Quando si parla di strumenti di misura elettrici, precisione e affidabilità sono caratteristiche fondamentali, ma non sono le sole da considerare. In un quadro elettrico, in un impianto industriale o in una rete di distribuzione, lo strumento può infatti essere collegato a circuiti caratterizzati da tensioni elevate, sovratensioni transitorie e correnti potenzialmente pericolose. La sicurezza degli strumenti di misura diventa quindi un requisito essenziale tanto quanto la qualità della misurazione.
Isolamento elettrico, distanze tra parti attive, protezione contro sovracorrenti e sovratensioni, corretta separazione tra circuito primario e secondario e scelta di componenti adeguati alle condizioni dell’impianto sono elementi che devono essere considerati già nella fase di progettazione.
A questi aspetti si affianca il quadro normativo. Le norme CEI, EN e IEC definiscono requisiti e criteri tecnici specifici per numerose categorie di apparecchiature elettriche e di misura. Per questo motivo, scegliere uno strumento esclusivamente sulla base del campo di misura o della classe di precisione può non essere sufficiente: è necessario valutare anche dove verrà installato, quali grandezze elettriche dovrà gestire e quali condizioni di isolamento e protezione sono richieste dall’applicazione.
Perché la sicurezza è fondamentale negli strumenti di misura elettrici
Misurare una grandezza elettrica significa, in molti casi, creare un’interazione tra lo strumento e il circuito da analizzare.
Questa interazione può essere diretta, ad esempio quando un voltmetro viene collegato a un circuito, oppure indiretta, come avviene attraverso trasformatori amperometrici e trasformatori di tensione.
In entrambi i casi, un errore di dimensionamento o l’utilizzo di un componente non adeguato può generare situazioni pericolose.
Il rischio non deriva esclusivamente dalla tensione nominale dell’impianto. Possono infatti verificarsi sovratensioni impulsive, guasti dell’isolamento, cortocircuiti, sovraccarichi o condizioni transitorie molto diverse dal normale regime di funzionamento.
Per questa ragione la progettazione degli strumenti e dei sistemi di misura deve considerare non soltanto ciò che accade durante il normale funzionamento, ma anche condizioni anomale ragionevolmente prevedibili.
La serie IEC 61010 nasce proprio nell’ambito della sicurezza delle apparecchiature elettriche di misura, controllo e laboratorio. La IEC 61010-1 stabilisce i requisiti generali di sicurezza per questo tipo di apparecchiature, mentre norme specifiche approfondiscono determinate configurazioni e circuiti di misura.
Isolamento elettrico: la prima barriera di sicurezza
Uno dei principi fondamentali della sicurezza elettrica è impedire che parti che possono trovarsi a potenziale pericoloso diventino accessibili all’operatore o trasferiscano tale potenziale verso circuiti che dovrebbero rimanere protetti.
L’isolamento svolge quindi una funzione essenziale.
Non bisogna però considerarlo semplicemente come il materiale isolante che circonda un conduttore. Nella progettazione elettrica il concetto comprende diversi elementi: caratteristiche dei materiali, distanze superficiali e in aria, tensione di isolamento, condizioni ambientali e capacità del sistema di sopportare determinate sollecitazioni elettriche.
A seconda dell’apparecchiatura possono inoltre essere previsti isolamento funzionale, isolamento di base oppure livelli di protezione aggiuntivi.
L’obiettivo è evitare che un singolo guasto possa trasformare una normale operazione di misura in una condizione di pericolo.
Questo principio assume particolare importanza negli strumenti destinati agli impianti industriali, dove le grandezze in gioco possono essere significativamente superiori a quelle incontrate nell’elettronica a bassa potenza.
Trasformatori di misura e separazione tra circuito primario e secondario
Un esempio particolarmente significativo è rappresentato dai trasformatori amperometrici e dai trasformatori di tensione.
I trasformatori amperometrici permettono di riprodurre sul secondario, secondo un determinato rapporto di trasformazione, una corrente proporzionale a quella presente sul circuito primario. In questo modo strumenti di misura, sistemi di supervisione e dispositivi di protezione possono lavorare con grandezze più facilmente gestibili.
Lo stesso principio generale di separazione e adattamento della grandezza misurata riguarda i trasformatori di tensione.
In queste apparecchiature isolamento, caratteristiche nominali e corretta scelta del dispositivo sono determinanti perché il trasformatore costituisce un’interfaccia tra il sistema elettrico e gli apparati di misura o protezione.
