LA SICUREZZA ELETTRICA IN BASSA TENSIONE 1.Principi di sicurezzaPuesseredefinitosicurocicheesentedapericoli.Inaltreparole,sesipresupponecheunaapparecchiatura elettrica possa esserepericolosa, sar necessario, attraverso opportune contromisure, renderla sicura. Se si considera uninsieme diNapparecchi funzionantinelle medesime condizionie sichiamag(t)linsieme traquestiapparecchiche presentanoun guastodopouncertotempot, possibiledefinirelagrandezzaP(t)come ilpericolochesiverifichi questo guasto dopo un tempo t. Il pericolo che questo accada potr essere espresso da un numero compreso tra 0 e 1 e rappresentalaprobabilitchequestoeventosiverifichiinuntempotprestabilito.LagrandezzaS(t)vienedefinita sicurezza rispetto al guasto. 1.1Pericolo e sicurezza Ilpericolopuesseredefinitocomelaprobabilitchesiverifichiuneventosfavorevoledacuipossaderivaregrave danno. SeN l' insieme di apparecchi funzionanti nelle medesime condizioni (tensione, temperatura, tempo, etc....) e g(t) l'insieme di apparecchi che dopo un tempo t presentano un certo guasto si ottiene:P(t) = g(t) / NS(t) = 1 - P(t) 1.2Tasso di guasto Parlando di sicurezza e rischio di guasto di apparecchiature elettriche, possiamo introdurre una grandezza che definisce labontdiunaapparecchiaturainterminidiaffidabilit:iltassodiguasto.Iltassodiguastovienedefinitocomeil rapporto tra gli oggetti guasti dopo un tempo t e il numero di quelli che non hanno presentato il guasto. Se si suppone il tasso di guasto costante nel tempo si pu arrivare allespressione seguente.n(t) = N - g(t)S(t) = n(t) / N = e-t (1.1) Dalla1.1sideducechelasicurezzadiunsistemaodiunaapparecchiaturadecresceallaumentaredeltempodi esposizione al pericolo. La sicurezza tende a zero per un tempo t tendente allinfinito anche se lambda () ha un valore moltopiccolo.Sidicechesihasicurezzazeroquandononsideveattendereunguastoperilverificarsidiuna situazione sfavorevole per le persone (lambda tendente a infinito). 1.3Definizione di rischioNon sempre come conseguenza diun evento sfavorevole si ha un danno. Questo vuol dire che anche il danno ha una certaprobabilitdi verificarsi.Dallespressione delrischio r(t) sipu notare come esso dipenda dal prodotto kd. Ad un danno maggiore pu quindi non corrispondere un rischio maggiore. Il prodotto kd viene chiamato danno probabile. Se k la probabilit che si verifichi il danno in conseguenza di un guastoedl' entit del dannosi ottiene:r(t) = P(t) kd(1.2) 1.4 Affidabilit della sicurezza di un sistema La probabilit che unapparecchiatura non presenti difetti o guasti durante un certo tempo prestabilito di funzionamento si dice affidabilit. Le parole affidabilit e sicurezza non vanno per confuse tra di loro in quantonon esprimono lo stesso concetto ;laprimasiriferisceatuttiiguastichepossonopregiudicareilbuonfunzionamentodellapparecchiatura,la secondasiriferiscesoloaquellichepregiudicanolasicurezzadellastessa. Nelladeterminazionedellasicurezza globale di un sistema si distinguono fondamentalmente due sistemi : sistemiserie e sistemi parallelo. Nel primo caso il tasso di guasto complessivo pari alla somma dei singoli tassi di guasto per cui la sicurezza risultante minore della sicurezzadelcomponentemenosicuro.Nelsecondocaso lasicurezzaaumentaconilnumerodicomponentied maggiore della sicurezza del componente pi sicuro. 1.5 Livello di sicurezza accettabileUndannopuverificarsipercausedinatura sconosciutaononprevedibili(causediforza maggiore)oppureacausadiunrischio previstoeritenutoaccettabileoperil fallimentodellemisurediprotezioneadottate (cause fortuite). Poich non tecnicamente ed economicamentepossibileridurreilrischioa zerooccorre definireunlivellodisicurezza accettabile (fig. 1.1). Fig. 1.1 - Curva sicurezza-costo Ilcompromessotraeconomiaesicurezzacifornisceillivellodisicurezzaaccettabile,tenendoperpresentetuttii parametri che determinano il buon funzionamento di un impianto o di una apparecchiatura. La curva sicurezza-costo di figura presenta un asintoto orizzontale per il valore di S = 1 equivalente ad un costo infinito. Poich tutte le misure che contribuisconoalmiglioramentodellasicurezzadiunsistemacomportanouncostoovviochesidevestabilireil massimocostopossibileelaminimasicurezzaaccettabileperpoipoteradottarelenecessariemisurediprotezione. Normalmentesiprocedeconfrontando lincrementodisicurezzaperunitdicostoe,dato untipodicurvasicurezza-costo come quello difigura,quando lincremento di sicurezza irrilevante rispetto alle risorse investite sitrova il punto voluto. 2.Elettrofisiologia2.1 Variazioni di potenziale e attivit biologica Sono molto conosciuti gli esperimenti che Galvani fece alla fine del XVIII sulla contrazione del muscolo di una rana perlapplicazione diuna differenza dipotenziale elettrico.Da allora, la conoscenza deifenomenielettrici inerenti il corpoumanoedeglieffettidellacorrenteelettricaesternaintrodottasudiessi,sonoampiamentestudiatiinuna disciplina scientifica denominata elettrofisiologia.Le variazionidi potenziale prodotte dallattivitbiologica,allinterno delcorpoumanosonoindicativedelfunzionamentonormaleoanormaledialcuniorgani:cuore (elettrocardiogramma), cervello (elettroencefalogramma), muscoli (elettromiogramma), occhio (retinogramma). 2.2Potenziale di riposo Il corpo umano, in gran parte composto di una soluzione salina conduttrice, si pu dire sia costituito da un insieme di atomiogruppidiatomiche,quandoperdonooacquistanoelettroni,sonochiamatiioni(cationi,sehannoperso elettronioppureanioni,sehannoacquistatoelettroni);sonotalilecellule(Fig.2.1)oilliquidointerstizialechele separa. IoniK+,Na+,Cl+,ecc.., che si muovono verso zone di minor concentrazione e che sono soggetti al campo elettrico generato dallinsieme degli altri ioni. Poich la cellula ha verso gli ioni un comportamento di tipo selettivo, gli ioni non sidiffondono allo stesso modo dentro e fuori la cellula (ad esempio la cellula molto permeabile allo ione potassiopiuttosto che allo ione sodio). Lo ione K+ viene trasportato allinterno della cellula mentre lo ione Na+ viene espulsocon la tipica azione dipompaggiobiochimicoa spese dellorganismo (pompa metabolica).La cellula viene quindiapossedereunpotenzialenegativoallinternorispettoallesterno(potenzialediriposo).Neimammiferile celluledelsistemanervosocentralepresentanounpotenzialediriposodi70mV:unadifferenzadipotenziale notevole se si considerano le piccole dimensioni della cellula. Fig.2.1 - E' possibile misurare il potenziale che presenta la cellula, negativo all'interno rispetto all'esterno, tramite un millivoltmetro Lamembranacellulareseparandocaricheelettrichesi comportacomeuncondensatore.Lamembrananon perfettamente isolante edattraversatadauncertonumero di ioni perci, oltre ad un valore di capacit, presenter anche una resistenzaelettrica. Il modelloelettricosemplificato delle cellule umanesarpercirappresentatodauncondensatoreCin paralleloconunaresistenzaRedaungeneratoreditensione che rappresenta il potenziale di riposo determinato dalla diversa concentrazione di ioni nella cellula (Fig. 2.2).

Fig. 2.2 Schema elettrico equivalente di una cellula.2.3Potenziale dazione Se si applica ad una cellula eccitabile un impulso di corrente di polarit inversa a quella della cellula stessa, il potenziale da negativo diviene positivo per ritornare di nuovo al valore iniziale. Quando lo stimolo elettrico eccita la cellula, aumenta notevolmentelapermeabilitdellamembranaagliionisodioche,entrandonelcitoplasmadellacellula,primala depolarizzano,annullando la differenza dipotenzialetra internoed esterno, e poi ne causano linversione dipolarit. Lampiezza minima dellimpulso di corrente necessario adeccitare la cellula e a determinarne linversione del potenziale decresceconlaumentaredelladuratapertendereadunvalorecostantesecondounacurvasimileaduniperbole equilatera denominata curva di eccitabilit . Uno stimolo elettrico riesce a eccitare la cellula soltanto se produce un flusso di corrente la cui intensit e durata sono superiori ad una sogliache prende il nome di reobase. Per stimoli di intensit superiore alla reobase, l'eccitazione avviene soltanto se la durata dello stimolo e l'intensit di corrente sono aldi sopra della curva mostrata in figura 2.3. Questa curva rappresenta il limite per cui uno stimolo riesce a eccitare una cellula . Fig. 2.3- Curva di eccitabilit di una cellula 2.4Soglia di percezione Isegnalielettriciconnessiconlattivitbiologicacontrollanoilfunzionamentodeivariorganie vengonotrasmessidai neuronidelsistemanervoso.Stimolielettricichesuperanolasogliadieccitabilitecheprovengonodallesterno possonorisultarepericolosieinfluiresullefunzionivitali.Lapericolositdiquestistimolipuvariareaseconda dellintensit e della natura della corrente, dalla durata del contatto, dalla costituzione fisica della persona colpita (massa corporea e stato di salute)e dalla frequenza. Correnti a maggior frequenza sono meglio sopportate in quanto la durata dellimpulso necessario ad eccitare la cellula, inversamente proporzionale alla frequenza, diminuisce allaumentare della frequenzaequindinecessarioaumentarelintensitdellostimoloperprovocarelamodificazionedelpotenzialedi riposo della cellula. Inoltre la pericolosit della corrente elettrica diminuisce perch questa tende a passare attraverso la pelle.Ilfenomenodescrittosichiamaappuntoeffettopellepoichidanniprovocatidalpassaggiodellacorrente elettricainteressanosololapelleenongliorganivitali.Anchelacorrentecontinuapuesserepericolosama necessariaunintensitmaggiorediquellaalternataa50Hzacausadiunfenomenocheavvienenellacellula sottoposta ad uno stimolo continuo detto di accomodazione: in presenza di uno stimolo ininterrotto la cellula si adatta alla nuovasituazioneaumentandolasuasogliadieccitabilit.Ilvaloredicorrentepercepibiledaunapersonaunfatto individuale che dipende da diversi fattori: non facile determinare i minimi valori di corrente che superano la soglia di percezione e quindi si ricorre a criteri statistici e a metodi sperimentali. 2.5Effetti dellelettricit sul corpo umano Quandounacorrenteelettricaattraversauncorpoumanopuprodurreeffettipericolosiconsistentigeneralmentein alterazionidellevariefunzionivitali,inlesionialsistemanervoso,aivasisanguigni,allapparatovisivoeuditivo, allepidermide ecc.. Alcuni tra questi effetti risultano essere particolarmente pericolosi. 2.5.1TetanizzazioneSicontraggonoimuscoliinteressatialpassaggiodellacorrente,risultadifficilestaccarsidallaparteintensione prolungandoquindiilcontattoeprovocandoeffettiancorapidannosi-Ilvalorepigrandedicorrentepercuiuna persona ancora in grado di staccarsi della sorgente elettrica si chiama corrente di rilascio e mediamente compreso trai10mAei15mAperunacorrentedi50Hz.Danotarechecorrentimoltoelevatenonproduconosolitamentela tetanizzazioneperchquandoilcorpoentraincontattoconesse,leccitazionemuscolaretalmenteelevatachei movimenti muscolari involontari generalmente staccano il soggetto della sorgente. 2.5.2Arresto della respirazione Una complicanza dovuta alla tetanizzazione la paralisi dei centri nervosi che controllano la 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 pu morire soffocato o subire le conseguenze di traumi dovuti allasfissia. In questi casi il fenomeno reversibile solo se siprovvedecon prontezza, anche con lausilio della respirazione artificiale, al soccorso dellinfortunato per evitare danni al tessuto cerebrale. 