Valutazione e mitigazione del rischio elettrico da Arc Flash negli impianti elettrici in corrente alternata e in corrente continua

Sezione Toscana e Umbria
Valutazione e mitigazione del rischio elettrico da Arc Flash negli impianti elettrici in
corrente alternata e in corrente continua
Prof. Ing. Pietro Antonio SCARPINO, Ph.D
Libero Professionista e Docente di Impianti Elettrici - Università degli Studi di Firenze
Presidente AEIT sez. Toscana e Umbria - Membro del CT 205 del CEI
Membro UNI del CT023/GL3 «Illuminazione di sicurezza negli edifici»
BASI LEGISLATIVE
BASI LEGISLATIVE
BASI LEGISLATIVE
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D.Lgs 81/2008
(Integrato con il D.Lgs n. 106/2009)
TITOLO III – CAPO III
“IMPIANTI E APPARECCHIATURE ELETTRICHE”
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D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 80 “Obblighi del Datore di Lavoro”
1. Il datore di lavoro prende le misure necessarie affinché i lavoratori siano
salvaguardati da tutti i rischi di natura elettrica connessi all’impiego dei materiali,
delle apparecchiature e degli impianti elettrici messi a loro disposizione ed, in
particolare, da quelli derivanti da:
a) contatti elettrici diretti;
b) contatti elettrici indiretti;
c) innesco e propagazione di incendi e di ustioni dovuti a sovratemperature
archi elettrici e radiazioni;
pericolose,
d) innesco di esplosioni; (art. 85 D.Lgs 81/2008)
e) fulminazione diretta e indiretta; (art. 84 D.Lgs 81/2008)
f) sovratensioni; (art. 84 D.Lgs 81/2008)
g) altre condizioni di guasto regionevolmente prevedibili
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D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 80 “Obblighi del Datore di Lavoro”
2. A tal fine il datore di lavoro esegue una valutazione dei rischi di cui al precedente
comma 1, tenendo in considerazione:
a) le condizioni e le caratteristiche specifiche del lavoro, ivi comprese eventuali
interferenze;
b) i rischi presenti nell’ambiente di lavoro;
c) tutte le condizioni di esercizio prevedibili.
Nota (sanzioni mancato adempimento art. 80)
Art. 87 comma 1: il datore di lavoro è punito con arresto da 3 a 6 mesi o
ammenda da € 2.740 a € 7.014;
Art. 87 comma 2 e): il datore di lavoro e il dirigente sono puniti con arresto da 3 a 6 mesi
o ammenda da € 2.740 a € 7.014;
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D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 80 “Obblighi del Datore di Lavoro”
3. A seguito della valutazione del rischio elettrico il datore di lavoro adotta le
misure tecniche ed organizzative necessarie ad eliminare o ridurre al minimo i
individuare i dispositivi di
pretezione collettivi ed individuali necessari
alla conduzione in sicurezza del lavoro ed a
predisporre le procedure di uso e
manutenzione atte a garantire nel tempo la permanenza del livello
rischi presenti, ad
di sicurezza raggiunto con l’adozione delle misure di cui al comma 1.
Nota (sanzioni mancato adempimento art. 80)
Art. 87 comma 3 d): il datore di lavoro e il dirigente sono puniti con la pena dell’arresto da 2
a 4 mesi o ammenda da € 1.096 a € 5.260,80;
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D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 80 “Obblighi del Datore di Lavoro”
4.Il datore di lavoro prende, altresì, le misure necessarie
affinchè le procedure di uso e manutenzione di cui al
comma 3 siano predisposte e attuate tenendo conto delle
disposizioni legislative vigenti, delle indicazioni contenute
nei manuali d’uso e manutenzione delle apparecchiature
ricadenti nelle direttive specifiche di prodotto e di quelle
indicate nelle pertinenti norme tecniche.
Nota (sanzioni mancato adempimento art. 80)
Art. 87 comma 3 d): il datore di lavoro e il dirigente sono puniti con la pena dell’arresto da 2
a 4 mesi o ammenda da € 1.096 a € 5.260,80;
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La legge più bella che sia mai stata scritta!!!!!!
D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 81 “Requisiti di sicurezza”
1. Tutti i materiali, i macchinari e le apparecchiature, nonché le installazioni e gli
impianti elettrici ed elettronici devono essere
costruiti a regola d’arte.
progettati, realizzati e
2. Ferme restando le disposizioni legislative e regolamentari di recepimento delle
direttive comunitarie di prodotto, i materiali, i macchinari, le apparecchiature, le
installazioni e gli impianti di cui al comma precedente, si considerano costruiti a
regola d’arte se sono realizzati secondo le pertinenti norme tecniche.