Per i trasformatori di misura, un riferimento normativo fondamentale è oggi rappresentato dalla serie IEC 61869. La IEC 61869-2 riguarda in particolare i trasformatori di corrente induttivi, mentre la IEC 61869-3 disciplina i requisiti aggiuntivi dei trasformatori di tensione induttivi.
In Italia tali riferimenti vengono recepiti nel sistema normativo CEI. La CEI EN 61869-2, ad esempio, riguarda le prescrizioni addizionali per i trasformatori di corrente, mentre la CEI EN IEC 61869-1 contiene le prescrizioni generali per i trasformatori di misura.
Un aspetto importante è l’evoluzione normativa: la serie IEC 61869 ha progressivamente sostituito diversi precedenti riferimenti della famiglia IEC 60044. Per questo, quando si progetta un nuovo impianto o si seleziona un’apparecchiatura, è sempre opportuno verificare la versione e lo stato di validità della norma applicabile allo specifico prodotto.
Protezione dalle sovratensioni e dai fenomeni transitori
Un circuito elettrico non opera sempre in condizioni perfettamente stabili.
Manovre, commutazioni, guasti e altri fenomeni possono provocare sovratensioni transitorie molto superiori alla tensione normalmente presente nel circuito.
Uno strumento progettato per misurare una determinata tensione deve quindi essere scelto considerando non soltanto il valore nominale della grandezza da misurare, ma anche le possibili sollecitazioni presenti nel punto dell’impianto nel quale sarà installato.
Questo principio è particolarmente importante perché due circuiti caratterizzati dalla stessa tensione nominale possono presentare rischi molto diversi in funzione della loro posizione nell’impianto e dell’energia potenzialmente disponibile.
La sicurezza nasce quindi dall’insieme di più fattori: adeguato isolamento, corretta progettazione dei circuiti, protezione contro le condizioni anomale e selezione di componenti coerenti con l’ambiente elettrico effettivo.
Categorie di misura: perché il punto dell’impianto fa la differenza
Nel caso di apparecchiature portatili e strumenti utilizzati direttamente per prove elettriche, assume particolare importanza anche il concetto di categoria di misura.
In termini pratici, non è sufficiente verificare che uno strumento possa leggere, ad esempio, una determinata tensione. Occorre capire in quale parte dell’impianto quella misura verrà eseguita e quale livello di sovratensione transitoria potrebbe verificarsi.
Le categorie di misura consentono di distinguere le differenti condizioni di utilizzo e il livello di energia associato al punto di misura.
È questo il motivo per cui una tensione massima riportata sulla targhetta non deve essere interpretata isolatamente: la capacità dello strumento di lavorare in sicurezza dipende anche dall’ambiente elettrico per il quale è stato progettato.
Le norme della serie IEC/CEI EN 61010 affrontano espressamente questi aspetti. Nel caso dei sensori di corrente portatili, per esempio, la specifica IEC 61010-2-032 riguarda apparecchi utilizzati per misurare corrente senza interrompere fisicamente il circuito, mentre la relativa normativa CEI contiene requisiti specifici anche in relazione alle categorie di misura e ai rischi associati ai circuiti sottoposti a prova.
IEC 61010: il riferimento per molte apparecchiature di misura
La famiglia IEC 61010 rappresenta uno dei riferimenti principali quando si affronta la sicurezza di apparecchiature elettriche destinate alla misura, al controllo e agli utilizzi di laboratorio.
La IEC 61010-1 contiene le prescrizioni generali e definisce il quadro di riferimento dal quale derivano numerose parti specifiche. La norma riguarda apparecchiature elettriche di test e misura, apparecchiature per il controllo dei processi industriali e determinate apparecchiature da laboratorio.
Per le apparecchiature dotate di circuiti collegati esternamente per effettuare misure o prove assume invece particolare rilievo la IEC 61010-2-030. Questa norma stabilisce requisiti specifici per apparecchiature con circuiti di prova o misura collegati a dispositivi o circuiti esterni, prevedendo ulteriori mezzi di protezione tra il circuito e l’operatore.
Non esiste quindi un’unica norma applicabile indistintamente a qualsiasi strumento. Il riferimento corretto dipende dalla tipologia di dispositivo, dalla modalità di utilizzo, dal circuito interessato e dalle caratteristiche dell’applicazione.
