Secondo una stima dell’Annuario Statistico dei Vigili del Fuoco 2021, si può stimare che circa il 23% degli incendi italiani accertati dipenda dall’impianto elettrico.

Le cause tecniche possono essere molte ma tradizionalmente possono essere raggruppate in quattro categorie:

Fig. 1 – Cause tecniche di incendio derivato dagli impianti elettrici
SovraccaricoUn componente del circuito elettrico eroga o assorbe una corrente superiore a quella di progetto (o nominale)
Guasti ai terminali di collegamentoNei punti in cui la corrente elettrica viene fatta passare da un conduttore all’altro attraverso un contatto diretto (in prese, adattatori, «ciabatte», ecc….)
Guasti di isolamentoQuando il degrado, per sollecitazioni chimiche o meccaniche, dell’isolamento pregiudica la separazione del circuito da altri elementi dell’attività.
Guasti ai conduttoriQuando il conduttore stesso subisce un danno, o per la bassa qualità o a causa di sollecitazioni elevate.

Escluso il sovraccarico, esiste un pericolo specifico che ricade in tutte le casistiche sopra menzionate: l’arco elettrico, anche chiamato arco voltaico. Tale fenomeno fisico infatti è riconducibile almeno a questi casi:

  • imperizia nei cablaggi, come ad esempio conduttori stretti male nei morsetti di collegamento delle apparecchiature;
  • problemi di isolamento del circuito elettrico, ad esempio per tagli o abrasioni;
  • schiacciamento o rottura dei cavi;
  • contatti diretti o indiretti;
  • danni ai terminali di collegamento (prese) o ai cavi d’alimentazione delle apparecchiature;
  • danneggiamento delle apparecchiature in conseguenza di un aumento di tensione.

Casi che, nella pratica, possono dipendere veramente da qualsiasi cosa: topi, umidità, la normale vetustà degli impianti, errore umano, ecc. Oggi quindi affronteremo la prevenzione degli incendi che dipendono dall’arco elettrico, un fenomeno molto più comune di quanto credi.

Cosa è l’arco elettrico

L’arco elettrico, banalmente, è proprio una scarica elettrica che però avviene in un conduttore gassoso (solitamente aria) che mette in gioco una potenza elevata in tempi molto brevi, dove si possono raggiungere anche temperature di 10.000 °C, tali da di innescare un incendio.

In realtà, le condizioni di arco elettrico si verificano regolarmente in molti circuiti e apparecchi elettrici che fanno parte della nostra quotidianità (luci, interruttori, compressori, trapani, ecc.): tali fenomeni vengono anche definiti archi elettrici operativi e la maggior parte di essi può essere considerato “sicuro” o a rischio accettabile perché mitigato da impianti e apparecchiature progettate a regola d’arte.

Si verifica un guasto da arco elettrico quando si ha una condizione di arco che non è sistematica in un circuito o apparecchiatura, ossia quando non fa parte del normale funzionamento. Tale tipologia di guasti sono in grado di generare un’energia sufficiente a far decomporre e carbonizzare l’isolamento di un cavo, generando gas combustibili in grado di innescarsi e provocare incendi e/o esplosioni.

La mitigazione del rischio incendio da arco voltaico

Come avrai capito, una delle problematiche principali è proprio quella di trovare un qualcosa che possa discernere tra gli archi elettrici operativi e quelli rilevanti che giustifichino interruzione automatica dell’energia elettrica.

Ad oggi, gli AFDD (Arc Fault Detection Device), ossia i dispositivi di rilevamento di arco elettrico, sono la soluzione più affidabile (se non l’unica) che offre la possibilità di riconoscere e intervenire sui guasti da arco voltaico, offrendo una reale misura di prevenzione dell’incendio, nonché un’efficace misura di protezione dell’impianto elettrico.

