Il rischio elettrico e da campi elettromagneticipessina.mib.infn.it/Biblio/Seminari/Vita in...

Il rischio elettrico e da campi elettromagnetici

(ovvero come sopravvivere al laboratorio)

Gianluigi Pessina

INFN Sez. di Milano Bicocca

Rischio elettrico 7 Marzo 2012 - 2 -

L’Elettricità e l’alimentazione per la Strumentazione


Partiamo dalla principale nostra fonte di energia (I)

Ogni strumento che useremo

avrà bisogno di energia, che sarà

fornita dalla rete elettrica: 230 V

AC 50 Hz

L’azione basilare è la connessione dello

strumento alla rete.

Non appena lo strumento può acquisire energia si

mette in funzione per soddisfare le nostre esigenze.

(Notiamo che a sua volta lo strumento potrebbe

emettere radiazione elettromagnetica rispondente ai

limiti di emissione ammissibili se lo strumento fosse

marchiato CE)


Partiamo dalla principale nostra fonte di energia (II) Ma attenzione: la nostra fonte di energia potrebbe fornire

troppa energia, sfociando in una situazione rischiosa.

L’attenzione fondamentale riguarda la nostra incolumità.

Occorre evitare di subire la “scossa elettrica” (noto

pericolo nascosto) …

… mai toccare direttamente i fili della

rete elettrica o ….

… le parti di uno strumento sottoposte

direttamente alla tensione di rete applicata.

Però non siamo lasciati del tutto soli al nostro

destino. Molto si è evoluto nel corso degli anni nei

riguardi della sicurezza di ogni ambiente in cui

possiamo trovarci …


L’evoluzione della sicurezza (I)

Le vecchie spine avevano i

terminali di contatto

completamente accessibili …

Con un’incauta manipolazione era certamente

possibile toccare un terminale mentre si

innestava la spina nella presa.

Ovviamente qui ci si riferisce ad una

distrazione: tutti sanno che non bisogna

toccare un terminale sotto tensione.

Ma proprio qui sta il punto: la sicurezza deve

occuparsi principalmente di proteggerci da

eventi accidentali.


L’evoluzione della sicurezza (II)

Le spine attuali hanno tutte una

protezione plastica sovrapposta ai

terminali della dimensione confrontabile

a quella di un dito.

In questo modo anche la distrazione

occasionale nell’infilare la spina non può

portare alla scossa perché il dito non è in

grado di potere toccare la parte metallica

durante l’inserimento. Questo anche

perché il contatto della presa è

volutamente rientrato.

Qui abbiamo un tipico esempio di

protezione da rischio accidentale semplice

e molto efficiente.


L’evoluzione della sicurezza (III)

Con le prese Schuco il livello di

sicurezza da rischio accidentale è

ancora più evoluto perché il ricettacolo

della presa è molto rientrato rispetto

alla lunghezza dei terminali e le dita

non possono essere infilate

contemporaneamente ai terminali.


Protezione Elettrica da cortocircuito e dispersione (I) La situazione di pericolo con l’elettricità non si riduce al solo esempio

considerato. Situazioni più complesse potrebbero portare ad un contatto

improprio dei conduttori (fili) collegati alla rete elettrica sotto tensione. Per

questo nelle case e negli ambienti di lavoro sono predisposti 2 ulteriori

dispositivi di prevenzione: l’interruttore differenziale e l’interruttore

magnetotermico.

Int. differenziale Int. magnetotermico

Sono dispositivi che automaticamente aprono il

circuito, cioè sconnettono il dispositivo collegato,

in caso venga riscontrata la condizione di

emergenza a cui sovraintendono. Il loro tempo di

intervento va da 0.1 sec a 0.5 sec.


L’interruttore differenziale (I)

In condizioni normali di operazione tutta la corrente, il flusso di carica

che scorre nel sistema, è uguale in A e B: la quantità di carica che esce

da A è esattamente uguale a quella che entra in B. In questa situazione

di regolarità i 2 interruttori rossi vengono mantenuti chiusi dal dispositivo

ed il sistema opera correttamente.

Int. differenziale

Str

um

ento

I

I

I

I

I

A

B


L’interruttore differenziale (II)

Int. differenziale

Str

um

ento

I

I

I”

I”

I”

A

B

Se ora si verifica un contatto accidentale parte della corrente

che esce da A viene deviata verso altra direzione ed in B si ha

una diversa corrente: I” I.

Il malcapitato subirebbe il tipico fenomeno della scossa con

ovvi effetti dolorosi se l’interruttore differenziale non fosse

presente.