2.5.3Fibrillazione ventricolare E leffetto pi pericoloso ed dovutoalla sovrapposizione delle correntiprovenientidallesterno con quelle fisiologiche che, generando delle contrazioni scoordinate, fanno perdere il giusto ritmo al cuore. Il cuore ha la funzione di pompare il sangue lungo le vene e le arterie del corpo. Per questo scopo, i muscoli del cuore, chiamati fibrille, si contraggono e si espandono ritmicamente a circa 60/100 volte al minuto (sistole e diastole). Questi movimenti sono coordinati da un vero e proprio generatore dimpulsi elettrici ; il nodo seno-atriale. Appositi tessuti conduttori si incaricano dipropagare questi impulsi che, passando attraverso il nodo chiamato atrio-ventricolare, arrivano alle fibre muscolari del cuore. Quando gli impulsielettriciarrivanoallefibrille,questeultimeproduconolecontrazionidandoluogoalbattitocardiaco.Ilcuore, proprio a causa della natura elettrica del suo funzionamento, particolarmente sensibile a qualunque corrente elettrica che proviene dallesterno, sia essa causata da uno shock elettrico ointrodotta volontariamente come nel caso del pace-maker.La corrente generata dalpace-maker semplicemente un supporto agli impulsielettrici prodottinel nodo seno-atriale enon produce anomalie nelnormale funzionamento delcuore ma lo aiutaa correggerecerte disfunzioni.Una correnteesternacheattraversailcuorepotrebbeinquestocasoavereeffettimoltograviperlinfortunatoperch potrebberoalterarsi lasincronizzazione ilcoordinamento neimovimentidelcuoreconlaparalisidell'operazione di pompaggio del sangue. Questa anomaliasi chiama fibrillazione ed particolarmente pericolosa nella zona ventricolare perchdiventaunfenomenononreversibileinquantoilfenomeno persisteancheselostimolocessato.Meno pericolosa,grazieallasuanaturareversibile,invecelafibrillazioneatriale.Lafibrillazioneventricolarereversibile entroiprimidueotreminutisoltantoseilcuore sottopostoadunascaricaelettricamoltoviolenta. Solocossi possono evitaregravi danni al tessuto del cuore stesso, al cervello e nel peggiore dei casi la morte dellinfortunato. Per raggiungereloscopovieneimpiegatoildefibrillatore,un'apparecchiaturamedicacheapplicaunimpulsoelettricoal toracedell'infortunatotramitedueelettrodi.Ifattorichepossonorendereprobabilelinnescodellafibrillazione ventricolare sono diversi. I pi significativi sono: - Lintensitdellacorrentecheattraversailcorpodicuiunapiccolapartepassaattraversoilcuoreecausala fibrillazione.Emoltodifficileladeterminazionedirisultatiaffidabilipoichnonostanteinumerosistudichesonostati realizzatipervalutareilminimovaloredicorrenteche pudareinizioaquestofenomeno,limpossibilitdirealizzare esperimenti diretti con l'uomo rendono molto difficoltosa una raccolta di dati sufficientemente attendibili. - Ogniindividuo reagisce inmododiversoalpassaggiodellacorrentepercuilaquantitdicorrente necessariaad innescarelafibrillazionepuvariaredacasoacaso ;nonostantequesto,ilpercorsoseguitodallacorrentehauna grandeinfluenzasullaprobabilitdinnesco.Perquestomotivostatodefinitounfattoredipercorsocheindicala pericolosit dei diversi percorsi seguiti dalla corrente considerando come riferimento il percorso mano sinistra-piedi. Elettrofisologia (3) PercorsoFattore di percorsoMani - Piedi 1Mano sinistra - Piede sinistro 1Mano sinistra - Piede destro1Mano sinistra - Entrambi i piedi1Mano sinistra - Mano destra 0,4Mano sinistra - Dorso 0,7Mano sinistra - Torace 1,5Mano destra - Piede sinistro 0,8Mano destra - Piede destro 0,8Mano destra - Entrambi i piedi 0,8Mano destra - Dorso 0,3Mano destra - Torace1,3Glutei - Mani 0,7Tab. 2.1 - Fattori di percorso - Ogniindividuo reagisce inmododiversoalpassaggiodellacorrentepercuilaquantitdicorrente necessariaad innescarelafibrillazionepuvariaredacasoacaso ;nonostantequesto,ilpercorsoseguitodallacorrentehauna grandeinfluenzasullaprobabilitdinnesco.Perquestomotivostatodefinitounfattoredipercorso (tab2.1)che indica la pericolosit dei diversi percorsi seguiti dalla corrente considerando come riferimento il percorso mano sinistra-piedi. -Si ha un istante di tempo in cui il ciclo cardiaco normale molto instabile per cui, se lo shockcoincide con questo istanteesisteun'elevatissimaprobabilitdiinnescodellafibrillazione.Questoperiodod'instabilitsichiamaperiodo vulnerabile. - Laprobabilitdinnescodellafibrillazioneaumenta selinfortunatoincontattoconlacorrenteesternaperuna durata maggiore del ciclo cardiaco. 2.5.4Ustioni SonoprodottedalcalorechesisviluppapereffettoJouledallacorrenteelettricachefluisceattraversoilcorpo(per esempio,se attraverso lapelle si innesca un flusso di corrente la cui densit di circa 60 milliampere al mm2,questa verr carbonizzata in pochi secondi). 2.6Limiti di pericolosit della corrente elettricaI limiti convenzionali di pericolosit della corrente elettrica sia alternata che continua, in funzione del tempo per cui fluisce attraverso il corpo umano, sono stati riassunti in un grafico tempo-corrente (dati IEC). Per correnti alternate(fig. 2.4) fino a: - 0,5 mA(soglia di percezione) il passaggio di corrente non provoca nessuna reazione qualunque sia la durata; -10 mA (limite di rilascio - durata qualsiasi) non si hanno in genere effetti pericolosi; ->10 mAnon pericolosa se la durata del contatto decrescente rispetto al valore di corrente. Fig. 2.4-Zone di pericolosit convenzionali IEC della corrente elettrica alternata sinusoidale a 50, 60 Hz . Ilpiano tempo corrente e stato suddiviso in quattro zone: Zona 1 -Retta adi equazione I=0,5 Ain cuinormalmente non si hanno effetti dannosi; Zona2- Tralaretta a elacurvabdiequazioneI=10+10/t(mA), conasintotoverticaleI=10mAnonsihanno normalmente effetti fisiopatologici pericolosi; Zona3- Tralacurvab elacurvac(sogliadifibrillazioneventricolare)possonoverificarsieffettiquasisempre reversibili che possono divenire pericolosi se a causa del fenomeno della tetanizzazione, che impedisce il rilascio, ci si porta nella zona 4 ; Zona4-Lapericolositaumenta allontanandosi dallacurvac.Sipuinnescarelafibrillazione conconseguente arresto cardiaco, arresto della respirazione e ustioni.Percontatticonlacorrentecontinualacurvadipericolositleggermentediversadaquellavistainprecedenza(fig. 2.4) tempo-correntedovelecorrentidiventanopericolosepervalori leggermentesuperioririspettoallecorrentiin alternata (fig. 2.5) .

Fig. 2.5 -Zone di pericolosit convenzionali IEC della corrente elettrica continua Elettrofisologia (4) In figura 2.6 sono sintetizzatele conseguenze del passaggio della corrente elettrica nel corpo umano. Fig. 2.6 - Conseguenze del passaggio della corrente elettrica alternata nel corpo umano Lapericolositdellacorrentediminuisceall'aumentaredellafrequenzapoichadaltefrequenzelacorrentetendea passare solo attraverso la pelle. Il fenomeno sichiama appunto effetto pellee le lesioni provocate dal passaggio della corrente elettrica sono solo superficiali e non interessano organi vitali. Dalla figura 2.7 si pu notare come le correnti a frequenza di50 ciclialsecondo si trovinonellafascia di frequenze pipericolose.In fig.2.8sono indicate la soglia di percezione e quella di dolore per scariche impulsive (considerando il valore della tensione di picco dell'impulso, sempre minore di 10 ms, e la quantit di carica trasferita).

Fig. 2.7 - Pericolosit della corrente elettrica al variare della frequenza Fig. 2.8 - Pericolosit delle correnti impulsive (durata dell'impulso minore di 10 ms) 2.7Resistenza elettrica del corpo umano Dare deivaloriprecisialla resistenza elettrica delcorpo umanorisultapiuttosto difficoltoso essendo questa influenzata damoltevariabili:percorsodellacorrente,statodellapelle(presenzadicalli,sudore,umidit,tagli,abrasioniecc..), superficiedicontatto,tensionedicontatto(sperimentalmentesivistocheallaumentaredellatensionediminuiscela resistenza).CometalepossibilevalutarlasolostatisticamenteequindilenormeCEIfannoriferimentoavalori convenzionaliriferitiaduncampionemediodipopolazione.Nelcasocheilcontattoavvenissetramitestratiisolanti (guanti, calzari, pedane ecc.) alla Rc occorre ovviamente aggiungere la resistenza di tali materiali. Fig. 2.9 Circuito equivalente del corpo umano tra due puntiDal circuito equivalente di fig. 2.9 si pu rilevare che Rs e Cs sono la resistenza e la capacit dei punti di contatto mentre Rilaresistenzainternadelcorpoumano.Talivaloripossonoesserediversiasecondadeicasielimpedenza capacitiva rilevante solo per frequenze superiori a 1000 Hz . A frequenza industriale limpedenza Z si riduce alle sole resistenze del corpo umano.Si visto che la corrente elettrica pu risultare pericolosa a partire da valori di10 mA. Ai finipraticipiconvenienteriferirsiaivaloriditensionechesonoingradodifarcircolareunaparticolarecorrente piuttosto che adei valori di corrente veri e propri. Vedremo pi avanti come vengono determinatii valori di Rc e ivalori di tensione considerati pericolosi. Il terreno come conduttore elettrico (1) 3. Il terreno come conduttore elettrico 3.1 La resistenza di terra Se a due elettrodi (dispersori) conficcati nel terrenoviene applicata una d.d.p. il terreno svolge la funzione di conduttore elettrico. Ogni porzione elementare del terreno offre una resistenza tanto pi piccola quanto pi lontana dal dispersore (per la verifica si usato un dispersore emisferico di raggio r0 perch ad una certa distanza, qualunque sia la forma del dispersore,lelineeequipotenzialidiventanoemisferiche).SidiceresistenzaditerraRtlasommadelleresistenze elettriche elementari di queste porzionidi terreno. Ad una certa distanza dal dispersore la sezione diventa cosgrande che la resistenza pressochnulla mentre nelle immediate vicinanzele sezioni attraverso le quali fluisce la corrente si rimpiccioliscono elaresistenzaaumenta.Perquantodettosoprasidefinisceequivalenteemisfericodiundispersore qualsiasi il dispersoredi forma emisferica avente la stessa resistenza. Fig. 3.1 -Andamento del potenziale nel terreno per dispersione con elettrodo emisferico.3.2 I potenziali del terreno Nel circuito (bipolo) equivalente alla Rtun polo rappresentato dal dispersore, laltro da un punto allinfinito a potenziale zero (punto sufficientemente lontano dal dispersore tale da poter essere considerato a potenziale zero). Fig. 3.2 -a) Punto allinfinito a potenziale zero.b) Resistenza di terra di un dispersore.3.3 Dispersori in parallelo Dueelettrodipossonoessereconsideratiinparalleloquandozeroilpotenziale prodottodallunosullaltro.Inteoriai dispersorinonsono maiinparallelo(soloallinfinitolinfluenzareciprocanulla)ancheseinpraticasufficienteche sianodistanticircad>10r0 perpoteressereconsideratiinparallelo(r0=raggiodellequivalenteemisfericodel dispersore). 3.4 Resistenza verso terra di una persona Ipiedipossonoessereassimilatiaduepiastrecircolaridiraggiorp.Percomoditassumiamolapiastradiraggio rp=1/10 m per cui la resistenza di terra di ciascun piede vale: (3.1)( = resistivit del terreno in Om) Potendoli considerare come due dispersoriin parallelola resistenzadi terra del dispersore piedi Rtc di una persona vale circa2. Se si indica con Rc la resistenza del corpo umano, Rc+Rtc rappresenta la resistenza della persona e del terrenofinoadunpuntopresoallinfinito.Aquesta,selapersonasitrovainlocalechiuso,andrebbeaggiuntala resistenza del pavimento. 3.5 Tensione di contatto (UC) di passo (UP) Letensionidipassoedicontattosonoduegrandezzefondamentaliperlasicurezza.Siriferisconoinfattiairischidi fenomenidielettrocuzioneerappresentanoletensionialle qualipossonoessereaccidentalmentesottopostigliesseri umani. La tensione di contatto la differenza di potenziale alla quale pu essere soggetto il corpo umano in contatto con parti simultaneamente accessibili, escluse le parti attive, durante il cedimento dellisolamento (fig. 3.3 ). Fig. 3.3 - Tensione di contatto-Significato e circuito equivalente Il circuito equivalente consente di risalire con facilit alla tensione UC. Ricordando che la corrente che attraversa il corpo umano una piccala frazione della corrente di guasto Ig con sufficienteapprossimazione si ottiene: (3.2) La tensione di passo la differenza di potenziale che pu risultare applicata tra i piedi di una persona alla distanza di un passo (convenzionalmente un metro) durante il cedimento dellisolamento (fig. 3.4).