Articoli simili agli articoli 1 e 2 della Legge n. 186/68
D.Lgs 81/2008 TITOLO III – CAPO III
Art. 80 “Obblighi del Datore di Lavoro”
Art. 81 “Requisiti di sicurezza”
Art. 82 “Lavori sotto tensione”
Art. 83 “Lavori in prossimità di parte attive”
Art. 84 “Protezione dai fulmini”
Art. 85 “Protezione di edifici, impianti strutture e attrezzature”
Art. 86 “Verifiche e controlli”
Art. 87 “Sanzioni”
Sicurezza e Rischio Elettrico
Per il
Lavoratore
Contatti Diretti
SHOCK
ELETTRICO
Contatti Indiretti
Archi Elettrici e
Radiazioni (Arc Flash)
(Rischio che riguarda
principalmente i lavori elettrici)
USTIONI
Incendio
Per L’Attività
Esplosione
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Approccio alla valutazione dei rischi
Matrice del Rischio
(P*)
R*= P*x D*
Altamente
probabile
4
8
12
16
probabile
3
6
9
12
Poco
probabile
2
4
6
8
improbabile
1
2
3
4
Lieve
Medio
Grave
gravissimo
Scala dell’indice del Danno (D*)
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Approccio alla valutazione dei rischi
Indici di
Probabilità P*
Valutazione del Rischio
Altamente
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Inaccettabile
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Inaccettabile
Poco
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Poco
Tollerabile
improbabile
Accettabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Lieve
Medio
Grave
gravissimo
Scala dell’indice del Danno (D*)
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Approccio alla valutazione dei rischi
Matrice dell’indice di Rischio R*: R*=P*•D*
Criteri per definire priorità e programmazione degli interventi di protezione e di
prevenzione da adottare
R*
R*
R*
R*
Rischio Inaccettabile
Azioni correttive indilazionabili
Rischio Poco Tollerabile
Azioni correttive necessarie da programmare con
urgenza
Rischio Tollerabile
Azioni correttive/migliorative da programmare nel
breve-medio termine
Rischio Accettabile
Azioni migliorative da valutare in fase di
programmazione
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Approccio alla valutazione dei rischi
Locali contenenti Bagni o docce: Norma CEI 64-8 sez. 701
Zona 0: Selv (12Va.c. – 30Vd.c.)
Zona 1: Selv (25Va.c – 60 Vd.c.)
Zona 2: Selv (50 Va.c. – 120 Vd.c. + Idn 30mA)
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Approccio alla valutazione dei rischi
Locali contenenti Bagni o docce: Norma CEI 64-8 sez. 701
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Approccio alla valutazione dei rischi
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Approccio alla valutazione dei rischi
Locali contenenti Bagni o docce: Norma CEI 64-8 sez. 701
(P*)
Altamente
probabile
4
8
12
16
probabile
3
6
9
12
Poco
probabile
2
4
6
8
improbabile
1
2
3
4
Lieve
Medio
Grave
gravissimo
Scala dell’indice del Danno (D*)
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Approccio alla valutazione dei rischi
Indici di
Probabilità P*
Valutazione del Rischio
Altamente
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Inaccettabile
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Inaccettabile
Poco
probabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Poco
Tollerabile
improbabile
Accettabile
Accettabile
Tollerabile
Poco
Tollerabile
Lieve
Medio
Grave
gravissimo
Scala dell’indice del Danno (D*)
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Approccio alla valutazione dei rischi
Locali contenenti Bagni o docce: Norma CEI 64-8 sez. 701
P*
Altamente
probabile
4
8
12
16
probabile
3
6
9
12
Poco
probabile
2
4
6
8
improbabile
1
2
3
4
Lieve
Medio
Grave
Gravissimo
Scala dell’indice del Danno (D*)
120 cm
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Norma CEI 64-8 V3 «cap. 42» Protezione contro gli effetti termici
Sezione 422 – Protezione contro gli incendi
articolo 422.7
Nei luoghi a maggior rischio in caso di incendio di cui alla Sezione 751
e nei luoghi soggetti a vincolo artistico/monumentale e/o destinati alla
custodia di beni insostituibili devono essere adottati provvedimenti
contro il pericolo di «guasto serie».
NOTA
Per guasto serie si intende un qualunque tipo di guasto in serie al circuito che può essere in
grado di innescare un incendio per la generazione di elevate temperature e/o scintille e/o archi.
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Rischio Elettrico
Norma CEI 64-8 V3 «cap. 42» Protezione contro gli effetti termici
Sezione 422 – Protezione contro gli incendi
continua …articolo 422.7
A tale scopo, è possibile procedere ad esempio all’adozione di una
delle seguenti misure:
• Installazione di dispositivi in grado di rilevare gli effetti di un guasto
serie (temperatura e/o luce), attivare un allarme ed eventualmente un
intervento di protezione in modo automatico o manuale……. «AFDDs
Arc Fault Detection Devices»;
• Procedure di verifiche e manutenzione periodiche e programmate.
