Arco elettrico o arco voltaico?

0
2454

aperturaL’enciclopedia Treccani definisce l’arco elettrico come segue: “Arco voltaico: Scarica (detta anche arco elettrico) che si manifesta tra le estremità, opportunamente accostate, di due elettrodi immersi in un aeriforme (gas o vapore), tra i quali sia mantenuta una tensione elettrica. La scarica, resa visibile da un intenso arco luminoso che collega le estremità degli elettrodi, è accompagnata da un forte sviluppo di calore. L’arco voltaico trova varie applicazioni, per esempio in forni e saldatrici e in alcune lampade e proiettori luminosi”.

Quelli riportati nell’esempio della definizione costituiscono esempi di soluzioni profittevoli del fenomeno in esame; tuttavia, in talune condizioni, non sempre predeterminabili, la corrente elettrica può attraversare l’aria che segrega due o più conduttori volutamente isolati per effetto della ionizzazione dell’aria stessa (ad esempio nei fusibili e nei sezionatori di grande portata e potenza); questo a seguito del fatto che in caso di configurazione di arco elettrico, l’energia potenziale rilasciabile e conseguentemente rilasciata, conduce alla rottura dielettrica del materiale, quando il materiale è un gas. I gas neutri presentano in genere condizioni di elevata rigidità dielettrica, ma qualora sottoposti ad un campo elettrico sufficientemente elevato possono ionizzare mediante separazione di carica a livello molecolare e pertanto diventare conduttori per trasporto in aria di cariche libere in forma di ioni.  L’arco, nel provocare una ionizzazione dell’aria determina temperature che possono raggiungere 35000 gradi Fahrenheit (dato NFPA 70E, circa 20000°C!) L’energia termica rilasciata dall’arco elettrico infatti può essere espressa in calorie per centimetro quadrato (Kcal/m2). Un arco elettrico normale può rilasciare un’energia da poche unità fina a 300 Kcal/m2, tuttavia rilasci a densità energetica superiore, ovvero fino a 60 Kcal/m2, possono essere un caso che si presenta comunemente.Oltre al contenuto e rilascio di energia termica, l’arco voltaico o “Arc Flash” porta con se fronti rapidi di pressione, energia in forma acustica e proietta detriti derivanti dalla rottura delle parti isolanti e dalla fusione dei conduttori; tutti questi elementi si propagano generalmente in un tempo molto breve con effetti sino a 3 metri di distanza dalla sorgente dell’arco.

Effetti sul corpo umano

La  temperatura raggiunta quando un arco voltaico si manifesta può evidentemente appiccare il fuoco ai vestiti e gravemente bruciare ustionandola, la pelle umana; il calore può conseguentemente provocare l’accensione di materiali combustibili nelle vicinanze.  Poiché un arco voltaico è anche in grado di liquefare o vaporizzare parti metalliche collocate all’interno o nelle vicinanze del centro di pericolo elettrico e sede della manifestazione dell’evento pericoloso,  metalli come rame, alluminio o parti di attrezzature in acciaio espandono rapidamente; in caso di arc-flash il  volume di tali materiale aumenta quasi istantaneamente e poiché lo stato fisico di tali materiali passa da solido a  vapore, con conseguente emissione di pressione esplosiva e onde sonore, nonché con proiezione di materiale fuso, l’operatore prossimo al centro di pericolo subisce una spinta poderosa che lo può catapultare contro ostacoli solidi, ferendolo o uccidendolo. Il suono, che altro non è che una forma udibile del fronte di pressione generato, può causare la rottura irreversibile o meno dei timpani con conseguente perdita dell’udito temporanea o permanente.  Il metallo fuso può essere peraltro sospinto e sparso dall’esplosione nelle zone circostanti, insieme a residui metallici e altri materiali solidi, quali apparecchiature o parti delle stesse: la velocità di proiezione e le masse proiettabili ne fanno veri e propri proiettili. Il flash luminoso generato a seguito dell’evento determina infine cecità temporanea o permanente. In definitiva, volendo esaminare dal punto di vista di un valutatore impegnato in un’analisi di rischio del fenomeno, potremmo dire che il grado di severità associato all’evento pericolo sopra descritto è pari a infermità permanente o morte, pertanto oggetto di provvedimenti tesi alla riduzione di un rischio non trascurabile.

Cause scatenanti

Le cause dello “Arc Flash” vanno ricercate nel contatto accidentale, nell’errata selezione delle attrezzature per le quali sono stati sottovalutati i valori delle massime grandezze elettriche di guasto (tensione di guasto e corrente di corto circuito) così determinando un errato coordinamento delle protezioni e del loro potere di interruzione, nella contaminazione con materiali solidi o liquidi, che seppure inizialmente non conduttivi portano ad un graduale sporcamente e degrado degli isolamenti di superficie isolate, al deterioramento e/o alla corrosione delle apparecchiature sede di parti elettriche in tensione.