I’

(calzature non

isolate)


L’interruttore differenziale (III)

Int. differenziale

Str

um

ento

I=0

A

B I=0

In un intervallo di tempo compreso tra 0.1 s e 0.5 s l’interruttore differenziale

si accorge della differenza tra le 2 correnti ed agisce aprendo il circuito,

proteggendo il malcapitato (che una limitata scossa la subisce limitatamente

al periodo di azione dell’interruttore).

La differenza che deve sussistere tra le 2 correnti in genere basta che sia

dell’ordine di 30 mA, o 0,03 A. Questa corrente è molto piccola se

confrontata a quella tipica assorbita da uno strumento di media potenza. Ad

esempio un aspirapolvere da 1000 W assorbe poco meno di 5 A, circa 166

volte la corrente di innesto per la sicurezza.

Il ripristino del sistema dopo l’evento in considerazione può avvenire solo col

riarmo manuale dell’interruttore differenziale. Il ripristino non è volutamente

automatico: in questo modo chi attua il ripristino è sicuro che le condizioni di

normalità sono ritornate attive.


L’interruttore differenziale (IV)

Curiosità:

L’impedenza del corpo verso terra con piedi scalzi, in assenza di umidità è

di circa 2 k .

Con piedi umidi si scende a 500 .

Perciò dalla rete elettrica a 220 V la corrente assorbibile con una scossa in

queste condizioni è compresa tra 0.11 A e 0.44 A. Attenzione che questo è il valore efficace dell’onda sinusoidale a 50 Hz, il valore di picco è 2 volte

più grande.


L’interruttore magnetotermico

A

B

Int. differenziale

Str

um

ento

I

I

I

I

I

Int. magnetotermico

cort

ocircuito

I

In caso di cortocircuito accidentale la corrente in A e B cambierebbe

notevolmente di valore, ma rimarrebbe simile: l’int. differenziale non

agirebbe.

Ecco allora che l’int. magnetotermico si accorge dell’eccessivo assorbimento

di corrente (attraverso il riscaldamento di un elemento sensibile presente al

suo interno) e nel giro di una frazione di sec interviene interrompendo il

circuito.

Anche qui il ripristino della situazione normale può avvenire solo dopo il

riarmo manuale.


Cortocircuito senza protezione

Innesco di esplosioni

• Il pericolo di esplosione può esserci se sono presenti materiali tipo:

• Es.: di gas Isobutano

• Gas estremamente infiammabili F +;

Gli Impianti elettrici devono essere realizzati secondo la Norma CEI 64-

2 (Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione).

Casi particolari Direttiva ATEX.

• Un incendio potrebbe allora svilupparsi se in contatto con la parte mal

funzionante fosse presente del materiale non-ignifugo.

La presenza dell’interruttore magnetotermico è fondamentale. In caso

contrario l’energia fornita durante il cortocircuito non sarebbe limitata e la

temperatura della parte guasta salirebbe repentinamente.

isobutano 2004.pdf


Gli interruttori di sicurezza nei Lab

15

Solo il personale autorizzato può aprire i quadri elettrici: in modo da potere constatare il ristabilirsi della normalità.

Quadro Elettrico di distribuzione

Nei nostri Laboratori gli interruttori di

protezione sono ubicati di fianco alle porte di

accesso.

Non sono raggiungibili dall’utente perché

chiusi a chiave dietro una porta di vetro.

A seguito di una condizione di emergenza

occorre chiamare il personale addetto sempre

presente in portineria.

Una tale ricorrenza non deve essere

considerata come un’omissione o mancanza:

non occorre avere timore reverenziale verso

nessuno nel segnalare un evento: la presenza

del personale addetto è una sicurezza.


Condizione di pericolo (I)

A

B

Int. differenziale I

I

I

I

Int. magnetotermico

Esiste una condizione estrema al verificarsi della quale non si ha protezione:

il malcapitato tocca i 2 terminali dell’alimentazione ed allo stesso tempo

indossa calzature a suola gommosa, che lo isolano dalla terra.

Qui non si ha corrente dispersa l’int. differenziale non agisce.

La corrente assorbita non è elevata neanche l’int. magnetotermico

agisce.

Purtroppo però il malcapitato subisce la scossa elettrica che crea inziale

forte dolore e successivo danno fisico, che può essere anche letale.


Condizione di pericolo (II) I

I

I

I

Int. magnetotermico

Perciò la condizione di minimo rischio in presenza di protezione

magnetotermica e differenziale si ha quando non si è isolati dalla massa, o

terra della rete elettrica.