Per i circuiti in corrente alternata, l’utilizzo di dispositivi AFDD costituisce
una misura adeguata per la protezione dai guasti serie in accordo con la
norma di prodotto CEI EN 62206.
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Norma CEI 64-8 V3 «cap. 42» Protezione contro gli effetti termici
Sezione 422 – Protezione contro gli incendi
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Norma CEI 64-8 V3 «cap. 42» Protezione contro gli effetti termici
Sezione 422 – Protezione contro gli incendi
Protezione da
guasto serie
AFDD
ARC FAULT DETECTION DEVICES
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Combinazione per le protezioni da guasti serie e parelleli
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Combinazione per le protezioni da guasti serie e parelleli
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Esempio di guasto serie
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Esempio di guasto serie
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Arco Serie - Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
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Arco Serie: Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
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Arco Serie: Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
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Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
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Arco Serie: Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
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3
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Arco Serie: Impianto Fotovoltaico 200kW Prato (Luglio 2011)
Rischio dovuto ad archi elettrici e radiazione: ARC FLASH
(Lavori Elettrici sotto tensione o in prossimità di parti attive)
(CEI 11-27 – CEI EN 50110-1 – OSHA -NFPA 70E)
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Ci sono Archi e Archi…
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Ci sono Archi e Archi…
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Ci sono Archi e Archi…
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Ci sono Archi e Archi…
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Ci sono Archi e Archi…
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Ci sono Archi e Archi, ma la stupidità non ha limiti
Arc Flash nei cantieri edili
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LAVORI ELETTRICI
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LAVORI ELETTRICI
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ESERCIZIO DEGLI IMPIANTI EL.– CEI EN 50110 ALL. B
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ESERCIZIO DEGLI IMPIANTI EL.– CEI EN 50110 ALL. B
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Arc Flash
Cortocircuito
Arco metallico
A
B
Arco Elettrico
A
B
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Arc Flash
19.000,00 °C
(Tre quattro volte la
temperatura sulla
Superficie del sole)
Proiezione di
materiale fuso
Onde sonore ad
Altissima pressione
e rumore fino a 160 dB
passaggio del rame
dallo stato solido a
vapore e viceversa
per circa 67000 volte
con conseguente
sviluppo di gas
tossici
Proiezione
di materiale
incandescente
Aria calda in rapida espansione
Flash ad altissima
Intensità luminosa
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50
Arc Flash
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51
Arc Flash
Arc Flash
Arc Flash nei cantieri edili
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Arc Flash
L’Arc Flash produce quindi energia
radiante incidente altamente
concentrata la quale può causare seri
danni ad eventuali lavoratori che ne
vengono investiti.
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Rischio Elettrico Dovuto a Arc Flash
L’energia generata dall’arco elettrico può essere fino a tre quattro
volte superiore a quella di una forte FIAMMATA improvvisa che si
sviluppa in brevissimo tempo (qualche secondo).
E’ proprio questa concentrazione di energia che si sviluppa in
brevissimo tempo che può avere effetti fatali sui lavoratori che si
trovano nelle vicinanze dove avviene il fenomeno.
La fiammata è visibile a causa delle fiamme, e l’energia termica è
per il 50% circa di tipo convettivo (le fiamme) e per il restante 50%
radiante.
Nel caso di un arco elettrico, l’energia radiante può raggiungere il
90% e si possono quindi avere ustioni anche se l’evento è
accompagnato da poca o da nessuna fiamma.
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Arc Flash
Altre cause di Arc Flash, non meno importanti dal cortocircuito, possono
essere dovute a:
1.
polvere o impurità che si depositano sulle superfici delle parti attive, con
conseguente riduzione della resistenza di isolamento tra queste e/o verso
terra e conseguente Arc Flash dovuto alla circolazione di correnti di
sovraccarico oppure dovuto a sovratensioni;
2.
corrosione di alcuni parti di un’apparecchiatura, normalmente alimentata,
oppure dei terminali dei conduttori. La corrosione indebolisce i contatti
dando origine ad un processo di corrosione e/o ossidazione con
conseguente scintillazione e guasti dovuti ad archi tra conduttori attivi e tra
questi e la terra;
3.
contatti accidentali tra parti attive, dovuti ad esempio alla caduta di attrezzi
e/o utensili da lavoro su sbarre, terminali, barratura di quadri elettrici, ecc.,
normalmente in tensione;
4.
sovratensioni; specialmente in spazi ristretti oppure all’interno di quadri
elettrici. Una sovratensione può creare un Arc Flash tra parti attive molto
vicine fra loro.
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57
Effetti dell’Arc Flash sul corpo umano
Ustioni
Lesioni legati alla proiezione
di materiale incandescente e
materiale fuso
Effetti dell’Arc Flash
Danni all’udito
Inalazione di gas
tossici
Danni permanenti
agli occhi
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58
Effetti dell’Arc Flash: USTIONI
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59
Effetti dell’Arc Flash: USTIONI
Ustioni di 1°:
provocano dolore, la cute diventa rossa ma non si
ha la formazione di pustole 36,5°C – 45°C.
