SICUREZZA ELETTRICA Elementi di elettrofisiologia (effetti della corrente sul corpo umano). Correnti e tensioni pericolose. Contatti pericolosi Metodi di protezione

La pericolosità degli stimoli elettrici esterni dipende: SICUREZZA ELETTRICA 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: dall’intensità, dalla natura e dalla durata della corrente che riescono a far circolare nel corpo umano; dalla costituzione fisica della persona (massa corporea e stato di salute).

SICUREZZA ELETTRICA 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.

Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   SICUREZZA ELETTRICA 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).  

Pericolosità della corrente elettrica alternata a 50, 60 Hz SICUREZZA ELETTRICA Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   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; Zona 4 - Si può innescare la fibrillazione, arresto della respirazione o ustioni.  Pericolosità della corrente elettrica alternata a 50, 60 Hz

SICUREZZA ELETTRICA 2. Correnti pericolose Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   2. Correnti pericolose Fattori di percorso  Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   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.

SICUREZZA ELETTRICA 3. Tensioni pericolose Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   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.

Limiti di pericolosità della tensione elettrica SICUREZZA ELETTRICA Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   3. Tensioni pericolose Limiti di pericolosità della tensione elettrica

Resistenza del corpo umnao SICUREZZA ELETTRICA Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   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

Resistenza del corpo umano SICUREZZA ELETTRICA Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   3. Tensioni pericolose Resistenza del corpo umano Tensione di contatto      Valori di Rc non superati dal 5% della popolazione   (percorso mani - piedi) 25     V 50     V  75     V 100   V 125   V 220   V  700   V 875  W 725  W 625  W 600  W 562  W 500  W 375  W Circuito equivalente del corpo umano

SICUREZZA ELETTRICA 3. Tensioni pericolose Valori di RT,u Condizioni Percorso Fattore di percorso Mani - Piedi       1 Mano sinistra - Piede sinistro Mano sinistra - Piede destro Mano sinistra - Entrambi i piedi    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 Mano destra - Entrambi i piedi   Mano destra - Dorso   0,3 Mano destra - Torace  1,3 Glutei - Mani   3. Tensioni pericolose Valori di RT,u Condizioni Ordinarie Non ordinarie 1000 W 200 W Valori di Rc + RT,u Tensione di Contatto [V] Condizioni Ordinarie 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 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 Curve di sicurezza tensione-tempo

Il contatto indiretto è più “insidioso” del contatto diretto. 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 Contatto diretto Contatto indiretto 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 Sistema TT 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

(senza interruzione automatica dei circuiti) 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

(con interruzione automatica dei circuiti) 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 = 5 s UL = 50 V Iint = I 5s

interruttori magneto-termici SICUREZZA ELETTRICA 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TT PROTEZIONI ATTIVE (con interruzione automatica dei circuiti) interruttori magneto-termici t = 5 s UL = 50 V Iint = I 5s I5s ≈ 3÷20 IN

interruttori differenziali 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 Sistema TN-S 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) ! !

Se ZPE = ZF → Uco = Uo/2 (≈ 120 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 Sistema TN-S 5. Protezioni contro i contatti indiretti Sistema TN-S 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)

impedenza anello di guasto 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 Sistema TN-S 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)

impedenza anello di guasto 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 RT ≤ UTP / Ig RT ≤ 1.5 UTP / Ig 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) Nuova norma CEI 11-1 Vecchia norma CEI 11-8 10 80 50 2 85 1 103 70 0,8 120 0,7 130 0,6 155 125 0,5 220 160 0,2 500 0,14 600 Corrente di guasto a terra lato MT e tempo di eliminazione del guasto vanno richiesti all’ENEL Dispersore non magliato su tutta l’area RT ≤ UTP / Ig Dispersore magliato su tutta l’area RT ≤ 1.5 UTP / Ig

Le Norme ammettono valori più alti che per la UTP 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 Tipo   Tipo Dimensioni Minime Acciaio zincato a caldo (1) Acciaio rivestito di rame Rame Posa nel terreno Piastra Spessore (mm) 3 (2) Nastro Sezione (mm2) 100 50 Tondino massiccio 35 Conduttore cordato Diametro filo elementare (mm) 1,8 Per infissione nel terreno Picchetto a tubo Diametro esterno (mm) 40 2 30 Diametro (mm) 20 15 (3) 15 in profilato Dimensione trasversale (mm) 5

Sezione minima del conduttore di protezione (mm2) IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori di protezione Sezione di fase (mm2) Sezione minima del conduttore di protezione (mm2) Cu Al PE PEN SF 16 25 SF/2

IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori di terra 16 mm2   Protetti meccanicamente Non protetti meccanicamente Sezione conduttore di fase Sezione minima conduttore di terra Protetto contro la corrosione 16 mm2 se in rame se in ferro zincato Non protetto contro la corrosione 25 mm2 se in rame 50 mm2 se in ferro zincato  

Conduttori equipotenziali IMPIANTO DI TERRA Dimensioni minime dei conduttori equipotenziali Conduttori equipotenziali Sezione del conduttore di protezione principale PE (mm2) Sezione del conduttore equipotenziale Principale EQP Supplementare EQS: Massa - massa Massa - massa estranea    PE di sezione minore mm2 se protetto meccanicamente mm2 se non protetto meccanicamente