Fig. 3.4 - Tensione di passo - Significato e circuito equivalenteCon riferimento allo schema equivalente si pu calcolare la UPcon la formula:(3.3)DaglischemiequivalentisipurilevarelimportanzachepuassumereilvaloredelleresistenzeR2(legatealla resistenzadellostratosuperficialedelterreno)che potrebbeessere,perottenere unresistivitpialta,realizzatocon materiali appositi (ghiaia, bitume, ardesia, ecc..). Il terreno come conduttore elettrico (2) 3.6 Tensione totale e tensione di contatto La carcassa di un apparecchio messa a terra (collegata ad un dispersore) che disperde la corrente di guasto Ig assume una tensione: (3.4) Ut = tensione totale di terraUnapersonachetoccassetalecarcassaduranteunguastodisolamentosoggettaadunatensioneUc(tensione di contatto)chepuessereminoreoallimiteugualeallaUt.Lasituazionepipericolosasihaseilcontattoavviene lontano dal dispersore in un punto del terreno in cui il potenziale prossimo allo zero. Se ad esempio il punto di contatto avvenissetramiteunacondutturaidricalaresistenzadicontattoversoterradellapersona Rtcsarebbe moltopiccola aumentandolatensionedicontattoUcfinoafarlacoincidereinmodosensibileallatensionetotalediterraUt. La tensione,preesistentealcontatto,chesistabiliscetralacarcassaeilpostochepotrebbeessereoccupatodalla persona, si chiama tensione di contatto a vuoto Uc0che pu essere usata,in favore della sicurezza, al posto della Uc.Latensione dicontatto dipende essenzialmentedallaRcdelcorpo umano.Se allimite la Rcfosseinfinita,attraversoil corpoumanononpasserebbealcunacorrentepuravendoapplicatalaUc0elasicurezzasarebbelapielevata possibile.PurtroppolaRcnonsolonon infinita mapuredidifficilevalutazioneequindisidovutoraggiungereun compromessoassumendodeivaloridiRcconvenzionali(valorinonsuperati dal 5%dellapopolazione),in condizioni asciutteconareadeglielettrodidi80cm2. Laresistenzadel corpo umanodipende dadiversi fattori masoprattuttodal percorsodellacorrente,dallecondizioniambientali,dallasuperficiedicontattodeglielettrodiconlapelleedalla tensione. Normalmente la corrente fluisce in un percorso mani-mani o mani-piedimentre se elevatala probabilit che il percorso della corrente sia diverso si configura il luogo conduttore ristretto per il quale occorre prendere particolari misure di sicurezza.Il percorso mano-mano meno pericoloso del percorso mani-piedi(la Rc minore e la probabilit diinnescarelafibrillazionecardiacaminorerispettoalpercorsoverticale)tuttavianelpercorsoverticalelaRchain serie la resistenza verso terra della persona Rtc che a favore della sicurezza, tanto che per valori di Rtc elevatidiventa pipericolosoincerticasiilpercorsotrasversalemano-mano.Daquesteconsiderazionipertracciarelacurvadi sicurezza ci si prudenzialmente riferiti al percorso mani-piedi di una persona che afferra un apparecchio elettrico con le due mani e con i due piedi appoggiati al suolo. Sono stati esaminati diversi tipi di pavimentia secco e a umido ed stato assuntounvalorediRtcdi1000O(largamentecautelativo)periluoghiordinari edi200Oincondizioniparticolari (allaperto,inmancanzadelpavimento,laRtcequivaleacircaduevoltelaresistivitdelterreno,identificatacome la resistenza diuna piastra metallica appoggiata sul terreno di areaequivalente a quella dei piedi, e quindi prudenziale per resistivit del terreno superiori a 100 Om ) trascurando, a favore della sicurezza,la resistenza delle calzature. Nella tabella3.5.1 sono riportati i valori di resistenza in funzione della tensione nel percorso mani-piedi(CEI 1335 P, art.5)dallaqualesiricavaperognivaloreditensionelacorrentechefluisceattraverso laresistenzaRc+Rtc.Ilvaloredi corrente cos calcolato va riportato sulla curva di sicurezza tempo corrente dalla quale facile ricavare il tempo per cui pu essere tollerato quel valore di tensione. Questi valori sono raccolti nella tabella 3.1 e vengono utilizzati per tracciare la curva di sicurezzatensione/tempo (la Rc ha lo stesso valore sia in condizioni ordinarie che in condizioni particolari in quanto non influenzata in modo significativo dalle condizioni ambientali). Tensione di contatto Valori di Rc che non sono superati dal 5% della popolazione (percorso mani - piedi) 25 V 50 V75 V 100 V 125 V 220 V700 V 1000 V val. asintotico875O 725O 625O 600O 562O 500O 375O 350O 325OTab. 3.1. - Valori della resistenza Rc al variare della tensione Tensione di contatto Condizioni ordinarieCondizioni particolariRc+Rtc I t Rc+Rtc I t 25 V 50 V 75 V 90V 110V 150V 230V 280V 500V ------1725 O 1625 O1600 O 1535 O 1475 O 1375 O 1370 O 1360 O ------ 29 mA 46 mA 56 mA 72 mA 102 mA 167 mA 204 mA 368 mA ------ 5s 0,60s 0,45s 0,36s 0,27s 0,17s 0,12s 0,04s 1075 O 925O 825O 780O 730O 660O 575O 570O ------23mA54mA91mA 115 mA 151 mA 227 mA 400 mA 491 mA ------5 s 0,47 s 0,30 s 0,25 s 0,18 s 0,10 s 0,03 s 0,02 s ------Tab. 3.2. - Curve di sicurezza tensione - tempo3.7 La curva di sicurezza Per la sicurezza, pi che ai limiti di corrente pericolosa, ci si riferisce ai limiti di tensione pericolosa. Fig. 3.5 - Curve di sicurezza tensione-tempo in condizioni ambientali particolari e ordinarie Ovviamente sia la corrente che la tensione sono legati dalla legge di Ohm: RceUc oppure, a favore della sicurezza, Rc + Rtc eUC0.PoichivaloridiRcvarianoasecondadelpercorsodellacorrentenelcorpoumanopersemplificare lindividuazionedelletensionipericolosesisonostabilitiin modoconvenzionalevaloriprudenzialidiRce diRtctalida ottenere ivalori massimi delle tensionidicontatto a vuoto sopportabilidalcorpoumano infunzione deltempo.Si in questo modo costruita una curva di sicurezza dei limiti tensione-tempo in condizioni normali e in condizioni particolari.Latensionecorrispondentealtempo5sdenominatatensionedicontattolimiteUL.Questoillimitesuperioredelle tensionichepossonopermaneresuunamassaperuntempoindefinitosenzapericoloperlepersone.Incondizioni normali si consideraUL=50V mentre in condizioni particolari UL=25V (Ad esempio ambienti bagnati, strutture adibite ad uso zootecnico, ecc..). Tensione di contatto (c.a.) Tensione di contatto (c.c.) Tempo di sopportabilit di1000VC.a.e1500VC.c.adognivalorenominaleditensionesiabbinaancheunvaloredi tensioneriferitoallisolamento rispettoalqualedevonoesseredimensionateleapparecchiature(Latensione disolamento Vi deve essere circa uguale a Vn+ 10%Vn - tab. 5.2.1). Tensione concatenata (KV)Tensione massima di riferimento per lisolamento (KV)3 6 10 15 20 30 66 132 220 380 3,6 7,2 12 17,5 24 36 72,5 145 245 420 Tab. 5.1 - Tensioni nominali e relative tensioni di riferimento per l'isolamento per sistemi con tensione nominale superiore a 1000 V in c.a. e 1550 V in c.c. 5.2 Classificazione dei sistemi elettrici in relazione alla messa a terra I sistemi elettrici sono classificati in base allo stato del neutro e delle masse rispetto alla terra. Vengono indicati con due lettere: 1a lettera = TIl neutro collegato a terra 1a lettera = I Il neutro non collegato a terra oppure collegato a terra tramite unimpedenza 2a lettera = T Masse collegate a terra 2a lettera = N Masse collegate al neutro del sistema Fondamentalmente esistono tre tipi di sistemi elettrici di distribuzione: 1) SistemaTT,terradelneutro incabinaeterradelle massecollegateallimpiantoditerradellutente medianteilconduttore diprotezione(PE).Ilconduttoredineutroconsideratoattivoatuttiglieffetti(puassumeretensioni pericoloseadesempioacausadicaduteditensionesudiesso)cometaledeveesseresezionabileequindigli interruttori devono aprire su tutti i poli. Il conduttore PE invece non deve mai essere sezionato. Fig. 5.1 - Sistema TT. Il neutro collegato direttamente a terra mentre le masse sono collegate ad un impianto di terra locale indipendente da quello del neutro.2) SistemaTN,neutroaterraconlemassecollegatedirettamentealneutro(TN-C-ilneutro,fungendoancheda conduttore di protezione, non deve essere sezionabile e deve avere sezione rispondente alle normative sugli impianti di terra) oppure tramite il conduttore di protezione (TN-S - le normerichiedono il sezionamento del neutro solo nei circuiti a dueconduttorifase-neutroaventiamonteundispositivodiinterruzioneunipolarecomeadesempiounfusibile. Comunque il sezionamento del neutro non vietato negli altri casi). Fig. 5.2 - Sistema TN. Il neutro collegato direttamente a terra. Le masse sono collegate al conduttore di neutro direttamente(TN-C) o tramite un conduttore di protezione (TN-S). Se il conduttore di neutro funge anche da conduttore di protezione prende il nome di PEN. 3) SistemaIT, ilneutro isolatoo collegato a terra tramite impedenzamentrele masse sonocollegate aduna terra locale (ilneutrodeveessere sempresezionabile).Ilprincipale vantaggiodiquestosistemalacontinuitdelservizio perch alprimo guasto a terra la corrente che sirichiude attraverso le capacitparassite deiconduttoriverso terra moltopiccolaequindinonnecessitadiessereinterrotta.Questounsistemautilizzatoperimpianticonparticolari esigenze di continuit di esercizio purch vi sia uncollegamento ad un unico impianto di terra delle parti metalliche da proteggere,latensionesullemassenonsuperii25Vnelcasodiprimoguastoaterra,iltempodiinterventodel dispositivo di protezione non superi i5s quando siverifica il secondo guasto a terra e vi sia un dispositivo di controllo continuo dellisolamento delle parti attive verso terra. Fig. 5.3 - Sistema ITMisure di protezione contro i contatti diretti (1) 6. Misure di protezione contro i contatti diretti6.1 Protezione totale - IsolamentoLe misure di protezione totali consistono nellisolamento delle parti attive e nelluso di involucri o barriere. Le parti attive devonoesserericopertecompletamentedaunostratodiisolanteaventespessoreadeguatoallatensionenominale versoterradel sistema elettricoedessere resistentiaglisforzi meccanici, elettrici, termicie alle alterazionichimiche cui pu essere sottopostodurante il funzionamento. Se si considera per esempio un cavo elettrico, per renderlo resistente alle normali sollecitazioni meccaniche occorre adottare unappropriata modalit di posa (Cavo armato o concentrico, tubi protettivi,passerelle, cunicoli, interrati ad almeno 0,5 m,segnalati e protetticon mattoni, tegole ecc..). Vernici, lacche, smalti e prodotti simili non sono considerati idonei a garantire una adeguata protezione contro i contatti diretti.- Involucri e barriereLinvolucro garantisce la protezione dai contattidirettiquando esistono parti attive (ad es. morsettielettrici) che devono essereaccessibiliequindinonpossonoesserecompletamenteisolate.Labarriera unelementocheimpedisceil contatto direttonella direzione normale di accesso. Questi sistemi di protezione assicurano un certo grado di protezione contro la penetrazione di solidi e di liquidi. Le barriere e gli involucri devono essere saldamente fissati, rimovibili solo con attrezzi,apribilidapersonaleaddestratooppuresoloselaccessoallepartiattivepossibiledopoavereapertoil dispositivo disezionamentocon interblocco meccanico oelettrico. In ognicaso ilpersonale addestrato deve diregola sezionare ilcircuito prima di operare su parti attive o nelle loro vicinanze. In alcuni casi di comprovata necessit e solo conlapprovazione deldirettosuperioree dopoaverpresole necessarie misure disicurezza,ammessolavorare su parti in tensione non superiore a 1000 V. Linterruttore differenziale con corrente nominale dintervento non superiore a 30mA riconosciuto come protezione addizionale (non riconosciuto come unico mezzo di protezione)contro i contatti diretti in caso di insuccesso delle altre misure di protezione o di incuria da parte degli utenti. 