Ustioni di 2°:
causano pustole alla cute ma l’epidermide può
rigenerarsi; oltre i 50°C il danno alla cute è 100
volte più rapido.
Ustioni di 3°:
provocano un degrado completo dell’epidermide e
la cute non può rigenerarsi, a 72°C la cute subisce
una distruzione completa.
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60
Arc Flash
61
Arc Flash
62
Arc Flash
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63
Arc Flash
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64
Arc Flash
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Arc Flash
Infortunio sul lavoro Bologna, operaio folgorato
L'incidente è avvenuto in un capannone della zona industriale di Casalecchio. Ferito
un bolognese di 44 anni
10 ottobre 2018
Bologna, 10 ottobre 2018 - Un uomo è rimasto ferito questa mattina intorno
alle 11 in un grave infortunio sul lavoro avvenuto nella zona industriale di
Casalecchio. L'incidente è avvenuto all'interno del capannone di una
concessionaria, al momento chiusa per lavori in corso. Pare che proprio
durante i lavori, un uomo di 44 anni, residente a Bologna, sia stato colpito da
una scarica elettrica.
Dalla prima ricostruzione l'operaio stava intervenendo su una cabina elettrica
quando è rimasto folgorato. Soccorso dai colleghi e poi dal 118, le sue
condizioni in un primo momento sembravano critiche ed è stato portato in
ospedale con 'codice rosso', ossia con l'indicazione di massima gravità. I
medici del Maggiore lo hanno poi giudicato fuori pericolo: a quanto risulta ha
riportato ustioni a un braccio. Sono intervenuti anche i carabinieri di
Casalecchio che stanno interrogando colleghi e responsabili per capire cosa
sia successo.
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Firenze 2016 – Struttura Strategica
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67
Firenze 2016 – Struttura Strategica
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68
Firenze 2016 – Struttura Strategica
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Normativa
Arc Flash
Italiana
– Anonimo
e Europea
Firenze
sui Lavori
(2015)
Elettrici
Analisi di un incidente (caso reale)
• Una nota azienda, si organizza per effettuare una serie di prove di
funzionamento fuori linea di un gruppo elettrogeno di potenza 500
kVA, e poiché non è consentito esercire l’impianto senza
l’alimentazione di emergenza, provvede all’inserimento in linea di un
gruppo elettrogeno provvisorio della stessa potenza.
• L’elettricista della ditta di manutenzione impianto, si accinge quindi a
scollegare i cavi provenienti dal GE/fisso dalla sezione del Power
Center interessato e a collegare i cavi nella stessa sezione del
GE/provv.
• La barratura del Power Center è in basso, non correttamente protetta
e durante le operazioni di scollegamento del cavo, all’elettricista gli
cade la chiave sulla barratura provocando un Arc Flash in cabina
MT/bt.
• Fortunatamente nonostante la tremenda fiammata l’elettricista non ha
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riportato danni anche se completamente sprovvisto di DPI.
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NormativaArc
Italiana
Flash e– Europea
Anonimosui
Firenze
Lavori Elettrici
Analisi di un incidente
• Nell’esecuzione delle operazioni non sono state rispettate le
procedure per l’esecuzione di lavori in prossimità di parti attive in
conformità alla CEI 11-27;
• Non è stato redatto né il piano di lavoro né il piano di intervento;
• A nessuno era chiara la figura del Responsabile dei Lavori (R.I.)
• Il Preposto ai Lavori che eseguiva i lavori, nonostante avesse la
nomina di PES+Idoneità per il lavori sotto tensione in bt, ha violato
tutte le procedure e non era dotato di DPI e di attrezzi isolati e di
vestiario idoneo all’arco.
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Arc Flash – Anonimo Firenze
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Arc Flash – Anonimo Firenze
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Arc Flash – Anonimo Firenze
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Arc Flash – Anonimo Firenze
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Arc Flash Analysis
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Analisi di Arc Flash
Arc Flash A.C.
1584-2002
ARC FLASH
Arc Flash D.C.
MATODO DI
Daniel DOAN
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Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety
Requirements for Employee Workplaces”
IEEE – Istitute of Electrical and Electronics Engeneers
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard
Calculations”
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Analisi di Arc Flash
Valore dell’Energia radiante Ec Categoria di Rischio
calcolata in [cal/cm2]
Categoria DPI
0<Ec≤1,2
0
0
1,2<Ec≤4
1
1
4<Ec≤8
2
2
8<Ec≤25
3
3
25<Ec≤40
4
4
Ec>40
Non esistono protezioni da Arc Flash
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Arc Flash: Distanza di Confine
Lo Standard NFPA 70E, definisce la distanza di confine come la
distanza dal punto in cui si verifica l’arc flash ed alla quale
sicuramente non si hanno ustioni fatali (3°) e con una probabilità del
50% che si possano verificare ustioni di 2°. Se l’energia radiata riduce
a 1,2 cal/cm2 non necessitano DPI per Arc Flash.
