Applicazioni Industriali Elettriche – Protezione dalle Tensioni di Contatto

•Pericolosità della Corrente ElettricaIndividuare sistemi per la protezione dai pericoli della corrente elettricapresuppone la conoscenza di tale pericolosità, ossia gli effetti della correnteelettrica sul corpo umano e i valori limite ammessi.Riferimenti normativi: pubblicazione CEI 64, fascicolo 4985 R.I segnali elettrici connessi con l’attività cellulare dell’uomo vengono trasmessidai neuroni del sistema nervoso e controllano l’attività di vari organi (battitocardiaco, respirazione, ecc.). La presenza di stimoli elettrici immessidall’esterno e che superino la soglia di eccitabilità cellulare influisce su talifunzioni vitali, determinando effetti fisiopatologici variamente pericolosi, infunzione di vari fattori: intensità della corrente, durata del contatto, frequenza,massa corporea, stato di salute, sesso del soggetto interessato.La percezione della corrente è un fatto individuale: per determinare dei valori diriferimento bisogna rifarsi a criteri statistici e a metodi sperimentali.Soglia di percezione: valore minimo di corrente che causa una sensazione allapersona attraverso cui fluisce la corrente. Valori di massima per il contatto conla mano ed indipendenti dalla durata del contatto: c.a. (50-60Hz) 0.5mA; c.a.(1kHz) 1mA; c.c. 2mA.

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•Pericolosità della Corrente ElettricaEffetti fisiopatologiciTetanizzazione dei muscoli – contrazione involontaria dei muscoli interessati alpassaggio della corrente, non più comandati dagli impulsi elettrici fisiologici.Soglia di rilascio (CEI 64, 4985 R) – massimo valore di corrente a cui unapersona può lasciare gli elettrodi con i quali è in contatto (50-60Hz 10mA per5s).Difficoltà e arresto della respirazione – effetti sempre più gravi all’aumentaredell’intensità di corrente e della durata del contatto.Ustioni – prodotte dal calore sviluppato per effetto Joule; la pelle, avendomaggiore resistività, è il tessuto più esposto alle ustioni. Densità di corrente diqualche mA/mm2 provocano ustioni per durate dell’ordine di 1s, densità di50mA/mm2 provocano in pochi s la carbonizzazione della pelle.Fibrillazione ventricolare – stato di asincronismo completo delle fibremiocardiche ventricolari, durante il quale ciascuna fibra sviluppa unacontrazione propria e indipendente.Soglia di fibrillazione con probabilità 0.5%: mAcon t durata del contatto in s.

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I 165 185 t

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•Pericolosità della Corrente ElettricaFattore di percorso – F=Irif/I dove Irif e I sono le intensità di corrente aventi lastessa probabilità di innescare la fibrillazione e relative al percorso diriferimento (mano sinistra-piedi) e a quello considerato.Percorsi più pericolosi: mano sinistra-torace (F=1.5), mano destra-torace(F=1.3).Percorsi meno pericolosi: mano destra dorso (F=0.3), mano sinistra-manodestra (F=0.4).Salute generale dell’infortunato: debolezza fisica conseguente a malattia o altrofa diminuire la soglia di fibrillazione, rendendo più probabile il suo innesco; pertale ragione gli impianti elettrici per ospedali e locali medici sono soggetti anorme di prevenzione degli infortuni più severe rispetto a quelle per ambientinormali.Ai fini pratici interessa sapere quale valore di tensione è in grado di di farcircolare nel corpo umano la corrente di 10mA (limite di pericolositàconvenzionale).

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•Pericolosità della Corrente Elettrica

Zona 1: non vi sono reazioni al passaggio della corrente, qualunque sia la sua durata;Zona 2: non si hanno effetti fisiopatologici pericolosi (10mA limite di pericolositàconvenzionale);Zona 3: effetti fisiopatologici reversibili (contrazione muscolare, difficoltà respiratorie,disturbi cardiaci);Zona 4: innesco della fibrillazione ventricolare con probabilità crescente allontanandosidalla curva c1 (5% per c2, 50% per c3), arresto cardiaco, arresto respiratorio, graviustioni. 4