6.2 Gradi di protezione Per identificare il grado di protezione, convenzionalmente in sede IEC si adottato un codice composto dallelettere IP seguitedaduecifre edeventualmentedaun terzaletteraaddizionale(tab.6.1.1-ae6.1.1-b:laprimacifra indicail grado di protezione contro i corpi estranei e contro i contatti diretti, la seconda contro la penetrazione di liquidimentre la lettera addizionale (deve essere usata solo se la protezione contro laccesso superiore a quella definita con la prima cifracaratteristica) haloscopodidesignareillivellodiinaccessibilitdellinvolucroalleditaoallamano,oppuread oggettiimpugnatidaunapersona.DeveessereassicuratoalmenoilgradodiprotezioneIPXXB(sipossonoavere aperture pigrandiperpermettere lasostituzione diparti,come ad esempio alcuniporta lampade e fusibili,purch in accordoconlerelativenorme)eilgradodiprotezioneIPXXDperlesuperficiorizzontalidellebarriereodegliinvolucri chesonoaportatadimano(aportatadimanosono daintenderelepariconduttricipostenelvolume chesiestende attorno al piano di calpestio, normalmente occupato o percorso da persone, delimitato dalla superficie che una persona pu raggiungere con la mano estendendo completamente il braccio senza luso di mezzi ausiliari). Nelle tabelle in figura sono riassunti igradi di protezione contro i corpi estranei e contro i liquidi stabiliti dalle Norme. Grado di protezione contro corpi estranei Disegno schematico della provaProva di validazione della protezione 1 Protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 50mme contro laccesso a parti pericolose col dorso della mano. Una sfera di C50 mm non deve poter passare attraverso linvolucro e/o entrare in contatto con parti attive o in movimento. 2 Protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 12 mm e contro laccesso a parti pericolose con un dito. Il cosiddetto dito di prova non deve entrare in contatto con parti attive o in movimento. Inoltre una sfera di C12 mm non deve poter passare attraverso linvolucro. 3 Protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 2,5mm e contro laccesso a parti pericolose con un attrezzo (ad es. cacciavite). Un filo di C2.5 mm non deve poter passare attraverso linvolucro. 4 Protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 1,0mm. Un filo di C1,0 mm non deve poter passare attraverso linvolucro.5 Con lapparecchiatura in una camera a polvere di talco in sospensione, si deve verificare che la quantit di polvere che entra nellapparecchiatura stessa non superi un certo quantitativo. 6 Con lapparecchiatura in una camera a polvere di talco in sospensione, si deve verificare che la quantit di polvere che entra nellapparecchiatura stessa sia nulla. Tab. 6.1-a - Grado di protezione contro corpi estraneiGrado di protezione contro i liquidiDisegno schematico della provaProva di validazione della protezione1 Lapparecchiatura deve essere protetta contro la caduta di gocce in verticale. 2 Lapparecchiatura deve essere protetta contro la caduta di gocce con una angolazione massima di 15 gradi. 3 Lapparecchiatura deve essere protetta contro la pioggia. 4 Lapparecchiatura deve essere protetta contro gli spruzzi. 5 Lapparecchiatura deve essere protetta contro i getti dacqua. 6 Lapparecchiatura deve essere protetta contro le ondate. 7 Lapparecchiatura deve essere protetta contro limmersione. 8Lapparecchiatura deve essere protetta contro limmersione a tempo indefinito e a profondit specificata. Tabella 6.1-b - Grado di protezione contro i liquidi Misure di protezione contro i contatti diretti (2) 6.3Protezione parziale Lemisurediprotezioneparzialesiottengonomedianteostacoliemedianteallontanamento.Hannoilcompitodi proteggeredaicontattiaccidentaliedirealizzarelallontanamentodipartiatensionediversa simultaneamente accessibili (Le norme CEI 64/8 considerano parti simultaneamente accessibili quelle che si trovano a distanza inferiore a 2,5msiainverticalecheinorizzontaleechequindinonpossonoconvenzionalmenteesseretoccate contemporaneamentedaunapersona)manonhannoefficaciaversoicontattiintenzionali.Sonodestinatesoloalla protezionedipersonaleaddestratoevengonoapplicatenelleofficineelettriche.Nondevonopoteressererimosse accidentalmente, ma la rimozione intenzionale deve poter avvenire senza chiave o attrezzo. 6.4 Classificazione dei componenti e degli apparecchi elettrici In relazione al sistema di protezione adottato contro i contatti indiretti i componenti elettrici si suddividono nelle seguenti Classi : -ComponentidiClasse0-sonodotatisoltantodiisolamentoprincipaleelinvolucrometallicosprovvistodi morsettoperilcollegamentodimessaaterra.DevonoessereallacciatisoloasistemidiCategoria0oasistemidi categoria I isolati da terra (separazione elettrica) o installati in locali isolanti e non possono essere installati negli impianti per edifici civili o similari; - Componenti di classe I -sono provvisti di isolamento principale e gli involucri sono muniti di morsetto per la messa a terra. Sono utilizzabili in tutti i sistemi (TN,TT,IT) di categoria 0 e I ; - Componenti di Classe II- sono provvisti di isolamento supplementare e sono privi di morsetto di messa a terra. La messa a terra non necessaria (potrebbe addirittura essere controproducente perla sicurezza)in quanto glieventuali involucri metallici esterni sono separati dalle parti attive interne da un isolamento doppio o rinforzato. Vengono impiegati, solo nei sistemi elettrici di I categoria,in alternativa a quelli di classe I quando non sia possibile attuare il collegamento a terra delle masse o quando si ritenga poco sicuro tale collegamento; - Componenti di classe III - le parti in tensione possono essere scoperte poich la protezione contro i contatti indiretti assicuratadal tipo dialimentazione a bassissima tensione disicurezza.Non sono dotatidi morsetto per la messa a terra. In relazione al loro grado di mobilit gli apparecchi si classificano in : - Apparecchio fisso - apparecchio ancorato o fissato ad un supporto o comunque fissato, anche in altro modo, in un posto preciso, oppure apparecchio che nonpu essere facilmentespostato; -Apparecchiotrasportabile-apparecchioche,purpotendoesserespostatoconfacilit,nonvienenormalmente spostato durante il suo funzionamento ordinario ; - Apparecchio mobile - apparecchio trasportabile che deve essere spostato manualmente da chi lo utilizzamentre collegato al circuito di alimentazione ; - Apparecchio portatile - apparecchio mobile destinato ad essere sorretto dalla mano di chi lo utilizza durante il suo impiego normale, nel quale il motore, se esiste, parte integrante. 6.5 Protezioni passive Metodi per rendereimpossibile il manifestarsi di tensioni di contattopericolose: -Impiegodiapparecchiconisolamentodoppioorinforzato-ApparecchidiclasseII(Nonhannomasse,sono provvisti di isolamento speciale,sono privi del morsetto di terra e sono adatti per proteggere piccoli apparecchi portatili o per apparecchi fissi da installare in impianti senza impianto di terra) ; -Protezioneperisolamentoelettrico-ApparecchidiclasseIII.Sirealizzamediantelimpiegodiopportuni trasformatori diisolamento o alimentando i circuiti con sorgentiautonome di energia aventicaratteristiche disolamento ugualiaquelleindicatedallenormeperitrasformatoridisolamento(CEI96-2)(Lepartiintensionepossonoessere scoperte. Non presente il morsetto di terra) ; -Localiisolanticonlimpiegodi apparecchidiclasse0(Provvistisolodiisolamentoprincipalenecessarioper assicurare il normale funzionamento. Linvolucro metallico non possiede il morsetto di terra. E vietata linstallazione negli impianti in edifici civili e similari). Tale protezione consiste nel realizzare locali in cui il pavimento e le pareti presentino unaresistenzaversoterradi50000Opertensionifino a500Ve 100000O pertensioni superioria 500V.Non possono essere utilizzatinegli edifici civili, non possono essere installate prese a spina e ilconduttore di protezionePE. Ilocali devono essere mantenuti costantemente sotto controllo da personale specializzato onde evitare che vengano introdotte masse estranee o che vengano collegate aterrale apparecchiature.Gli ingressidevonoessere costruitiin modo tale chelaccessoailocalidelleperoneavvengasenzachelestessesianosottoposteapotenzialipericolosi;perquesto scopo si possono usare pedane o scarpe isolanti. Tutte le masse estranee entrantinel locale devono essere interrotte con una o pi giunzioniisolanti tali da impedire lintroduzione di potenziali pericolosi nel locale isolato. Gli apparecchi e gli elementi fissi devono avere tra di loro una distanza minima di due metri se a portata di mano e di 1,25 metri se non a portata di mano ; - Locali resi equipotenziali e non connessia terra. 6.6 Protezioni attive Lemisurediprotezioneindicatenelparagrafoprecedentesonofinalizzateadevitareilcontattodiretto.Pututtavia avvenireuncontattodirettoacausadelcedimentodellaprotezionepassivaopisemplicementeperimprudenzada partedellutente.Perproteggerelepersonadataleeventualitpuessereimpiegato,comemetodoaddizionale, il sistema di interruzione automatica che non esime, per, dallapplicazione delle misure di protezione fin qui descritte. Non essendolacorrente che attraversa ilcorpoumanoingrado difarintervenire idispositivi dimassima corrente,lunico dispositivo in grado di aprire il circuito in casi del genere linterruttore ad alta sensibilit (Idn non superiore a 30 mA). 