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Come vengono messi in sicurezza gli apparecchi elettrici?

Isolare gli utenti dai pericoli degli apparecchi elettrici

Quando si acquista un apparecchio elettrico, non ci si aspetta solo che svolga la sua funzione, ma che lo faccia in sicurezza. Gli standard di sicurezza definiscono i requisiti che i produttori di apparecchiature devono soddisfare per garantire tutto questo. Se non vengono rispettati, si possono avere problemi nella vendita dei prodotti.

Chi definisce gli standard di sicurezza elettrica?

Organizzazioni come l’Organizzazione Internazionale per la Normazione (ISO) pubblicano standard per campi tecnici, mentre la Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) si specializza in aspetti legati all’ingegneria elettronica ed elettrica. Gli standard vengono poi trasferiti nella legislazione applicabile in ogni paese da agenzie regionali o nazionali come CENELEC (Comité Européen de Normalisation Électrotechnique), BSI (British Standards Institution) e DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.).

Per i prodotti elettrici, gli standard di sicurezza applicabili sono definiti per prevenire infortuni e danni derivanti da scosse elettriche, calore, incendio e radiazioni. Sono incluse anche disposizioni per pericoli meccanici e chimici.

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Gli standard elettrici sono definiti da enti internazionali e trasferiti nella legislazione applicabile a livello regionale e nazionale.

Tuttavia, quali standard si applicano esattamente è definito a livello nazionale o di zona commerciale. Ad esempio, i 27 paesi dell’Unione Europea (UE) si affidano a direttive europee applicabili a questo blocco commerciale. Se esistono requisiti per il prodotto che si intende commercializzare, è responsabilità dell’azienda effettuare l’autocertificazione rispettandoli e documentando la conformità. Una volta completato, si applica il marchio CE al prodotto e si può commercializzare il prodotto nell’UE. Alcuni prodotti sono più rischiosi per i consumatori di altri. In questi casi, è necessario collaborare con un Organismo Notificato (ON) come TÜV, VDE o BSI prima di immettere il prodotto sul mercato. Il numero di identificazione dell’ON deve quindi apparire accanto al marchio CE. Indipendentemente dal coinvolgimento di un ON, la sicurezza del prodotto rimane responsabilità del produttore. Esempi di prodotti che richiedono un organismo notificato includono:

  • Giocattoli
  • Apparecchiature elettriche ed elettroniche
  • Dispositivi medici
  • Dispositivi medici diagnostici in vitro
  • Ascensori

Costruzione di prodotti elettricamente sicuri

Come si può garantire che gli utenti del vostro prodotto alimentato a rete non siano soggetti a scosse elettriche? Un principio di sicurezza è l’isolamento, una barriera che assicura che le parti accessibili non consentano il contatto con tensioni pericolose. I tipici tipi e approcci di isolamento sono:

  • Isolamento Operativo o Funzionale: Assicura il corretto funzionamento ma non protegge dagli shock elettrici. La resistenza alla saldatura applicata a un PCB rientra in questa categoria.
  • Isolamento di Base: Protegge l’utente dalle parti in tensione usando isolamento come la copertura in plastica di un cavo di rete. Per accedere al conduttore pericoloso sarebbe necessaria la distruzione dell’isolamento.
  • Isolamento Supplementare: Un ulteriore strato di protezione applicato a qualcosa già protetto da isolamento di base. Un esempio è la guaina di plastica di un cavo di alimentazione contenente tre conduttori isolati.
  • Doppio Isolamento: Indica l’uso di isolamento sia di base che supplementare. Può anche essere considerato un livello di sicurezza dell’apparecchiatura. Gli elettrodomestici a doppio isolamento di Classe II, come un asciugacapelli, assicurano che nessun singolo guasto esponga l’utente a una tensione pericolosa.
  • Isolamento Rinforzato: Un approccio di isolamento singolo che fornisce un livello di protezione equivalente al doppio isolamento. L’isolamento rinforzato deve essere inevitabilmente più spesso per ottenere la protezione desiderata.