Apro una piccola parentesi sui guasti, con alcune definizioni utili:

Guasto serieAi sensi della CEI 64-8/4, per guasto serie si intende un qualunque tipo di guasto in serie al circuito che può essere in grado di innescare un incendio per la generazione di elevate temperature e/o scintille e/o archi.
La quantità di corrente nell’arco elettrico dipende dal carico alimentato dal conduttore.
Guasto paralleloSi tratta di un guasto con le stesse caratteristiche di quello “serie”, ma che avviene tra due conduttori. In questo caso, la quantità di corrente nell’arco dipende proprio dalla tensione di alimentazione.
Nei guasti parallelo, generalmente interviene il magnetotermico, ma in alcuni casi (ad
esempio guasto non franco o linee elettriche molto lunghe) il magnetotermico potrebbe
non intervenire
.
Guasto francoGuasto dipendente dal collegamento di due conduttori composti da materiale a bassa resistenza elettrica (il guasto non è franco quando, tra i due conduttori, vi è un qualcosa ad alta resistenza, ad esempio un isolante).
fig.2 – Differenza tra guasti arco in serie e parallelo

Sull’utilizzo degli AFDD, la CEI 64-8/4 (vers. 2021), al punto 422.7, è molto chiara:

Nei luoghi a maggior rischio in caso di incendio di cui alla Sezione 751 (della CEI 64/8-7 n.d.r) e nei luoghi soggetti a vincolo artistico/monumentale e/o destinati alla custodia di beni insostituibili devono essere adottati provvedimenti contro il pericolo di “guasto serie”.
A tale scopo, è possibile procedere ad esempio all’adozione di una delle seguenti misure:

• Installazione di dispositivi in grado di rilevare gli effetti di un guasto serie (temperatura e/o luce), attivare un allarme ed eventualmente un intervento di protezione in modo automatico o manuale quali ad esempio, sonde di temperatura, rivelatori ottici, rivelatori di fiamma, rivelatori di fumo, rivelatori termici.
• Procedure di verifiche e manutenzione periodiche programmate.

Per i circuiti a corrente alternata, l’utilizzo di dispositivi di rilevazione di guasti d’arco (AFDD) costituisce una misura adeguata per la protezione dai guasti arco serie in accordo con la Norma di prodotto CEI EN 62606

Inoltre, gli AFDD sono utilizzabili anche per supportare i dispositivi tradizionali (ad esempio gli interruttori magnetotermici e/o differenziali) nella protezione dai guasti arco parallelo secondo le indicazioni delle norme IEC [3].

Fig. 3 – Confronto tra i dispositivi minimi da utilizzare sulla base dei potenziali guasti arco
individuati dalla valutazione del progettista.

Come gli AFDD identificano i guasti da arco?

In estrema sintesi, negli impianti si notano elevati rumori di fondo nel range 15-18Mhz: analizzando la corrente alle frequenze 22-24Mhz, le ricerche scientifiche hanno evidenziato che a condizioni normali vi è un basso rumore di fondo che, guarda caso, diventa elevato in condizioni di arco elettrico.

Sulla base di questo fenomeno, allo stato dell’arte attuale, gli AFDD in commercio utilizzano degli algoritmi specifici (protetti da brevetti industriali) che permettono di identificare gli archi elettrici.

AFDD Siemens mod. SIARC 5SV6

Ad esempio, l’algoritmo brevettato SIARC di Siemens, con l’aiuto di adeguati filtri all’interno, rileva gli archi elettrici in base a:

  • analisi della corrente circolante, alla frequenza ordinaria di 50 hz
  • i valori di corrente alla frequenza di rete
  • i valori di corrente ad alte frequenze (22-24 MHz)
  • la stabilità del rumore ad alta frequenza
  • la sincronizzazione tra rumore ad alta frequenza e la corrente di carico al passaggio per lo zero.
  • la durata del guasto

Di seguito alcune definizioni e immagini per una maggiore comprensione:

Frequenza di reteIn generale la frequenza è il numero di volte in cui un fenomeno si ripete nel tempo.
Si misura in Hz (Hertz), che significa 1 volta al secondo (1/s).
Nei circuiti elettrici in corrente alternata, i valori oscillano tra valori negativi a valori positivi, assumendo periodicamente un determinato valore (ad esempio il valore 0 A) con un onda sinusoidale.
In Italia gli impianti lavorano ad una frequenza di 50 Hz, ciò vuol dire che la corrente oscilla 50 volte al secondo su un medesimo valore (fig. 4).
Rumore (elettronica)É l’insieme dei segnali (di tensione o corrente) imprevisti e indesiderati che si sovrappongono al segnale utile, trasmesso o da elaborare.
Tale rumore (generabile ad esempio da un arco elettrico) può disturbare il normale segnale elettrico (fig. 5).
Corrente per lo zeroNelle forniture con corrente alternata, i valori di tensione oscillano tra un massimo positivo e negativo (fig.6). La corrente per lo zero è il valore di corrente che si ha quando la tensione assume il valore di 0 Volt.
Fig. 4 – Esempio di frequenza di rete in un diagramma con corrente alternata
Fig. 5 – Rumore in un segnale
Fig. 6 – Segnale generato da una tensione alternata, con un oscillazione tra valori positivi e negativi che passano per il valore 0 Volt (zero). Quando la tensione passa per lo “zero” si verifica lo spegnimento dell’arco elettrico mentre, quando la tensione raggiunge valori sufficienti (negativi o positivi) si crea di nuovo un arco tra i conduttori.

