Sicurezza Elettrica

Sicurezza Elettrica

Secondo la Legge, gli impianti elettrici devono essere dotati di un impianto di messa a terra o di interruttori differenziali (salvavita). I lavoratori devono essere formati, informati e dotati di attrezzatura adeguata (DPI - Dispositivi di Protezione Individuale).

Il Grounding è il collegamento a massa, questa può essere vista concettualmente come un punto di riferimento in cui si può considerare il potenziale nullo, quindi ci si può mettere proprio in quel punto per misurare o prelevare corrente senza alterare il potenziale.

Oltre il Grounding si parla anche di "Conduttore di ritorno" quando si indica il conduttore a basso potenziale di una coppia di fili attraverso cui si richiude la corrente, ad esempio la maglia più esterna di un coassiale.

Infine si ha la "Terra di sicurezza", ovvero il suolo in cui viene sepolto il conduttore di sicurezza.

In Italia si utilizza il Sistema di distribuzione TT (Terra-Terra) in cui l'impianto di messa a terra degli utenti è indipendente da quello a cui è collegato al centro stella (neutro). Gli impianti sono costituiti da tre linee sfasate di 120° l'una dall'altra. I due impianti di messa a terra possono essere distanti anche diversi km.

La rete di distribuzione elettrica è fonte di pericolo sia per contatti diretti (in cui l'utente tocca direttamente uno dei conduttori), che per quelli indiretti (in cui il contatto avviene accidentalmente a causa dell'usura della guaina isolante del conduttore).

Quando la corrente attraversa il corpo umano può produrre effetti pericolosi consistenti che possono danneggiare le funzioni vitali. Volendo tracciare i limiti di pericolosità della corrente elettrica a 50Hz, si può affermare che per una corrente inferiore ai 0.5mA non si hanno effetti dannosi. I 10mA segnano la soglia per la tetanizzazione (contrazione dei muscoli). I 30mA sono la soglia per l'arresto respiratorio, mentre 1A comporta l'arresto cardiaco.

Il corpo umano, quando viene attraversato da corrente si comporta come una resistenza: R_S e C_S sono la resistenza e la capacità relative ai punti di contatto (ad esempio le mani), mentre R₁ è la resistenza del corpo umano.

Per frequenze inferiori a 1kHz l'impedenza capacitiva può essere trascurata, trasformando il circuito equivalente in quello di sinistra.

La resistenza del corpo umano varia dalla quantità di corrente che lo attraversa e da altri fattori quali lo stato della pelle (asciutto o bagnato) e la durata del contatto.

Il vantaggio di avere un impianto di messa a Terra è che se l'impedenza di questo è nulla, quando la corrente deve scegliere due percorsi (impianto o corpo umano) preferisce quello con impedenza minore. È importante ricordare che quando si parla di impianto di messa a terra, questo è fisicamente un filo che dalla presa va ad inserirsi nel terreno grazie a vari picchetti, creando un collegamento in parallelo a quello con il corpo umano in caso di guasto.

Per questioni di sicurezza, in condizioni ordinarie, la tensione massima alla quale il corpo umano dovrebbe essere sottoposto è di 50V, in corrispondenza di correnti di 30mA, per un'esposizione di circa 5 secondi.

In casa di default si hanno utilizzatori con un carico massimo di 3kW alimentati da 220V. È immediato osservare che la corrente massima che attraversa il corpo è i_max = ^3000W/_220V = 14A

Ricordandoci che la massima tensione alla quale il corpo umano deve essere sottoposto è di 50V si ottiene la resistenza di terra necessaria R_T ≤ ⁵⁰/₁₄ = 3.5Ω

Aumentando il carico diminuisce la resistenza, fino ad arrivare a valori estremamente bassi e difficilmente ottenibili. Per far fronte a questo problema si utilizza un dispositivo "salvavita", o interruttore differenziale.

Il differenziale è un dispositivo in grado di interrompere la corrente in caso di guasto. È costituito da un toroide attorno al quale vengono avvolti i due fili di Fase e Neutro. È presente anche un terzo avvolgimento collegato ad un dispositivo in grado di scollegare la rete in caso di guasto.

Il toroide è costituito di materiale ferromagnetico. Quando il primo avvolgimento viene percorso da corrente fa sì che il campo magnetico B sia diretto all'interno del toroide in senso orario (o antiorario). Il secondo avvolgimento è costituito dal conduttore di ritorno, quindi la corrente scorre uguale, ma in senso opposto a quella del primo avvolgimento, facendo sì che B sia diretto in senso antiorario (o orario), ottenendo un flusso nullo all'interno del toroide.

I Limiti di Esposizione sono individuati in base alla frequenza. Per il campo Elettrico e Magnetico si intende il Valore Efficace VE.

Visto che l'intensità del campo non è costante nel tempo, generalmente si permettono esposizioni a livelli più intensi per durate minori e un intervallo di tempo all'interno del quale è definito il valor medio della grandezza da limitare (quindi si misura il campo durante un intervallo di tempo, se ne calcola il valore medio e si usa come soglia).

Diverso è, invece, il metodo di misurazione per la densità di corrente, la quale, non scorrendo uniformemente, deve essere osservata in base al flusso che scorre attraverso una superficie di 1 cm^2.

A basse frequenze l'esposizione contemporanea a campo elettrico e campo magnetico può considerarsi come risultante di due sorgenti diverse, mentre a frequenze elevate bisogna considerare che il rapporto E/H = 377Ω.

In Italia

• I limiti di esposizione sono i valori dei campi che non devono essere superati in alcuna condizione di esposizione della popolazione e dei lavoratori (5kV/m e 100microT)
• I valori di attenzione non devono essere mai superati nelle aree di gioco per l’infanzia, ambienti abitativi, scolastici e in luoghi con permanenza di persone non inferiore a 4h giornaliere (10microT)
• Gli obiettivi di qualità sono gli obiettivi da rispettare nella progettazione di nuovi insediamenti abitativi, elettrodotti, ecc. (3µT).

Misure alle ELF

Le misure vengono eseguite per determinare le intensità dei campi presenti nei siti esaminati, per determinare le mappe di campo, verificare il rispetto dei limiti dati dalle normative, ecc.

I vari problemi che si possono riscontrare nelle misurazioni possono essere la difficoltà a reperire sensori commerciali adatti al campo da misurare, la distribuzione di campo a struttura complessa, le perturbazioni dovute alla presenza dell'operatore, il costo dei sensori o l'inaffidabilità di alcuni strumenti.

(La presenza dell’operatore costituisce un disturbo perché quando si entra in un campo a bassa frequenza il corpo si comporta come gabbia di Faraday facendo sì che le cariche si distribuiscano sulla superficie, andando, così, a disturbare il campo).

L’apparato di misura è costituito da:

1. Sensore: è l'elemento che si accoppia ai campi in cui è immerso. Generalmente è un'antenna. Nei morsetti di uscita dell'antenna sarà presente una certa tensione utile per la misurazione. Se è necessaria una corrente basta chiudere l'antenna su un carico.
2. Linea di Collegamento: ha il compito di trasferire il segnale per la misurazione dall'antenna all’apparato di misurazione. La sua importanza non deve essere sottovalutata, visto che spesso è la principale causa di problemi (il campo interagisce direttamente con la linea facendo sì che questa si comporti come un sensore). Il costo elevato delle linee è dovuto al fatto che queste devono essere cablate con precisione per evitare accoppiamenti indesiderati.
3. Strumento: è il dispositivo in grado di elaborare il segnale ricevuto e offrire all’utente le informazioni relative al campo.

La misura è vincolata a diverse esigenze: