Sicurezza elettrica e interruttori

La sicurezza, secondo l’Enciclopedia Treccani, è la possibilità di prevenire, eliminare o rendere meno gravi danni, rischi, difficoltà o evenienze spiacevoli. Va da sé che se si parla di sicurezza elettrica le suddette evenienze spiacevoli riguardano strettamente apparecchiatura, impianti e macchinari che utilizzano energia elettrica.

L’evento pericoloso può essere un guasto legato a un componente, che può generare un incendio e mettere in pericolo molte persone, o un contatto elettrico diretto o indiretto.

Si definisce indice di sicurezza di uno o qualunque dei componenti, nei riguardi di un evento che si vuole evitare, il rapporto tra il numero di componenti non danneggiati e il numero totale.

Più alto sarà questo valore, migliore sarà il valore della sicurezza.

Le misure di sicurezza seguono degli aspetti normativi ben definiti, stabiliti dal Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI), in modo che gli impianti possano essere realizzati a regola d’arte.

Le misure di sicurezza elettrica devono essere maggiori nei casi in cui il rischio è elevato, sia in termini di probabilità dell’evento sia in termini di pericolosità associata.

Inoltre, vanno valutate le condizioni ambientali e le applicazioni della strumentazione.

I fattori di rischio

Le misure di sicurezza elettrica, come abbiamo detto, variano a seconda dell’ambiente che si sta considerando.

Per quanto riguarda gli ambienti lavorativi, quindi industriali o con condizioni speciali, si devono tenere d’occhio specificamente i seguenti casi.

Luoghi conduttori ristretti

Tipicamente delimitati da superfici metalliche, o sono luoghi in cui vengono ammassati i cavi necessari all’alimentazione dell’impianto, o sono condutture di areazione, o anche tubazioni metalliche e serbatoi.

Le norme di sicurezza elettrica devono prevedere la possibilità che un operatore possa entrare in contatto con una superficie elettrificata su una superficie estesa del corpo, considerando che interrompere questo contatto potrebbe essere difficile a causa del poco spazio.

I rischi, in questo caso, sono legati ai guasti di isolamento.

Luoghi a maggior rischio in caso di incendio (Ma. R. C. I.)

Secondo la norma CEI 64-8, l’acronimo Ma. R. C. I. definisce tutti gli ambienti dove il rischio relativo all’incendio è maggiore che in un ambiente ordinario.

La rilevanza può dipendere da più fattori:

  • densità di affollamento o per elevato tempo di sfollamento, come musei o teatri
  • strutture portanti combustibili, come edifici storici
  • presenza di materiale industriale infiammabile o combustibile, come depositi o petroliere

Le norme di sicurezza elettrica devono prevedere guasti che possono causare fiamme libere o archi elettrici, come cortocircuiti o guasti strutturali d’impianto.

Luoghi con pericolo di esplosione

Sono tutti i luoghi dove è possibile che si crei un’atmosfera pericolosa, con aria miscelata a sostanze gassose infiammabili.

Le norme di sicurezza elettrica devono tener conto di tre fattori: scintille, archi elettrici e temperature eccessive.

In questo caso, la minima situazione di insicurezza può portare danni di notevole entità, quindi è fondamentale procedere con cautela sia in fase di installazione che in fase di operazione.

Contatto con parti in tensione, diretto e indiretto

I modi in cui una persona può entrare in contatto con una parte dell’impianto elettrico sono due, contatto diretto o contatto indiretto.

Si parla di contatto diretto quando il contatto avviene con una parte in tensione, come un conduttore o un morsetto di macchina.

Si parla di contatto indiretto quando il contatto avviene con una parte metallica che normalmente non è in tensione, ma che va in tensione a causa di un difetto di isolamento.

Le strategie di sicurezza elettrica previste per evitare queste situazioni sono molteplici e possono essere sia organizzative (segnali di avviso, luci di sicurezza) che operative, queste ultime classificate in preventive e repressive.

Le misure preventive vengono attuate per evitare che la situazione di pericolo si verifichi. Le misure repressive, invece, implementano sistemi di protezione che intervengono quando il sistema diventa potenzialmente pericoloso.

In ambito di bassa tensione, ossia per gli impianti utilizzatori, si possono ben distinguere le manovre di sicurezza elettrica in due tipologie:

  • protezione mediante l’interruzione automatica dell’alimentazione, di tipo repressivo
  • protezione senza interruzione automatica della tensione, di tipo preventivo

Gli isolamenti come misura preventiva

L’apparecchiatura elettrica in tensione è soggetta a fenomeni di accumulo di carica, che può portare a eventi di scarica (un esempio è stato fatto con la scarica elettrostatica).

È per questo motivo che è fondamentale dotare i componenti dell’impianto di isolamento elettrico, impianto che provvede a isolare i componenti tra loro e verso terra.

Un materiale si può definire isolante elettrico se impedisce la conduzione di corrente, ostacolando la circolazione delle cariche.

Frapponendo del materiale isolante tra due materiali metallici si impedisce che parti metalliche che non dovrebbero essere energizzate si carichino, diventando potenzialmente pericolose.