Status normativo: Stati Uniti d’America

La National Fire Protection Association (NFPA) è un’organizzazione internazionale no-profit con sede negli Stati Uniti che fornisce i codici e le norme volte a ridurre incendio e altri pericoli.  L’articolo 110.16 del National Electrical Code (NFPA70) richiede che le attrezzature elettriche debbano essere contrassegnate can adeguata targa di avvertimento per informare il personale preposto e qualificato alle operazioni sotto tensione e sedi di potenziali scariche per arco elettrico.  In particolare l’articolo di norma specifica che le apparecchiature elettriche, come i quadri, i quadri, i pannelli di controllo industriali, le prese di potenza, le centraline di controllo del motore, che possono richiedere esame, regolazione, manutenzione sotto tensione siano contrassegnati campo per avvertire le persone qualificate di potenziali rischi legati alla manifestazione di arco elettrico. La marcatura deve essere situata in modo da essere chiaramente visibile al personale qualificato prima di eseguire l’esame, la regolazione o la manutenzione dell’apparecchiatura.  Lo stesso articolo rimanda, attraverso la nota informativa No. 1, allo standard NFPA 70E, standard per la sicurezza elettrica sul posto di lavoro, definendone lo scopo nella determinazione della severità della potenziale esposizione al pericolo, associandogli i contenuti che riguardano la pianificazione di operazioni e pratiche operative sicure rimandando, peraltro, alla corretta selezione dei dispositivi di protezione individuale.  Lo stesso articolo specifica attraverso la nota informativa n ° 2 che lo standard ANSI Z535.4-1998, fornisce le linee guida per la progettazione della segnaletica di sicurezza.

NFPA 70E

La norma pubblicata da NFPA riguardante taluni aspetti di sicurezza elettrica è la NFPA 70E ovvero standard per la sicurezza elettrica nei luoghi di lavoro.  Il documento definisce le modalità tese a valutare i pericoli connessi con lo arc-flash e in particolare a valutarne il rischio associato. La misura quantitativa definita per tale valutazione è l’energia incidente ovvero l’energia rilasciata/rilasciabile dall’arco ad una distanza e posizione definite. Le distanze e le posizioni standardizzate dipendono dal tipo e dalle caratteristiche elettriche dell’apparecchiatura e sempre raffrontate con il possibile utilizzo che si può fare delle stesse: questa considerazione tiene conto del fatto che la distanza influisce pesantemente sull’energia incidente tenuto conto del fatto che questa varia in modo inverso con il quadrato della distanza dalla sorgente e del fatto che la stessa energia dipende direttamente dalla corrente di guasto e dalla durata della finestra temporale della scarica. Lo standard fornisce anche la natura del danno umano subito (livello di ustione di primo, secondo o terzo grado) in accordo all’entità dell’energia incidente. Per quel che riguarda la mitigazione del rischio di arco, facendo leva sui fattori “intensità di corrente di guasto” e “durata”, si sottolinea che opportuni dimensionamenti dei conduttori (sezione e lunghezza), corretta selezione delle protezioni da sovracorrente e da cortocircuito, ponendo particolare attenzione al loro potere di interruzione,  ovvero attuando un corretto coordinamento del calcolo delle protezioni dimensione del cavo e la lunghezza, il rischio complessivo del danno da Arc Flash può essere sostanzialmente ridotto. La variabile restante, ovvero il comportamento umano che influenza distanze, modalità di accesso, probabilità di interferenza con le parti elettriche in tensione, deve essere necessariamente moderato e regolamentato attraverso procedure esecutive.

Standard IEEE Std 1584

Lo standard IEEE 1584 rappresenta la guida per eseguire i calcoli relativi ad Arc-Flash e fornisce le tecniche per determinare i livelli di pericolo dell’arco.  Per tali ragioni, il documento fornisce le tecniche per i progettisti e per gli operatori destinati sugli impianti elettrici da applicare nel calcolo della distanza di sicurezza per lo arc flash e l’energia incidente alla quale gli operatori potrebbero essere esposti durante il lavoro su o in prossimità di apparecchiature elettriche. Le equazioni nello standard sono state ottenute attraverso prove di laboratorio effettuate dalla IEEE. L’IEEE è un’associazione professionale che si occupa di ricerca e pubblica letteratura tecnica di ingegneria elettrica, informatica ed elettronica.

L’Europa? Procedure di lavoro sicuro (EN 50110)

In Europa ha valore tecnico normativo la norma EN 50110 che si applica alle operazioni ed attività lavorative su, o in prossimità di impianti elettrici a livelli di tensione compresi tra la bassissima tensione e l’alta tensione. In particolare riguarda gli impianti elettrici destinati alla produzione, alla trasmissione, alla trasformazione, alla distribuzione e all’utilizzazione dell’energia elettrica. La Norma fornisce le prescrizioni necessarie sulla base delle quali impostare le procedure necessarie per operare in sicurezza e per i lavori su, o in prossimità di impianti elettrici: le prescrizioni si applicano alle procedure di esercizio, di lavoro e di manutenzione.  La Norma si applica a tutti i lavori elettrici ed anche ai lavori non elettrici in prossimità di linee aeree o di cavi sotterranei. Lo standard suddivide le operazioni in cinque categorie:

 

  • Lavoro elettrico ovvero localizzato o in prossimità o su un impianto elettrico (misure, riparazioni, sostituzioni, modifiche, ampliamenti, montaggi ed ispezioni)

 

  • Lavoro non elettrico ovvero in prossimità di un impianto elettrico quali costruzioni, scavi, pulizie, verniciature, ecc.

 

  • Lavoro sotto tensione ovvero laddove la zona di lavoro sotto tensione è una zona che circonda le parti attive.

 

  • Lavoro in prossimità di parti attive ovvero la zona prossima è una zona circostante una zona di lavoro sotto tensione.

 

  • Lavoro fuori tensione

 

Ovvero svolta su impianti elettrici che non sono attivi e non hanno carica elettrica, eseguita dopo aver eseguito adeguato isolamento delle parti sedi di pericolo  La norma europea, a differenza del set americano che identifica elementi tecnici atti al calcolo effettivo del rischio, produce prevalentemente regole e avvertenze destinate a regolamentare il comportamento umano nelle cinque situazioni sopra descritte: il calcolo e il dimensionamento delle protezioni è viceversa rimandato a norme più specifiche di design elettrico.

 

 

 

 

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here