Nell’esperienza quotidiana è difficile notare parti conduttrici esposte in quanto, per ragioni di sicurezza elettrica, sono separate dall’utilizzatore ed isolate elettricamente in custodie protettive. [1]

Nella progettazione e nell’utilizzo dei dispositivi elettrici ci troviamo tuttavia a gestire parti conduttrici aventi potenziale elettrico diverso, con differenze di tensione anche molto elevate.

Questi conduttori sono separati da materiale isolante, che evita il passaggio di carica elettrica dal conduttore di potenziale maggiore a quello con potenziale minore.

Nella progettazione del sistema costituito da materiale isolante e conduttori deve essere tenuto in debito conto il rischio di formazione di archi voltaici in aria [2] e di correnti striscianti sulla superficie del materiale isolante.

Per limitare questi fenomeni in fase di progettazione si interviene sulle distanze tra parti conduttrici esposte.

In normativa le distanze di separazione tra parti conduttive a potenziale elettrico diverso vengono chiamate distanziamenti elettrici. [3]

Si distingue tra: distanza di isolamento in aria (che nel proseguo per semplicità indicheremo distanza in aria) ovvero la distanza più breve in aria tra due parti conduttrici [4] e la distanza di isolamento superficiale (per semplicità indicheremo come distanza in superficie) ovvero la distanza più breve tra due parti conduttrici lungo la superficie di un materiale elettricamente isolante. [5]

I dispositivi elettrici industriali (non Ex), laddove non esiste una norma di prodotto, possono fare riferimento alla norma IEC 60664-1 in cui apposite tabelle mettono in relazione le tensioni dei conduttori con i valori minimi richiesti delle distanze in aria e delle distanze in superficie.

Nei dispositivi a sicurezza aumentata a normativa IEC/EN 60079-7 troviamo una tabella analoga differenziata per i livelli di protezione (EPL) Gb e Gc. [6] In tabella 1, vediamo un esempio circoscritto al caso del EPL Gb.

Tabella 1 - Esempio con valori estratti da tabella 2 della IEC 60079-7:2015 per dispositivi con EPL Gb e per alcuni valori di tensione [7]

Nel caso delle distanze in superficie, come riportato in tabella 1, è necessario sapere che il materiale isolante fornisce un contrasto più o meno efficace al formarsi delle correnti striscianti. La sua capacità di opporsi al fenomeno della traccia è misurata attraverso il CTI (comparative tracking index) [8] e i materiali sono suddivisi nei gruppi I, II, IIIa e IIIb. Per questo motivo, al gruppo di materiali I riportati nella tabella 1 corrisponde una distanza in superficie minore, in altri termini la bontà del materiale permette al progettista del dispositivo di ridurre la distanza tra i conduttori.

In Figura 1, vediamo alcuni esempi utili a capire la differenza tra la distanza in aria e quella in superficie. In particolare, risulta evidente come, per motivi geometrici e per la definizione data in normativa, la distanza superficiale non sia mai inferiore alla distanza in aria tra gli stessi due conduttori, al più queste due distanze possono coincidere come nel primo esempio riportato in figura 1. 

Figura 1: Alcuni esempi di distanza in aria e superficie come riportato dalle norme IEC/EN 60079-7

Come si evince dalla tabella 1, per valori di tensione elevati la norma richiede che la distanza in superficie risulti maggiore della relativa distanza in aria.

Sfruttando la definizione geometrica è possibile aumentare la distanza in superficie con l’uso di nervature o scanalature nel materiale isolante. Ad esempio, l’utilizzo di collarini intorno ai conduttori cilindrici costringe la corrente strisciante a percorrere un percorso più lungo costituito da una discesa ed una successiva risalita (Figura 2). Questo percorso è maggiore alla distanza che si otterrebbe se la superficie del materiale isolante tra i conduttori fosse piana. La distanza X riportata in figura 2 rappresenta il valore mimino sotto il quale l’arco elettrico tenderebbe a saltare l’avvallamento rendendo in questo caso il collarino ininfluente. È richiesto, quindi, un avvallamento maggiore per dispositivi aventi EPL eb in ragione del loro maggiore livello di protezione.

Analogamente, una nervatura realizza un aumento della distanza superficiale costringendo la corrente strisciante ad un percorso di salita e successiva discesa. Questo secondo metodo ha il pregio di aumentare anche la distanza in aria, come si vede nel terzo esempio di Figura 1.

Figura 2: esempio di collarini intorno a dei conduttori cilindrici a creare delle scanalature

Anche se a prima vista può sembrare che il tema dei distanziamenti elettrici interessi solo il progettista di apparecchi, l’argomento più ampio delle connessioni elettriche coinvolge anche l’utilizzatore e chi lavora negli impianti. 

Nell’installazione in campo dell’apparecchiatura va prestata attenzione che le connessioni non si possano allentare e, per questo motivo, i collegamenti a vite sono dotate di dispositivi anti allentanti come rondelle elastiche, grower o similari. In certi casi, per aumentare le distanze in aria e in superficie, quando i voltaggi sono elevati, è richiesto il montaggio di paratie accessorie, come può capitare in taluni casi nei morsetti componibili o in altri componenti certificati Atex. È importante, quindi, visionare con la dovuta attenzione sia il manuale d’uso e manutenzione, sia le limitazioni riportate dal certificato di apparecchiatura o di componente.

Note e riferimenti bibliografici

[1]Un esempio potrebbe essere la parte metallica interna ad un morsetto, che per ovvie ragioni funzionali deve avere la vite a portata di utensile, o l’ingresso per i conduttori in una spina da cablare. Anche sui circuiti stampati dove normalmente le piste conduttrici corrono sotto uno strato isolato (solder resist) vi sono punti in cui parti in tensione sono esposte, ad esempio, in corrispondenza dei componenti discreti che vengono saldati su un circuito stampato.

[2]L’aria anche se asciutta presenta una debole conducibilità, dovuta a particelle elettricamente non neutre; questa conducibilità aumenta notevolmente con la presenza di umidità in quanto l’acqua è un miglior conduttore rispetto all’aria

[3]CEI EN 60079-0:2013-09 par 3.51

[4] CEI EN 60079-0:2013-09 par 3.51.1

[5] CEI EN 60079-0:2013-09 par 3.51.2

[6]Rispetto alla edizione 4 della IEC 60079-7, la IEC/EN 60079-15 ha integrato nella tabella l’EPL Gc aggiungendo il modo di protezione Ex-nA (dispositivi non scintillanti). Si noti poi che rispetto alle normative industriali non Ex, qui la validità della tabella è più ampia e non legata ad uno specifico tipo di apparecchio.

[7]Per tensione intendiamo la U_efficace in c.a. o c.c. altresì detta in inglese U_r.m.s in a.c. or d.c.

[8]rimandiamo alla lettura dell’articolo I fenomeni della traccia e il Comparative Tracking Index – CTI pubblicato sul sito Cortem