Appunti di Scienze e Tecnologie Applicate

Questo capitolo prova ad approfondire l'argomento della sicurezza elettrica introdotto nell'unità D2.

Il sistema nervoso usa degli impulsi elettrici per trasmettere ed elaborare stimoli interni o esterni al corpo. Questi impulsi, tra le altre cose, controllano l'attività dei vari organi e comandano i muscoli. E' ovvio allora che la circolazione di una corrente elettrica all'interno del corpo umano produrrà degli effetti che saranno più o meno dannosi in funzione:

• delle caratteristiche della corrente, cioè:
  • intensità
  • durata
  • tipo (continua o alternata)
  • frequenza
• delle caratteristiche della persona interessata, cioè:
  • peso
  • salute
  • sesso

La pericolosità della corrente è valutata con criteri statistici e i valori convenzionali che indicheremo di seguito sono cautelativi cioè considerano il caso peggiore possibile (probabilità dello 0,5% che la corrente produca un determinato effetto).

La tabella seguente riassume gli effetti della corrente indicando il valore di soglia (minimo) che produce un certo effetto, il fenomeno provocato e le conseguenze per l'infortunato.

Altre osservazioni:

• i valori di corrente sono indicativi; per alcuni fenomeni (ad esempio la fibrillazione) il valore della corrente di soglia va calcolato con una formula che tiene conto del peso della persona, del percorso della corrente e della durata
• i valori indicati sono riferiti a delle correnti alternate; in corrente continua i valori sono più alti (la corrente continua è meno pericolosa)
• in alta e media tensione il fenomeno più grave è quello delle ustioni interne provocate dal passaggio di correnti di valore molto elevato all'interno del corpo umano (effetto Joule); gli infortuni di questo tipo sono gravissimi

Quando è attraversato da corrente il corpo umano si comporta da conduttore e, come imposto dalla legge di Ohm, il valore di corrente dipenderà:

• dalla tensione applicata tra il punto di contatto e la terra (di solito 230 Volt in alternata)
• dalla resistenza del corpo umano

Il valore della resistenza non è costante e dipende da fattori ambientali (ad esempio l'umidità), dalle caratteristiche della persona coinvolta, dal tipo di contatto e di percorso e dalla tensione applicata. Questo valore può essere valutato solo statisticamente perciò di solito si considera un valore cautelativo di 1000 Ω.

Prima di affrontare questo argomento è necessario dare alcune definizioni:

• le parti attive di un apparecchio o di un impianto elettrico sono quelle che nel normale funzionamento sono sottoposte a tensione (ad esempio i conduttori che alimentano una lampada)
• l'isolamento funzionale è quello che permette il funzionamento dell'impianto o dell'apparecchio
• si parla di doppio isolamento quando per motivi di sicurezza è presente un isolamento aggiuntivo
• le masse sono tutte le parti conduttrici normalmente non in tensione ma che possono andare in tensione in caso di guasto (si parla di masse estranee quando le masse non fanno parte dell'impianto o dell'apparecchio)

Una persona è sottoposta a tensione quando è contemporaneamente in contatto con due punti a potenziale diverso. Di solito uno dei due punti è la terra che ha un potenziale di 0 Volt. In base al punto di contatto si distingue tra:

• contatti diretti quando si toccano parti normalmente in tensione (parti attive)
• contatti indiretti quando si toccano parti che normalmente non sono sotto tensione ma che possono esserlo in seguito a guasti

Facciamo due esempi:

• si ha un contatto diretto se sostituendo una lampadina tocchiamo una parte del del portalampada sottoposta a tensione. In questi casi - e più in generale quando si fa manutenzione su un impianto - è sempre bene togliere l'alimentazione dall'impianto abbassando tutti gli interruttori (generale, luci e prese)
• si ha un contatto indiretto se tocchiamo l'involucro metallico di un motore elettrico che per un guasto di isolamento si trova sotto tensione

La protezione dai contatti diretti si ottiene isolando le parti normalmente sotto tensione e racchiudendole in involucri in modo da impedire sia i contatti accidentali che volontari.

La protezione dai contatti indiretti è realizzata:

• interrompendo l'alimentazione, con l'impianto di terra e gli interruttori automatici
• senza interrompere l'alimentazione ma prevenendo l'infortunio con:
  • il doppio isolamento negli apparecchi elettrici
  • la separazione elettrica con un trasformatore di isolamento

Negli impianti elettrici di solito si utilizza la soluzione con interruttori automatici. Il doppio isolamento invece viene utilizzato spesso nelle apparecchiature elettriche ed è indicato da simbolo in figura.

La protezione mediante trasformatore di isolamento, utilizzata più raramente, prevede la separazione dell'impianto dalla rete elettrica con un trasformatore. Il trasformatore trasmette la potenza elettrica dalla rete agli apparecchi collegati all'impianto mantenendo i due circuiti elettricamente separati. In questo caso, dal momento che l'impianto non è collegato a terra, anche in caso di contatto con una parte in tensione non può circolare corrente perché non c'è un percorso chiuso.

Una soluzione alternativa che protegge sia dai contatti diretti che indiretti è quella di utilizzare sistemi a bassissima tensione (< 50 Volt). In questo caso le tensioni di contatto non sono pericolose ma non è possibile utilzzare apparecchi standard (progettati per funzionare a 230 Volt).

Questo sistema di protezione prevede la circolazione di una corrente di dispersione verso terra in caso di guasto. Questa corrente viene rilevata dall'interruttore differenziale che, in maniera automatica, interrompe l'alimentazione ponendo fine al guasto. Questo sistema è effcaice solo se nell'impianto sono presenti sia l'impianto di terra che l'interruttore automatico differenziale.

In un impianto domestico il gestore dell'energia (ad esempio l'ENEL) fornisce l'energia elettrica attraverso i conduttori di fase e neutro. Tra i due conduttori è presente una tensione alternata di 230V (si tratta del valore efficace, non di quello massimo) a 50Hz. Il neutro ha un potenziale di 0 Volt perché è collegato a terra. L'impianto è dotato di contatore e interruttore generale e, per la protezione elettrica, di interruttori automatici (differenziale e per sovracorrenti) e impianto di terra. L'impianto di terra è realizzato dal proprietario dell'impianto e serve a collegare a terra le masse attraverso i cavi di colore giallo-verde (detti PE) e un dispersore piantato nel terreno. Negli apparecchi elettrici questo collegamento avviene tramite il polo centrale della spina di alimentazione.

In condizioni di funzionamento normali la corrente scorre attraverso l'apparecchio senza interessare l'impianto di terra e la corrente del conduttore di fase è uguale a quella del neutro. In caso di guasto invece la situazione è quella illustrata in figura:

Un guasto di isolamento fa si che una parte della corrente entrante si disperda verso terra, di conseguenza la corrente I_F è diversa da I_N. La corrente dispersa (I_d) può circolare perché la terra dell'impianto è in comunicazione con quella dell'ENEL, tuttavia proprio la presenza di questa corrente fa scattare l'interruttore differenziale che apre automaticamente quando I_F e I_N sono diverse.

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