Effetti dell’arco elettrico all’interno di un quadro elettrico

In prossimità dei quadri elettrici principali o delle grosse macchine elettriche, quali trasformatori o generatori, la potenza di cortocircuito è elevata e, di conseguenza, è notevole l’energia associata all’arco elettrico a seguito di un guasto.

È possibile semplicemente schematizzare in 4 fasi ciò che accade nei primi istanti in cui si forma l’arco elettrico all’interno di un quadro elettrico:

1. fase di compressione: il volume d’aria occupato dall’arco si surriscalda a causa del continuo apporto di energia, mentre per convezione e irraggiamento viene riscaldato il restante volume d’aria contenuto nel quadro, con inizialmente valori di temperatura e pressione diversi da zona a zona;
2. fase di espansione: fin dai primi istanti di incremento della pressione interna si determina un’apertura da cui comincia a sfogare l’aria surriscaldata. In questa fase, la pressione raggiunge il suo valore massimo e inizia il suo decremento per effetto della fuoriuscita dell’aria calda;
3. fase di emissione: a causa del continuo apporto di energia da parte dell’arco, quasi tutta l’aria viene espulsa sotto forma di una leggera e quasi costante sovrapressione;
4. fase termica: dopo l’espulsione dell’aria, la temperatura all’interno del quadro raggiunge quasi quella dell’arco e ha inizio quest’ultima fase che dura fino all’estinzione dell’arco, in cui tutti i metalli e gli isolanti che vengono a contatto subiscono erosione, con formazione di gas, fumi e perline di materiali fusi.

Se l’arco si formasse in aria libera alcune di queste fasi potrebbero non essere presenti o avere minore effetto; in ogni caso, sarà presente un’onda di sovrapressione e un aumento della temperatura nelle zone circostanti l’arco.
Per comprendere quanto sia pericoloso trovarsi in prossimità di un arco elettrico vale la pena di riportare alcuni dati:

• pressione: è stato stimato che una persona posta a 60 cm di distanza dall’arco associato a un guasto di circa 20 kA sia sottoposta ad una forza di 225 kg, mentre l’improvvisa e rapida onda di pressione è in grado di causare danni permanenti al timpano;
• temperatura che può raggiungere l’arco elettrico: intorno ai 7.000÷8.000 °C;
• rumore: un arco elettrico può emettere fino a 160 dB (uno sparo raggiunge i 130 dB).

Effetti dell’arco elettrico sulle persone

Da quanto detto, si comprende come l’emissione di energia causata da un arco elettrico rappresenti una fonte di rischio, oltre che per le apparecchiature, anche per le persone, che possono essere soggette a:

• ustioni;
• lesioni legate alla proiezione di materiali;
• danni all’udito;
• inalazione di gas tossici.