TECNICA DELLA SICUREZZA ELETTRICA
A.A. 2010-11
Prof. ing. STEFANO MANGIONE
Corso Di Laurea In Ingegneria Elettrica
Conoscenze prerequisite per l’insegnamento
Principi di Ingegneria Elettrica, Sistemi Elettrici per l’Energia.
Modalità di esame
L'esame finale prevede una prova orale sul programma svolto.
PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO
La normativa nel settore elettrico – Riferimenti legislativi. Legge 1.3.68 n. 186, Legge 46/90 e D.P.R. 447/91. D.M.
22/01/2008 n. 37; ambito di applicazione, soggetti abilitati, requisiti tecnico professionali, progettazione degli impianti
e documentazione di progetto, realizzazione e installazione degli impianti, adeguamento degli impianti preesistenti alla
legge 46/90, dichiarazione di conformità e allegati obbligatori, obblighi del committente o del proprietario, deposito del
progetto e della dichiarazione di conformità. Cenni sul testo unico sulla sicurezza nei luoghi di lavoro (DLgs 9/4/08, n.
81). Norme CEI. Norme internazionali IEC, CENELEC, norme armonizzate e norme europee. Direttive CEE. Direttiva
bassa tensione 73/23 e Legge 741/77Conformità alle Norme dei materiali elettrici; contrassegno CEI e marchio IMQ,
marcatura CE. Adempimenti relativi alla omologazione e alle verifiche periodiche degli impianti di terra e di protezione
contro le scariche atmosferiche e degli impianti antideflagranti (D.P.R. 462/01).
Principi generali di sicurezza – Definizioni di sicurezza, tasso di guasto e rischio. Sistemi di protezione serie e
parallelo. Affidabilità e sicurezza. Causa di forza maggiore e caso fortuito. Livello di sicurezza accettabile.
Corrente elettrica e corpo umano - Richiami di elettrofisiologia; potenziale di riposo, potenziale di azione, curva di
eccitabilità della singola cellula. Soglia di sensibilità o percezione. Effetti patofisiologici della corrente elettrica sul
corpo umano; tetanizzazione muscolare e corrente di rilascio, arresto della respirazione, fibrillazione ventricolare e
fattore di percorso, ustioni. Limiti di pericolosità della corrente elettrica. Resistenza elettrica del corpo umano; variabili
e valori. Pericolosità del percorso della corrente elettrica.
Dispersione della corrente nel terreno - Comportamento del terreno come conduttore elettrico, resistenza di terra di
un dispersore, equivalente emisferico, potenziali elettrici nel terreno, dispersori in parallelo. Resistenza verso terra di
una persona. Tensione totale di terra e tensione di contatto.
Protezione contro i contatti indiretti - Definizioni: isolamento funzionale, principale e supplementare; contatto diretto
e indiretto; massa di un apparecchio elettrico. Classificazione degli apparecchi elettrici in relazione alle misure di
protezione contro i contatti indiretti. Curva di sicurezza tensione-tempo; limiti di tensione pericolosa in relazione alla
resistenza del corpo umano e verso terra di una persona, tensione di contatto limite convenzionale. Definizione di massa
estranea. Tensione nominale e tensione nominale verso terra di un sistema elettrico. Classificazione dei sistemi elettrici
in relazione alla tensione nominale e allo stato del neutro e delle masse. Apparecchi fissi, trasportabili e mobili.
Protezione contro i contatti indiretti nei sistemi TT - Sistema TT; circuito equivalente di guasto e tensione sulle
masse. Protezione mediante dispositivi a massima corrente; coordinamento tra resistenza di terra e dispositivo di
protezione, limiti della protezione. Interruttore differenziale; principio di funzionamento, caratteristica di intervento,
prove sugli interruttori differenziali. Protezione mediante interruttori differenziali; coordinamento con la resistenza di
terra del dispersore, dispositivi di protezione in serie e in parallelo, impianto di terra comune a più utilizzatori, correnti
di dispersione, apparecchi protetti dallo stesso interruttore differenziale e impianto di terra unico. Scelta dell'interruttore
differenziale; selettività orizzontale e verticale, interruttori differenziali di tipo selettivo, interruttori differenziali
ritardati. Dispositivi toroidali. Prove sugli interruttori differenziali. Equipotenzialità e collegamenti equipotenziali.
Considerazioni sul conduttore di neutro.
