Elementi di Impianti Elettrici in B.T.

Corso di Macchine e Impianti Elettrici per Ingegneria Civile

Sommario

• Elementi di sicurezza elettrica• Inquadramento legislativo e

normativo• Impianti elettrici di cantiere

Il rischio elettricoPericoli immediatamente riconducibili alla corrente elettrica:– elettrocuzione

Pericoli non immediatamente riconducibili alla corrente elettrica:

– perdita di equilibrio e caduta– esplosioni– incendi– incidenti di varia natura (blocco ascensori, mancanza di

illuminazione)

Cause

• Caso fortuito (non punibile)• Causa di forza maggiore (non punibile)• Errori di progettazione e di realizzazione• Inadeguata manutenzione e mancanza di controllo• Impiego di materiale non conforme• Errori comportamentali

Pericolosità della corrente elettrica

Le attività biologiche sono regolate dall’intensità delle correnti.

Gli effetti fisiopatologici che la corrente elettrica può provocare, sono:

disfunzione di organi vitali (cuore, sistema nervoso);

alterazione dei tessuti per ustione.

Pericolosità della corrente elettrica

Soglie di sensibilità e pericolositàLa soglia minima di sensibilità sui polpastrelli delle dita delle mani è di circa 2 mA (dc) e 0.5 mA (ac, f=50 Hz).

La soglia di pericolosità è invece difficilmente individuabile perché soggettiva e dipendente da molteplici fattori, tra i quali:

– l’intensità della corrente– la frequenza e la forma d’onda, se alternata– il percorso attraverso il corpo– la durata del contatto– la fase del ciclo cardiaco al momento del contatto– il sesso e le condizioni fisiche del soggetto.

Effetti: tetanizzazione

Il muscolo si contrae e, appena lo stimolo cessa, si rilascia.Più il numero degli impulsi cresce, più gli effetti della tetanizzazione aumentano.

La frequenza di 50 Hz è molto pericolosa poiché si hanno molti stimoli in rapida sequenza.

Elevati valori di corrente non danno tetano!

Effetti: blocco respiratorio

I muscoli si contraggono e si rilasciano molto rapidamente.

Si può avere una paralisi della rete nervosa che comanda la respirazione, la quale provoca difficoltà di respirazione e segni di asfissia.

Se la corrente perdura, si può avere perdita di conoscenza e giungere alla morte per soffocamento (6% delle morti per folgorazione).

Effetti: fibrillazione ventricolareLa contrazione delle fibre muscolari cardiache avviene da 60 a 100 volte al minuto ed è prodotta da impulsi elettrici.

Se alla corrente che stimola il cuore se ne affianca un’altra maggiore, il cuore si comporterà in modo disordinato, dando origine alla fibrillazione, la quale può essere:

– ATRIALE (reversibile),– VENTRICOLARE (reversibile con l’ausilio di un

defibrillatore), responsabile di oltre il 90% delle morti per folgorazione.

Effetti: ustione

Nei punti di contatto, di ingresso e di fuoriuscita della corrente, a causa dell’alto valore della resistenza (della pelle) e dell’alto valore della corrente si possono presentare delle bruciature o ustioni causate dall’effetto joule (RI2).

Pericolosità della corrente continua (1/2)

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Pericolosità della corrente continua (2/2)

1) Assenza di reazioni, fino alla soglia di percezione.2) In genere nessun effetto fisiologico pericoloso.3) Possono verificarsi contrazioni muscolari e fibrillazione atriale (reversibile).4) Fibrillazione ventricolare probabile. Possono verificarsi altri effetti fisiopatologici (gravi ustioni).

Le curve c2 e c3 corrispondono a una probabilità di fibrillazione ventricolare rispettivamente del 5% e 50%.

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Pericolosità della corrente alternata (15-100Hz) (1/2)

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Pericolosità della corrente alternata (15-100Hz) (2/2)

1) Di solito, assenza di reazioni, fino alla soglia di percezione (dita della mano).

2) In genere nessun effetto fisiologico pericoloso, fino alla soglia di tetanizzazione.

3) Possono verificarsi effetti fisiopatologici, in genere reversibili, che aumentano con l’intensità della corrente e del tempo, quali: contrazioni muscolari, difficoltà di respirazione, aumento dellapressione sanguigna, fibrillazione atriale e arresti temporanei del cuore ma senza fibrillazione ventricolare.

4) Probabile fibrillazione ventricolare, arresto del cuore, arresto della respirazione, gravi bruciature.

Le curve c2 e c3 corrispondono a una probabilità di fibrillazione ventricolare rispettivamente del 5% e 50 %.

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Pericolosità e frequenza (1/2)Ad altissima frequenza, la pericolosità è minore perché le cellule non riescono a seguire le variazioni di corrente. In tal caso la corrente tende a passare all’esterno del corpo (effetto pelle) non influenzando gli organi vitali. Si verificano, in ogni caso, effetti termici pericolosi.

In prima approssimazione si può assumere che frequenze superiori a 1 kHz sono pericolose proporzionalmente alla frequenza:

ILIMITE(di pericolosità a f)=ILIMITE(di pericolosità a f=50Hz)*f

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Pericolosità e frequenza (2/2)

La frequenza di 50 o 60 Hz di uso comune è tra le più pericolose.

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Il fattore di percorsoPreso come riferimento il percorso “mano sinistra-entrambi i piedi”, per gli altri si deve tener conto dei fattori correttivi.

