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

conduttore

isolante

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 ( 2IRP cavoJoule = ), 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

circuito puo’ creare sovratensioni elevate in presenza di termini dt

di ragguardevoli;

- 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:

tRIdtRIdtPW JJ

22 === ∫∫ (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.

interruttore di

potenza

rele' termico

rele' magnetico

zona di non

interventointervento

termico

intervento

magnetico

Fig. 14.3 Caratteristica di intervento di un interruttore magneto-termico

Elettrotecnica s5c4rezza 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:

tI

1010 += [I]=mA, [t]=s

(14.2)

- Impedenza del corpo umano: e' un valore variabile in funzione della frequenza e della

tensione, a 50 Hz e 230V si assume

Ω=≈ 1000UU RZ

(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:

VIRV U 1010*10*1000 3 === −

(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:

VUL 50=

(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:

VUL 25=

(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.

V=0

P

RT

Fig. 14.5 Collegamento di terra

IRV TP =

(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.

+E

fase

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

V=0

RTURTN

+

E RU

Fig. 14.7 Equivalente elettrico del circuito di guasto

TUUTNg

RRR

EI

++=

(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:

mAAR

EI

Ug 1023.0

1000

230>>===

(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.

dispersoredispersore

pozzettoconduttore

di terra

collettore, nodo

principale di terra

fase

neutro

massa

collegamento

equipotenziale

masse

estraneee

filo giallo-verde

Fig. 14.8 Schema di principio di un impianto di terra.

Elettrotecnica s5c4rezza 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

Elettrotecnica s5c4rezza 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 :

• La resistenza di terra è il rapporto tra la tensione assunta dall’elettrodo e la corrente dispersa e si indica con:

r

IU

π

ρ

2=

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 mano-

piedi 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.

• 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.

• 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.

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.

• 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.

• 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.

Elettrotecnica s5c4rezza 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:

• La resistenza equivalente di Thevenin è il parallelo di RE con RN e risulta

trascurabile rispetto alle altre resistenze del circuito di guasto.

Circuito equivalente di

Thevenin

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:

• 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).

LE

NE

URRR

U≤

+

0L

Lo

LE U

UU

UR

−≤

Contatti Indiretti nei Sistemi TN

p

pf

eq ZZZ

UE

+= 0

• 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).

N

pf

pf

eq RZZ

ZZZ +

+=

Elettrotecnica s5c4rezza 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.