IEC 60364-4-41: Protezione dalla Scossa Elettrica

Sistemi IT

Ultima modifica 08/04/2020

Sistemi IT: Introduzione

Nei Sistemi IT, il neutro del trasformatore di distribuzione non è messo a terra.

Questo sistema elettrico viene utilizzato quando la sconnessione dell’alimentazione a causa di un guasto generi maggiori rischi rispetto a mantenere l’energia, come per esempio accade in una sala operatoria di un ospedale.

Ipotizziamo che mentre il chirurgo sta eseguendo un intervento, un apparecchio elettrico ha un guasto; la sconnessione dell’alimentazione elettrica avrà peggiori conseguenze che mantenere l’energia elettrica nella stanza.

Il motivo per cui il neutro non viene messo a terra è per impedire alla corrente di attraversare il corpo umano in caso venga a contatto con un apparecchio guasto. Se avete in mente un Sistema TT o TN, una persona potrebbe essere fulminata perché la corrente, attraversando il corpo, trova una via di ritorno alla sorgente che ha generato l’energia elettrica: il neutro messo a terra del trasformatore MT/BT. Se il punto di neutro non è messo a terra, non c’è modo per la corrente di ritornare alla sorgente.

Per quella ragione, la norma permette di non tagliare l’energia, tuttavia il guasto deve essere segnalato, dato che le persone devono rendersi conto che stanno lavorando in un ambiente dove è presente un guasto elettrico.

Di seguito vengono riportate le prescrizioni della norma:

 [IEC 60364-4-41] 411.6.3 Nei sistemi IT possono essere utilizzati i seguenti dispositivi di monitoraggio e dispositivi di protezione:

  • Dispositivi di monitoraggio dell’isolamento (IMD);
  • Dispositivi di monitoraggio della corrente residua (RCMD);
  • Sistemi di localizzazione di guasti di isolamento (IFLS);
  • Dispositivi di protezione dalle sovracorrenti;
  • Dispositivi di protezione a corrente residua (RCD = differenziali)

Le persone potrebbero domandarsi perché la norma si preoccupa di un guasto apparentemente innocuo. Il motivo per ciò è dovuto dall’aumento del rischio nel caso si verifichi un secondo guasto su un’altra fase. Nel caso di un sistema trifase, il primo guasto potrebbe essere sulla fase L2 e il secondo sulla fase L3. In questa situazione, se una persona tocca entrambi gli apparecchi guasti, essa è soggetta ad una scossa elettrica di 400 Vac (in Europa).

 

Come si può evitare tutto questo? Molto semplice: tutte le masse devono essere collegate insieme!

Sistemi IT: come viene garantita la sicurezza

Il dispositivo di monitoraggio è la prima condizione per ridurre il rischio. La seconda è il collegamento di tutte le masse. La ragione per cui viene fatta questa cosa è che, se le masse sono tutte collegate insieme, nel caso si verifichi un primo guasto su, diciamo L1, nel momento in cui si verifica un secondo guasto su L3, quest’ultimo diventa come un corto circuito.

La corrente di corto circuito fa intervenire la protezione da corto circuito (per esempio un interruttore magneto-termico) la quale verrà aperta, interrompendo così l’alimentazione elettrica all’equipaggiamento.

Fin qui, tutto bene: I sistemi TT sono sicuri perchè:

  1. Il punto neutro non è messo a terra e quindi la corrente che attraversa un corpo che è entrato in contatto con un apparecchio guasto non troverà una via di ritorno alla sorgente: la persona è al sicuro!

 

  1. In ogni caso, il guasto è rilevato da, per esempio, un dispositivo di monitoraggio dell’isolamento. L’immagine mostra un esempio di IMD: in caso in cui non sia presente un guasto, le tre lampade saranno accese. Nel caso si verifichi un guasto a terra per esempio sulla fase L2, la lampada centrale si spegnerà.

 

Sicuramente questo è un “metodo didattico”, solo per spiegare il concetto.