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Aree di Pericolo – NFPA 70E
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety Requirements for Employee
Workplaces”
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Aree di Pericolo – NFPA 70E
Analogia tra NFPA 70E e Norma CEI 11-27
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Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety Requirements
for Employee Workplaces”
Calcolo della distanza limite di pericolo (Dc) entro la quale deve
essere fatta la valutazione del rischio elettrico dovuto ad Arc Flash.
Dc  (2, 65  Acc 3 F  t )  30, 48
[cm]
( Con Acc3F espresso in MVA)
Dc  (2, 65  3  Vn  I cc 3 F  t )  30, 48
[cm]
Alla distanza Dc calcolata si ha un ustione curabile (Ustione di 2° grado)
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety Requirements for
Employee Workplaces”
La distanza alla quala si verificano ustioni fatali è calcolabile con la relazione:
DF  (1,96  Acc 3 F  t )  30, 48  0,86 Dc
( Con Acc3F espresso in MVA)
DF
DC
[cm]
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety Requirements
for Employee Workplaces”
Se consideriamo invece della Acc3F la potenza apparente nominale, possiamo
scrivere:
An
An
Dc  (2, 65 
100  t )  30, 48  (2, 65 
100  t )  30, 48 [cm]
zcc %
vcc %
( Con An espresso in MVA)
Se la potenza apparente nominale del trasformatore e maggiore di 630kVA
An
Dc  (2, 65 1, 25 
100  t )  30, 48
vcc %
[cm]
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
National Fire Protection Associations
NFPA - 70E “Standard for Electrical Safety Requirements for
Employee Workplaces”
in aria (in sistemi elettrici con V≤0,6kV):
E  5271  ( D ) 1,9593  texp  (0, 0016  I cc3 F 2  0, 0076  I cc 3 F  0,8938)
[cal/cm2]
METODO DI RALPH LEE (1988)
in aria (in sistemi elettrici con V>0,6kV):
E  793  ( D ) 2  t  V  I cc 3 F
[cal/cm2]
D rappresenta la distanza di lavoro dagli elettrodi attivi espressi in “inches (pollici:
1”= 2,54cm e 12”= 1 ft)
6
8
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE – Istitute of Electrical and Electronics Engeneers
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard
Calculations”
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Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
Per Sistemi Elettrici con V < 1 kV – Icc=700A - 106kA
log10 I arc  K A  0, 662  log10 I cc 3 F  0, 0966 V  0, 000526  G 
0,5588 V  log10 I cc3 F  0, 00304  G  log10 I cc 3 F
I arc  10 log10 ( I arc )
G è la distanza misurata in [mm] tra gli elettrodi o tra i conduttori dove si sviluppa l’arco
KA
= -0,153 in aria aperta
K A = -0,097 al chiuso;
I cc 3 F
è la corrente di cortocircuito trifase in [kA] nel punto di valutazione;
V è la tensione concatenata
nominale del sistema elettrico misurata in [kV];
[kA]
[kA]
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
Per Sistemi Elettrici con V  1 kV
log10 I arc  0, 00402  0,983  log10 I cc 3 F
I arc  10 log10 ( I arc )
I cc 3 F
è la corrente di cortocircuito trifase in [kA] nel punto di valutazione;
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[kA]
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
log10 En  K1  K 2  1, 0811  log10 I arc  0, 0011  G
En  10log10 ( En )
[J/cm2]
Energia normalizzata a t=0,2s e alla distanza di lavoro pari a 610 mm.
K1 = -0,792 in aria aperta e
K1 = -0,555 al chiuso;
K 2 = 0 per sistemi elettrici con distribuzione di tipo TT e TN;
K 2 = -0,113 per sistemi elettrici con distribuzione IT.;
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Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
Per tensioni nominali inferiori a 15 kV
 t   610 

E  C f  En  


0,
2
D


 
x
[cal/cm2]
Cf è un fattore di calcolo che vale 1,5 per sistemi con tensioni nominali inferiori a 1 kV e 1 per sistemi
con Vn> 1 kV;
x: è una fattore distanza, tabulato che dipende dalla tensione e dalla distanza tra gli elettrodi
o tra i conduttori dove si sviluppa l’arco:
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
System Voltage
[kV]
Equipment Type
Typical gap “G” between
conductors [mm]
Distance x Factor
0,208 - 1
Open Air
Switchgear
MCC ad panels
Cable
10-40
32
25
13
2,00
1,473
1,641
2,00
> 1 - 5
Open Air
Switchgear
Cable
102
13-102
13
2,00
0,973
2,00
> 5 - 15
Open Air
Switchgear
Cable
13-153
153
13
2,00
0,973
2,00
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
IEEE 1584-2002 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”
DB è la distanza di confine, cioè quella distanza dove l’energia radiante emessa
dall’Arc Flash assume il valore di 1,2 cal/cmq
Per tensioni nominali non superiori a 15 kV (EB=1,2cal/cmq)

 t   610 
DB  C f  En  



E
0,
2


  B 
x



1
x
[mm]
Per tensioni nominali superiori a 15 kV (Metodo di Lee) con EB=1,2 cal/cmq
 t 
DB  5,12  x 10  V  I cc 3 F  

E
 B
5
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[mm]
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Si misurano le correnti di
cortocircuito
Si calcola la distanza di
confine oltre la quale non si
hanno effetti significativi di
Arc Flash
Si calcola l’Energia Radiata in
cal./cm2 con uno degli
standard visti
NFPA 70E ; IEEE 1584
Si confronta l’Energia
Radiata calcolata con la
tabella vista, dalla quale ne
consegue immediatamente
la categoria di rischio e la
categoria di DPI associata.
