Il modo di protezione a sicurezza aumentata si basa sul miglioramento degli standard di sicurezza di alcune tipologie di apparecchiature. In questo contesto è di primaria importanza evitare la formazione di scintille o archi elettrici, possibili inneschi di un’esplosione. 

 Per comprendere le possibili situazioni nelle quali si forma un arco elettrico è necessario approfondire i cosiddetti “fenomeni della traccia” [1].

La formazione di un arco elettrico tra due conduttori nudi può avvenire mediante un percorso di corrente che si sviluppa sulla superficie del materiale isolante. Ci si riferisce a questo percorso con il nome di “traccia”. Alcuni materiali isolanti caratterizzati da una bassa “resistenza superficiale” sono più predisposti di altri a manifestare questo fenomeno. 

È noto che isolanti inorganici come l’ossido di alluminio, la ceramica o i vetri minerali [2] non sono soggetti a questo tipo di effetti mentre la gran parte dei materiali di origine organica, a base di idrocarburi, soffre di questo problema. 

La chiave di questo fenomeno risiede, infatti, nella carbonizzazione della superficie del materiale. 

Negli isolanti organici il guasto iniziale bruciacchia la superficie con la conseguente formazione di carbone. Le aree carbonizzate conducono maggiormente la corrente elettrica rispetto all’isolante incontaminato e, maggiore è la corrente, maggiore è la generazione di calore che porta al degrado dell’isolamento. 

Alla fine del processo il materiale diventa conduttivo. 

Una domanda potrebbe sorgere spontanea: da dove viene il carbonio? I polimeri, ovvero le plastiche, sono formate anche da carbonio, uno dei costituenti principali insieme ad idrogeno, ossigeno e azoto [3] della chimica organica e polimerica.

Per classificare i materiali isolanti e la loro resistenza al fenomeno della traccia si utilizza il metodo riportato sulla norma internazionale IEC 60112.

Questa norma divide i diversi materiali in quattro gruppi, con l’indice di resistenza alla traccia che migliora passando dal gruppo IIIb al gruppo I.

Tabella 1: la classificazione dei CTI

Riallacciandoci a quanto esposto precedentemente, i vetri e le ceramiche, che non subiscono il fenomeno della carbonizzazione, vengono convenzionalmente classificati come materiali di gruppo I come visibile nella tabella 1. 

Sono cioè tra i materiali isolanti che risentono meno della traccia.

  Tabella 2: materiali tipici VS gruppo di materiale  

È doveroso sottolineare come i materiali plastici possono migliorare il proprio CTI grazie a particolari additivi, una pratica comune, quest’ultima, per conferire ai polimeri migliori proprietà fisiche o per facilitarne la produzione e lo stampaggio. Per questo motivo, uno stesso materiale plastico, ad esempio la poliammide, può trovarsi in commercio con diversi livelli di CTI, compito del progettista selezionarne la giusta composizione.

Figura 1 – Setup del TEST per la determinazione del CTI di un materiale secondo la IEC 60112   

Spesso sentiamo dire che la componentistica usata in contesti a rischio di formazione di atmosfera esplosiva è realizzata con materiali particolari. 

Questo è particolarmente vero nel caso dei materiali plastici, che trovano sempre più spazio nell’industria elettrotecnica. Nei contesti atti a formare isolamento tra conduttori, i materiali usati sono selezionati tra quelli che esprimono una migliore resistenza alla traccia. 

Altri parametri sui quali intervenire per inibire la formazione di archi elettrici sono la distanza di superficie tra i conduttori, il controllo delle sovratensioni e la protezione dall’inquinamento.

Condensa e polvere, come è facile immaginare, incidono aumentando il rischio di formazione dell’arco elettrico.   

Note, norme di riferimento e bibliografia

[1] in normativa tecnica vedesi NOTA 2 CEI EN 60079-7:2008-11 al punto 4.4.1 (ultima versione con traduzione italiana) viene tradotto “fenomeno della traccia” il “tracking phenomena” della versione inglese 

[2] CEI EN 60079-7 2016-07 4.4.1 

[3] nella definizione classica di chimica organica troviamo anche lo zolfo ed il cloro, nella chimica organica moderna trovano collocazione anche altri elementi