In un alimentatore, la linea AC e il lato secondario a bassa tensione sono in stretta vicinanza fisica. Per garantire la sicurezza, è necessario un isolamento doppio o rinforzato. Questo è tipicamente implementato utilizzando avvolgimenti di filo di rame rivestiti con isolamento in smalto specificato dalla norma IEC 60317. Gli avvolgimenti possono essere separati da un supporto in plastica o persino carta impregnata insieme a nastro mylar o simile. Ulteriori tecniche, come un rivestimento in resina o l’impregnazione, possono essere utilizzate per limitare l’ingresso di umidità e la possibile corrosione e aumentare la resistenza dei componenti.

Quali sono le classi degli apparecchi?

Per garantire che gli utenti possano utilizzare in sicurezza le apparecchiature elettriche e non siano esposti a tensioni pericolose, esistono varie classi di apparecchi (a volte note come classi di protezione). Queste sono definite nella norma IEC 61140 e utilizzano gli approcci di isolamento elencati.

  • Classe I: Il cablaggio di rete all’interno del dispositivo utilizza l’isolamento di base. A seconda della regione geografica, un conduttore verde/giallo o verde collega il telaio a una messa a terra protettiva (PE). In caso di guasto dell’isolamento e contatto di un conduttore in tensione con il telaio, si verifica un corto a terra, che farà scattare il fusibile o il dispositivo a corrente residua (RCD), proteggendo l’utente. Applicazioni di questo tipo usano spine a tre poli che garantiscono che il collegamento a terra sia il primo a essere effettuato quando viene inserito e l’ultimo a scollegarsi quando viene rimosso.
  • Classe II: Il cablaggio principale all’interno del dispositivo utilizza isolamento doppio o rinforzato in modo che nessun guasto singolo possa esporre l’utente a una tensione pericolosa. Per garantire la sicurezza, l’approccio di isolamento deve essere in grado di resistere a 3000 VAC. Grazie a questa classe di apparecchi, non è richiesto un collegamento PE. I dispositivi di Classe II in Europa richiedono un simbolo “quadrato nel quadrato” visibile sull’apparecchio.
  • Classe II FE: La mancanza di terra nei dispositivi di Classe II può causare problemi con le interferenze elettromagnetiche (EMI), specialmente in applicazioni audio e mediche. In questi casi, il conduttore di terra può essere utilizzato in un ruolo di Terra Funzionale (FE). È importante notare che l’isolamento doppio/rinforzato selezionato continua a fornire protezione all’utente.
  • Classe III: Riservata ai dispositivi alimentati da una bassa tensione di sicurezza separata (SELV), una tensione AC o DC così bassa da essere considerata sicura anche in condizioni di guasto inaspettate.

Può esserci confusione riguardo a queste designazioni. Ad esempio, un alimentatore a telaio aperto fornito da un fornitore come Traco Power è progettato per essere un componente nell’applicazione finale del cliente. Gli alimentatori progettati per l’uso in prodotti di Classe II dovrebbero quindi essere considerati “preparati per la Classe II”, poiché la valutazione finale della classe di applicazione spetta al produttore del prodotto finale. Infine, la Classe II non dovrebbe essere confusa con la norma UL 1310 Safety Class 2 Power Units del Codice Elettrico Nazionale (NEC) nordamericano, poiché questa norma riguarda i limiti di tensione, corrente e potenza massima di uscita.

Sicurezza: sempre una priorità assoluta

Se state esplorando questi problemi per la prima volta e avete bisogno di orientamento, è meglio contattare il vostro fornitore di componenti. Decisioni progettuali errate che si trascinano fino alla fine di un progetto sono complicate e spesso costose da risolvere. E non dimenticate, l’alimentatore che scegliete per il vostro prodotto non definisce la classe di applicazione: contribuisce solo alla vostra capacità di raggiungere la classe di applicazione che state mirando.

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Redazione Fare Elettronica