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La protezione contro i contatti indiretti negli  
impianti  dell'utente secondo la nuova  norma CEI 11-1
Impianti di terra
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    Approfondimenti

La nona edizione della norma CEI 11-1 fissa, in funzione del tempo di intervento delle protezioni in alta tensione (nella nuova norma si parla di bassa e di alta tensione, non si parla più di media tensione, intendendo con tali definizioni rispettivamente i sistemi di prima categoria fino a 1 kV in alternata e i sistemi di seconda e terza categoria superiori a 1kV), i valori limite delle tensioni di passo e di contatto; superiori a quelli stabiliti dalla vecchia norma (fig.1).

   Fig. 1 Tensioni di contatto ammissibili UTP secondo la nuova norma CEI 11-1 e la vecchia norma CEI 11-8

Rispetto alla vecchia norma che stabiliva i limiti per le tensioni di passo e di contatto con la nuova norma i limiti, definiti come tensioni di contatto ammissibili UTP, si riferiscono solamente alle tensioni di contatto.  Alle tensioni di passo si applicano gli stessi limiti, moltiplicati per tre perché si assume un fattore di percorso piede-piede uguale a tre. Il fattore di percorso è inteso come il rapporto tra il valore della corrente che implica una probabilità di fibrillazione nel percorso piede-piede e il valore di corrente che determina la medesima probabilità di fibrillazione nel percorso mani-piedi. Nella figura 2 sono riportate le zone di pericolosità della corrente in funzione del tempo di permanenza. 

Fig. 2 Zone di pericolosità della corrente elettrica alternata (15-100 Hz)

 Normalmente nella zona 1 non si hanno reazioni fino alla soglia di percezione (dita della mano). Nella zona 2 non si ha alcun effetto pericoloso fino alla zona di tetanizzazione mentre nella zona 3 possono verificarsi effetti fisiopatologigi che peggiorano con l'aumentare della corrente e del tempo. Si hanno contrazioni muscolari, difficoltà di respirazione, aumento della pressione sanguigna, disturbi nella formazione e trasmissione degli impulsi elettrici cardiaci, comprese fibrillazione artriale e arresti temporanei del cuore ma con assenza di fibrillazione ventricolare. Nella zona quattro si hanno probabilità di fibrillazione ventricolare, arresto del cuore, arresto della respirazione e gravi bruciature. La curva sicurezza-tempo c2,  che corrisponde ad una probabilità di fibrillazione del 5% delle persone, è stata assunta  dalla nuova norma per ricavare i limiti della tensione di contatto ottenuti moltiplicando il valore della corrente sopportabile per l'impedenza del corpo umano. L'impedenza del corpo umano dipende da diversi fattori, tra cui il tragitto della corrente e il valore della tensione applicata, ed è diversa per ogni persona. Per determinarne il valore ci si basa su valori statistici e la norma CEI 11-1 ha assunto i valori dell' impedenza tra una mano e due piedi tipici del 50% della popolazione (fig. 3).

Fig. 3 Valori statistici dell' impedenza del corpo umano in corrente alternata a 50 Hz 

Dalla figura 1 si può notare che i nuovi limiti (curva a tratto continuo) sono più elevati dei vecchi limiti (curva tratteggiata) e, dalla figura 4, che sono diversi da quelli indicati nella CEI 64-8 (bassa tensione). La norma 64-8 si riferisce infatti ad una curva corrente tempo ( curva verde tratteggiata della figura 4), inferiore alla curva c2 assunta dalla norma CEI 11-1, costruita considerando valori di impedenza del corpo umano tra due mani e due piedi (resistenza corrispondente ai due terzi di quella tra una mano e due piedi) che non sono superati dal 5% della popolazione. In bassa tensione è diversa anche la tensione utilizzata per costruire la curva tensioni-tempo essendo non più quella di contatto UT utilizzata in alta tensione bensì quella a vuoto UST .

 

Fig. 4- Curve corrente tempo secondo la norma CEI 64-8 e la norma CEI 11-1

Questo si spiega perché in bassa tensione non si misurano le tensioni di contatto ma si presume che alla persona sia applicata la tensione totale di terra (UE). La norma CEI 64-8 fornisce una curva di sicurezza che si riferisce alle tensioni di contatto a vuoto (USTP) e non può essere direttamente confrontata con la curva di sicurezza di figura 1 che invece è relativa alle tensioni di contatto (UTP). Il confronto può però essere fatto utilizzando le curve relative ai limiti per le tensioni di contatto a vuoto fornite dalla norma CEI 11-1. Vengono fornite cinque curve (fig. 5) per le quali è prevista una resistenza aggiuntiva Ra costituita dalla somma della resistenza verso terra della persona (una volta e mezzo la resistività del suolo) e della resistenza delle calzature.

Fig. 5 Valori della tensione di contatto a vuoto ammissibile USTP alle seguenti condizioni:

Curva n. 1: Ra =1000+1,5x2000=4000 ohm   Curva n. 2: Ra = 1000+1,5x1000=2500 ohm
Curva n.3: Ra=1000+1,5x500=1750 ohm  Curva n.4: Ra=0+1,5x500=750 ohm
Curva n. 5: Ra=0  

Nella curva n. 5, con una Ra=0, la USTP coincide con la UTP della curva di fig. 1. Con la CEI 11-1 la misura della tensione di contatto UTP viene effettuata con un voltmetro al quale, per simulare le perturbazioni del campo introdotte dal contatto della persona, deve essere collegata in parallelo una resistenza di valore tale che  la sua resistenza equivalente sia di mille ohm. I valori di tensione ottenuti dalla misura possono essere riferiti ai limiti USTP della curva n. 5, ma nulla cambia se si misura la tensione di contatto a vuoto con un voltmetro di resistenza interna infinita, con una resistività del terreno di 500 ohm, e ci si riferisce ai limiti USTP della curva n. 4. I limiti espressi dalle rimanenti curve 3,2 e 1 sono impiegabili all'interno delle centrali, stazioni e cabine elettriche dove si suppone che le persone calzino scarpe e il pavimento abbia una resistività come indicato in figura 5. Qualora la resistività fosse diversa da quella ipotizzata la curva potrà essere ricavata assumendo . La curva n. 4 può essere confrontata con quella fornita dalle 64-8, trascurando in ambedue i casi le resistenze delle calzature, con l'unica differenza della resistenza in serie alla persona che in un caso vale 750 ohm (CEI 11-1) e nell'altro 10000 ohm (CEI 64-8). Risulta subito evidente (fig.6) che la norma CEI 11-1 è meno restrittiva poiché si ritiene minore la probabilità di guasto in alta tensione rispetto alla bassa tensione. Questo nonostante le tensioni pericolose originate da un guasto in alta tensione influenzino la sicurezza anche in bassa tensione. La diversa probabilità di guasto in alta tensione giustifica comunque i limiti di sicurezza assunti dalla norma CEI 11-1 .

Fig. 6 Confronto tra le curve di sicurezza della norma CEI 64-8 e CEI 11-1

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