6.7 Linterruttore differenziale come protezione addizionale contro i contatti diretti LacorrenteIdndi30mAdellinterruttore differenzialeadaltasensibilit,noncorrispondeesattamenteaquellacheil corpo umano pu sopportare per un tempo imprecisato, ma frutto di un compromesso tra le esigenze di sicurezza per lepersoneelacontinuitdiserviziodellimpianto.Linterruttoredifferenzialenonlimitailvaloredellacorrentema solamente il tempo in cui questa corrente permane e la sicurezza della persona assicuratasolo se, per ogni valore di corrente, il circuito viene aperto in un tempo compatibile con la protezione del corpo umano. In caso di contatto diretto linterruttore differenziale da 30mA, a parit di corrente,interviene in un tempo inferiore rispetto a quello ammesso per la protezione contro i contatti indiretti. Occorre per sottolineare che nei contatti indirettisi ha un vantaggio : normalmente la persona, nel momento in cui si verifica il guasto, non a contatto con la massae la corrente si chiude a terra tramite il conduttorediprotezionedeterminandolinterventodellinterruttoredifferenziale,senzachelapersonasiapercorsada nessuna corrente. Questo non pu accadere nei contatti diretti in quanto il dispositivo differenziale attivato dalla stessa correntecheattraversalapersona,ilchenoncipermettediescluderechenellinfortunatononpossanoinsorgere fenomenidifibrillazioneventricolare. Oltreailimitifinoradescrittilaprotezionedifferenzialecontroicontattidiretti presenta le seguenti limitazioni (largomento verr ripreso in un successivo capitolo): - Contatto fra due parti attivedel sistema - se la persona isolata da terra il dispositivo differenziale sicuramente non intervienementreselapersonanonisolatadaterraildifferenzialepuancheintervenire.Seilcontattonon simultaneo, ma prima viene toccata la fase, il dispositivo pu intervenire se la corrente verso terra maggiore di Idn e se iltempodicontattosullasolafasepermaneperiltempominimodinonfunzionamentodeldispositivo. Uncaso particolaresihaquandoilneutropresentaunguastoaterraavalledellinterruttoredifferenziale.Seilneutroa potenziale prossimo a zeroil guastopu permanere perun tempo non definito. Il contatto simultaneo daparte diuna personadiuna fase e della massariconducibileadunguastobipolaree ildispositivodifferenziale noninterviene.Il sistemadidistribuzionepotrebbenonessereperfettamenteequilibratoedilneutropotrebbeassumereunpotenziale diversodazerodovutoallacorrentedisquilibriochelopercorre.Linterruttoredifferenzialepotrebbeintervenire, dipendendo questo dal valore del potenziale assunto dal conduttore di neutro e dal valore dellaresistenza di terra delle masse.E sufficienteunadifferenzadipotenzialedi3Veunaresistenzaditerradi100Operfarfluireversoterrala corrente di30mA che in grado difar intervenire linterruttore differenziale ad alta sensibilit da 30mA (potrebbe essere un buon motivo per abbassare il noto valore della RT di 1666 O da associare allinterruttore differenziale da 30mA). -Correntididispersione-lapresenzadicorrentididispersionepudiminuirelaprotezioneoffertadallinterruttore differenziale.Comeesempioconsideriamo unsistematrifaseincuilarisultantedellasommadellecorrentidi dispersionesuduefasipotrebbenonfarintervenirelinterruttoredifferenziale.SianolacorrenteId1 elacorrente Id2 ugualia20mA.Lasommavettorialerisultaancoraugualea20mAsenzachelinterruttoredifferenzialeriescaad intervenire.Ilcontattocon laterzafasediunapersona chederiviunacorrentedi30mAnonprovocalinterventodel dispositivo. Linterruttore differenziale, infatti, rileva solo la risultante di 10 mAe quindi non apre il circuito. - componenti continue verso terra - in presenza di componenti continue verso terra il dispositivo differenziale potrebbe non esserein grado diaprire ilcircuito. Perquesto motivo occorre scegliere linterruttore differenziale adatto altipo di corrente di guasto verso terra. In commercio esistono tre tipi di interruttori differenziali denominati AC, A, B differenziale (per una descrizione pi dettagliata si rimanda al fascicolo Dispositivi di manovra e protezione ). 6.8Protezione per limitazione della corrente Alcuneapparecchiaturespeciali(antennetelevisive,recinzionielettriche,apparecchielettromedicali,interruttoredi prossimitecc..)hanno parti metalliche accessibili collegate a circuitiattivi tramite unimpedenza divalore elevato.Per garantire dal pericolo dellelettrocuzione il costruttore deve fare in modo che la corrente che pu attraversare il corpo di una persona durante il servizio ordinarionon sia superiore a 1mA in corrente alternata o a 3mA in corrente continua. Le parti metalliche che non devono essere toccate durante il servizio ordinario devono presentare una tensione di contatto che non deve dar origine, attraverso il corpo della persona, a correnti non superiori a 3,5 mA in corrente alternata e a 10 mA in corrente continua. 6.9 Protezione per limitazione della carica elettrica I condensatori devono essere protetti contro il contatto diretto quando viene superato un determinato valore di capacitperevitarecheuneventualecorrentediscarica,ancheseimpulsiva,possaprovocareeffettipericolosisullepersone. Per le parti che devono essere toccate il limite di carica elettricastabilito dalle Norme di 0,5C mentre per le altre parti di50C.Ivalorimassimidicapacitinrapportoalvaloreefficacedellatensionedicaricadelcondensatoresono : 0,16Fa230V,0,09a400V,0,07Fa500V, 0,03Fa1000V.Aldifuoridiquestivalorinecessariodotarei condensatoridiunaresistenzadiscaricainparallelocheriducainmenodi5slatensioneailorocapiadunavlore inferiorea60Vc.c.oppuredevonoessereprotetticontroilcontattoaccidentalecon ungradodiprotezione minimodi IP2X. Protezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione (1) 7. Protezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione7.1 Sistemi TT 7.1.1Circuito equivalente LatensionedicontattoavuotoUC0diventaugualeallatensionetotaleUTselapersona,sufficientementelontanadal dispersore,sitrovaadunpotenzialeprossimoallozero.Essendoquestalacondizionepipericolosachesipu verificare, per studiare il problema si pu assumere, a favore della sicurezza, la tensione UT. Fig. 7.1 - a) Circuito di guasto a terra in un sistema TTb) Circuito elettrico equivalente c) Il circuito di guasto si comporta come un generatore di tensione Eeq, essendo Req trascurabile rispetto a Rc+Rtc.La resistenza del conduttore di fase e le impedenze del trasformatore (dellordine della decina di ohm) sono trascurabili rispetto alle altre resistenze del circuito diguasto e, applicando il teorema di Thvenin-Norton (1) tra i punti A e T(fig. 7.1),si pu ricondurre il circuito di guasto ad un generatore ideale di tensione di f.e.m. (Eeq) avente in serie la sola Req: ; ; ;(7.1) Sempre tra i punti A e T col generatore U0cortocircuitato si ottiene:(7.2) La Req trascurabile (dellordine degli Ohm) rispetto alla resistenza di carico Rc + Rtc (dellordine delle migliaia di Ohm) ed inoltre questa approssimazione senzaltro a favore della sicurezza. Il contatto di una persona (Rc+Rtc)non modifica in modo sensibile la tensione preesistente. Per assicurare la sicurezza delle persone occorre contenere la tensione sulla massa entro il limite di sicurezza UL, dovrebbe perci essere verificata la condizione:(7.3)da cui:(7.4)La resistenza Rn del neutro in genere piuttosto bassa e in un sistema trifase 380/220 V con una UL uguale a 50Vla Rt dovrebbe essere inferiore a circa 0,3 Ohm : (1) - Data una rete comunque complessa,formata da generatorielettricie da elementipassivi tutti lineari,aifinidella corrente che circola in un qualsiasisuo tronco (adesempio Rc + Rtc )odella tensioneaisuoicapi(punti Ae T), sempre possibile,per ilprincipio di Thvenin-Norton, schematizzarelarestanterete,dicuiiltroncoconsideratofaparte,conunsologeneratoreidealeditensione,lacuiforzaelettromotrice indicheremo con Eeq(rappresenta la d.d.p.che esiste fra ipunti della rete tra i qualivi iltronco considerato,quando per questo stato tolto dallarete-tensioneavuototraipuntiAeT) elacuiresistenzainseriecon Req(rappresentalaresistenzavistaentrolaretedeltronco considerato quando tutti igeneratori idealidi tensione sono stati cortocircuitati).In generale ilcalcolo diEeqe diReq vieneeseguito applicando i principi di Kirchhoff. 7.1.1Caratteristiche della protezione Non essendo facile contenere la tensione sulla massa entro il limite di sicurezza UL, perch sarebbero necessari valori di Rt troppo bassi e non potrebbero essere facilmente controllate le eventuali variazioni che la resistenza di terra del neutro potrebbe subire col tempo (Il sistema TT utilizzato prevalentemente come sistema di distribuzione pubblica e lutente non conosce il valore della Rn. Si vogliono infatti distinguere i problemi dellasicurezza dellutente da quelli della rete di distribuzionepubblicainbassatensione),perconseguirelasicurezzaoccorreridurreiltempodipermanenzaditale tensione.Ilcircuitodeveessereinterrottoinuntempotantopibreve quantomaggiorelatensionesulle massein mododasoddisfarelacurvadisicurezza.Comegisidetto,nellapplicarelacurvadisicurezzasipuutilizzarela tensionetotaleUtanzichlatensionedicontattoavuotoUC0proteggendoinquestomodoancheunapersonain contattoconunamassaeunpuntoallinfinitoapotenzialezero(situazionepipericolosa).Gliinterruttoriautomatici apronoilcircuitosecondounacurvacaratteristicatempo-corrente.LacorrentediguastoIgpuassumerequalsiasi valoredipendentedallaresistenzaRn,RtedRg(resistenzadelguastosullamassa).Unguastononfrancoaterra potrebbe diventare pericoloso se la Ig che circola non fosse in grado di aprire il circuito in un tempo ti inferiore al tempo ts corrispondenteallatensioneUt=RtIg.SipuquindiaffermarechelaRtdeveavereunvalorecoordinatoconla caratteristicadinterventodeldispositivodiprotezioneinmodochelatensionetotalesiaeliminataintempiinferioria quelliprevistidallacurvadisicurezza.AtalpropositolaNorma64-8,inrelazioneaisistemiTT,prescriveche:Per attuarelaprotezionemediantedispositividimassimacorrenteatempoinversoodispositividifferenzialideveessere soddisfattala seguente condizionedove Rt la resistenza,in ohm, dellimpiantodi terra nelle condizioni pi sfavorevoli; I il valore, in ampere, della corrente di intervento in 5 secondi per gli interruttori magnetotermici o per i fusibili o in 1 secondo per gli interruttori differenziali; se limpianto comprende pi derivazioni protette da dispositivi con correnti di intervento diverse, deve essere considerata la corrente di intervento pi elevata. 7.1.1Protezione con dispositivi di massima corrente Dallecurvedisicurezzasiricavachepertensionidi50V(luoghinormali)e25V(luoghiparticolari)uncontattopu permanereperuntempomassimodi5s.Essendoquestalacondizionilimiteoccorreindividuareunaprotezionedi massima corrente che abbia una caratteristica tale per cui sia soddisfatta la relazione: (7.5)PercorrentisuperioriadI5slecaratteristichedegliinterruttoridovrebberoessereingradodi soddisfarelacurvadi sicurezza mentre per correnti minori anche se sisupera il tempo di 5s se la 7.5 soddisfatta, le masse non assumono tensioni(UL) superiori a50 V o 25 V e il contatto pu permanere per tempi pressoch infiniti. Poich normalmente un impianto di terra comune a pi masse protette con dispositivi di protezione collegati tra loro in serie o in parallelo, perproteggersi contro i contatti indiretti,in caso di dispositivi collegati in serie, nella scelta della corrente da introdurre nella 7.5,puessereconsideratoildispositivochehalacorrenteI5spibassamentreincasodidispositivicollegatiin parallelo la maggiore tra le correnti I5s(Se a causa di un guasto disolamento una massa disperde una corrente di guasto Ig tutte le masse collegate allo stesso impianto di terra assumono la stessa tensione RtIge quindi, se si vuole rispettare larelazionela I5s incasodidispositiviinparallelodeveesserelapielevatacorrentechedetermina lintervento entro 5s). Soddisfare la condizione con dei normali interruttorimagnetotermici non facile. LaI5singenerevariadallequattroallediecivoltelaIn dellinterruttoreequindiperinterruttoricongrandicorrenti nominali pu essere anche molto alta. La Rt per contro deve essere tanto pi bassa quanto pi alto il valore di I5s. Se lutilizzatore costituitoda uncaricodi1 kWo 20kWai finidella protezione delle persone non cambia nulla percui occorreapprontareunimpiantoditerrachenelcasodelsecondocaricodeveavere,permantenerelasicurezza