L’area pericolosa, a causa delle tensioni di passo di contatto, per le persone che si soffermano all’esterno di un edificio si estende ad una distanza fino a 3 m dall’edificio e ad un’altezza di 3 m. Questa area da proteggere in altezza corrisponde a una distanza di sicurezza s in aggiunta all’altezza massima CUIraggiungibile di una persona con braccio teso verso l’alto (Figura 5.7.1.1).

Particolari esigenze di protezione valgono per zone di ingresso e parti aggettanti di strutte con elevata frequenza di pubblico come teatri, cinema, centri commerciali, scuole ed asili, dove nelle immediate vicinanze non siano presenti delle calate isolate e dispersori per la protezione contro i fulmini.Per strutture particolarmente esposte (strutture soggette al pericolo di fulminazione) accessibili al pubblico (per esempio coperture), possono pure essere necessarie delle misure contro le tensioni di contatto troppo elevate. Nella valutazione del rischio per una struttura secondo IEC 62305-2 (EN 62305-2) viene considerato il pericolo per le persone attraverso il parametro L1 (perdita di vite umane in una struttura).

Il pericolo da tensioni di contatto viene ridotto con le seguenti misure:

• la calata viene rivestita di materiale isolante (almeno 3 mm di polietilene reticolato con resistenza dielettrica di 100kV – 1,2/50 μs)
• la posizione delle calate viene modificata (per esempio non vanno posizionate calate nella zona di ingresso di una struttura).
• la resistività dello strato superficiale del suolo entro 3 metri attorno alla calata è almeno 100 kΩ (IEC 62305-3 (EN 62305-3)).
• la probabilità di raggruppamento di persone può essere ridotta utilizzando dei cartelli segnaletici o di divieto; possono essere utilizzate anche delle barriere.

Le misure di protezione contro le tensioni di contatto non sempre sono sufficienti per una efficace protezione delle persone. Per esempio, la copertura di una calata esposta con isolante per tensioni elevate non è sufficiente se non si prendono contemporaneamente delle misure di protezione dalle scariche di superficie sull’isolamento. Questo è di particolare importanza quando devono essere considerate anche condizioni atmosferiche come ad esempio le precipitazioni (umidità).
In una calata isolata, come anche in una calata nuda, in caso di fulminazione si instaura una tensione molto elevata. Questa tensione viene però separata dalla persona tramite l’isolante. Siccome il corpo umano, rispetto all’isolante, può essere considerato un buon conduttore, lo strato isolante viene sollecitato con quasi tutta la tensione di contatto. Se l’isolamento non resiste alla tensione, una parte della corrente di fulmine può circolare verso terra attraverso il corpo umano, come avverrebbe in una calata nuda. Per una affidabile protezione delle persone dalle tensioni di contatto è quindi indispensabile evitare sia la scarica disruptiva dell’isolamento sia la scarica di superficie lungo il tratto isolato.
Un sistema coerente come il conduttore CUI soddisfa tutti i requisiti della tenuta alla scarica disruptiva e anche la tenuta alla scarica di superficie per la protezione dalla tensione di contatto.

Progettazione dei conduttori CUI

I conduttori CUI sono composti dal conduttore interno in rame con una sezione di 50 mm² e ricoperto da una guaina isolante di polietilene reticolato resistente all’alta tensione impulsiva con spessore di circa 6 mm (Figura 5.7.1.2).

Per una migliore protezione dagli agenti atmosferici il conduttore è ricoperto da un ulteriore strato sottile di polietilene (PE). La calata isolata viene collocata sull’intera zona pericolosa. In altre parole, il conduttore CUI viene installato in verticale per 3 m sopra il livello del suolo. Il terminale superiore del conduttore viene collegato alla calata proveniente dal sistema di captazione e il terminale inferiore connesso all’impianto di terra.
Oltre alla tenuta alla scarica disruptiva dell’isolamento, deve essere osservato anche il pericolo delle scariche di superficie tra il punto di connessione della calata nuda e la mano della persona in contatto con il conduttore. Il problema delle scariche in superficie viene ulteriormente aggravato dalla presenza di strati inquinanti, come per esempio la pioggia. È stato dimostrato tramite esperimenti che su una calata isolata senza ulteriori misure di protezione e in presenza di pioggia si possono formare delle scariche in superficie per oltre 1 m. Tramite l’applicazione di una adeguata protezione alla calata isolata, sul conduttore CUI viene creata una sufficiente zona asciutta che impedisce le scariche di superficie lungo la guaina isolante. Attraverso prove di tensione impulsiva in condizioni di pioggia eseguite in conformità alla norma IEC 60060-1 (EN 60060-1) è stata dimostrata la sicurezza del conduttore CUI sia nei confronti delle scariche disruptive sia delle scariche in superficie, con tensioni impulsive fino a 100 kV (1,2/50μs). Durante queste prove in condizioni di pioggia viene spruzzata sul conduttore una quantità definita di acqua, con una definita conducibilità elettrica e un raggio del getto a circa 45° (Figura 5.7.1.3).

I conduttori CUI sono preconfezionati con gli elementi di connessione per il collegamento alla calata (punto di sezionamento) e se necessario possono essere accorciati sul posto per il collegamento all’impianto di terra. Il prodotto è fornibile in lunghezze di 3,5 m e 5 m e con adatte staffe portafilo di materiale plastico oppure in metallo (Figura 5.7.1.4).
Con il conduttore speciale CUI si possono controllare le tensioni di contatto sulle calate in modo semplice e di facile installazione. Così il pericolo per le persone nelle zone ad alto rischio viene ridotto sensibilmente.

Accoppiamento induttivo in caso di impulsi con elevate ripidità

Riguardo al pericolo per le persone, va considerato anche il campo magnetico del sistema e le sue conseguenze sulle persone in prossimità delle calate. Nelle spire conduttrici di installazione estese, per esempio in prossimità delle calate, possono verificarsi tensioni di alcune centinaia di kV che possono causare enormi perdite economiche. Anche il corpo umano conduce la corrente elettrica e forma con la calata isolata e il terreno conduttivo una spira con una mutua induttanza M, nella quale possono essere indotte delle tensioni Ui elevate (Figura 5.7.1.5). Il sistema calatapersona funziona in questo caso come un trasformatore.
Questa tensione indotta agisce sull’isolamento, perché il corpo umano e il suolo possono essere considerati conduttivi. Se la sollecitazione della tensione diventa troppo elevata, l’isolamento subisce una scarica disruptiva o di superficie. La tensione indotta genera attraverso questa spira una corrente il cui valore dipende dalle resistenze e dall’induttanza propria della spira, con possibile pericolo di vita per la persona colpita. L’isolamento deve quindi resistere a queste sollecitazione di tensione.
La prescrizione normativa di 100 kV con forma dell’impulso 1,2/50μs include gli impulsi di tensione elevati ma molto brevi che si manifestano soltanto durante la fase di salita della corrente (0,25 μs in caso di colpo successivo negativo). La mutua induttanza aumenta con la profondità dei conduttori isolati. Di conseguenza le tensioni indotte e il carico sull’isolamento aumentano in proporzione. Di ciò va tenuto conto quando si considera l’accoppiamento induttivo.