Protezione contro le tensioni da contatto e la pericolosità della corrente elettrica

Pericolosità della Corrente Elettrica

Cosa succede al nostro corpo se percorso da corrente elettrica?

La corrente elettrica circolante nel corpo umano in seguito all'applicazione di una d.d.p. tra due punti dello stesso produce diversi effetti, che vanno dalla semplice percezione della corrente a effetti ben più gravi, come l'immobilizzazione e la fibrillazione ventricolare.Cosa succede al nostro corpo se percorso da corrente elettrica? L'immobilizzazione(o tetanizzazione ) è il fenomeno per il quale il corpo dell'essere umano (o la parte di corpo) interessato dalla corrente elettrica non può muoversi volontariamente. Nella sua forma più grave essa impedisce alla persona di staccarsi dalla parte in tensione, prolungando il contatto e, di conseguenza, producendo effetti ancora più dannosi.

La fibrillazione ventricolare è un effetto che interessa il cuore ed è uno stato di asincronismo completo delle fibre ventricolari, durante il quale ciascuna fibra sviluppa una contrazione propria e indipendente. È un fenomeno che si automantiene anche se cessa la causa che lo ha innescato; se non si interviene entro pochi minuti con un defibrillatore può condurre alla morte del soggetto.I valori di corrente che causano i vari effetti fisiologici variano per i diversi individui e dipendono da numerosi fattori, sia soggettivi (sesso, massa corporea, stato di salute) sia legati alla corrente stessa (frequenza, forma d'onda, percorso attraverso il corpo) e vengono valutati con criteri statistici.

Per esempio, nel caso di corrente alternata sinusoidale con frequenza tra 15 Hz e 100 Hz si ritiene che un'intensità non superiore a 5 mA non possa causare l'immobilizzazione, qualunque sia la sua durata.

Nel caso della fibrillazione ventricolare, i valori di corrente che possono provocarla sono associati alla probabilità che si inneschi la fibrillazione: per esempio, nel caso di c.a. sinusoidale con frequenza 50 Hz e intensità 200 mA, con percorso mano sinistra-piedi, la probabilità di innescare la fibrillazione è di circa il 5% per una durata del contatto fino a 0,5 s, mentre supera il 50% per una durata di 1 s

Limiti di Pericolosità della Tensione

L'intensità di corrente che circola nel corpo umano è data dal rapporto: IB=UT/RB, dove UT è la tensione di contatto e RB è la resistenza del corpo. Quest'ultima, oltre a essere un fattore individuale, dipende anche da vari elementi propri del tipo di contatto, come il per corso della corrente, lo stato della pelle, la superficie e la pressione di contatto. Come resistenza convenzionale del corpo umano viene spesso considerato il valore RB=1000Q.

Per la predisposizione delle misure di protezione non si fa riferimento all'intensità di corrente, ma è assai più utile stabilire qual è il valore di tensione convenzionalmente non pericoloso, dato che la corrente è una conseguenza della tensione.

La normativa fa riferimento alla tensione di contatto a vuoto, ossia alla d.d.p. che si crea tra la parte conduttrice che potrebbe essere toccata e la terra, in conseguenza di un guasto di isolamento, quando la persona non è a contatto. Nel caso che ci sia effettivamente il contatto, la tensione a cui è sottoposta la persona è certamente non superiore a quella di contatto a vuoto, per cui limitando quest'ultima si limita anche la tensione di contatto.

Limiti di Pericolosità della Tensione negli Impianti Elettrici

Nel caso degli impianti elettrici utilizzatori con tensione nominale non superiore a 1000 V c.a. e 1500 V c.c., la norma CEI 64-8/2 fa riferimento ai seguenti valori della tensione di contatto limite convenzionale UL , definita come il massimo valore della tensione di contatto a vuoto che è possibile mantenere per un tempo indefinito, in condizioni ambientali specificate:

• UL= 50 V per i contatti in condizioni ordinarie;
• UL= 25 V per i contatti in condizioni particolari (cantieri di costruzione e di demolizione, locali per la custodia del bestiame, locali medici).

Nel caso della corrente continua, i cui effetti pericolosi si manifestano per valori maggiori dell'intensità di corrente, i limiti precedenti sono uguali a 120 V per le condizioni ordinarie e 60 V per quelle particolari.

Contatto Diretto e Indiretto

Una persona (o un animale) è sottoposta a una tensione elettrica quando è contemporaneamente in contatto con parti a diverso potenziale, per esempio se tocca con una mano una parte in tensione e i piedi sono poggiati a terra, a potenziale zero.

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In pratica il contatto di una persona con una parte in tensione può avvenire in due modi: ● mediante il contatto diretto con le parti attive dei componenti elettrici, che sono le parti normalmente in tensione per motivi funzionali, come i conduttori delle linee (compreso il neutro), i morsetti degli apparecchi, i poli delle prese; . mediante il contatto indiretto con le masse , ossia con le parti conduttrici di componenti elettrici che, pur non essendo normalmente in tensione, possono assumere un potenziale diverso da zero in seguito a un guasto di isolamento; è il caso, per esempio, del contatto con la carcassa metallica di un motore (o con una parte conduttrice in contatto con essa) quando vi è una dispersione di corrente verso massa.