IEC 61869 e trasformatori di misura
Per un’azienda che opera nell’ambito degli strumenti elettrici e dei trasformatori di misura, la serie IEC 61869 assume un ruolo particolarmente importante.
La struttura della serie permette di affrontare separatamente requisiti generali e caratteristiche specifiche delle differenti famiglie di trasformatori.
La IEC 61869-2 è dedicata ai trasformatori di corrente induttivi impiegati insieme a strumenti elettrici di misura e dispositivi di protezione. La IEC 61869-3 riguarda invece i trasformatori di tensione induttivi destinati agli stessi ambiti applicativi.
La IEC 61869-1 definisce invece i requisiti generali per i trasformatori di misura destinati alle applicazioni indicate dal relativo campo di applicazione. La normativa distingue inoltre i requisiti relativi ai sistemi in alta e media tensione da quelli specifici delle applicazioni in bassa tensione.
FC Misure opera proprio nel settore della misura elettrica, con soluzioni che comprendono strumenti indicatori e trasformatori di misura per differenti applicazioni.
Norme CEI, IEC e marcatura CE: non sono la stessa cosa
Nel linguaggio quotidiano vengono spesso utilizzati insieme termini come CEI, IEC e CE, ma indicano concetti differenti.
La IEC – International Electrotechnical Commission elabora standard internazionali nel settore elettrico ed elettronico.
Il CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano è invece l’organismo italiano di normazione nel settore elettrotecnico e recepisce, pubblica e gestisce nel contesto nazionale numerose norme europee e internazionali.
La marcatura CE, invece, appartiene al quadro legislativo dell’Unione Europea e indica che il fabbricante dichiara la conformità del prodotto ai requisiti applicabili previsti dalla normativa europea pertinente.
Per determinate apparecchiature elettriche rientra nel quadro legislativo anche la Direttiva 2014/35/UE, conosciuta come Direttiva Bassa Tensione, applicabile alle apparecchiature progettate per funzionare entro specifici intervalli di tensione.
Le norme tecniche e la legislazione europea svolgono quindi ruoli differenti ma complementari: le prime definiscono criteri tecnici e metodi di verifica, mentre il quadro legislativo stabilisce gli obblighi per l’immissione dei prodotti sul mercato europeo.
Precisione e sicurezza devono essere valutate insieme
Nella scelta di uno strumento di misura è naturale concentrarsi innanzitutto sulle prestazioni metrologiche: campo di misura, rapporto di trasformazione, classe di precisione, frequenza di funzionamento o tipo di segnale.
Per un impianto professionale questa valutazione deve però essere accompagnata da un’analisi delle caratteristiche elettriche e di sicurezza.
Uno strumento molto preciso ma non adeguato alla tensione, all’isolamento o alle condizioni del circuito nel quale viene installato non rappresenta una scelta corretta.
Allo stesso modo, anche un componente conforme alle norme deve essere selezionato e installato coerentemente con i valori nominali previsti dal produttore.
La sicurezza nasce quindi dall’intero sistema: progettazione dello strumento, qualità dei materiali, isolamento, protezioni, corretta selezione, installazione e condizioni operative devono essere tra loro coerenti.
L’importanza di scegliere strumenti adatti all’applicazione
In campo elettrico non esiste uno strumento universalmente adatto a qualsiasi impianto.
Una misura all’interno di un quadro di automazione, una misura di corrente su un circuito industriale e il monitoraggio di una linea in media tensione pongono requisiti molto differenti.
Per questo motivo la selezione dovrebbe partire sempre dall’applicazione reale.
Occorre conoscere la grandezza da misurare, i valori nominali dell’impianto, le condizioni di isolamento richieste, il tipo di installazione, le eventuali sollecitazioni elettriche previste e le norme applicabili.
Solo successivamente possono essere definite le caratteristiche dello strumento più adatto.
È proprio in questo equilibrio tra precisione della misura, affidabilità elettrica e sicurezza che si inserisce la corretta progettazione dei sistemi di misura.
FC Misure sviluppa e fornisce strumenti indicatori, trasformatori amperometrici, trasformatori di tensione e soluzioni dedicate alla misura delle grandezze elettriche, con prodotti destinati a quadri, impianti industriali, sistemi energetici e applicazioni specialistiche. Scegliere la soluzione corretta significa quindi non limitarsi al valore da misurare, ma considerare l’intero contesto elettrico nel quale il dispositivo dovrà operare.