Ad esempio:

maggiore pericolosità

ILIMITE(mano sinistra-torace)=ILIMITE(mano sinistra-piedi)/1.5

minore pericolosità

ILIMITE(mano destra-dorso)=ILIMITE(mano sinistra-piedi) / 0.3

Percorso Fattore di percorsoMani – Piedi 1 Mano sinistra - Piede sinistro 1Mano sinistra - Piede destro 1Mano sinistra - Entrambi i piedi 1Mano 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 - Torace 1,3Glutei - Mani 0,7

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Le norme

Al fine di limitare gli effetti della corrente sul corpo umano in caso di guasto è necessario mettere a punto un impianto, basato su sistemi di protezione attiva e passiva.

Le caratteristiche costruttive sono definite dalle norme CEI.

Inoltre, le norme individuano i soggetti abilitati alla realizzazione dell’impianto e definiscono la frequenza delle verifiche cui l’impianto stesso deve essere sottoposto.

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Enti normativi nazionali ed internazionali

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Norme CEI di riferimento (1/2)Per impianti di cantiere edile:

CEI 64-8/1/2/3/4/5/6/7 – Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in c.a. ed a 1500 V in c.c.

CEI 64-12 – Guida per l’esecuzione dell’impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario

CEI 17-13/1/2 – Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione.– Parte 1° Appar. Di serie soggette a prova di tipo (AS) e appar. non

di serie parzialmente soggette a prove di tipo (ANS)– Parte 2° Prescrizioni particolari per condotti a sbarre

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Norme CEI di riferimento (2/2)Per impianti di cantiere edile:

CEI 70-1 – Gradi di protezione degli involucriCEI 23-12 – Prese a spina per usi industrialiCEI 81-1 – Protezione di strutture contro i fulminiCEI 11-1 IX Ed. – Impianti elettrici con tensione superiore ad 1 kV in

c.a.CEI 20-13….20-40 – Norme riguardanti i vari tipi di cavo.CEI 64-50 – Edilizia residenziale – Guida per l’integrazione nell’edificio

degli impianti elettrici utilizzatori ausiliari e telefonici. CEI UNEL – Tab. 35023 e Tab. 35024. Cadute di tensione e portate di

corrente in regime permanente.

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La legge 46/90Legge 5.03.1990, n. 46 (G.U. n. 59 del 12.03.1990)

Norme per la sicurezza degli impiantiD.P.R. 6.12.1991, n. 447 (G.U. n. 38 del 15.02.1992)

Regolamento di attuazione della Legge 5.03.1990, n. 46

Vengono formalizzate le norme per la sicurezza degli impianti, sostanzialmente costituite da regole di comportamento destinate ad individuare e responsabilizzare i diversi soggetti interessati, rimandando alle norme tecniche di sicurezza armonizzate (CEI) i provvedimenti tecnici da adottare nella realizzazione a regola d'arte di componenti e di impianti elettrici.

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La legge 46/90Ricuce lo strappo tra quanto predisposto dalla legge 186/68 e quanto di fatto veniva tradotto in opera, superando il paradosso del carattere volontaristico affidato alla buona coscienza circa la realizzazione a regola d'arte degli impianti nel civile.

ObiettiviRegolamentare il settore impiantistico, fortemente dequalificato, eliminando le colpevoli improvvisazioni; stabilendo criteri di professionalità e procedure formali atti a definire i soggetti competenti e autorizzati ad operare nel comparto, ed a cui il committente ha l’obbligo giuridico di rivolgersi;

Realizzare tutti gli impianti elettrici a norma, garantendo la sicurezzain ogni ambiente di vita.

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La legge 46/90La legge 46/90 è la prima legge nazionale che stabilisce i seguenti

importanti principi:1) i requisiti per l’accesso alla professione di installatore;2) l’obbligo per i committenti di rivolgersi ad imprese qualificate;3) l’obbligo della dichiarazione di conformità dell’impianto alle Norme

da parte dell’installatore;4) la necessità della dichiarazione di conformità per ottenere da parte dei

Comuni il certificato di abitabilità-agibilità dei locali;5) l’obbligo per gli Enti Locali di adeguare, di conseguenza, i regolamenti

edilizi;6) l’obbligo, decretato dall’art. 7 della legge, di eseguire gli impianti a

regola d’arte e di dotarli di impianto di messa a terra e di interruttori differenziali.

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D. Lgs. 626/94 Ogni datore di lavoro delle imprese impegnate nel cantiere è responsabile della sicurezza dei propri lavoratori. Il Decreto prescrive misure per la tutela della salute e per la sicurezza dei lavoratori durante il lavoro, in tutti i settori di attività privati o pubblici.

Introduce la marcatura CE del materiale elettrico e di fatto impegna il costruttore, che appone sotto la propria responsabilità la marcatura CE, a far sì che il prodotto sia rispondente ai requisiti di sicurezza e affidabilità previsti dalla direttiva e, di conseguenza, dalle Norme.

Il DL 277/97 del 31/07/97 precisa le sanzioni in cui incorre chi non ottemperi alle disposizioni in materia di marcatura CE.

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Marchi di conformità del materiale elettrico

Ci sono tre diversi modi per attestare la conformità di un prodotto:– mediante l’apposizione del contrassegno CEI;– mediante la concessione del Marchio IMQ (Istituto Italiano del Marchio di Qualità) da parte dello stesso Istituto;– mediante l’apposizione della marcatura CE da parte del costruttore.