Protezione contro i contatti indiretti nei sistemi TN - Sistema TN; circuito equivalente di guasto, anello di guasto,
tensione sulle masse, sicurezza all'interno degli edifici. Requisiti di sicurezza. Circuiti di distribuzione e circuiti
terminali. Tensioni trasferite e collegamento equipotenziale supplementare. Sicurezza fuori dell'area equipotenziale.
Tensioni sul neutro in condizioni anomale del circuito; tensioni che hanno origine sull'impianto di terra del neutro,
guasto a terra lato alta tensione e lato bassa tensione; tensioni che hanno origine sul conduttore di neutro. Guasto non
franco a terra. Utilizzo degli interruttori differenziali. Sistema TN e reti pubbliche di distribuzione in bassa tensione.
Confronto tra i sistemi TN e TT.
Protezione contro i contatti indiretti nei sistemi IT - Caratteristiche di un sistema IT, doppio guasto a terra, controllo
dell'isolamento verso terra. Requisiti di sicurezza nei sistemi con neutro non distribuito e in quelli con neutro
distribuito.
Protezione contro i contatti indiretti senza interruzione automatica del circuito - Protezione mediante l'impiego di
apparecchi di classe II; isolamento superficiale e in aria, comportamento di un materiale isolante in relazione al
fenomeno del tracking (CTI). Requisiti degli apparecchi di classe II, condutture in classe II. Protezione per separazione
elettrica dei circuiti; trasformatore di isolamento. Protezione per mezzo di locali non conduttori. Collegamento
equipotenziale locale non connesso a terra.
Esecuzione dell'impianto di terra - Dispersori intenzionali; corrosione dei dispersori; dimensioni minime dei
dispersori intenzionali. Dispersori di fatto, impianto di terra di fondazione. Collettore principale di terra. Sezioni
minime convenzionali dei conduttori di terra, di protezione ed equipotenziali.
Protezione contro i contatti indiretti in alta tensione - Andamento del potenziale sulla superficie del terreno;
elettrodo emisferico, elettrodo sferico profondo; metodo delle immagini. Tensioni di passo. Norma CEI 11-1; curva di
sicurezza tensione-tempo in alta tensione; tensioni di contatto e di passo ammissibili. Requisiti di sicurezza per la
protezione contro i contatti indiretti in alta tensione. Impianto di terra globale.
Dispersori a maglie: controllo del potenziale sul terreno per limitare le tensioni di contatto e di passo, influenza del lato
elementare di maglia. Metodologia generale di studio per dispersori di forma complessa sorgente lineare di corrente,
dispersore cilindrico rettilineo, applicazione del metodo delle sottoaree di Maxwell. Prestazioni dei dispersori a maglie
regolari in terreno omogeneo; valutazione a mezzo di abachi, o espressioni analitiche approssimate, delle grandezze
caratteristiche ai fini del progetto. Dispersori a maglie differenziate. Prestazioni dei dispersori a maglie con picchetti;
ripartizione della corrente di guasto a terra, criteri di scelta e posizionamento dei picchetti.
Drenaggio della corrente di guasto monofase a terra da parte di funi di guardia e guaine metalliche dei cavi; circuiti di
ritorno e dispersori ausiliari. Determinazione della corrente di terra del dispersore di una stazione.
Interferenza conduttiva tra elettrodi interrati e potenziali trasferiti; aspetti generali e fenomeni correlati, parametri
caratteristici. Metodologia generale di studio; equazioni di campo e relazioni ausiliarie, casi tipici di interferenza
conduttiva ed esempi applicativi. Provvedimenti per eliminare situazioni di pericolo dovute alle tensioni trasferite.
Simulazione dell'uomo per la valutazione delle tensioni di contatto e di passo effettive; cenni sulla misura delle tensioni
di contatto e di passo, scarti percentuali tra valori effettivi e valori a vuoto delle tensioni pericolose. Metodo di calcolo
matriciale e metodo delle equazioni globali.
Problemi di sicurezza nell'interfaccia alta-bassa tensione - Messa a terra delle masse delle apparecchiature AT e di
quelle di bassa tensione; messa a terra del neutro del sistema di bassa tensione.
Protezione contro i contatti diretti - Misure di protezione totali; isolamento, involucri e barriere, gradi di protezione
del materiale elettrico contro la penetrazione di corpi estranei e contro la penetrazione di liquidi. Misure di protezione
parziali. Protezione per limitazione della carica elettrica e della corrente. Protezione contro i contatti diretti mediante
interruttori differenziali; limiti protettivi intrinseci alla caratteristica di intervento, limiti protettivi in particolari
condizioni circuitali: contatto bipolare, correnti di dispersione, corto circuito dell'avvolgimento di neutro.
