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Elettrotecnica

 

Interruttore differenziale e protezione contro i contatti elettrici nel sistema

La pericolosità della corrente elettrica che attraversa il corpo umano è a tutti nota. Gli effetti sulla persona possono però essere diversi e appaiono più o meno evidenti in funzione del tipo di percorso, dell’intensità e della durata del contatto elettrico.

Ipotizzando un percorso mano sinistra-piedi e in relazione all’intensità e al tempo di contatto, in sede IEC è stata approntata una curva di pericolosità della corrente caratterizzata da 4 zone (fig. 1):

Zona 1 – Nessun effetto;
Zona 2 – Nessun effetto fisiologicamente pericoloso
Zona 3 – Nessun danno organico. Eventuali effetti patologici risultano normalmente reversibili. Abitualmente non esiste pericolo di fibrillazione ventricolare.
Zona 4 – Aumenta notevolmente il rischio di fibrillazione ventricolare. Aumentando il valore della corrente e la durata del contatto possono verificarsi arresto cardiaco e/o respiratorio e gravi ustioni.

Per quanto concerne la protezione delle persone contro il pericolo dei contatti elettrici la Norma CEI 64-8 individua rispettivamente due tipi di contatti, diretto ed indiretto.


Figura 1 - Zone tempo-corrente in corrente alternata per frequenze da 15 a 100 Hz (IEC 60479) confrontate con le caratteristiche di intervento di interruttori differenziali con Idn da 10 e 30 mA (50 Hz). Effetti della corrente che attraversa il corpo umano con percorso mano sinistra-piedi.

Protezione contro i contatti diretti

Il contatto diretto

Il contatto diretto si manifesta quando una persona tocca una parte attiva del circuito costituita da un qualsiasi elemento conduttore che si trova in tensione durante il normale funzionamento dell’impianto (conduttori non isolati, morsetti elettrici, ecc..). Un esempio di contatto diretto è descritto in figura 2 dove una persona tocca direttamente un conduttore scoperto che alimenta un elettrodomestico. La corrente che attraversa il corpo della persona si richiude per mezzo del terreno verso la cabina di distribuzione e dipende dalla somma delle diverse impedenze di contatto e dell’impedenza del circuito di ritorno verso la cabina (mano-conduttore, piedi-pavimento, impedenza della persona, resistenza di terra della cabina).

Modi di protezione dai contatti diretti

La protezione contro questo tipo di contatti può essere attuata in diversi modi e principalmente mediante l’isolamento delle parti attive (protezioni passive ottenute mediante ostacoli, involucri o barriere) oppure, ma solo in casi particolari, impiegando sistemi a bassissima tensione di sicurezza o funzionale (SELV, PELV, FELV). Abitualmente, nella maggior parte delle situazioni impiantistiche (ambienti agricoli, cantieri, abitazioni civili, ecc..), per proteggersi dai contatti diretti, oltre alle normali protezioni passive, si dimostra conveniente l’impiego di interruttori differenziali con Idn inferiore a 30 mA. Particolarmente pericolosi si dimostrano gli apparecchi elettrici mobili o portatili alimentati tramite cavi flessibili perché sono sottoposti nel loro normale funzionamento a sollecitazioni meccaniche che possono determinare in alcuni casi il deterioramento degli isolamenti. Per queste ragioni le Norme, per tutti i circuiti che alimentano prese a spina, prescrivono una protezione addizionale da attuarsi appunto mediante interruttori differenziali ad alta sensibilità.

Protezione contro i contatti indiretti

Il contatto indiretto

Il contatto indiretto si verifica quando una persona tocca una parte normalmente non in tensione ma che può, per cause accidentali, in seguito ad un guasto o ad un cedimento dell’isolamento, andare in tensione. Nella figura 3 una persona viene a contatto con l’involucro metallico dell’elettrodomestico (massa) che si trova casualmente in tensione a causa di un danno subito dall’isolamento elettrico interno. La persona che tocca la massa è sottoposta ad un contatto elettrico indiretto con conseguente passaggio di corrente attraverso il corpo.