L’ideale sono scarpe con suola ad alta resistività che limitano la quantità di

corrente che potrebbe fluire nel corpo nel caso in questione e non isolano

dalla terra.

Int. differenziale

A

B


Cosa succede durante la folgorazione (I) Modello semplificato:

Il cervello gestisce ogni organo e muscolo del

corpo “comunicando” mediante l’invio di

deboli segnali elettrici.

Quando si subisce la scossa nel nostro corpo

circola una corrente molto grossa che si

sovrappone ai deboli comandi inviati dal

cervello.

Il marasma che si viene a creare determina

l’incapacità di comandare i muscoli sottoposti

a scossa: si tende a restare attaccati alla rete

elettrica con conseguente incremento del

danno fisico (tetanizzazione).

Se si vuole aiutare una persona soggetta a scossa occorre: spingerla per

mezzo di in oggetto isolante allontanandola dalla sorgente elettrica. In

alternativa dare una spinta violenta (in entrambi i casi mettere in atto

repentinamente le procedure di Pronto soccorso). Questo consente di evitare

di rimanere a propria volta attaccati alla rete elettrica per cercare di salvare la

persona malcapitata.


Cosa succede durante la folgorazione (II)

Soglia di percezione

Soglia di tetanizzazione

Soglia di fibrillazione ventricolare

Più in dettaglio si

possono osservare i

vari effetti in funzione

sia della durata che

dell’intensità di

corrente.

1. Assenza di reazioni - Soglia di percezione dita mani;

2. Nessun effetto fisiologico pericoloso - Soglia di tetanizzazione

(contrazioni ripetute e non controllabili dei muscoli);

3. Effetti pato-fisiologici (reversibili) - Soglia di fibrillazione ventricolare;

4. Probabile fibrillazione ventricolare e gravi bruciature.

Scossa ricevuta

a piedi nudi.


Cosa succede durante la folgorazione (III)

Informazioni generali

Va altresì detto che l’effetto del danno

dipende anche da come varia nel tempo

il segnale elettrico. Ovvero da quanto sia

la frequenza di ripetizione dell’onda

elettrica stimolante.

Nella situazione più comune la

frequenza dell’onda è 50 Hz e

l’ampiezza del segnale elettrico 230 V

AC.


A proposito di valori di tensione (I)


A proposito di valori di tensione: bassissime tensioni

Nel caso degli alimentatori e strumenti di elettronica tipicamente usati in

laboratorio si resta nel campo delle BASSISSIME TENSIONI (< 50 V DC).

In realtà tipicamente si opera al di sotto dei 25 V DC. Livelli di tensione di

questa natura non provocano danno per contatto diretto.

Si consiglia comunque di evitare sempre di toccare direttamente, per

quanto possibile, i terminali.

Per scrupolo non toccare mai assolutamente terminali sottoposti a

tensione maggiore di 25 V DC 30 V DC.


A proposito di valori di tensione: alte tensioni (I) Occorre considerare che per alcuni di voi sorgerà la necessità di dovere

utilizzare alte tensioni, fino a (<) 5000 V DC utilizzate per polarizzare

rivelatori di particelle.

Sebbene i livelli di potenza sostenibili dagli alimentatori usati in queste

applicazioni siano molto bassi occorre comunque avere estrema cautela

nel manipolare questi sistemi: una scossa con alta tensione anche di

breve durata può provocare danni cardiaci ingenti.

Occorre osservare 2 regole fondamentali con l’utilizzo delle alte tensioni:

Non toccare assolutamente niente sottoposto ad alta

tensione, anche se isolato;

Non avvicinarsi (mai a meno di 0.5 m) ad un elemento

metallico sottoposto ad alta tensione: la vicinanza di

una punta, un dito, ad un contatto metallico sottoposto

ad alta tensione provoca l’acuirsi del campo elettrico

degenerando in una scarica (effetto parafulmine) con

ovvie conseguenze fortemente dannose per il corpo

umano.


NO SI

A proposito di valori di tensione: alte tensioni (II) Con le alte tensioni occorre osservare estrema attenzione

se vi sono condensatori. Questi componenti, essendo non

dissipativi, sono in grado di conservare il campo elettrico

per tempi estremamente lunghi, ingannando l’incauto che

crede di avere tolto l’alta tensione.

Evitare di toccare i terminali di condensatori che sono stati

sottoposti a campi elettrici intensi. Se proprio non si può

evitare, scaricarli con cura evitando l’uso del cortocircuito

diretto che potrebbe provocare danno al condensatore

stesso che potrebbe sfociare in possibili esplosioni.