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D. Lgs. 494/96Nell’ “Allegato I - Elenco dei lavori edili o di genio civile di cui all’articolo 2, lettera A”, al comma 1 si includono “le linee elettriche e gli impianti elettrici”.Nell’ ”Allegato II - Elenco dei lavori comportanti rischi particolari per la sicurezza e la salute dei lavoratori di cui all’articolo 11, comma 1” sono inclusi i “lavori in prossimità di linee elettriche aeree a conduttori nudi in tensione.”

L'impianto elettrico quindi costituisce uno degli oggetti del decreto e diconseguenza è doppiamente interessato dal decreto sia come “luogo dilavoro” sia come oggetto di rischio nei confronti dei lavoratori (vedicircolare M.L. del 18 marzo 1997 n° 41/97).

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Elementi essenziali per la progettazione dell’impianto di protezione

“bipolo equivalente” al corpo umano

caratterizzazione del terreno quale conduttore elettrico

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Resistenza elettrica del corpo umanoLa resistenza elettrica del corpo umano varia in funzione di:

stato della pelle (sudore, ferite, calli - se umida pari circa a 650Ω, se secca pari circa a 50 kΩ);

durata del contattosuperficie di contattopressione di contattotensione

Rs e Cs sono la resistenza e la capacità dei punti di contatto mentre Ri è la resistenza interna del corpo umano.

Alla frequenza di 50 Hz è lecito trascurare la capacità della pelle sia nel punto di entrata che in quello di uscita.A frequenze superiori ciò non è più vero.

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Resistenza elettrica e tensione

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La resistenza di terraSe a due elettrodi (dispersori) conficcati nel terreno viene applicata una d.d.p., ogni porzione elementare del terreno offre una resistenza tanto più piccola quanto più è lontana dal dispersore.

Si dice resistenza di terra Rt la somma delle resistenze elettriche elementari di queste porzioni di terreno. Andamento del potenziale nel terreno per dispersione con

elettrodo emisferico

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I potenziali del terreno

Fissato un punto all’infinito a potenziale zero (punto sufficientemente lontano dal dispersore tale da poter essere considerato a potenziale zero) la resistenza verso terra del dispersore è data dalla resistenza equivalente Rt.

a) Punto all’infinito a potenziale zerob) Resistenza di terra di un dispersore.

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La resistività del terrenoSe confrontata con i metalli, è molto elevata ed estremamente variabile da luogo a luogo (è influenzata positivamente dalla presenza di sali e dall’umidità) e in funzione del tempo.

La misura della resistività del terreno permette di calcolare in prima approssimazione il valore che dovrebbe assumere la resistenza dell’impianto di terra.

Ad impianto funzionante saranno effettuate misurazioni della reale resistenza di terra a scadenze periodiche per verificare il mantenimento nel tempo delle caratteristiche originali dell’impianto.

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Deperimento del valore di resistenza di terraLe giunzioni sui dispersori devono essere ridotte al minimo indispensabile. Se posate a contatto con il terreno, devono essere protette dalla corrosione (verniciatura, catramatura o nastratura).

Tra metalli diversi in terreno umido, si crea una d.d.p. che determina una circolazione di corrente e la corrosione del metallo a potenziale elettrochimico minore (anodo).

E’ bene usare conduttori e morsetti dello stesso metallo.

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Misura della resistenza di terra: metodo della caduta di tensione o volt-amperometrico

La differenza di potenziale tra l’elettrodo e un qualsiasi punto lontano a potenziale zero è detta tensione di terra o tensione totale di terra (Ut). La resistenza di terra è legata alla Ut e alla corrente iniettata nel terreno per mezzo della nota relazione Rt=Ut/I

Rt è indipendente dalla corrente iniettata e può essere valutata in base alle caratteristiche dell’elettrodo e alla natura del terreno.

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Dispersori: picchetto e piastra

I dispersori a picchetto possono essere di forma cilindrica oppure realizzati con profilati di acciaio zincato a caldo.I dispersori a piastra sono impiegati nei terreni rocciosi dove è particolarmente difficile infiggere dispersori a picchetto o in profilato. Sono abitualmente posati verticalmente; più raramente, quando è necessario trattare il terreno con apposite soluzioni, la posa avviene in modo orizzontale.

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Resistenza di terra e forma del dispersore

ρ = resistività del terreno omogeneoNota: RT è molto sensibile ad L e ρ

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Alcune definizioni: isolamentofunzionale: isolamento esistente tra le parti attive e tra queste e

la carcassa di un apparecchio elettrico. Senza questo isolamento il sistema elettrico non potrebbe funzionare.

principale: isolamento delle parti attive necessario a proteggere contro la folgorazione.

supplementare: isolamento che garantisce la protezione delle persone nel caso di cedimento dell’isolamento principale.

doppio: isolamento principale più isolamento supplementare.

rinforzato: sostituisce il doppio isolamento se garantisce lo stesso grado di protezione.

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Alcune definizioniMassa: parte conduttrice facente parte dell’impianto elettrico che può essere toccata e che non è normalmente in tensione ma che può andarci se si ha un cedimento dell’isolamento principale.

Massa estranea: parte conduttrice, non facente parte dell’impianto elettrico, in buon collegamento elettrico col terreno, in grado di introdurre il potenziale di terra (tubazione idrica interrata, l’armatura del cemento armato, strutture portanti di edifici metallici ecc..) o altro potenziale (tubo che si collega con l’impianto idrico del condominio e che in caso di guasto ad uno scaldaacqua di un condomino può portare un potenziale pericoloso nella vasca da bagno di un altro condomino).E’ di difficile individuazione ed è pericolosa se viene toccata contemporaneamente ad una massa in tensione.