dellimpianto,unaRtventivoltepipiccolachenonperilprimocaso:siarrivaalparadossodidoverdimensionare limpianto di terra in base alla potenza dellimpianto da proteggere e non in base alla tensione. Questo si spiega col fatto che gli interruttori di massima corrente sono stati studiati per la protezione dei cavie non per la protezione dai contatti indiretti.Protezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione (2) 7.1.4Protezione con dispositivi differenzialiIl rel differenziale un dispositivo che rileva una differenza tra le correnti entranti e uscenti da un circuito (in condizioni normalisiain monofase,siaintrifase,siain trifase conneutro,lasommadellecorrentisempre uguale azero).Nel caso che si verifichi un guasto a terra una parte della corrente fluisce verso il terreno e la risultante della somma delle correnti non pi uguale a zero.La correnterisultante produce un flusso che induce su diun terzo avvolgimento una corrente che in grado di fare intervenire linterruttore differenziale quando la corrente differenziale IAn supera il valore di soglia per la quale tarato. Impiegando un interruttore differenziale la relazione che deve essere verificata diventa:(7.6) Lunica differenza tra la relazione 7.6 e la 7.5 consiste nel denominatore: mentre le correnti I5s dipendono dalla corrente nominaledellinterruttoreepossonoesseredellordinedellecentinaiadiampere,lacorrenteIAnindipendentedalla corrente nominale del dispositivo differenziale e pu assumere valori variabili da qualche millesimo di ampere a qualche ampere. Risulta in questo modo pi agevole il coordinamento con limpianto di terra (Ad es. con UL uguale a 50V e con IAn 0,03 Ala resistenza di terra Rt pu essere ) di quanto non lo fosse con i dispositivi di massima corrente. La caratteristica dintervento dellinterruttore differenziale stata studiata proprio per soddisfare completamente la curva disicurezza.Itempi massimidiinterruzione degliinterruttoridifferenzialiperusogenerale sono riportatinella tabella 7.1. IAn

tIAn 2IAn 5IAn

0,3 s 0,15 s 0,04 sTab.7.1 - Tempi massimi di interruzione degli interruttori differenziali per uso generale7.1.5Alcune considerazioni sui rel differenziali - Impianto di terra comune a pi derivazioni Se ad un impianto di terra sono collegate masse alimentate da pi derivazioni protette con interruttori differenzialideve esseresoddisfattalasolitarelazionedoveIAn deveessere,comesappiamo,laminorcorrente differenzialenominaleperdispositividifferenzialicollegatiinserieelamaggiorcorrentedifferenzialenominaleper dispositividifferenzialicollegatiinparallelo.Lostessoprincipiovale anche nelcasodipiderivazioniprotette inparte con dispositivi a massima corrente e in parte con dispositivi differenziali. La Rt dovr essere calcolata in base alla I5s del dispositivo a massima corrente essendo questa la corrente nominale dintervento pi elevata tra i due tipidi dispositivi, annullandopertuttiibeneficiderivantidallusodeireldifferenziali.Inpraticaopportunochetuttelederivazioni facenti parte dello stesso impianto di terra siano protette con interruttori differenziali. Questo vale anche per edifici con piunitimmobiliariperchseununitimmobiliaresprovvistadiinterruttoredifferenzialeletensionipericolose prodotte da un guasto a terra in tale unit immobiliare si trasferiscono sulle masse delle altre unit immobiliari senza che i corrispondenti interruttori differenziali intervengano. - Problemi derivanti dallinstallazionedellinterruttore differenziale Se, a causa di un guasto su di una massa, il neutro fosse a terra a valle dellinterruttore differenziale, potrebbe essere resa inoperante la protezione differenziale. Il neutro a terra (solitamente a potenziale zero salvo particolaricasi anomali) non provoca linterventodeldispositivo differenziale percui il guastopermane perun tempo indefinito.Un successivo guastodi una fase su di unaltra massa, provoca una corrente di guasto che si richiude tramite il conduttore di neutro a contatto con la massa stessa e solo in parte verso terra. Il collegamento del neutro allimpianto di terra locale trasforma di fatto il sistema TT in un sistema TN e per garantire la sicurezza dai contatti indiretti dovrebbero essere soddisfatte le condizioni indicate per tale sistema di distribuzione (questo vale anche nel caso che il neutro sia collegato allimpianto di terra locale amonte dellinterruttore differenziale edinutile ricordare come siaimportante noncollegare,adesempio scambiandolo col conduttore di terra, il neutro a terra). - Selettivittra interruttori differenziali Sidefiniscecorrentedifferenzialenominaledinoninterventoilmassimovaloredicorrenteperilqualesicuramente linterruttore differenziale non interviene. Il valore normale di questa corrente IAn/2ed entro questo valore il dispositivo non ha un comportamento definito: pu intervenire come pu non intervenire. La scelta della IAn condizionata oltre che dal coordinamento con limpianto di terra anche dalla somma delle correnti di dispersione di tutto limpianto utilizzatore. Per garantire la continuit del servizio la somma vettoriale di tali correnti di dispersione non dovrebbe superare IAn/2. A talpropositooccorrericordarechelecorrentiditerrapossonoessereeccessivese:limpiantoin cattivostatodi conservazione, gli apparecchi utilizzatori hanno correnti di dispersione che eccedono ivalori normali, limpianto molto vasto e sono collegati numerosi apparecchiutilizzatori. Per rendere selettivo lintervento dei dispositivipu essere utile proteggere le singole derivazioni con pi dispositividifferenziali garantendo cos unadiscretaselettivitorizzontale del sistema ed evitandoche un guasto in un punto qualsiasi del circuitoprovochi la messa fuori servizio di tutto limpianto. Inquesto modopernonsi protettidai guasti che avvengonotra linterruttore generalee gliinterruttoridifferenziali. Sarnecessarioevitare masselungoquestotrattoovvero,ovenonfossepossibile(interruttoregeneralenellostesso quadro metallico in cui sono alloggiati anche gli interruttori differenziali), bisogna dotare la parte di circuito compresa tra linterruttoregeneraleegliinterruttoridifferenzialidiisolamentodoppioorinforzato.Diversoilcasoincuianche linterruttoregenerale differenziale perch nascono problemidiselettivitverticale.Perottenereunacompleta selettivit occorre in questo caso utilizzare interruttori differenziali ritardati. 7.1.6I collegamenti equipotenziali nei sistemi TT Se il terreno ed ogni parte conduttrice simultaneamente accessibile fossero allo stesso potenziale non vi sarebbe alcun pericoloperle persone.Tecnicamente questa condizione ideale nonpuessere raggiunta.Cisipuavvicinare atale condizione collegandoallimpianto di terra, tramite il conduttore equipotenziale, non solo le masse ma anche le masse estranee.InunsistemaTT latensionetotaleassuntadaunamassaacausadiunguastoversoterradeveessere eliminata in un tempo inferiore a quello previsto dalla curva di sicurezza rispettandole note condizioni (come gi detto assumendo la tensione a vuotouguale alla tensione totale diterrae rispettandole relazionio meglio).Risultapercievidentecheunapersonaprotetta perlecondizionipisfavorevoli,compresoil contatto tra una massa e una massa estranea anche quando manca il collegamento equipotenziale. E comunque buona normaeffettuareicollegamentiequipotenziali(tubazionidellacqua,delgas,riscaldamento,armaturediferrodelle fondazioneincementoarmatodegliedificiecc..)perch diminuiscelaresistenzaditerradellimpianto(lamassa estranea funge da dispersore e quindi si riduce la tensione totale Ut e si riducono le tensioni di contatto tra una massa e il terreno), si riducono le tensioni di contatto tra una massa e una massa estranea perch diventano equipotenziali e si riduconoirischiperlepersonenelcasoincuidovesseroveniremenolecondizionidirispettodellerelazioni oppure (adesempioacausadiunmalfunzionamentodeidispositividiprotezione oppuredimutamentistagionalidellaresistenzaditerra).Afavoredeicollegamentiequipotenzialirestainfineda considerare che lacurva di sicurezza sibasa su dati statisticidella resistenza delcorpo umanoe che quindi potrebbe risultarenonsufficienteperla sicurezzadituttelepersone.Duranteunguastodisolamento,essendotrascurabilela caduta di tensione suiconduttori diprotezione, tutte le masse sitrovano allo stesso potenziale. Per portare allo stesso potenzialetuttelemasseeunamassaestranea(adesempiotubazioneidricaentranteinunostabile)esufficiente effettuareuncollegamentoequipotenziale inprossimitdellapartedisperdentedellamassaestranea(radice) trascurandotuttalarestantepartechenonincontattocolterreno(adesempiotubazioneidricaannegatanella muratura).Selepartidisperdentidellamassaestraneafosseropidiuna,cioseleradicifosseropidiuna,il collegamento deve essere ripetuto in corrispondenza di ciascuna di esse. Fig. 7.2 - Il collegamento equipotenziale principale nei sistemi TT annulla la tensione di contatto tra le masse e la massa estranea anche se questa presenta una resistenza Rl.Circuito di guastoLacorrentediguastosirichiudeattraversoilterrenodallaterradegli utilizzatori verso la terra di cabinaImpianto di terra Utilizzatori e cabina hanno impianti di terra separatiProtezione dai contatti indirettiLaprotezioneassicuratadalcoordinamentotrainterruttoridifferenzialie impiantoditerra.Lecarcassedegliutilizzatorisonotuttecollegate allimpiantoditerradellutente.Latensionetotalediterraapplicataagli utilizzatori in caso di guasto dipende dal valore della resistenza di terra della cabina e dell'utente.Fornitura Alimentazione in bassa tensione direttamente dalla rete di distribuzione. VantaggiIlguastovieneinterrottotempestivamenteallinsorgeredelprimodifettodi isolamento. Impianto di terra di semplice realizzazione.Svantaggi E richiesto luso capillare di rel differenzialiTab. 