Pericolosità della Corrente Elettrica

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1 Pericolosità della Corrente Elettrica Individuare sistemi per la protezione dai pericoli della corrente elettrica presuppone la conoscenza di tale pericolosità, ossia gli effetti della corrente elettrica 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 trasmessi dai neuroni del sistema nervoso e controllano l attività di vari organi (battito cardiaco, respirazione, ecc.). La presenza di stimoli elettrici immessi dall esterno e che superino la soglia di eccitabilità cellulare influisce su tali funzioni vitali, determinando effetti fisiopatologici variamente pericolosi, in funzione 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 di riferimento bisogna rifarsi a criteri statistici e a metodi sperimentali. Soglia di percezione: valore minimo di corrente che causa una sensazione alla persona attraverso cui fluisce la corrente. Valori di massima per il contatto con la mano ed indipendenti dalla durata del contatto: c.a. (50-60Hz) 0.5mA; c.a. (1kHz) 1mA; c.c. 2mA. 1

2 Pericolosità della Corrente Elettrica Effetti fisiopatologici Tetanizzazione dei muscoli contrazione involontaria dei muscoli interessati al passaggio della corrente, non più comandati dagli impulsi elettrici fisiologici. Soglia di rilascio (CEI 64, 4985 R) massimo valore di corrente a cui una persona può lasciare gli elettrodi con i quali è in contatto (50-60Hz 10mA per 5s). Difficoltà e arresto della respirazione effetti sempre più gravi all aumentare dell intensità di corrente e della durata del contatto. Ustioni prodotte dal calore sviluppato per effetto Joule; la pelle, avendo maggiore resistività, è il tessuto più esposto alle ustioni. Densità di corrente di qualche ma/mm 2 provocano ustioni per durate dell ordine di 1s, densità di 50mA/mm 2 provocano in pochi s la carbonizzazione della pelle. Fibrillazione ventricolare stato di asincronismo completo delle fibre miocardiche ventricolari, durante il quale ciascuna fibra sviluppa una contrazione propria e indipendente. Soglia di fibrillazione con probabilità 0.5%: con t durata del contatto in s. I t ma 2

3 Pericolosità della Corrente Elettrica Fattore di percorso F=I rif /I dove I rif e I sono le intensità di corrente aventi la stessa probabilità di innescare la fibrillazione e relative al percorso di riferimento (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-mano destra (F=0.4). Salute generale dell infortunato: debolezza fisica conseguente a malattia o altro fa diminuire la soglia di fibrillazione, rendendo più probabile il suo innesco; per tale ragione gli impianti elettrici per ospedali e locali medici sono soggetti a norme di prevenzione degli infortuni più severe rispetto a quelle per ambienti normali. Ai fini pratici interessa sapere quale valore di tensione è in grado di di far circolare nel corpo umano la corrente di 10mA (limite di pericolosità convenzionale). 3

4 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 pericolosità convenzionale); Zona 3: effetti fisiopatologici reversibili (contrazione muscolare, difficoltà respiratorie, disturbi cardiaci); Zona 4: innesco della fibrillazione ventricolare con probabilità crescente allontanandosi dalla curva c1 (5% per c2, 50% per c3), arresto cardiaco, arresto respiratorio, gravi ustioni. 4

5 Pericolosità della Corrente Elettrica La tensione di contatto a cui è soggetto il corpo umano è U T =Z B I B dove Z B è l impedenza convenzionale del corpo tra i punti di contatto e si compone di 3 termini in serie: impedenza del punto di entrata, impedenza interna, impedenza del punto di uscita. Z B dipende da numerosi fattori: percorso della corrente, stato della pelle, superficie di contatto, pressione di contatto, tensione di contatto. Si stabilisce un valore di resistenza convenzionale (nell impedenza si trascurano gli effetti capacitivi alle frequenze industriali) R B =1kΩ. La tensione di contatto è alquanto variabile e dipende da fattori contingenti e difficilmente prevedibili, mentre si riesce a determinare abbastanza agevolmente la tensione di contatto a vuoto. In sede normativa, per gli impianti utilizzatori in bassa tensione funzionanti in c.a. a frequenza industriale o in c.c., si è stabilito di limitare i valori della tensione di contatto a vuoto, tenendo conto che essa non è mai inferiore a quella effettiva che si ha in caso di contatto. 5

6 Pericolosità della Corrente Elettrica R B resistenza corpo umano R EB resistenza verso terra della persona U T tensione di contatto U ST tensione di contatto a vuoto Curva di sicurezza: mette in relazione i valori della tensione di contatto a vuoto ammissibile con il tempo di permanenza del guasto. Dall esame delle curve si nota che all aumentare della durata del contatto diminuisce il valore della tensione ammissibile, tendendo a valori costanti. La tensione di contatto limite convenzionale U L è il massimo valore della tensione di contatto che è possibile mantenere per un tempo indefinito, in condizioni ambientali specificate. 6

7 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici Alcune parti degli impianti elettrici vengono collegate a terra mediante elementi metallici detti dispersori, in contatto con il terreno e collegati a determinati punti dell impianto. Tale collegamento viene effettuato per motivi funzionali o di protezione. I sistemi elettrici sono classificati in relazione al loro collegamento a terra. Resistenza di terra di un dispersore emisferico Legge di variazione del potenziale di terra Espressione della tensione totale di terra: rappresenta la differenza di potenziale tra l elettrodo e il punto a potenziale zero (funzione della resistività del terreno e delle dimensioni del dispersore). Resistenza totale di terra: ottenuta dal rapporto tra la tensione totale di terra e la corrente dispersa. Nella pratica occorre considerare che: la resistività del terreno non è costante, la corrente non si distribuisce uniformemente; i dispersori hanno forma diversa da quella emisferica. 7

8 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici La tensione di contatto a cui è soggetta una persona che tocca un apparecchio in cui vi è un guasto verso massa è minore, al limite uguale, a quella di contatto a 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 difficile valutazione, mentre quella di contatto a vuoto può essere considerata pari a quella di terra, con un approssimazione favorevole alla sicurezza. 8

9 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici Sistema TT 9

10 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici Sistema TN TN-C TN-S 10

11 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici Sistema IT 11

12 Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici Metodi di protezione delle persone contro le tensioni per contatti indiretti, applicabili a sistemi 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 in c.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, pur non essendo normalmente in tensione, possono assumere un potenziale diverso da zero in seguito ad un guasto d isolamento (carcassa di un motore, di un elettrodomestico, ecc.) in occasione di una dispersione di corrente verso massa. Isolamento funzionale: rende possibile il normale funzionamento, isolando fra loro le parti a diversa tensione. Isolamento principale: isola le parti normalmente in tensione e protegge dalle tensioni di contatto. Isolamento supplementare: aggiunto a quello principale per assicurare la protezione dalle tensioni di contatto in caso di cedimento di questo ultimo. L insieme dei due costituisce il doppio isolamento. 12