 

 

  1. Tutte le masse sono collegate insieme così che, in caso si verifichi un secondo guasto su un’altra fase, una protezione da corto circuito interverrà, aprendo il circuito guasto. Per favore tenete in considerazione che se il guasto avviene sulla stessa fase, la protezione non interverrà ma, in questo caso, il guasto non sarà pericoloso per le persone.

Sistemi IT: Correnti Capacitive

Fin qui, tutto bene ma ci manca un aspetto importante nei sistemi IT: le correnti capacitive.

Se il neutro non è a terra, allora non c’è una via di ritorno alla sorgente e la persona è al sicuro. In realtà, sfortunatamente, anche in un sistema non messo a terra la corrente trova una via di ritorno alla sorgente! Il problema è che un sistema IT può estendersi per chilometri e maggiore è l’estensione della rete, maggiori saranno le capacità parassite.

 

Esistono regole empiriche su come stimare le correnti parassite: eccone una:

Dove:

  • Id è la corrente parassita in A
  • S è la Potenza installata in MVA

Per esempio, se la distribuzione IT è costituita da apparecchiature aventi 100 kVA di potenza installata, una corrente parassita di 40 mA può circolare attraverso la resistenza di terra dell’apparechiatura.

Perchè le correnti parassite sono pericolose nei sistemi IT? Perché potrebbero creare delle pericolosi tensioni di contatto.

Pertanto, di seguito viene riportato il linguaggio utilizzato per limitare il rischio correlato alle correnti parassite nei sistemi IT (requisito allineato con CEI 64-8/4 – 413.1.5.2).

 [CEI 64-8/4] 413.1.5.2 Le masse devono essere messe a terra individualmente, per gruppi o collettivamente. Deve essere soddisfatta la seguente condizione:


Dove:

  • RE è la resistenza in ohm del dispersore al quale sono collegate le masse;
  • Id è la corrente di guasto, in ampere, del primo guasto di impedenza trascurabile tra un conduttore di linea ed una massa. Il valore di Id tiene conto delle correnti di dispersione e dell’impedenza totale verso terra dell’impianto elettrico.

Alla fine, perchè un sistema IT è sicuro? A causa di 4 condizioni da soddisfare:

  • Tutte le masse devono essere collegate insieme.
  • Il primo guasto è rilevato da, per esempio, un Dispositivo di Monitoraggio dell’Isolamento.
  • La corrente di guasto non deve generare tensioni di contatto pericolose (≤ 50 Vac).
  • Un secondo guasto su una fase diversa deve essere rilevato e un dispositivo di protezione da correnti di corto circuito deve de-energizzare l’apparecchio. Di seguito il linguaggio utilizzato nella norma (Stesso requisito CEI 64-8/4 – 413.1.5.4):

 [CEI 64-8/4] 413.1.5.4 Una volta manifestatosi un primo guasto, le condizioni per l’interruzione automatica dell’alimentazione nel caso di un secondo guasto su di un conduttore attivo differente devono essere le seguenti:

a) Quando le masse sono interconnesse collettivamente da un conduttore di protezione allo stesso impianto di messa a terra, si applicano condizioni simili a quelle relative al sistema TN e devono essere soddisfatte le seguenti condizioni se il conduttore di neutro non è distribuito nei sistemi a corrente alternata [..]:

 

Dove

  • U è la tensione, in c.a. od in c.c., in volt, tra i conduttori di linea;
  • Zs è l’impedenza, in ohm, dell’anello di guasto comprendente il conduttore di linea ed il conduttore di protezione del circuito;
  • Ia è la corrente, in ampere, che provoca l’intervento automatico del dispositivo di protezione entro i tempi indicati per i sistemi TN nella Tabella 41A di 413.1.3.3 od in 413.1.3.5.

 

La formula potrebbe sembrare strana, perché? Se la scriviamo in un modo diverso, diventerà più chiara:

 

Il problema è che Zs non è una normale corrente del circuito di guasto, ma la corrente del circuito di guasto di 2 anelli di guasto. La norma sta considerando che “ogni corrente dell’anello di guasto” sarebbe la metà della corrente che passa attraverso il circuito completo. In sostanza, è un modo per essere conservativi!

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