Comportamento degli interruttori differenziali nei confronti di componenti continue verso terra. Dispositivi di prova e
di regolazione degli interruttori differenziali.
Sistemi a tensione ridotta - Sistemi a bassissima tensione di sicurezza (SELV) e a bassissima tensione di protezione
(PELV). Apparecchi di classe III e requisiti di sicurezza. Sistemi a bassissima tensione funzionale (FELV). Protezione
contro i contatti diretti e indiretti.
Applicazione delle misure di protezione contro i contatti diretti e indiretti - Considerazioni sul rischio relativo ai
contatti diretti e indiretti e sui limiti delle tensioni di sicurezza, sulla classificazione degli apparecchi e sul divieto di
collegare a terra apparecchi di classe II. Condizioni ambientali di maggiore rischio elettrico. Luoghi a maggiore rischio
elettrico; luoghi conduttori ristretti, locali contenenti bagni o docce, piscine. Impianti elettrici nei cantieri di costruzione
e demolizione; prescrizioni di sicurezza, quadri AS e quadri ANS, quadri ASC per cantieri, prese a spina, cavi flessibili,
linee elettriche esterne. Gruppi elettrogeni; protezione contro i contatti indiretti. Messa a terra di apparecchi elettronici.
Sicurezza elettrica del paziente in ospedale - Paziente con il cuore in collegamento elettrico con l'esterno;
microshock. Locali per chirurgia; nodo equipotenziale e trasformatore di isolamento, masse estranee. Classificazione
dei locali adibiti ad uso medico e sistemi di protezione contro i contatti indiretti.
Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione e/o di incendio – Definizioni: atmosfera esplosiva, energia
minima di accensione, temperatura di accensione, limiti di infiammabilità e temperatura d'infiammabilità. Classe dei
luoghi con pericolo di esplosione. Luoghi pericolosi per la presenza di gas o vapori:; gradi di emissione, grado e
disponibilità della ventilazione, tipo ed estensione delle zone pericolose. Luoghi pericolosi per la presenza di polveri
infiammabili.; centri di pericolo. Luoghi pericolosi per la presenza di sostanze esplosive. Direttiva 94/9/CE (Atex);
classificazione degli apparecchi destinati ad essere utilizzati nei luoghi con pericolo di esplosione.
Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive; modi di protezione e componenti Ex. Impianti elettrici a sicurezza;
prescrizioni generali e tipi di impianto. Luoghi a maggior rischio in caso di incendio; classificazione dei cavi in
relazione al comportamento nei confronti dell'incendio.
Protezione delle strutture contro i fulmini - Formazione di un temporale e formazione del fulmine. Tipi di fulmine;
fulmini discendenti e ascendenti, positivi e negativi. Forma d'onda della corrente di fulmine; correnti ad impulso e
correnti continuative. Livello ceraunico. Probabilità di fulminazione di una struttura; area di captazione e raggio di
captazione. Obblighi di legge riguardanti la protezione delle strutture contro i fulmini; D.P.R. 547/55, edifici scolastici.
Fulminazione diretta e indiretta. Danni causati da fulminazioni dirette e indirette. Norma CEI 81-10 per la protezione
contro i fulmini; livelli di protezione ed efficacia della protezione, parametri della corrente di fulmine. Captatori; metodi
di posizionamento dei captatori: metodo dell'angolo di protezione, metodo della sfera rotolante, metodo della maglia.
Calate; posizionamento delle calate. Dispersore; tipi di dispersore. Applicazione della Norma CEI 81-10; criteri di
protezione, volume da proteggere, individuazione del danno da fulmine. Valutazione del rischio; componenti di rischio
frequenza di fulminazione tollerabile. Calcolo della probabilità di fulminazione; densità di fulminazione al suolo,
coefficiente ambientale, area di raccolta di una struttura isolata. Scelta del livello di protezione. Caratteristiche dell'LPS
esterno ed interno. LPS interno e fulminazioni dirette. LPS interno e fulminazioni indirette; misure di protezione.
Componenti naturali di un LPS.
ESERCITAZIONI
- Redazione della Dichiarazione di Conformità e degli allegati obbligatori, ai sensi del DM 37/08.
- Scelta della configurazione del dispersore di terra di una cabina primaria.
- Applicazione della Norma CEI 81-10 per la protezione delle strutture contro i fulmini.
TESTI SUGGERITI E AUSILI DIDATTICI
- V. Carrescia: "Fondamenti di Sicurezza Elettrica" - Edizioni TNE, Torino.
- Dispensa del docente.
- Norme CEI.