7.2 Principali caratteristiche di un sistema TTProtezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione (3) 7.2 Sistemi TN 7.2.1Circuito equivalente SiconsideriilcasodiuncontattoindirettoinunsistemaTN-S(conduttorediprotezionecompletamentedistintodal conduttoredineutropertuttalestensionedellimpianto).Setrascuriamocomealsolitolimpedenzainternadel trasformatore,indichiamoconZf limpedenzadellafaseL3,conZpe limpedenzadelconduttorediprotezione,con Rc+Rtc la resistenza della persona e con Rtn quella di terra del neutro, la situazione di guasto a terra rappresentabile dal seguente circuito equivalente: Fig. 7.3 - a) Circuito di guasto franco a terra in un sistema TNb) circuito equivalentec) Il circuito di guasto si comporta come un generatore ideale di tensione.Tra ipuntiA e N(fig.7.3) in assenza delcarico Rc+Rtc (in assenza delcontattoda parte della persona)nellanello di guasto, costituito da Zf e Zpe, circola la corrente : (7.7) dove: Zf+Zpe = Zs impedenza dellanello di guasto Nello studio delcircuito di guasto in un sistema TN si ipotizza unguasto franco a terra; se ilguasto a terra non fosse franco, a tale impedenza andrebbe aggiunta limpedenza localizzata nel punto di guasto. Nei sistemiTT si utilizzano gli interruttoridifferenzialie laprotezionecontroicontattiindiretticomunque assicurata(lefficaciadellaprotezionenon dipende dal valore della eventuale resistenza di guasto). Uno dei vantaggideisistemi TN sta nellutilizzare le protezioni dimassimacorrentecontroicontattiindiretti,masoloipotizzandounguastofrancoa terraperchaltrimenti sarebbe impossibile garantire la protezione dai contatti indiretti. La casistica disponibile ha comunque dimostrato che il rischio accettabile in quanto un guasto non franco a terra poco frequente anche perch tende ad evolvere rapidamente in un guasto franco. Come vedremo in seguito, ogni rischio viene eliminato utilizzando gli interruttoridifferenziali rinunciando per al vantaggio di usare gli interruttori magnetotermici. Tra i punti A ed N si ha la tensione di contatto a vuoto UC0 :(7.8)La UC0risulta pertanto proporzionale alla U0per mezzo del rapporto Zf / Zpe e, nelcaso particolare di conduttoridi fase e di protezione con sezione uguale ( nei circuiti terminali quandoZpe=Zf), dalla 7.8 si ricava:(7.9)Seinvece,casopiuttostofrequente(nellelineedidistribuzione principale,quandolasezionedelconduttoredifase maggioredi16mm2, lasezionedelconduttorediprotezionepuessereminorediquelladifase),lasezionedel conduttore di protezione la met di quella di fase (Zpe= Zf/2), sempre dalla 7.8 si ottiene:(7.10)Applicando il teorema di Thvenin-Norton tra i punti A e N la Zeqvale :(7.11) Fig.7.4 In quella parte dellimpianto dove la sezione del conduttore di protezione la met del conduttore di fase la tensione di contatto a vuoto tende al valore 2/3 U0. Nei circuiti terminali la tensione di contatto a vuoto diminuisce tendendo al valore di U0 in quanto limpedenza del tratto terminale diventa prevalente rispetto a quella a monte e i conduttori di fase e protezione hanno la medesima sezione.La Zeq in genere trascurabile rispetto alla Rc+Rtc della persona (qualche O rispetto a 103 O)e quindi il contatto della persona non altera significativamente la tensione preesistente sulla massa. Il circuito di guasto si comporta, nei confronti del corpo umano,come un generatore ideale di tensione. Risulta evidente che in questo casoil guasto franco a massa rappresenta un cortocircuito perch la corrente limitata dalla sola impedenza del circuito di guasto Zs (lanello di guasto non interessa alcuna resistenza di terra essendo costituito esclusivamente da elementi metallici). Per uno stesso circuito, sempre nellipotesi chelimpedenza del trasformatore sia trascurabile e che il conduttore di protezione PE segua nel suo percorsoiconduttoridifase,sipunotareche, aumentandoladistanzadelpuntodiguastorispettolacabina,Zf+Zpe aumentamentre ilrapporto Zf/Zpe rimane costante (nello stesso circuito le sezioni di Zfe di Zpe rimangono costanti per tuttoiltratto)colrisultatoche laUC0 rimanecostantementrelaIgdiminuisce.Da questeconsiderazionisipucapire come non sia sempre possibile interrompere il circuito in tempi sufficientemente brevi da rendere la tensione sulla massa nonpericolosa,soprattutto selinterruzionedelcircuitoaffidataadundispositivodimassimacorrenteperch, allontanandosi col punto di guasto rispetto la cabina (guasto in fondo alla linea di un circuito terminale), al diminuire della Igaumenta il suo tempo dintervento.LaUC0,dipendendosolamentedalrapportoZf / Zpe,difficilmentequantificabile neivaripuntidellimpiantoperchvariaasecondadelladistanzadelpuntodiguastodallacabina.Daquantodetto, sempreipotizzandoditrascurarelimpedenzainternadeltrasformatoreeassumendocheilconduttorediprotezione segua lo stesso percorso dei conduttori di fase (stessa lunghezza, stesso tipo di posa ecc..) si pu notare che : - la tensione di contatto a vuoto costante lungo uno stesso circuito, qualunque sia il punto in cui si verifica il guasto disolamento ; -latensionedicontattoavuotomassimanelpuntopilontanodal trasformatorequandolasezionedelPE inferiore a quella del conduttore di fase (circuiti di distribuzione principali dove Zpe=Zf/2 e UC0 tende al valore 2/3 U0) ; -quando la sezione del PE diventa uguale a quella del conduttore di fase (nei circuiti terminali limpedenza difase ugualeallimpedenzadelPE)laUC0diminuiscetendendoalvaloreU0inquantolimpedenzadeicircuititerminali diventa prevalente rispetto quelli a monte ; Undiscorsoparticolarefafattoperunguasto che siverificasse,nelle vicinanze deltrasformatore (vedianche capitolo Cabina elettrica dutente MT/BT), su di una massa allinizio dellimpianto (ad esempio il quadro generale di distribuzione nella cabina di trasformazione). Normalmente una situazione di questo tipo non introduce tensioni di contatto pericolose se la distanza della massa dal trasformatore non eccessiva (a seconda della potenza del trasformatore e della sezione del PE la distanza limite pu essere compresa tra i 10 e i30 metri),data la prevalenza dellimpedenza del trasformatore ZT rispetto a quella del conduttore di protezione. Per mantenere una tale condizione anche allaumentare della distanza delquadrogeneralerispettoaltrasformatoresipotrebbeoperareunamaggiorazionedellasezionedelconduttoredi protezione. Alla luce di queste considerazioni non sembra quindi conveniente ridurre la sezione del PE dal trasformatore al quadro generale di cabina. Fig. 7.5 Un guasto franco a terra sul quadro generale in cabina in un sistema TN non in genere pericolosoNei pressi del trasformatore di cabina, doveZf e Zpe sono in genere molto piccole e prevale la ZT, si ha:(7.12) Fig. 7.6 Circuito equivalente di un guasto sul quadro generale di cabina in un sistema TNProtezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione (4) 7.2.2I collegamenti equipotenzialiLa situazione descritta nel paragrafo precedente corrisponde al caso limite di una persona allaperto in cui la tensione di contatto a vuoto coincide con la tensione totale. Allinterno di un edificio le condizioni di sicurezza migliorano perch con i collegamentiequipotenzialisipuridurrelatensionedicontattoadunapartedellatensionetotale.Icollegamenti equipotenziali sono molto pi importanti per la sicurezza nei sistemi TN che non nei sistemi TT. Fig. 7.7 a) A causa di un guasto tutte le masse assumono un potenziale che dipende da Zf/ Zpe. Si ha una caduta di tensione sul PE che non pu essere trascurata. b) Circuito equivalente. Si possono stabilire differenze di potenziale tra le masse e tra queste e le masse estranee. Un guasto che avvenisse su di una massa allinizio dellimpianto (in cabina) in genere non introduce potenziali pericolosi InunsistemaTTilconduttorediprotezione,essendodiresistenzatrascurabilerispettoallaresistenzaditerra, praticamenteequipotenzalepertuttalasualunghezza.InunsistemaTN ilconduttorediprotezione(PE)ha unimpedenzaugualeosuperioreallimpedenzadelconduttoredifaseedassumeunpotenzialediversolungoilsuo percorso. Pu essere costituito dallinsieme di pi tratti a sezione diversa: - un primo tratto, dalla massa al quadro di settore ; - un secondo tratto, dal quadro di settore al collettore principale nel quadro di distribuzione ; - un terzotratto, dal collettore principalealla cabina. (7.13) A seguito di un guasto sulle masse si stabilisce una tensione totale pari alla somma delle cadute di tensione nei tre tratti del conduttore di protezione e la tensione sar diversa a seconda che le masse in oggetto si trovino a monte o a valle del punto di guasto. In particolare tutte le masse a valle del punto di guasto si porteranno ad un potenziale pari alla tensione di contatto a vuoto nel punto di guasto (sulla massa pi vicina o sede del guasto), mentre, per quelle a monte, i valori di tensionesarannodecrescentifinoadannullarsialloriginedellimpianto(cabina).Sesieffettuailcollegamento equipotenziale(principale-EQP) allingressodiunamassaestraneanelledificio(adesempiotubazioneidrica)lintera massa estranea si porta alla tensione U1e quindilatensione tra massae massaestraneasiriduce aU2+U3 (laserie dellaresistenzadelneutroincabinaelaresistenzadellamassaestraneaversoterra,Rtn+Rme,sonoinparallelocol conduttore (PE) che collega ilcollettore principale con la cabina ma la sua impedenza trascurabile rispetto alla serie Rtn+Rme quindi la tensione U1 non diminuisce in modo apprezzabile). Se il collegamento equipotenzialeviene effettuato inprossimitdellamassa(collegamentoequipotenzialesupplementare-EQS)lasicurezzamiglioraulteriormentein quanto la massa ora assume la solatensione U3(da notare che la tensioneU3 si stabilisce non solo tra lapparecchio guasto e la massa estranea ma anche sulle altre masse collegateal nodo di terra del quadro di piano). In definitiva la resistenzaversoterradiunapersona dipendedalcollegamentoequipotenziale tramiteunaresistenzaReq.Il collegamentoequipotenzialeriducetantopilatensionedicontattoquantopiilcollegamentoequipotenziale prossimoalpuntodiguastoerisulta indispensabileseidispositividiprotezionenonpossonointervenireinuntempo inferiore a quello indicato sulla curva di sicurezza per la tensione totale Ut=U1+U2+U3=UC0. 7.2.3La sicurezza allesterno degli edifici Diverso risulta il problema della sicurezza allesterno di un edificio dovela resistenza verso terra di una persona non pu pi dipendere dal collegamento equipotenziale. La tensione di contatto a vuoto assume il valore dato dalla 7.8e i tempi diinterventodeidispositivipotrebberononsoddisfarelacurvadisicurezza(lestatistichedimostranocheirischipi elevatisiriscontranoperisistemiTNallapertoadesempioneigiardini).Permigliorarelasicurezza sipotrebbe collegarelocalmenteaterralamassa ancheseirisultatinonsonomoltolusinghieriinquantolasituazione migliora tantopiquanto minoreilrapportoRt/Rn.Purtroppo,spessoRt havaloripi elevatidiRne quindi,perottenere dei benefici dallamessaaterralocale,sarebbenecessariaunapiefficiente(concostinotevolmentesuperiori) configurazionedelsistemadispersore.Soloconlinstallazionediundispositivodifferenzialeabassasensibilit( )installatosullederivazioniallesternopossibilerispettareitempidinterventorichiestidallacurvadi sicurezza (questo per non protegge dai pericoli derivanti dalla presenza di eventuali tensioni sul neutro).7.2.4Caratteristiche della protezione dai contatti indiretti PerattuarelaprotezionecondispositividimassimacorrenteodifferenzialiinunsistemaTNrichiestochesia soddisfatta in qualsiasi punto del circuito la seguente condizione: (7.14) Dove : U0 = tensione nominale in valore efficace tra fase e neutro in volt dellimpianto relativamente al lato in bassa tensione Zs =Impedenzatotaleinohm dellanellodiguastochecomprendeiltrasformatoreilconduttoredifaseequello di protezione tra il punto di guasto e il trasformatore Ia= Corrente in ampere che provoca lintervento del dispositivo di protezione entro il tempo indicato in tabella7.3. Sesiimpiegaundispositivodifferenziale,IalacorrenteIAndifferenzialenominale,seinvecesiutilizzalostesso dispositivo impiegatoper la protezione contro le sovracorrenti sipu usare,per laverifica della relazione,la corrente di intervento della protezione magnetica Im che fa intervenire la protezione in tempi inferiori a quelli prescritti dalla norma. U0 (V)Tempo di interruzione (s) Ambienti normaliAmbienti particolari 120 230 400 >400 0,8 0,4 0,2 0,1 0,4 0,2 0,06 0,02 Tab. 7.3Protezione attiva dai contatti indiretti in relazione al sistema di distribuzione (5) Perun guasto franco a terra le norme CEI richiedono linterventodeidispositivi diprotezione entro un tempo tanto pi piccoloquantomaggiorelatensionedifase; adesempio dallatabella7.3perU0=230V(nuovovaloreunificatoa livello europeo) iltempo dinterruzione non deve superare 0,4 scon leccezione dei circuiti di distribuzione e dei circuiti terminaliche alimentanoapparecchifissiperiqualiammessountempodinterventononsuperiore ai5spurchsia soddisfatta una delle seguenticondizioni enunciate dallart. 