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Figura C2.1 Contatto indiretto. 00 I I I I L'impianto di terra serve per la protezione contro i contatti indiretti, in quanto disperde nel terreno una parte della corrente di guasto (figura C2.1) che, altrimenti, si richiuderebbe tutta nella persona a contatto con la massa.

Interruttore Differenziale

L'interruttore differenziale ( figura C2.4) è un dispositivo, formato da un apparecchio di manovra e da uno sganciatore differenziale di protezione, in grado di aprire un circuito quando si manifesta una differenza tra i valori delle correnti nei due conduttori (corrente differenziale Id) superiore a un determinato limite, in seguito a un guasto a terra.

Figura C2.4 Interruttore differenziale, aspetto esterno.

Interruttore Differenziale Puro

• è un interruttore automatico con sganciatore DIFFERENZIALE
• è ad azione RAPIDA O RITARDATA (SELETTIVO - S)
• serve a proteggere le persone sganciando in caso di contatti diretti o indiretti o guasto per rottura di isolamento
• parametro essenziale: corrente differenziale di sgancio Id Id

Caratteristiche Funzionali dell'Interruttore Differenziale

Prescindendo in questa sede dal principio di funzionamento, si possono definire le seguenti caratteristiche funzionali principali del dispositivo:

• tensione nominale: è il valore di tensione per il quale l'interruttore è designato a funzionare (per esempio 230 V);
• corrente nominale In: è il valore di corrente che l'apparecchio è in grado di condurre ininterrottamente (per esempio 25 A);
• corrente differenziale nominale d'intervento Idn: è il valore minimo della corrente differenziale che determina l'apertura dei contatti entro i tempi specificati dalle norme di prodotto; si dicono a bassa sensibilità gli apparecchi con Idn> 0,03 A (30 mA) e ad alta sensibilità quelli con Idn≤ 30 mA.

Gli interruttori differenziali possono essere dotati anche di sganciatori di massima corrente (differenziali magnetotermici) per la protezione combinata dai guasti a terra e dalle sovracorrenti; se hanno solo lo sganciatore differenziale vengono detti differenziali puri.

Salvavita

L'interruttore differenziale ( salvavita ) è un dispositivo capace di interrompere (aprire) un circuito in caso di:

• contatti accidentali fase-terra ( contatti indiretti )
• dispersione dell'impianto elettrico verso terra.

Non offre protezioni da cortocircuito o sovracorrente per i quali è necessario ricorrere a dispositivi denominati magnetotermici. Esistono in commercio dispositivi che integrano sia la protezione dell' interruttore differenziale sia del magnetotermico 1 interruttore magnetotermico-differenziale ).

Principio di Funzionamento del Salvavita

• 1° prima legge di Kirchhoff: la somma algebrica delle correnti entranti ed uscenti da un nodo deve essere uguale a zero.
• la differenza tra le correnti uscenti ed entranti ai morsetti dell'interruttore non deve essere superiore ad un determinato valore, altrimenti interviene aprendo il circuito.

Schema di Principio di un Interruttore Differenziale

Schema di principio di un interruttore y differenziale 1 * * 1 9 6 4 4 7 E- 3 8 5 2

1. Alimentazione
2. Uscita verso circuito utilizzatore
3. Toroide in materiale ferroso al alta permeabilità
4. Avvolgimenti dei conduttori di linea (con correnti uguali in entrata è uscita i flussi generati si annullano)
5. Avvolgimento rivelazione corrente differenziale(se i flussi generati dai conduttori di linea sono diversi si genera nel toroide un flusso magnetico che induce a sua volta una f.e.m con il compito di comandare il dispositivo di sgancio
6. Dispositivo di sgancio per l'apertura dell'interruttore
7. Tasto di prova
8. Resistore per limitare corrente di prova
9. Contatti dell'interruttore

Condizioni di Funzionamento del Differenziale

Condizioni normali di funzionamento : (somma algebrica delle correnti pari a 0) nel toroide non scorre alcun flusso magnetico.

Condizioni di contatto o dispersione a terra: si ha una differenza di corrente , detta corrente differenziale che induce una forza elettromotrice. Questa agisce sul dispositivo di sgancio (relè differenziale) che apre il circuito.

Valore della Corrente Differenziale d'Intervento

• Differenziali a bassa sensibilità. Il valore della corrente differenziale d'intervento supera i 30 mA valori previsti dalle norme sono:0.1 - 0.3 - 0.5 - 1 A
• Differenziali ad alta sensibilità. Il valore della corrente differenziale d'intervento inferiore o uguale a 30 valori previsti dalle norme sono:10 - 30 mA

Differenziale Puro

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• A: Corrente nominale
• B: Tensione Nominale
• C: Potere d'interruzione intrinseco
• D: Forma d'onda rilevabile in questo caso solo sinusoidale, quindi tipo AC
• E: Corrente differenziale d'intervento qui 10 mA
• F: Marchio di qualità