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Folgorazione: contatto diretto ed indiretto

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Contatto direttoHa luogo quando si entra in contatto con una parte attiva dell’impianto e cioè con conduttori che sono normalmente in tensione, ad esempio i conduttori di una linea elettrica compreso il neutro.

Il contatto diretto può avvenire anche tramite una parte conduttrice purché non sia una massa o in contatto con una massa.

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Contatto indirettoUn contatto indiretto è il contatto di una persona con una massa o con una parte conduttrice a contatto con una massa durante un guasto all’isolamento (ad esempio la carcassa di una macchina elettrica o di un elettrodomestico).

Mentre ci si può difendere dal contatto diretto, mantenendosi a distanza dal pericolo visibile, nel contatto indiretto, essendo un pericolo invisibile, ci si può difendere solo con un adeguato sistema di protezione.

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L’incidente elettrico da contatto indiretto

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Il circuito equivalenteVc=tensione di contattoRc=resistenza corpoRct=resistenza corpo-terraRn=resistenza neutro-terraE=tensione di alimentazione

Ig=E/(Rn+Rc+Rct) corr.guastoVc=Ig*Rc

Rct grande -> Ig piccola

Tuttavia Rct è fortemente dipendente da condizioni di pelle, calzature, prossimità di conduttori a potenziale nullo.

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Impianto di messa a terra (1/4)

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Impianto di messa a terra (2/4)

Ic=E*Rt/[Rn+Rt//(Rc+Rct)]/(Rt+Rc+Rct)

Rapporto Vc_terra/Vc_no_terra~1/(1+Rn/Rt) piccolo se Rt è piccola

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Impianto di messa a terra (3/4)

Osservazioni:

Rt piccola It grande

Rt piccola Ig grande (rilevabile da un interruttore a massima corrente)

Rn infinita Rt inutile (pericolo!!)

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Dispersori intenzionali e “di fatto”Il dispersore è un corpo metallico o l’insieme di corpi metallici in contatto elettrico col terreno utilizzati intenzionalmente o di fatto per disperdere correnti elettriche. Il dispersore intenzionale è stato installato unicamente con lo scopo di mettere a terra gli impianti elettrici (picchetti, corde, piastre, piattine).

Il dispersore di fatto è un corpo metallico in contatto col terreno, che viene normalmente utilizzato per scopi diversi dalla messa a terra degli impianti elettrici (elementi metallici degli edifici, tubazioni metalliche di acqua ed altri fluidi, armature metalliche dei cavi a contatto col terreno).

I dispersori di fatto sono costituiti da elementi metallici che normalmente sono molto estesi e hanno superfici di contatto col terreno più grandi di quelle dei dispersori intenzionali, per cui il loro contributo alla dispersione della corrente di guasto può essere notevole.

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I dispersori di fatto (1/2)

E’ utile e necessario considerare l’impiego di questo tipo di dispersori in fase di progetto e porre particolare attenzione alla realizzazione di buoni collegamenti (legature e/o saldature) tra i ferri della struttura metallica in modo che il complesso così realizzato presenti una resistenza elettrica molto bassa.

Nella realizzazione dei collegamenti tra i vari elementi del dispersore occorre porre particolare attenzione all’accoppiamento di materiali metallici diversi (ad esempio ferro e rame) che potrebbero essere sottoposti a fenomeni di corrosione dovuti ad eventuali correnti vaganti o per l’effetto pila tra i metalli stessi (utilizzare le apposite piastre di accoppiamento bimetalliche).

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I dispersori di fatto (2/2)Uno dei dispersori di fatto più comuni sono i ferri di armatura del cemento armato. Questi, per effetto dell’umidità contenuta nel calcestruzzo, possono considerarsi, una volta collegati all’impianto di terra, dispersori a tutti gli effetti.

Per consentire il collegamento con le varie parti del dispersore devono essere previsti, in fase di realizzazione, dei conduttori di adeguata lunghezza collegati con le armature e dei conduttori posati lungo il perimetro dell’edificio per interconnettere elettricamente tra loro i ferri dei plinti.

I ferri del cemento armato devono essere, per garantire la continuità, collegati tra di loro per mezzo di saldature, morsetti o legature effettuate a regola d’arte.

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Dispersori: anello e magliaDispersore ad anello: è ottenuto collegando ad anello conduttori nudi (nastri o corde tipicamente di S≥35 mm2) posati direttamente nel terreno ad una profondità di almeno 0.5 m.

Dispersore a maglia: ottenuto collegando corde di rame o di acciaio zincato interrate almeno 0.5 m, eventualmente integrato con picchetti.

Giunzioni: con saldatura oppure con morsetti in grado di assicurare un buon contatto elettrico e di sopportare eventuali sforzi meccanici.

Occorre anche garantirela protezione

contro la corrosione.

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La tensione di passo (1/2)

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La tensione di passo (2/2)La tensione di passo è la differenza di potenziale che può risultare applicata tra i piedi di una persona alla distanza di un passo (convenzionalmente 1m) durante il cedimento dell’isolamento.

E’ evidente l’importanza che può assumere il valore delle resistenza dello strato superficiale del terreno. Questo, per ottenere un resistività più alta, potrebbe essere realizzato con materiali appositi (ghiaia, bitume, ardesia, ecc..).

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La curva di sicurezzaPer la sicurezza, più che ai limiti di corrente pericolosa, ci si riferisce ai limiti di tensione pericolosa.La tensione corrispondente al tempo 5s è denominata tensione di contatto limite UL. Questo è il limite superiore delle tensioni che possono permanere su una massa per un tempo indefinito senza pericolo per le persone. In condizioni normali si considera UL=50V mentre in condizioni particolari UL=25V(ad es. ambienti bagnati, cantieri, ecc.)