94
DPI per Arc Flash
95
PROCEDURE E MISURE (CEI 11-27)
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96
DPI per la protezione da Arc Flash
La normativa di riferimento sugli indumenti per la protezione da Arc Flash in campo
internazionale è la seguente:
•IEC 61482-1-1 “metodo di prova – determinazione dell’ATPV Arc
Thermal Performance Value (metodo americano)”
• IEC 61482-2 “indumenti di protezione contro gli effetti termici
dell’arco elettrico – requisiti dell’indumento”
• CEI EN 61482-1-2
“metodo di prova – determinazione delle classi di
protezione dall’arco elettrico di materiale e
indumento usando il metodo dell’arco forzato e
diretto – box test (metodo europeo)”
97
DPI per la protezione da Arc Flash
CEI EN 61482-1-2
“metodo di prova – determinazione delle classi di
protezione dall’arco elettrico di materiale e
indumento usando il metodo dell’arco forzato e
diretto – box test (metodo europeo)”
DPI di III
categoria (rischi
mortali)
(D.Lgs 475/92)
Corrente
prova [kA]
di
Tensione di prova in
corrente alternata [V]
Durata
[ms]
d’arco
Classe 1
4
400
500
Classe 2
7
400
500
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98
DPI per la protezione da Arc Flash
IEC 61482-2
IEC 61482-1-1
“indumenti di protezione contro gli effetti termici dell’arco
elettrico – requisiti dell’indumento”
“metodo di prova – determinazione dell’ATPV arc thermal
performance value
Energia
incidente
[cal/cm2]
Classificazione
dell’abbigliamento
Indumenti – Resistenti
alla Fiamma
Peso [g/m2]
Livello di protezione da
ustioni di 2° grado
ATPV [cal/cm2]
0-2
0
Non FR(1 strato)
150 - 240
N/A
2-5
1
Camicia e Pantaloni FR
150 - 270
5-7
5-8
2A
Indumenti intimi non FR
+ camicia e pantalone
FR
300 - 400
8- 18
8-16
2B
Indumenti intimi non FR
+ camicia e pantalone
FR+Tuta FR
340 - 480
16- 22
16-25
3
Indumenti intimi non FR
+ camicia e pantalone
FR + tuta FR
540 - 680
25-50
25-40
4
Indumenti intimi non FR
+ camicia e pantalone
FR + cappotto a doppio
strato
800 - 1000
40 - >60
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99
DPI per Arc Flash
100
Arc Flash
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101
Arc Flash
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102
DPI per Arc Flash
103
DPI per Arc Flash
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104
DPI per Arc Flash
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105
DPI per la protezione da Arc Flash
Collaudatori e Verificatori – CEI EN 50110-1 (all. B6)
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106
A.C. Arc Flash Analysis: a new derivation method
P.A. Scarpino, A. Reatti, F. Grasso
Department of Information Engineering
University of Florence
Florence, Italy
[email protected], [email protected], [email protected]
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P.A. Scarpino – A. Reatti – F. Grasso
107
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Arc-flash Hazard Evaluation for a
An = 400 kVA transformer with a 400 V.
D
Es_NFPA70E
Es,D
Hazard Class
0
1
2
3
3
[cm]
[cal./cm2]
[cal./cm2]
50
30
20
15
10
0.89
2.43
5.37
9.44
20.90
0.84
2.33
5.25
9.34
21.01
= 31.34 [cm];
Arc-flash Hazard Evaluation for a
An = 630 kVA transformer with a 400 V.
= 31.38 [cm]
Es,D
Hazard Class
[cm]
[cal./cm2]
[cal./cm2]
50
1.06
0.97
1
30
2.87
2.70
1
20
6.36
6.07
2
15
11.17
10.78
3
10
24.73
24.27
3
D
Es_NFPA70E
= 39.34 [cm];
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= 39.38 [cm]
108
Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Arc-flash Hazard Evaluation for a
An = 800 kVA transformer with a 400 V.