Una volta tolta l’alta

tensione da un

dispositivo scaricare

comunque

preventivamente

qualsiasi elemento

metallico, prima della

manipolazione.


A proposito di valori di tensione: alte tensioni (III)

Nel laboratorio di Fisica I

avrete un primo contato

con sorgenti di alta

tensione in relazione alla

misura della repulsione

elettrostatica, nella

dimostrazione della legge

di Coulomb.

Per effettuare l’esperienza

occorre depositare una

debole carica su 2 palline

molto leggere.

Palline che devono essere caricate.


A proposito di valori di tensione: alte tensioni (IV)

Le palline vengono caricate mediante il contatto con una punta posta ad

potenziale variabile da qualche centinaio di V a 6000 V.

Pallina nella fase di carica con la sonda

ad alta tensione.

Sorgente di tensione

variabile.

Manopola di regolazione

della tensione.


A proposito di valori di tensione: alte tensioni (V)

Questo è un caso in cui

occorre fare attenzione a

come si manipola lo

strumento.

Sebbene …

Protezione ad alto

isolamento.

Punta sottoposta alla

alta tensione.

Zona di impugnatura della sonda:

ben lontana dalla punta.


A proposito di valori di tensione: alte tensioni (VI)

… La sonda contiene una

resistenza di valore elevato

per limitare la corrente a

valori di solo qualche

decina di A,

assolutamente non

pericolosi anche nel caso

accidentale in cui si tocchi

la punta con le mani.

200 M

AM

VIMAX 30

200

6000

Tuttavia si è sempre di fronte ad uno

strumento che potrebbe diventare

pericoloso a causa di un malfunzionamento

di qualsiasi natura. Quindi: (1) la persona

che manipola la sonda la deve tenere ad

un’estremità, mentre (2) Tutti gli altri stiano

ad almeno 1 mt di distanza.


Norme per la strumentazione (I)

= Conformité Européenne

Esistono differenti specifiche di

sicurezza a cui ogni tipo di

prodotto elettrico deve

soddisfare. La presenza del

marchio CE è un logo che

attesta la conformità di un

prodotto ai requisiti di sicurezza

previsti da una o più direttive

comunitarie.

Da molti anni è oramai d’obbligo

l’osservanza della marcatura CE

per tutti i prodotti elettrici in

commercio.


Norme per la strumentazione (II) Una condizione fondamentale rispettata è la “messa a terra” che assicura

l’utilizzatore dello strumento di BASSISSIMA TENSIONE.

strumento

Involucro metallico o schermo

Presa di Terra,

o massa

Mediante la connessione

a massa dello schermo

non c’è modo per

l’utilizzatore di toccare

punti a potenziale

elevato presenti

all’interno dello

strumento. L’unico

accesso avviene

attraverso i terminali di

uscita, a bassa tensione.

Terminali di uscita

Equipotenzialità tra

utilizzatore ed

involucro: nessun

pericolo


Norme per la strumentazione (III)

strumento

I

Questa configurazione consente anche un sorta di auto-

protezione. In caso di guasto interno che sfocia nella nascita di

un contatto elettrico tra guscio e strumento si determina un

flusso di corrente verso la massa: l’int. Differenziale, a monte

della presa di corrente, agisce spegnendo tutto perché ravvisa

la mancanza di omogeneità tra la corrente di andata e ritorno.

Presa di Terra,

o massa

Ancora

nessun

pericolo


Campi Elettromagnetici


Campo elettromagnetico (I)

Il campo elettromagnetico non esiste solo confinato nelle reti elettriche che

abbiamo considerato.

Lo spazio è pervaso da campi elettrici e magnetici di intensità più o meno

elevata e varia dipendenza dal tempo.

Considerando che la carica in moto produce campi magnetici abbiamo che

tutti le linee aeree o sotterrate ad alta tensione sono sorgenti di campi

magnetici di bassa frequenza.

I ponti radio sono invece sorgenti di campi di alta frequenza.

In funzione della intensità e frequenza di ripetizione abbiamo dei gradi di

pericolosità più o meno accertati.


Campo elettromagnetico (II) Una forma comune di dipendenza dal tempo del campo è quella

sinusoidale.

Considerando che la propagazione del campo nello spazio libero è prossima

a quella della luce l’estensione della lunghezza d’onda è elevata per i campi

di bassa frequenza.