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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 = T Il neutro è collegato a terra1a lettera = I Il neutro non è collegato a terra oppure è

collegato a terra tramite un’impedenza

2a lettera = T Masse collegate a terra2a lettera = N Masse collegate al neutro del sistema

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Sistemi di tipo TT

Terra del neutro in cabina e terra delle masse collegate all’impianto di terra dell’utente mediante il conduttore di protezione (PE).

Il neutro è collegato direttamente a terra mentre le masse sono collegate ad un impianto di terra locale indipendente da quello del neutro.

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Sistemi di tipo TN

Neutro a terra con le masse collegate direttamente al neutro oppure tramite il conduttore di protezione

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Il conduttore di protezione (PE)E’ identificato dal colore giallo/verde e viene chiamato PE oppure, se svolge contemporaneamente anche la funzione di neutro, PEN.

Col conduttore di protezione si realizza il collegamento delle masse con l’impianto di terra.

Unitamente all’interruttore automatico garantisce la protezione dai contatti indiretti e deve essere dimensionato sia per sopportare le sollecitazioni termiche dovute alla corrente di guasto verso terra (che in condizioni di regime è nulla) sia per sopportare eventuali sollecitazioni meccaniche.

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Necessità della protezione attivaIl contenimento della tensione sulla massa entro il limite di sicurezza UL richiederebbe:- valori di Rt troppo bassi- il controllo dei valori assunti dalla resistenza di terra del neutro Rn, la quale può subire variazioni col tempo(il sistema TT è utilizzato prevalentemente come sistema di distribuzione pubblica e l’utente non conosce il valore della Rn)

Per conseguire la sicurezza occorre ridurre il tempo di permanenza di tale tensione. Il circuito deve essere interrottoin un tempo tanto più breve quanto maggiore è la tensione sulle masse in modo da soddisfare la curva di sicurezza.

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Fusibili

I fusibili sono dispositivi la cui parte conduttrice fonde per effetto Joule in presenza di correnti con valore maggiore della soglia ammessa, interrompendo il circuito in presenza di sovraccarico o di corto circuito.

La corrente nominale è quella che il fusibile può sopportare senza fondere. I valori disponibili, in ampere, sono: 2 -4 - 6 - 8 - 10 - 12 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 - 80 - 100

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Uso di interruttori automatici (1/2)

Gli interruttori automatici aprono il circuito secondo una curva caratteristica tempo-corrente.

La Rt deve avere un valore coordinato con la caratteristica d’intervento del dispositivo di protezione in modo che la tensione sulla massa sia eliminata in tempi inferiori a quelli previsti dalla curva di sicurezza.

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Uso di interruttori automatici (2/2)In relazione ai sistemi TT è prescritto che: “Per attuare la protezione mediante dispositivi di massima corrente a tempo inverso o dispositivi differenziali deve essere soddisfatta la seguente condizione:

Rt ≤ UL/Idove Rt è la resistenza, in ohm, dell’impianto di terra nelle condizioni più sfavorevoli; I è il valore, in ampere:- della corrente di intervento in 5 secondi per gli interruttori magnetotermici o per i fusibili - della corrente di intervento in 1 secondo per gli interruttori differenziali.Se l’impianto comprende più derivazioni protette da dispositivi con correnti di intervento diverse, deve essere considerata la corrente di intervento più elevata”.

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Relè magnetotermico (1/2)Lo sganciatore magnetico, con intervento istantaneo, scatta a causa di un rapido e consistente aumento della corrente, ben oltre il limite consentito (situazione tipica in cortocircuito).

L'interruttore termico interviene per sovraccarico ovvero quando assorbiamo più corrente del consentito: il sensore all'interno dell'interruttore si riscalda e provoca lo scatto. E' lo stesso tipo di interruttore che l'ENEL usa per impedire un assorbimento superiore a quello previsto nel contratto.

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Relè magnetotermico (2/2)

La sua corrente nominale (In) è quella che può circolare senza problemi. Le correnti nominali in uso hanno i seguenti valori espressi in ampere: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125.

Le modalità di intervento magnetico sono tre in base ai limiti della corrente di intervento (riferiti alla corrente nominale In) in caso di cortocircuito:

TIPO LIMITI DELLA CORRENTE DI INTERVENTOB 3In --- 5InC 5In --- 10InD 10In --- 20In

In pratica il tipo B interviene per più basse correnti.

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Protezione con interruttore magnetotermicoDalle curve di sicurezza si ricava che per tensioni di UL=50V (luoghi normali) e UL=25V (luoghi particolari) un contatto può permanere per un tempo massimo di 5s.

Essendo questa la condizioni limite occorre individuare una protezione di massima corrente che abbia una caratteristica tale per cui sia soddisfatta la:

Rt ≤ UL/I5sSoddisfare la condizione con dei normali interruttori magnetotermici non è facile. La I5s in genere varia dalle quattro alle dieci volte la In dell’interruttore e quindi per interruttori con grandi correnti nominali può essere anche molto alta (decine di Ampere).

Ciò comporta una Rt molto bassa e quindi molto costosa da realizzare.

Ad esempio: In=10A, I5s=50A, Rt ≤50/50=1Ω.

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Interruttore differenzialeE’ indispensabile per garantire la sicurezza di un qualsiasi impianto. L'interruttore differenziale è un dispositivo amperometrico di protezione che protegge dalle dispersioni di corrente.