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•Pericolosità della Corrente ElettricaLa tensione di contatto a cui è soggetto il corpo umano è UT=ZB·IB dove ZB èl’impedenza convenzionale del corpo tra i punti di contatto e si compone di 3termini in serie: impedenza del punto di entrata, impedenza interna, impedenzadel punto di uscita.ZB dipende da numerosi fattori: percorso della corrente, stato della pelle,superficie di contatto, pressione di contatto, tensione di contatto. Si stabilisce unvalore di resistenza convenzionale (nell’impedenza si trascurano gli effetticapacitivi alle frequenze industriali) RB=1kΩ.La tensione di contatto è alquanto variabile e dipende da fattori contingenti edifficilmente prevedibili, mentre si riesce a determinare abbastanza agevolmentela tensione di contatto a vuoto. In sede normativa, per gli impianti utilizzatori inbassa tensione funzionanti in c.a. a frequenza industriale o in c.c., si è stabilito dilimitare i valori della tensione di contatto a vuoto, tenendo conto che essa non èmai inferiore a quella effettiva che si ha in caso di contatto.

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•Pericolosità della Corrente Elettrica

RB resistenza corpo umanoREB resistenza verso terra della personaUT tensione di contattoUST tensione di contatto a vuotoCurva di sicurezza: mette in relazione i valori della tensione di contatto a vuotoammissibile con il tempo di permanenza del guasto. Dall’esame delle curve sinota che all’aumentare della durata del contatto diminuisce il valore della tensioneammissibile, tendendo a valori costanti.La tensione di contatto limite convenzionale UL è il massimo valore della tensionedi contatto che è possibile mantenere per un tempo indefinito, in condizioniambientali specificate. 6

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciAlcune parti degli impianti elettrici vengono collegate a terra mediante elementimetallici detti dispersori, in contatto con il terreno e collegati a determinati puntidell’impianto. Tale collegamento viene effettuato per motivi funzionali o diprotezione.I sistemi elettrici sono classificati in relazione al loro collegamento a terra.Resistenza di terra di un dispersore emisfericoLegge di variazione del potenziale di terraEspressione della tensione totale di terra: rappresenta la differenza di potenzialetra l’elettrodo e il punto a potenziale zero (funzione della resistività del terreno edelle dimensioni del dispersore).Resistenza totale di terra: ottenuta dal rapporto tra la tensione totale di terra e lacorrente dispersa.Nella pratica occorre considerare che:la resistività del terreno non è costante, la corrente non si distribuisceuniformemente;i dispersori hanno forma diversa da quella emisferica.

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciLa tensione di contatto a cui è soggetta una persona che tocca un apparecchioin cui vi è un guasto verso massa è minore, al limite uguale, a quella di contattoa vuoto esistente tra la massa e la terra in assenza di contatto;la tensione di contatto a vuoto è minore, al limite uguale, a quella totale di terra;la tensione di contatto è variabile a seconda delle circostanze ed è di difficilevalutazione, mentre quella di contatto a vuoto può essere considerata pari aquella di terra, con un’approssimazione favorevole alla sicurezza.

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciSistema TT

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciSistema TN

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TN-C TN-S

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciSistema IT

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•Collegamento a Terra degli Impianti ElettriciMetodi di protezione delle persone contro le tensioni per contatti indiretti, applicabili asistemi di categoria 0 e I.La base normativa alla quale si fa riferimento è costituita dalla norma CEI 64-8,valida per gli impianti utilizzatori con tensione nominale non superiore a 1000V inc.a. e 1500V in c.c.Contatto diretto: quando si toccano parti che sono normalmente in tensione(conduttore scoperto, morsetto collegato, ecc.).Contatto indiretto: quando si toccano parti conduttrici di componenti elettrici che, purnon essendo normalmente in tensione, possono assumere un potenziale diverso dazero in seguito ad un guasto d’isolamento (carcassa di un motore, di unelettrodomestico, ecc.) in occasione di una dispersione di corrente verso massa.Isolamento funzionale: rende possibile il normale funzionamento, isolando fra loro leparti a diversa tensione.Isolamento principale: isola le parti normalmente in tensione e protegge dalletensioni di contatto.Isolamento supplementare: aggiunto a quello principale per assicurare la protezionedalle tensioni di contatto in caso di cedimento di questo ultimo. L’insieme dei duecostituisce il doppio isolamento.

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