Una misura di sicurezza che viene spesso impiegata è quella di realizzare strutture a doppio isolamento.

Gli isolamenti possono essere di più tipologie:

  • funzionale, ad esempio quello che circonda i cavi elettrici che abbiamo a casa
  • principale, che impedisce di poter raggiungere parti in tensione, prevenendo quindi il contatto
  • supplementare, ossia quello che viene applicato per prevenire casi di cedimento dell’isolamento principale

In base alla tipologia di isolamento scelto, le norme di sicurezza prevedono una classificazione per gli utilizzatori. In questo modo, un operatore è perfettamente a conoscenza di cosa si sta occupando e di quali siano i livelli di sicurezza utilizzati.

L’interruttore magnetotermico, il “vero” interruttore

Gli interruttori sono degli organi di manovra e protezione utilizzati negli impianti elettrici, a tutti i livelli di tensione.

Bisogna subito stabilire che questi apparecchi non c’entrano nulla con gli interruttori della luce che abbiamo nelle nostre case.

Per essere più chiari dobbiamo chiedere aiuto all’inglese. Questi componenti sono definiti breakers, andando a enfatizzare la capacità di interrompere le correnti di guasto, e non switches.

Il loro funzionamento dipende strettamente da un forte vantaggio della corrente alternata, che è il passaggio per lo zero. In questo passaggio naturale per lo zero è estremamente più facile interrompere la corrente, utilizzando strategie di interruzione degli archi.

Non soffermandoci sulle varie tipologie di interruttori (per ora…), possiamo invece parlare delle caratteristiche di intervento che sono fondamentali in ambito di sicurezza elettrica.

Ogni interruttore è dotato di due curve caratteristiche, una dedicata alla protezione dai sovraccarichi (termica) e un’altra dedicata alla protezione contro i cortocircuiti (magnetica). Per questo motivo gli interruttori si definiscono magnetotermici.

Protezione contro il sovraccarico

I sovraccarichi devono essere monitorati dalle nostre strategie di sicurezza, dato che la loro permanenza può causare elevate temperature o anche piccoli incendi localizzati.

In base alla loro portata possono essere più o meno gravi, quindi l’intervento deve essere graduale per evitare di disalimentare l’impianto quando non è necessario.

La curva di intervento termico, che varia a seconda di intervento a caldo o a freddo, è costruita in modo che l’intervento sia rapido proporzionalmente alla gravità del sovraccarico. Questo si ottiene dotando l’interruttore di una lamina bimetallica, percorsa dalla corrente che circola nell’impianto.

La corrente riscalderà i metalli per effetto Joule, dilatando la lamina in modo che, superata una determinata temperatura, questa attivi una molla di sgancio.

Protezione contro i guasti

Le correnti di guasto sono parecchie volte maggiori di quelle di normale impiego. Tuttavia, l’intervento termico sarebbe comunque graduale, inadatto a questo tipo di condizioni.

Per questo motivo, per le correnti di guasti si utilizza la curva di intervento magnetico, detta anche a tempo indipendente.

Il funzionamento si basa sull’interazione elettromagnetica tra una bobina, un conduttore avvolto attorno a un materiale metallico, e un dispositivo di sgancio mobile.

Se nella bobina dovesse circolare una corrente particolarmente elevata, questo genererebbe un flusso di campo magnetico che porterebbe allo sgancio istantaneo dell’interruttore.

Al contrario dell’intervento termico, l’intervento magnetico ha una fascia di intervento molto stretta.

Immagine che mostra i due dispositivi di interventi, quello termico con la lamina bimetallica e quello magnetico con la bobina. Inoltre è presentata la curva di intervento tipica di un interruttore magnetotermico.
In ordine, la lamina bimetallica utilizzata per l’intervento termico, la bobina utilizzata per lo sgancio magnetico, una curva di intervento tipica con indicazione delle soglie. (Fonte, Impianti elettrici, Volume 1)

Conclusioni

La Carta delle Nazioni Unite stabilisce che la sicurezza è un diritto fondamentale.

L’ingegneria ha, quindi, il compito di realizzare e mettere in pratica tutti gli strumenti e le strategie possibili per creare un ambiente di lavoro adeguato e sicuro per chi lo popola.

È chiaro che non bastano le norme a garantire la sicurezza completa, ma è anche necessario seguire e applicarle sempre, senza farsi sconti per ragioni di convenienza economica.

La sicurezza è sicuramente un diritto, ma è soprattutto una cultura.

Fonti

Gatta F.M. Impianti elettrici, Volume 1. Società editrice Esculapio; 2014.

Conte G Manuale di Impianti elettrici Terza edizione. Editore Ultrico Hoepli; 2014.

Luoghi Ma. R. C. I. Norma e Classificazione

Enciclopedia Treccani: Sicurezza

Matteo Ricciardi

Ingegnere Elettrico, specializzato nella regolazione della tensione tramite compensazione reattiva e nella trasmissione di energia elettrica tramite collegamenti HVDC. Duca di Nolan (KtS)

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