413.3.5 delle Norme CEI 64-8: a) limpedenzadelconduttorediprotezionechecollegailquadrodidistribuzionealpuntonelqualeilconduttoredi protezione connessoalcollegamentoequipotenziale principale (generalmenteilcollettorediterra)non deveessere superiore a ZPE=Zsx50/U0; b)esiste un collegamento equipotenziale supplementare che collega localmente al quadro di distribuzione gli stessi tipi dimasseestraneeindicatiperilcollegamentoequipotenzialeprincipalechesoddisfaleprescrizioniriguardantiil collegamento equipotenziale principale di cui al Capitolo 54 delle Norme CEI 64-8. Un circuito terminale un circuito che alimenta un apparecchio utilizzatore o una presa a spinamentre un circuito di distribuzioneuncircuitoechefacapogeneralmenteadunquadroelettricodalqualesidistribuisconopicircuiti terminali. Un guasto a terra su di un circuito di distribuzione poco probabile (fig. 7.8); potrebbe avvenire su di in canale metallicoosulquadrodidistribuzione,menoprobabilecomunquechesugliapparecchiutilizzatoriosuicomponenti dellimpianto.Seaquestosiaggiunge ladifficoltdigarantirelaselettivit traleprotezioni,siadisovracorrenteche differenziali,si comprende perch si sia adottato il tempo di 5s per questi circuiti (fig. 7.9). Anche per gli apparecchi fissi di grande potenza sarebbe stato arduo rispettare i tempi di 0,4s e, dal momento che solitamente sono meno pericolosi degliapparecchitrasportabili, laNormaciconcedediinterrompereilcircuitoin5s.Sudiunapparecchiofissola probabilit che si manifesti un guastonon comunque deltutto trascurabile e le tensioniche visi stabiliscono per5spossono trasferirsi sulle masse degli apparecchi trasportabili e portatili (Gli apparecchi trasportabilisono pi pericolosi di quellifissi ancheseingenere,comeprescriveil DPR547/55allart.315,sonodiclasseIIequindiprotettiper costruzione dai contatti indiretti. In sede internazionale sono per ammessi anche apparecchi di classe I ed ecco che la Normaprescrivelinterruzioneautomaticadelcircuitoeilrispettodeitempidellatabella7.3pertuttigliapparecchi elettricitrasportabilianchesealimentatidapresaaspina).Ecoschesispieganoleduecondizioniprescrittedalle Normeche tengono conto, a differenza dei circuiti di distribuzione in cui la probabilit di guasto minore, della maggior probabilit che si possano verificare guasti sugli apparecchi fissi. In un sistema TN, in caso di guasto a terra, il potenziale che assume lapparecchio guasto, in questo caso lapparecchio fisso, sappiamo che dipende dalla caduta di tensione sul conduttore di protezione per cui il potenziale varia da una massa allaltra (a differenza del sistema TT in cui, a causa di unguastoinunpuntoqualsiasidellimpianto,tuttele masseassumonounostessopotenzialedipendendoquestodal rapporto tra la resistenza di terra dellimpianto e la resistenza di terra del neutro). Uneventualemassa estranea assume ilpotenzialechehailconduttorediprotezioneallingressodelfabbricato,dovestatoeffettuatoilcollegamento equipotenzialeprincipale.Tramassaemassaestraneasistabilisceunadifferenzadipotenzialechedipendedalla cadutaditensionechesihasulPEdallingressodelledificioallamassa.Ilpotenzialeassuntodallapparecchiofisso vienetrasferitoancheallamassadiuneventualeapparecchiotrasportabileche,proprioperchtrasportabile,pu mettereloperatorein condizioneditoccarecontemporaneamentelamassadellapparecchiotrasportabileelamassa estranea (fig. 7.10). Fig. 7.8 - Un guasto sul circuito di distribuzione non molto frequente per cui la Norma accetta che, a causa di tale guasto, tra lutilizzatore U1 e la massa estranea si stabilisca una differenza di potenziale UU1Me=Rp x Uo / Zsper un tempo non superiore a 5s. Loperatorepotrebbeessere cos sottopostopercinquesecondiadunadifferenzadipotenzialecheper nondeve essere superiore a 50V. Fig. 7.9 - A causa di un guasto sullutilizzatore fisso U2, tra lapparecchio U1 e la massa estranea si stabilisce la tensione Rp xUo/Zs che accettata dalla Norma per un massimo di 5 secondi solo se minore o uguale a 50V.Inalternativa,selatensionedicontattosuperiorea50Vbisognaeffettuareuncollegamentoequipotenziale supplementare a livello del quadro secondario che alimenta sia lapparecchio fisso che lapparecchio mobile. La tensione tra lapparecchiotrasportabile e lamassaestraneasiriducecosallacadutaditensionesulPEche collegala massa dellapparecchio fisso al quadro secondario. Fig. 7.10- Se si verifica un guasto sullutilizzatorefisso U2 , tra lutilizzatore U1 e la massa estranea si stabilisce la tensione Rp xUo/Zs per un tempo massimo di 5 secondi. Se maggiore di 50 V la norma richiede un collegamento equipotenziale supplementare. La tensione assunta dalla massa dellapparecchio fisso sitrasferisce sulla massa dellapparecchio mobile a causadel trattocomunediPE checollegailcollettoreprincipalealquadrosecondario.Seidueapparecchifosseroalimentati separatamenteedirettamentedalquadrogeneralequestononaccadrebbe (Fig.7.11).Unadifferenzadipotenzialesi manifesta comunque tra i due utilizzatori ma la Norma ritiene questo pericolo accettabile entro i 5s di permanenza del guasto a terra. Fig. 7.11 - Gli utilizzatori U1 e U2 sono alimentaticon due circuiti distintidal quadro principale. Se si verifica un guasto sullutilizzatore fisso U2, tra lutilizzatore U1 e la massa estranea la tensione nulla essendo gli apparecchi alimentati da due linee distinte. La tensione che si stabilisce trai due apparecchi accettata dalla Norma in quanto ritenuto poco probabile il contatto entro i cinque secondi di durata del guasto.Abbiamo visto in precedenza come la curva di sicurezza faccia riferimentoalla tensione dicontattoa vuoto e che tale tensionedipendedalrapportotralimpedenzadifaseelimpedenzadelconduttorediprotezione(nelcasomolto frequente in cui le due impedenze sono uguali risulta UC0=U0/2). In presenza del collegamento equipotenziale principale sappiamo che la tensione a cui sottopostaunapersonanormalmente si riduce. Inoltre, dal momentoche unguasto a terrapuessereparagonatoaduncortocircuito,la Normaassumeconvenzionalmentechelatensionesiriducadel 20%. Se U0 vale 230Ve se Zf uguale aZpe (fino a sezioni di 16 mm2 il conduttore di protezione ha normalmente la stessa sezione del conduttore di fase Zf=Zpe) dalla 7.8 si ottiene la tensione di contatto a vuoto: Allatensionedi92V,sullacurvadisicurezzaincondizioniordinarie,corrispondeiltempodi0,4s.Persezionidel conduttore di fase superiori a 16 mm2 la sezione del conduttore di protezione in genere la met del conduttore di fase, Zf minore di Zpee la situazione peggiora essendo Zf/Zp = 0,5. La tensione di contatto UC0 diventa: Inquestocasolacurvadisicurezzanondeltuttoverificata.NonostanteleapparenzeilsistemaTNabbastanza sicuro,va infattiricordatoche ivaloridicorrente che sipresume possanoattraversare ilcorpoumano incondizionidi guastoechesonoservitipercostruirelacurvadisicurezza,siriferisconoacondizionicircuitalieambientalimolto cautelative.Nellamaggioranzadeicasilecondizionisonosicuramente miglioriesoloincasiparticolarisonopossibili condizionipigravose.Uncasocritico,peraltropocofrequente,quellodiguastononfrancoaterraeciocon linterposizionediunaresistenzatralafasee lamassa.Questapotrebbelimitarelacorrenteritardandolaperturadel circuito senza ridurre la tensione di contatto entro i limiti di sicurezza. Ovviamente se la UC0 non supera in nessun punto i 50Vnon necessario lintervento delle protezioni. Dalla 7.8 se poniamo UC0=50V, U0=230V e risolviamo rispetto a Zp : Se Zpe inferiore aZf/2,68 la tensione di contatto totale (cio la tensione di contatto tra la massa interessata e il punto del sistema a potenziale zero) inferiore a 50 V. Questo impossibile da ottenere quando si fa uso esclusivamente del conduttorediprotezioneincorporatonelcavodialimentazione,comenormalmenteaccadenegliimpiantiditipocivile dove limpianto, che si sviluppa prevalentemente in verticale, dotato di un unico collettore di terra posto alla base dei montantidalqualesidipartonoivariconduttoridiprotezione.TalivaloridiZpesipossonoinveceottenerefacilmente negli impianti industrialinei quali al trasporto della corrente di guasto sono chiamativari elementi dellimpianto di terra. Sipotrebbeadesempiofarseguirealfasciodicavidipotenza unconduttorediprotezioneprincipaledinotevole sezione cui potrebbero farcapo i singoli conduttori di protezione degli utilizzatori e il conduttore di protezione principale che lungo il suo percorso potrebbe esserecollegato anche ad un certo numero di collettori di terra. Questi potrebbero, a loro volta,essere collegati mediante conduttori di terra al dispersore a maglia, che partecipa al trasporto della corrente di guasto verso il centro stella del trasformatore. In questo modo il circuito di ritorno presenta unimpedenza molto bassa chepermettedilimitarelatensionedicontattoaldisottodi50V).Conquestosistemasiottieneancheunabuona equipotenzialit che riduce la tensione di contatto a valori ancora pi bassi. Da notare che se nella peggiore situazione di guasto non viene superato sulle masse il valore della tensione di contatto limite(UL -50V gli ambienti ordinari - 25 V per quelli particolari) non si possono creare situazioni pericolose e le norme permettono di non attuare la protezione contro i contattiindirettimedianteilsistemaadinterruzioneautomaticadellalimentazioneintempiprestabiliti(messaaterra coordinata con il dispositivo di interruzione). Occorre per sottolineare che conoscere la tensione di contatto sulle masse non sempre facile. La si pu misurare immettendo una corrente di prova nel circuito e andando alla ricerca dei punti pi pericolosiche perpossono essere moltonumerosie quindidifficilida individuare. E una ricerca molto delicata e che viene normalmente affidata allesperienza del verificatore.7.2.5Interruttori differenziali e sistema TN Tutte le preoccupazioniemerse sopravengono menoutilizzandogli interruttoridifferenzialiperchsonodispositiviin grado di aprire il circuito incentesimi di secondo (con le elevate correnti di guasto, tipiche dei sistemi TN, in 30-40ms). NonvadimenticatopercheilvantaggiodeisistemiTNquellodiutilizzareidispositividimassimacorrenteperla protezionedaicontattiindiretti:ricorrereagliinterruttoridifferenzialivuoldirerinunciareaquestovantaggio.Bisogna infinericordarechequestidispositivipossonoessereutilizzatisoloneisistemiTN-SinquantoneisistemiTN-Cluso combinato del conduttore di neutro e di protezione ne impedirebbe il funzionamento in caso di guasto a terra. Nei sistemi TN si detto che un guasto franco a terra costituisce un corto circuito monofase a te