D
Es_NFPA70E
Hazard Class
Es,D
[cm]
[cal./cm2]
[cal./cm2]
50
30
20
15
10
1.23
3.36
7.44
13.06
28.91
1.15
3.21
7.21
12.82
28.85
= 44.33[cm];
0
1
2
3
4
= 44.38 [cm]
Arc-flash Hazard Evaluation for a
An = 1600 kVA transformer with a 400
V.
Hazard Class
D
Es_NFPA70E
Es,D
[cm]
[cal./cm2]
[cal./cm2]
50
2.74
2.70
1
30
7.45
7.49
2
20
16.49
16.86
3
15
28.97
29.97
4
= 62.69 [cm];
= 62.76 [cm]
109
Tecniche di Mitigazione
Rischio Elettrico da Arc Flash
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110
AltreTecniche di Mitigazione:protezioni attive da Arc Flash
L’Energia radiata, dovuta ad Arc Flash, dipende da:
• tempo di esposizione all’arco (coincidente con il
tempo di apertura delle protezioni magnetiche;
• Tensione nominale;
• Corrente di cortocircuito trifase nel punto di
emissione;
• Distanza di esposizione alla quale si trova l’operatore.
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111
AltreTecniche di Mitigazione:protezioni attive da Arc Flash
Interruttori Limitatori
Gli interruttori limitatori sono in grado di interrompere
la corrente prima del passaggio per lo zero, impedendole
comunque di raggiungere il picco.
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112
Tecniche di Mitigazione: protezioni attive da Arc Flash
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113
Tecniche di Mitigazione: protezioni attive da Arc Flash
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114
Tecniche di Mitigazione: protezioni attive da Arc Flah
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115
Tecniche di Mitigazione: protezioni attive da Arc Flash
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116
Tecniche di Mitigazione: protezioni attive da Arc Flash
Fibra Ottica
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117
ESEMPI DI CALCOLO
ARC FLASH A.C.
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118
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
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119
Esempio di
Valutazione del
Rischio Elettrico
dovuto ad Arc Flash
QUADRO QGBT
CALCOLO DI VERIFICA DI ARC FLASH CON STANDARD NFPA 70E
Quadro Generale di bassa tensione QGBT
Data di esecuzione Analisi Arc Flash: 30.11.2018
TRASFORMATORE MT/BT
POTENZA APPARENTE (SOLO UN TRAFO PER SEZIONE DI POWER CENTER)
kVA
1600
TENSIONE PRIMARIA
TENSIONE SECONDARIA
Vcc
Icc3F lato primario trasformatore
Icc3F lato secondario trasformatore
kV
kV
%
kA
kA
15
0.4
6,0
1,03
38,49
kA
36,72
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione lato BT trasformatore)
s
0,30
Interruttore automatico generale QGBT: ABB-SACE 4X2000A
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione punto di misura)
CALCOLO ENERGIA IRRADIATA LATO BT
s
0,30
cm
30
Cal/cm2
37,25
Cal/cm2
Cal/cm2
34,74
47,73
cm
cm
156,91
134,94
cm
cm
153,25
131,80
PUNTO DI MISURA
Quadro di bassa tensione di cabina
Icc3F calcolata o misurata nel punto di interesse (inserire "0" se non considerata)
PROTEZIONI DI MASSIMA CORRENTE
Protezione lato BT trasformatore: NESSUNA
Distanza di lavoro (punto di calcolo dell'energia irradiata) - Limite Zona Prossima CEI 11-27
RISPETTO ALLA MORSETTIERA DEL TRASFORMATORE
Energia irradiata in aria in a.c.
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
Energia irradiata in aria in a.c.
Energia irradiata interna quadro in a.c.
CALCOLO DELLE DISTANZE DI PERICOLO
RISPETTO AI POLI DEL TRASFORMATORE
Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
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120
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Valore di energia radiante
calcolata in [cal/cm2]
Ec = 34,74 a pannello aperto
Ec = 47,73 a pannello chiuso
Categoria
Rischio
4
Categoria DPI
Categoria
Indumento
ATPV
4
3
Arco interno – certificato dal costruttore
QUADRO QGBT
DPI – CATEGORIA INDUMENTO 3:
Camicia e pantaloni Flame Resistent +
Tuta FR
ATPV: Indumenti intimi non Flame Resistent + giacca e pantalone
Flame Resistent + Tuta Flame Resistent.
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121
Esempio di
Valutazione del
Rischio Elettrico
dovuto ad Arc Flash
Mitigazione del Rischio.