Il campo di bassa frequenza si estende su grandi volumi, mentre ad alte

frequenze si possono ottenere concentrazioni molto elevate in piccoli

volumi.

Da qui l’idea di maggiore pericolosità per i campi di alta frequenza, ma …


Campo elettromagnetico (III)


Campo elettromagnetico (IV)

Non appena si entra nella zona rosa il grado di pericolosità del campo si fa

molto accentuato. Diventando di pertinenza alla radioattività.

Per i campi di bassa ed alta frequenza esistono delle norme che possiamo

riassumere brevemente per verificarne il nostro grado di attenzione.


Elettrosmog (I)

Per i campo di bassa frequenza (< 100 MHz) si parla di “elettrosmog”. Molti

studi sono stati svolti sulle possibili cause di malattie più o meno gravi.

Fino ad ora non sembra essere stata accertata nessuna causa diretta.

Per prevenzione sono dettate delle norme sui tempi di esposizione in

funzione dell’intensità del campo per i lavoratori e popolazione civile.


Elettrosmog (II)

Un’altra questione aperta riguarda ed ha riguardato l’uso massiccio degli

apparecchi cellulari.

Anche in questo caso non è stato ancora accertato un rischio vero. Tuttavia

si consiglia l’adozione dell’auricolare, se è previsto un uso frequente.


Elettrosmog (III)

I limiti indicati sono valori che si riscontrano in situazioni non ordinarie.

In laboratorio devono essere creati appositamente.

In quel caso occorre fare attenzione alla tabella, possibilmente procurandosi

un misuratore di campo.


Elettrosmog (IV)

Elettrodomestico B [ T] alla distanza di

3 cm 30 cm 100 cm

Forno elettrico 1-50 0,15-0,5 0,07-1

Termosifoni portatili 10-180 0,15-5 0,02-0,06

Lavatrice 0,8-50 0,15-0,5 0,01-0,15

Lavastoviglie 3,5-20 0,15-5 0,07-3

Trapano 400-800 0,15-0,5 0,08-0,2

Lampade da tavolo 40-400 0,15-5 0,02-25

Robot da cucina 60-700 0,15-0,5 0,02-0,25

Asciugacapelli 6-2000 0,15-5 <0,01-0,3

Ferro da stiro 8-30 0,15-0,5 0,01-0,025

Forno a microonde 75-200 0,15-5 0,25-0,6

Apparecchi elettrici – campo B

I campi con cui ordinariamente si convive hanno intensità di almeno 3

ordini di grandezza inferiori. Sicuramente devono fare molta più attenzione

al livello del campo i portatori di pacemaker, stimolatori cardiaci, etc.


Effetti del campo sul corpo umano

La problematica del campo elettromagnetico nelle nostre applicazioni è

legato quasi esclusivamente all’uso di sorgenti ionizzanti.

Argomento che verrà affrontato nelle tematiche di sicurezza legate del III

anno.


Campo elettromagnetico e strumentazione

Secondo la normativa CE la strumentazione che usiamo deve soddisfare

delle norme che riguardano 2 condizioni:

1. lo strumento deve osservare dei limiti nella emissione di

campi residui;

2. allo stesso tempo lo strumento deve possedere capacità

di reiezione, entro certi limiti, dei campi nei quali può

essere immerso.

Queste 2 regole non riguardano direttamente la salute dell’utilizzatore,

ma bensì limitano il più possibile la reciproca influenza di strumenti

costretti ad operare in zone limitrofe.


Conclusioni (I)

Le normative sono un insieme di regole a cui il datore di lavoro o chi per

esso deve fare soddisfare all’ambiente che deve prevedere la presenza

umana.

Le norme consentono il più possibile di potere salvaguardare

l’incolumità e la salute umana sia per quanto riguarda gli infortuni e, non

ultimo, la salute su lungo periodo.

Siccome le norme sono molte e complesse sarebbero di difficile

interpretazione agli utilizzatori finali.

Ecco che è previsto che siano chiaramente indicate e comprensibili a

chiunque adeguate indicazioni di attenzione laddove il livello di

pericolosità è maggiormente presente.

Laddove l’indicazione diretta non sia completamente esaustiva una

scheda tecnica deve essere allegata e muoversi col prodotto.


Conclusioni (II)

Esempi di etichette di pericolo (attenzione, sono sempre gialle):

Il rischio elettrico e da campi elettromagneticipessina.mib.infn.it/Biblio/Seminari/Vita in...

Documents

Transcript of Il rischio elettrico e da campi elettromagneticipessina.mib.infn.it/Biblio/Seminari/Vita in...