Consente l'interruzione automatica dell'alimentazione aprendo tempestivamente il circuito elettrico (protezione attiva) quando la corrente di guasto, cioè quella che si disperde verso terra, supera un valore prefissato.

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Protezione con dispositivi differenzialiImpiegando un interruttore differenziale la relazione che deve essere verificata diventa (CEI 64-8):

Rt ≤ UL/I∆NMentre le correnti I5s (magnetotermici) dipendono dalla corrente nominale dell’interruttore e possono essere dell’ordine delle centinaia di ampere, la corrente I∆N è indipendente dalla corrente nominale del dispositivo differenziale e può assumere valori variabili da qualche millesimo di ampere a qualche ampere.

Risulta in questo modo più agevole il coordinamento con l’impianto di terra di quanto non lo fosse con i dispositivi di massima corrente (Ad es. con UL = 50V e con I∆N =0,03 A la resistenza di terra Rt≤1666Ω ).

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Un caso frequente (…e pericoloso)Se una utenza è sprovvista di interruttore differenziale, le tensioni pericolose prodotte da un guasto a terra per tale utenza si trasferiscono sulle masse delle altre utenze senza che i corrispondenti interruttori differenziali intervengano.

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DispersioniIpotesi: Idk<I∆Nk, carichi resistivi

Può verificarsi che:

Vc=(Id1+…+Idn)*Rt>UL

(inoltre le Idk non sono “certe”)

Quindi si dimensiona Rt così che:

Rt ≤ UL/(I∆Nk+Idtot)

Ad esempio:

N=20, I∆N=0.03A, Id=10mA

Implica: Idtot=200mA, per cui

Rt=217Ω invece di 1667Ω

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L’impianto di terraDA Dispersore intenzionaleDN Dispersore di fattoCT Conduttore di terraEQP Conduttore

equipotenziale principaleEQS Conduttore equipotenziale

supplementarePE Conduttore di protezioneMT Collettore (o nodo)

principale di terraM Masse ME Massa estranea

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La sicurezza nei cantieri edili:lo scenario abituale

Impianti di cantiere con:cavi privi di guaina protettiva o con intestature non protette;interruttori inchiodati a tavole di legno; apparecchiature senza un adeguato grado di protezione IP;prese a spina volanti a volontà;di tipo ordinario;linee principali in zone di attraversamento di mezzi e uomini;assenza di interruttori differenziali o, se presenti, cavallottati ("perché non sta su e le macchine devono girare").

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Cause di infortunio in cantieri ediliLe cause più ricorrenti sono da ricercarsi nella carenza di provvedimenti di protezione sia dai contatti diretti che indiretti, dovuti in prevalenza alle sollecitazioni meccaniche e ambientali che l'impianto e le macchine subiscono sia durante l'esercizio che in fase di allestimento e smantellamento del cantiere. A ciò si aggiungono condizioni ambientali gravose dovute a presenza di acqua, polveri, malte, che contribuiscono ad aggravare il degrado degli isolamenti.

Il carattere provvisorio dell'installazione rappresenta una forte tentazione all'improvvisazione: per abbreviare i tempi di allestimento sovente si utilizza il materiale disponibile anche se inadatto o in non perfetto stato e si affidano i lavori a personale non specializzato.

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La norma CEI 64-8 Sez.704E’ l’unica eccezione delle Norme CEI, che si applicano solo agli impianti utilizzatori fissi, perchériferita anche agli impianti mobili.

Sancisce che le prescrizioni per gli impianti elettrici di cantiere si riferiscono a cantieri di costruzione e demolizione destinati in particolare a:

lavori di costruzione nuovi edifici;lavori di riparazione, trasformazione, ampliamento o demolizione di edifici esistenti;costruzione di strade, viadotti, parchi, canali, teleferiche, ecc.;lavori di movimentazione o escavazione di inerti, pietre e ghiaie;interventi di manutenzione in banchina e di costruzione navale.

Gli impianti elettrici dei locali di servizio di un cantiere (locali di produzione e consegna dell'energia elettrica - interni o esterni al recinto di cantiere - uffici, spogliatoi, sale riunione, spacci, ristoranti, mense, dormitori, servizi igienici, officine meccaniche,…) non devono sottostare alle prescrizioni relative agli impianti di cantiere.

Le spine e i cavi di alimentazione di apparecchi utilizzatori portatili o trasportabili noncostituiscono elemento dell'impianto di cantiere.

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Definizione di impianto elettrico di cantiere

Insieme di componenti elettrici, inclusi quelli alimentati tramite prese a spina, ubicati all'interno del recinto di cantiere, elettricamente associati in modo da rendere disponibile l'energia elettrica agli apparecchi utilizzatori del cantiere.

Impianto fisso: costituito da componenti elettrici fissati in modo rigido a parti strutturali od infrastrutturali del cantiere.Impianto movibile: costituito da componenti elettrici non fissati a parti strutturali od infrastrutturali del cantiere.

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L’impianto elettrico di cantiereNel caso di grandi lavori, si compone di:

Cabina di trasformazione da MT (media tensione) a bt (bassa tensione) (generalmente per utenze superiori a 100 kW)Quadro elettrico generaleLinee primarieQuadri di zonaLinee secondarieQuadri di utilizzoCablaggi attrezzatureImpianto di messa a terra (pozzetti, linea e utilizzi)Gruppo elettrogeno, funzionante a gasolio

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Distanze di sicurezza da linee elettriche

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L’impianto di terra di cantiereUna corretta realizzazione dell'impianto di terra, opportunamente coordinato con dispositivi automatici, a corrente differenziale, sarà determinante per la realizzazione poi di un efficiente impianto di terra dell'opera.