QUADRO QGBT
CALCOLO DI VERIFICA DI ARC FLASH CON STANDARD NFPA 70E
Quadro Generale di bassa tensione QGBT - Mitigazione del Rischio
Data di esecuzione Analisi Arc Flash: 30.11.2018
TRASFORMATORE MT/BT
POTENZA APPARENTE (SOLO UN TRAFO PER SEZIONE DI POWER CENTER)
TENSIONE PRIMARIA
TENSIONE SECONDARIA
Vcc
Icc3F lato primario trasformatore
kVA
kV
kV
%
kA
1600
15
0.4
6,0
1,03
Icc3F lato secondario trasformatore
kA
38,49
kA
36,72
s
0,10
s
0,10
cm
30
Cal/cm2
12,42
Cal/cm2
Cal/cm2
11,58
cm
90,59
cm
77,91
cm
cm
88,48
76,09
PUNTO DI MISURA
Quadro di bassa tensione di cabina
Icc3F calcolata o misurata nel punto di interesse (inserire "0" se non considerata)
PROTEZIONI DI MASSIMA CORRENTE
Protezione lato BT trasformatore: NESSUNA
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione lato BT trasformatore)
Interruttore automatico generale QGBT: ABB-SACE 4X2000A
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione punto di misura)
CALCOLO ENERGIA IRRADIATA LATO BT
Distanza di lavoro (punto di calcolo dell'energia irradiata) - Limite Zona Prossima CEI 11-27
RISPETTO ALLA MORSETTIERA DEL TRASFORMATORE
Energia irradiata in aria in a.c.
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
Energia irradiata in aria in a.c.
Energia irradiata interna quadro in a.c.
15,91
CALCOLO DELLE DISTANZE DI PERICOLO
RISPETTO AI POLI DEL TRASFORMATORE
Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
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Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
122
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Valore di energia radiante
calcolata in [cal/cm2]
Ec = 11,58 a pannello aperto
Ec = 15,91 a pannello chiuso
Categoria
Rischio
3
Categoria DPI
3
Categoria
Indumento
ATPV
2A
QUADRO QGBT
DPI – CATEGORIA INDUMENTO 2A:
Camicia e pantaloni Flame Resistent
Arco interno – certificato dal costruttore
ATPV: Indumenti intimi non Flame Resistent + camicia e pantalone
Flame Resistent
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123
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
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124
CALCOLO DI VERIFICA DI ARC FLASH CON STANDARD NFPA 70E
Quadro di Zona Reparto A: QZ1/R.A.
Data di esecuzione Analisi Arc Flash: 30.11.2018
TRASFORMATORE MT/BT
QUADRO QZ1/R.A.
POTENZA APPARENTE (SOLO UN TRAFO PER SEZIONE DI POWER CENTER)
kVA
1600
TENSIONE PRIMARIA
TENSIONE SECONDARIA
Vcc
Icc3F lato primario trasformatore
Icc3F lato secondario trasformatore
kV
kV
%
kA
kA
15
0.4
6,0
1,03
38,49
kA
11,20
s
0,10
s
0,07
cm
30
Energia irradiata in aria in a.c.
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
Cal/cm2
12,42
Energia irradiata in aria in a.c.
Cal/cm2
2,95
Energia irradiata interna quadro in a.c.
CALCOLO DELLE DISTANZE DI PERICOLO
RISPETTO AI POLI DEL TRASFORMATORE
Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
RISPETTO AD UN DIVERSO PUNTO CONSIDERATO
Distanza di confine (DC)
Distanza ustione fatale (DF)
Cal/cm2
6,24
cm
cm
90,59
77,91
cm
cm
36,57
31,45
PUNTO DI MISURA
Quadro di bassa tensione di cabina
Icc3F calcolata o misurata nel punto di interesse (inserire "0" se non considerata)
PROTEZIONI DI MASSIMA CORRENTE
Protezione lato BT trasformatore: NESSUNA
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione lato BT trasformatore)
Interruttore automatico generale QZ1/R.A.: ABB-SACE 4X800A
Tempo di esposizione (tempo di apertura protezione punto di misura)
CALCOLO ENERGIA IRRADIATA LATO BT
Distanza di lavoro (punto di calcolo dell'energia irradiata) - Limite Zona Prossima CEI
11-27
RISPETTO ALLA MORSETTIERA DEL TRASFORMATORE
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125
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
Valore di energia radiante calcolata
in [cal/cm2]
Ec = 2,95 a pannello aperto
Ec = 6,24 a pannello chiuso
Categoria
Rischio
Categoria
DPI
Categoria
Indument
o ATPV
1
1
1
Arco interno – certificato dal
costruttore
QUADRO QZ1/R.A.
DPI – CATEGORIA INDUMENTO 1:
Camicia e pantaloni Flame Resistent
ATPV: camicia e pantalone Flame Resistent
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126
Esempio di Valutazione del Rischio Elettrico dovuto ad Arc Flash
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127
Arc Flash anche su iphone e ipad
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128
Arc Flash anche su iphone e ipad
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129
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Sezione Toscana e Umbria
Grazie per l’attenzione
Pietro Antonio Scarpino, Ph.D
[email protected]