogeneo di resistività ρ :
ρI
U=
•
2πr
La resistenza di terra è il rapporto tra la tensione assunta
dall’elettrodo e la corrente dispersa e si indica con:
Elettrotecnica s5c4rezza
14.12
M. Repetto+ Gruosso
Dispersori in Parallelo
•
Si considerino due elettrodi emisferici d’uguale raggio r0 che disperdano
la corrente I in un terreno omogeneo di resistività ρ. Ciascun elettrodo
disperderà la corrente I/2. Quando d>>r0 i due dispersori possono
considerarsi in parallelo:
Resistenza verso Terra di una Persona
•
In un contatto mano-piedi o mani-piedi la corrente fluisce attraverso il
terreno. In tal caso sono i piedi appoggiati sul terreno a fungere da
dispersori.
•
Si indica con RB la resistenza del corpo umano. In un contatto manopiedi o mani-piedi, le resistenza RB+ REB rappresenta la resistenza
della persona e del terreno fino a un punto all’infinito. REB è la
resistenza verso terra di una persona.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.13
M. Repetto+ Gruosso
Curve di Sicurezza Tensione-tempo (2)
Tensione di
contatto limite
convenzionale
Contatti Diretti e Indiretti
•
Contatti diretti (a): Contatto con una parte dell’impianto normalmente in
tensione, quale un conduttore, un morsetto, l’attacco di una lampada,
divenuti casualmente accessibili.
•
Contatti indiretti (b): Contatto di persone con una massa, ad esempio la
carcassa di un motore, o con una parte conduttrice connessa con la massa,
durante un guasto di isolamento.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.14
M. Repetto+ Gruosso
La Massa
•
E’ una parte conduttrice, facente parte dell’impianto elettrico, che può
essere toccata e che non è in tensione in condizioni ordinarie di
isolamento, ma che può andare in tensione in caso di un cedimento
dell’isolamento principale.
•
•
•
Una massa deve essere protetta contro il contatto indiretto.
•
Le parti attive sono invece tutti i conduttori o le parti conduttrici, facenti
parte di componenti elettrici e che possono essere toccate, che non sono in
tensione durante il funzionamento normale, compreso il conduttore di
neutro. Si esclude il conduttore PEN.
Esempio: carcassa di un apparecchi di illuminazione.
Dunque il contatto indiretto è quello nel quale la persona è soggetta ad
una tensione per il tramite di una massa, indipendentemente dal fatto che
la massa sia collegata o isolata da terra.
La Massa
•
E’ una parte conduttrice, facente parte dell’impianto elettrico, che può
essere toccata e che non è in tensione in condizioni ordinarie di
isolamento, ma che può andare in tensione in caso di un cedimento
dell’isolamento principale.
•
•
•
Una massa deve essere protetta contro il contatto indiretto.
•
Le parti attive sono invece tutti i conduttori o le parti conduttrici, facenti
parte di componenti elettrici e che possono essere toccate, che non sono in
tensione durante il funzionamento normale, compreso il conduttore di
neutro. Si esclude il conduttore PEN.
Esempio: carcassa di un apparecchi di illuminazione.
Dunque il contatto indiretto è quello nel quale la persona è soggetta ad
una tensione per il tramite di una massa, indipendentemente dal fatto che
la massa sia collegata o isolata da terra.
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14.15
M. Repetto+ Gruosso
Sistemi di distribuzione dell enerica elettrica
Sistema TT
•
•
Ha il neutro messo direttamente a terra e le masse collegate ad un
impianto di terra elettricamente indipendente (rete di distribuzione di BT,
230 V / 400 V; potenze installate inferiori a circa 30 kW):
Nei sistemi TT non vengono prese particolari misure per rendere innocuo
il conduttore di neutro, che deve pertanto essere considerato un conduttore
attivo a tutti gli effetti. Il conduttore PE non deve essere mai sezionabile.
Sistema TN
•
Il sistema elettrico TN ha il neutro messo direttamente a terra e le masse
dell’istallazione connesse a quel punto per mezzo del conduttore di
protezione :
•
TN-C : le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in uno stesso
conduttore (conduttore PEN, non deve mai essere sezionabile!);
•
•
TN-S: conduttori di neutro e di protezione separati;
TN-C-S : le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in
un solo conduttore e in parte separate;
Elettrotecnica s5c4rezza
14.16
M. Repetto+ Gruosso
Sistema IT
•
•
•
•
Il sistema elettrico IT ha il neutro isolato o a terra tramite un’impedenza,
mentre le masse sono collegate a terra (utilizzato quando in particolare si
vuole garantire la continuità del servizio, come negli ospedali):
La sua utilizzazione non è generalizzata, a causa dei numerosi
inconvenienti a cui può dar luogo. L’esercizio di impianti IT è soggetta a
numerose prescrizioni normative.
Contatti Indiretti nei Sistemi TT (1)
•
Circuito di guasto a terra in un apparecchio alimentato da un sistema TT:
Circuito equivalente di
Thevenin
•
La resistenza equivalente di Thevenin è il parallelo di RE con RN e risulta
trascurabile rispetto alle altre resistenze del circuito di guasto.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.17
M. Repetto+ Gruosso
Contatti Indiretti nei Sistemi TT (2)
•
Se si volesse contenere la tensione sulla massa entro il limite di sicurezza
UL dovrebbe essere verificata la condizione:
U0
RE ≤ U L
RE + RN
RE ≤
UL
UL
Uo −U L
•
La resistenza di terra del neutro RN è spesso inferiore a 1 Ω; in un sistema
trifase 230/400 V e per UL = 50 V la resistenza di terra delle masse
dovrebbe essere pertanto inferiore a ~ 0.3 Ω.
•
In un sistema TT non è pratico nè conveniente contenere la tensione sulle
masse a valori inferiori al limite UL perchè:
-occorrerebbero resistenze di terra troppo basse, difficili da ottenere;
-la sicurezza dipenderebbe dalle variazioni della resistenza di terra del
neutro, che in un sistema di distribuzione pubblica non sono note
all’utente.
•
Si ricorre quindi ai dispositivi di protezione (fusibili, interruttori
automatici o differenziali).
Contatti Indiretti nei Sistemi TN
•
In un sistema TN-S si ha il seguente circuito di guasto:
•
Applicando Thevenin ai morsetti ME si ricava (Fig. b):
•
Poichè Zeq è trascurabile rispetto a RB+REB, il contatto della persona
non altera la tensione preesistente sulla massa (Fig. c).
Eeq =
U0
Zp
Z f + Zp
Z eq =
Zf Zp
Z f + Zp
+ RN
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14.18
M. Repetto+ Gruosso
Contatti Indiretti nei Sistemi IT
•
•
•
•
•
In un sistema elettrico isolato da terra, un guasto a terra determina il
passaggio di una corrente prevalentemente capacitiva, di valore modesto,
che mantiene la tensione REId a livelli non pericolosi.
Il non dover interrompere il circuito al primo guasto a terra è la
caratteristica peculiare, e insieme il maggior vantaggio, dei sistemi IT.
Tale caratteristica è preziosa ad es. negli ospedali.
Il sistema IT non presenta alcun vantaggio nei confronti dei contatti
diretti, come viceversa alcuni fermamente credono. La corrente che fluisce
attraverso il corpo umano in caso di contatto diretto, anche se modesta, è
pur sempre molto pericolosa, tanto più quanto più esteso è l’impianto.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.19
M. Repetto+ Gruosso
Sicurezza Elettrica del Paziente in Ospedale
•Il
paziente è più vulnerabile e più esposto ai pericoli
dell’elettricità rispetto ad una persona normale.
•Alcuni apparecchi elettromedicali
utilizzano elettrodi e cateteri
che mettono il cuore del paziente in collegamento elettrico con
l’esterno. Correnti dell’ordine dei microampere possono
innescare la fibrillazione ventricolare. Limite di pericolosità=
20 µA (mille volte più piccola)- Microshock•Nel paziente “cateterizzato” tutte le linee di corrente attraversano
il muscolo cardiaco:
Misura della Resistenza dell’Anello di Guasto (1)
•Il
paziente è a contatto diretto o indiretto con numerose
apparecchiature elettromedicali e apparecchi elettrici di uso
comune.
•Correnti di dispersione
di alcuni milliampere sono ritenute del
tutto normali per gli apparecchi elettrici di uso comune. Tali
correnti, quasi impercettibili per il soggetto comune, possono
risultare viceversa mortali per il paziente.
•Il
massimo rischio elettrico si verifica in camera operatoria e
locali di anestesia, nelle sale di cateterizzazione cardiaca, nelle
unità coronariche, nei locali di cura intensiva.
•In
questi locali deve essere conseguita la massima
equipotenzialità tra tutte le masse e le masse estranee,
direttamente o indirettamente accessibili al paziente.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.20
M. Repetto+ Gruosso
Elettrobisturi (1)
•Nell’elettrobisturi si utilizza il calore che il passaggio di corrente
elettrica produce nel tessuto biologico per operare il taglio e la
coagulazione.
•Il paziente è inserito nel circuito del generatore ad alta frequenza
per mezzo di due elettrodi (elettrodo attivo e elettrodo neutro).
•Pericolo:
elettrodo di neutro con superficie di contatto
insufficiente o non omogenea.
Elettrobisturi (2)
•Se un polo del generatore è a terra e il paziente entra in contatto,
anche solo capacitivo, con una massa, il circuito si chiude, sia
attraverso l’elettrodo di neutro, sia tramite il circuito di terra
occasionale. Il contatto S può provocare un’ustione al paziente.
•Il circuito dell’elettrobisturi deve essere isolato da terra.
Elettrotecnica s5c4rezza
14.21
M. Repetto+ Gruosso
Elettrobisturi (3)
•Rimane comunque un rischio: se il chirurgo lascia infatti
l’elettrobisturi in funzione e in contatto con una massa, il paziente
venendo in contatto con un qualsiasi elemento connesso a terra
chiude il circuito e può subire profonde ustioni nei punti di
contatto occasionale.