Modi di protezione dai contatti indiretti

La protezione da questo tipo di contatti può essere ottenuta senza o mediante interruzione automatica dell’alimentazione. Lo scopo delle protezioni senza interruzione dell’alimentazione è quello di costituire una barriera al passaggio della corrente elettrica attraverso la persona e sono abitualmente ottenute mediante uno dei seguenti sistemi: doppio isolamento (componenti di classe II), separazione elettrica (mediante trasformatore di isolamento), locali isolanti (luoghi non conduttori), bassissima tensione di sicurezza o funzionale (SELV, PELV, FELV), equipotenzializzazione dei locali. Questi rimedi non possono però essere adottati per tutte le situazioni impiantistiche (solitamente per utenze di modesta entità o per utensili portatili), nella maggioranza dei casi si deve ricorrere a modi di protezione che prevedono l’interruzione automatica dell’alimentazione.

Protezione mediante interruzione automatica dell’alimentazione

Nel sistema TT (fig. 4) la protezione con interruzione automatica dell’alimentazione, opportunamente coordinata con l’impianto di terra, è il metodo di gran lunga più utilizzato.

La condizione da soddisfare nei sistemi di distribuzione TT è la seguente:

Ra x Ia ≤ UL

Dove:

  • Ra è la somma delle resistenze del dispersore e dei conduttori di protezione delle masse;
  • Ia è la corrente che determina l’intervento automatico del dispositivo di protezione;
  • UL è la tensione di contatto limite convenzionale (in corrente alternata normalmente 50 V, 25 V per ambienti con condizioni particolari)

l’intervento del dispositivo entro 5 secondi, mentre invece nel secondo caso la corrente Ia coincide con la corrente differenziale nominale dell’interruttore Idn. In pratica la protezione tramite interruzione automatica dell’alimentazione può essere attuata quasi esclusivamente mediante interruttori automatici differenziali. Nella figura 5 sono messi a confronto due circuiti protetti rispettivamente tramite interruttore magnetotermico e interruttore differenziale dove, con semplici calcoli, si evidenzia la difficoltà che si incontra nella realizzazione di dispersori con valori di resistenza che soddisfino le condizioni si sicurezza quando si utilizzano dispositivi diversi dall’interruttore differenziale. Si può notare come, utilizzando interruttori automatici, sia estremamente basso, e quindi difficilmente realizzabile, il valore della resistenza di terra necessaria a garantire le condizioni di sicurezza minime richieste.

L’impianto può essere protetto da un unico interruttore differenziale posto all’origine dell’impianto oppure, per garantire una certa selettività orizzontale, da più interruttori attestati su più circuiti. L’interruttore differenziale può essere collocato anche in un punto a valle purché fra l’origine e il punto di istallazione non siano presenti delle masse. Se sono presenti delle masse e risulta indispensabile l’installazione dell’interruttore differenziale, per permettere la selettività verticale, è ammesso installare nei circuiti di distribuzione dispositivi con ritardo intenzionale (tipo S, con ritardo non superiore a 1 secondo) a monte di interruttori differenziali non ritardati di tipo generale.

L’uso dell’interruttore differenziale richiede un corretto coordinamento con l’impianto di terra che deve essere unico. Nelle installazioni condominiali tutti gli impianti dei vari appartamenti che fanno capo allo stesso impianto di terra devono essere provvisti di interruttore differenziale opportunamente coordinato col valore della resistenza di terra. Si può infatti presentare una particolare condizione di pericolo se anche uno solo degli impianti d’appartamento non è provvisto di dispositivo differenziale. Si può verificare la situazione di figura 6 dove un guasto a massa di un elettrodomestico collegato al comune impianto di terra determina una situazione di pericolo per le altre utenze anche se dotate di interruttore differenziale. Tutti gli apparecchi collegati all’impianto di terra assumono un potenziale maggiore di zero che provoca in caso di contatto un passaggio di corrente attraverso il corpo senza che i dispositivi differenziali possano rilevare la dispersione.