Gli impianti nei cantieri sono caratterizzati da condizioni ambientali e d'uso tali da rendere lemasse presenti particolarmente esposte a guasti e a cedimenti degliisolamenti.

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Esecuzione dell’impianto di terra (1/3)Per una corretta esecuzione necessita di essere realizzato in modo integrato e coordinato con le diverse fasi dei lavori di scavo e edili in generale.

La realizzazione dell'impianto di messa a terra deve iniziare con la fase di scavo delle fondamenta: la presenza in cantiere delle scavatrici semplifica gli sterri inerenti la posa del dispersore.

Il dispersore posato all'atto dello scavo delle fondamenta può essere immediatamente utilizzato per la messa a terra delle macchine di cantiere e di tutte le masse e successivamente collegato ai ferri di armatura delle eventuali strutture in cemento armato.

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Esecuzione dell’impianto di terra (2/3)

Con il procedere dei lavori risultano facili anche gli altri collegamenti equipotenziali (tubi dell'acqua, del riscaldamento, eccetera) e il collettore di terra si completa gradualmente facendo capo agli attacchi predisposti sulla sbarra predisposta per esempio sul quadro principale di distribuzione.

Se l'impianto di terra venisse iniziato con l'edificio già finito al rustico risulterebbe difficile e oneroso ottenere una buona efficienza ed affidabilità nel tempo, in quanto i ferri di armatura non sono più accessibili, l'area disponibile per il dispersore risulta notevolmente ridotta e gli sterri per la sua posa più difficoltosi.

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Esecuzione dell’impianto di terra (3/3)

Quando non sono stati ancora effettuati i lavori di scavo e non sono disponibili i dispersori di fatto, si predispongono dei picchetti per gli apparecchi fissi.

La distanza tra i picchetti deve essere maggiore della somma delle loro lunghezze.

Nel caso di N picchetti di uguale resistenza R si ha:

RT=R/NIl conduttore di collegamento va interrato, così da costituire un dispersore di fatto.

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Alimentazione da rete pubblica a BT

I dispositivi di sezionamento dell'alimentazione devono poter essere bloccati nella posizione di aperto o mediante lucchetto o collocati all'interno di un involucro chiuso a chiave.

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Alimentazione da rete pubblica a MT

Nel caso di grandi cantieri può essere necessario alimentare l'impianto elettrico a media tensione realizzando una cabina di trasformazione di cantiere; in questo caso il collegamento a terra viene effettuato secondo i sistemi TN-S oppure TN-C-S.che prevedono che le masse dell'impianto di cantiere siano collegate, per mezzo di un conduttore di protezione, al punto di collegamento a terra della cabina di trasformazione.

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Le Apparecchiature Assiemate per Cantiere (ASC) - CEI 17-13/1-4

La tensione nominale dei quadri per la distribuzione dell'elettricità nei cantieri di costruzione e demolizione non deve essere superiore a 1000V in c.a. e 1500V in c.c. Le ASC sono di tipo chiuso o a cassetta, mobili o fisse.Generalmente contengono uno scomparto per i mezzi di collegamento del cavo di alimentazione di entrata e per l'apparecchiatura di misura nonché i sistemi di interruzione e di protezione contro il sovraccarico ed il corto circuito per il cavo di uscita (possibile fonte di incendio).Il dispositivo di sezionamento deve poter essere bloccato in posizione di aperto (con lucchetto o installazione all'interno di un involucro serrabile con chiave). Nelle ASC di distribuzione finale, la protezione supplementare contro i contatti indiretti è assicurata da un dispositivo a corrente residua I∆N≤30mA e che non protegga più di 6 prese a spina.

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ConduttureLa scelta di una conduttura per cantiere, parte dalla scelta della tipologia di posa, e si conclude con la scelta del cavo.

Per evitare danni i cavi non devono passare attraverso luoghi di passaggio per veicoli o pedoni.

Quando questo sia invece necessario, deve essere assicurata una protezione contro i danni meccanici e contro il contatto con macchinario di cantiere.

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Tipologie di posaA guidare il progettista nella scelta della tipologia di posa sonoesigenze di sicurezza (norme CEI 11-17 e CEI 64-8/5, vedi anche Guida CEI 20-40), funzionalità ed economicità.Le pose interrate sono raramente utilizzate dato l'elevato costo, ma ne possono risultare interessanti per dorsali di cantieri di lunga durata per l'assenza di interferenze con l'attività di cantiere. Le pose in canali o tubazioni a parete sono scarsamente utilizzate per l'elevato costo di realizzazione e spesso per l'indisponibilità di strutture di ancoraggio.Le pose aeree sono le più utilizzate per l'economicità di posa, e la facilità di recupero, ma possono risultare critiche per cantieri di lunghissima durata e zone particolarmente ventose.

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Precauzioni nella posaLa funzionalità del cavo può essere compromessa dal danneggiamento

della guaina, dell’isolante o del conduttore causate da:• Temperatura troppo bassa;• Superamento del raggio minimo di curvatura;• Abrasioni (durante l’operazione di tiratura dei cavi nei cavidotti o

durante il traino su terreni o asfalto);• Sollecitazioni a trazione (nel corso di pose e/o recuperi);• Nella posa su funi, da fasciature non corrette e distanti;• Nella posa su pali senza funi di sostegno, da legacci taglienti (filo di

ferro).