Elaborando tali variabili, l’AFDD di Siemens è in grado di distinguere gli archi elettrici operativi dai guasti da arco realmente pericolosi, interrompendo l’energia elettrica solo quando è necessario ed evitando falsi positivi ogni volta che si accendono le luci o si aziona l’aspirapolvere.

Inoltre, protegge anche dagli aumenti di tensione di rete. Nel caso in cui succeda che il distributore di energia, abbia un distacco del conduttore di neutro, si potrebbero avere improvvisi incrementi di tensione, sulla linea di alimentazione del nostro edificio, tali da poter danneggiare le apparecchiature elettroniche e farle andare a fuoco.
Grazie all’algoritmo SIARC, nel caso in cui si verifichi tale eventualità, aprirà automaticamente il circuito.

L’utilizzo degli AFDD nelle attività antincendio è (quasi) obbligatorio

Tornando alla CEI 64-8/4, sempre al punto 422.7, notiamo alcuni aspetti importanti per progettazione antincendio:

Nei luoghi a maggior rischio in caso di incendio di cui alla Sezione 751 (della CEI 64/8-7 n.d.r) e nei luoghi soggetti a vincolo artistico/monumentale e/o destinati alla custodia di beni insostituibili devono essere adottati provvedimenti contro il pericolo di “guasto serie”.
A tale scopo, è possibile procedere ad esempio all’adozione di una delle seguenti misure:

Installazione di dispositivi in grado di rilevare gli effetti di un guasto serie (temperatura e/o luce), attivare un allarme ed eventualmente un intervento di protezione in modo automatico o manuale quali ad esempio, sonde di temperatura, rivelatori ottici, rivelatori di fiamma, rivelatori di fumo, rivelatori termici.
Procedure di verifiche e manutenzione periodiche programmate.

Per i circuiti a corrente alternata, l’utilizzo di dispositivi di rilevazione di guasti d’arco (AFDD) costituisce una misura adeguata per la protezione dai guasti arco serie in accordo con la Norma di prodotto CEI EN 62606.

Se quindi un professionista tecnico progetta un impianto elettrico in un luogo a maggior rischio incendio, sicuramente lo farà nel rispetto nella CEI 64-8 [5].

Non tutti si saranno accorti però che, da agosto del 2021, gli AFDD, se si usa questa norma e se si sceglie di installare dei dispositivi, sono dispositivi obbligatori a meno di altre alternative sul mercato che personalmente non conosco.
Oppure, qualora si volesse evitare l’installazione, si dovranno invece migliorare le procedure di manutenzione programmata.

Essendo un aggiornamento normativo fresco di nemmeno un anno, si raccomanda ai professionisti antincendio e ai titolari di attività di ricordare ai progettisti elettrici di includere i dispositivi di rilevazione di arco elettrico o di imporre manutenzioni all’impianto elettrico con una cadenza diversa dal limite normativo.

L’articolo termina qui. Ringraziando Siemens per la condivisione del materiale utilizzato per lo sviluppo di questo contenuto, ti rimando alla consultazione della pagina ufficiale dedicata al loro dispositivo AFDD per ulteriori approfondimenti.

Nei riferimenti in basso troverai invece le fonti su cui potrai eventualmente approfondire.

Riferimenti

RIFERIMENTOAUTORE
[1] Annuari statistici CNVVFCorpo Nazionale dei Vigili del Fuoco
[2] Arc Fault Detection and Discrimination MethodsCarlos E. Restrepo, Siemens Energy and Automation
[3] SENTRON 5SM6 AFDD – Guida tecnicaDocumento, Siemens
[4] 5SV6 – il nuovo magnetotermico con AFDD. La protezione completa contro gli incendi di natura elettrica, in un solo moduloWebinair, Siemens
[5] CEI 64-8/4 – Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua Parte 4: Prescrizioni per la sicurezzaCEI, Comitato Elettrotecnico Italiano

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