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Esempi di posa (1/3)

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Esempi di posa (2/3)

Posa aerea di cavisu palificazioni(distribuzione fissa)

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Scelta del cavo

Anche la scelta del tipo di cavo segue i criteri di rispetto della sicurezza, funzionalità ed economicità.

Procedendo per gradi si valutano i cavi adatti alla posa scelta,quindi in funzione della tensione del sistema e della corrente da trasmettere si definiscono la tensione del cavo e la sezione minima ottimale. Quindi si seleziona quello che risulta più economico, o più semplicemente quello disponibile, avente almeno i requisiti minimi richiesti.

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Dispositivi di sezionamento, protezione e comando (secondo CEI 64-8)

Deve essere previsto, all'origine di ogni impianto, un quadroche comprenda i dispositivi di sezionamento, di comando e di protezione principali.

I dispositivi di protezione, solitamente interruttori automaticimagnetotermici e differenziali, devono garantire:

Sicurezza contro l’incendio derivato da cause elettriche (sovraccarichi prolungati e corto circuiti).Sicurezza contro i contatti diretti con le parti in tensione.Sicurezza contro i contatti indiretti in caso di guasto verso terra, ovvero dispersioni.

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Apparecchi portatili

Sono costruiti con isolamento rinforzato (di classe II, principale + supplementare).

Ne è proibito (CEI 64-8) il collegamento a terra, per non diminuire l’efficacia dell’isolamento rinforzato (per inefficienza dell’impianto di terra oppure a causa di prese a spina difettose).

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Protezioni in luoghi conduttori ristrettiSi intendono quei luoghi, limitati essenzialmente da superfici metalliche, o comunque conduttrici (terreno), nei quali è probabile che una persona possa venire in contatto con tali superfici attraverso una ampia parte del suo corpo, ed è limitata la possibilità di interrompere tale contatto (ad es. piccole cisterne metalliche, interno di tubazioni metalliche, cunicoli umidi, scavi ristretti nel terreno, tralicci).

Il luogo conduttore ristretto può essere applicabile anche a situazioni in cui l'operatore è in ambiente ampio, ma a stretto contatto, su larga parte del corpo, con superfici conduttrici (ad es. lavori con cinture di sicurezza su strutture metalliche).

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Protezione contro le scariche atmosfericheIl problema si pone in considerazione della presenza di grandimasse metalliche con sviluppi anche di altezza tale da configurarsi come dei veri e propri captatori (ponteggi metallici, gru a torre, strutture metalliche situate all’aperto, come baracche e silos).

Il rischio relativo al fulmine che colpisce una struttura metallica è di tipo 1: perdita di vite umane, a causa delle tensioni di contatto e di passo.

Art.39 D.P.R. 547/1955: “Le strutture metalliche degli edifici e delle opere provvisionali, i recipienti e gli apparecchi metallici, di notevoli dimensioni, situati all'aperto, devono, per se stessi o mediante conduttore e spandenti appositi, risultare collegati elettricamente a terra in modo da garantire la dispersione delle scariche atmosferiche”.

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E’ necessaria la protezione?La necessità della protezione per le singole strutture metalliche delle aree operative interne al cantiere (strutture metalliche all'aperto: gru, ponteggi, tettoie, ecc.) viene valutata con una procedura semplificata (Norma CEI 8l-l/art. G.3.5 - strutture di classe F "installazioni provvisorie").

Tali strutture metalliche all'aperto possono essere considerate sicuramente auto-protette, senza ulteriori valutazioni, se il terreno circostante ha una pavimentazione isolante (resistività superficiale superiore a 5kΩ m), ad esempio:

terreno asfaltato (5cm), terreno ricoperto da uno strato di ghiaia (10cm), terreno roccioso (basalto, porfido)

o se può essere esclusa la presenza di persone in numero elevato o per un elevato periodo di tempo intorno alla struttura stessa (in un raggio di 5m).

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Protezione dalle scariche atmosferiche:il coefficiente ambientale

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Ponteggi a sviluppo lineare (esempio)art.39 DPR 547/55

a = lunghezzah = altezzalarghezza ponteggio = 2mC = 0.5 (addossato ad un edificio)ρ<0.5kΩ m (terreno circostante)

Nt = numero di fulmini a terra per km2 di superficie e per anno (valore statistico tabellato per comune dalla norma CEI 81-3)

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Verifiche periodiche dell’impianto

Art.40 D.P.R. 547/1955: “Le installazioni ed i dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche devono essere periodicamente controllati e comunque almeno una volta ogni due anni, per accertarne lo stato di efficienza”.

Le verifiche consistono (CEI 81-1) nell'accertare il buono stato di conservazione dei vari elementi, dei giunti, degli ancoraggi, dei sostegni, del buono stato di funzionamento dei limitatori di tensione, la continuità elettrica dei vari elementi, dei collettori di terra, la resistenza di terra del dispersore.

I controlli sono di competenza delle Aziende A.S.L. territorialmente competenti, tramite i Presidi Multizonali (Laboratori di sanità pubblica, Sezione fisico impiantistica), dell’ARPA e di organismi individuati dal D.P.R. 462/01.

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…e il D.P.R. 462/2001?Il 23 gennaio 2002 è entrato in vigore il DPR 462/01 tendente a semplificare i procedimenti per le denuncie e le connesse attività di verifica periodica degli impianti di messa a terra, di protezione contro le scariche atmosferiche e degli impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione. Tale Decreto sostituisce alcuni articoli del DPR 547/55.

Il 10 maggio 2002 è stata poi pubblicata sulla G.U. la direttivasulle caratteristiche che devono possedere gli organismi abilitati per poter effettuare le verifiche.

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