Valutazione del rischio da arco elettrico secondo DGUV 203-077

La DGUV Information 203-077 “Thermal hazards due to electric fault arcing – Guide for selecting personal protective equipment” è oggi uno dei riferimenti tecnici più strutturati per affrontare il rischio termico da arco elettrico, in particolare negli impianti in bassa e media tensione.

Il documento nasce per aiutare il datore di lavoro nella valutazione del rischio e nella selezione dei DPI contro gli effetti termici dell’arco (PPEaA) – abbigliamento, casco, visiera, guanti – secondo il principio T-O-P: prima misure tecniche, poi organizzative, e solo alla fine misure personali.

A corredo del testo sono stati sviluppati fogli di calcolo Excel, disponibili in versione linguistica inglese e tedesca, che traducono l’intero metodo in uno strumento operativo: l’utente inserisce i dati dell’impianto e del punto di lavoro e il file calcola automaticamente l’energia d’arco, il livello di protezione dei DPI e l’esito della matrice del rischio, generando anche report stampabili da allegare alla documentazione aziendale.

1. Campo di applicazione e logica generale della guida

La DGUV 203-077 si applica ai lavori con potenziale rischio di arco elettrico su impianti > 50 V AC/DC, con particolare attenzione ai sistemi in bassa tensione e media tensione < 110 kV AC e ai sistemi DC fino a 1500 V. Sono esplicitamente escluse le applicazioni in alta tensione ≥ 110 kV AC e HVDC.

Sono inoltre indicati casi in cui non è richiesto l’uso di DPI specifici contro l’arco, ad esempio:

• lavori su circuiti di misura, comando e regolazione protetti fino a 25 A;

• lavori su circuiti fino a 400 V con protezione fino a 63 A, se l’operatore indossa normale abbigliamento da lavoro a maniche lunghe e pantaloni lunghi;

• lavori su circuiti fino a 400 V AC con corrente di cortocircuito < 1 kA (arco instabile che si estingue rapidamente).

In tutte le altre situazioni occorre una valutazione mirata del rischio da arco e, se necessario, la selezione di PPEaA con classe di protezione adeguata (APC 1 o APC 2).

2. Le 5 fasi della valutazione del rischio da arco

La guida propone un diagramma di flusso in 5 fasi per la valutazione del rischio e la decisione sull’uso dei DPI:

1. Esistenza del pericolo
   Si verifica se, nel lavoro previsto, è ragionevole attendersi un arco di guasto (tipologia di attività, stato e struttura dell’impianto, esperienza del personale).

2. Valutazione preliminare – serve il calcolo?
   Se rientro nei casi “banali” (25 A, 63 A, <1 kA) posso escludere il calcolo e l’uso di PPEaA. Negli altri casi si passa al calcolo dell’energia d’arco.

3. Calcolo di Warc e confronto con il livello di protezione Warc,prot

   • Si determina l’energia d’arco Warc (kJ) in base a: tensione, corrente di cortocircuito, tempo di intervento delle protezioni, geometria dell’impianto.

   • Si determina il livello di protezione dei DPI Warc,prot in funzione della classe APC, della distanza di lavoro e del fattore di trasmissione kT.

   • Si confrontano i valori:

     • Warc < 50 kJ → niente PPEaA (soglia Warc,min);

     • Warc ≤ Warc,prot_APC1 → APC 1 (o APC 2) sufficiente;

     • Warc ≤ Warc,prot_APC2 → serve almeno APC 2;

     • Warc > Warc,prot_APC2 → protezione insufficiente, si passa alla fase 4.

4. Misure aggiuntive su impianto, organizzazione, DPI
   Si valutano contromisure per ridurre energia d’arco o probabilità di infortunio (es. fusibili “safe-work” più rapidi, sistemi di protezione d’arco, aumento della distanza di lavoro, modifica degli schemi di rete, DPI testati a livelli più elevati).

5. Matrice del rischio (probabilità × gravità)
   Se, dopo tutte le misure, Warc rimane superiore al livello di protezione dei DPI, si valuta il rischio residuo con una matrice 5×4 (probabilità 1–5, gravità 1–4). Le zone verdi consentono il lavoro, le gialle richiedono gestione attiva e revisione periodica, le rosse vietano l’attività finché non si riduce il rischio (es. lavoro solo fuori tensione).

3. Parametri e calcolo dell’energia d’arco

Per gli impianti AC la guida definisce i parametri chiave:

• UNn: tensione nominale di rete;

• Ik3,max / Ik3,min: corrente di cortocircuito trifase massima e minima;

• R/X: rapporto resistenza/reattanza del circuito di cortocircuito;

• d: interasse tra conduttori (gap degli elettrodi);

• a: distanza di lavoro tra arco e torso dell’operatore (tipicamente ≥ 300 mm);

• kB: fattore di limitazione della corrente d’arco (in BT spesso si assume 0,5 come stima cautelativa);

• kP: potenza normalizzata d’arco, funzione di R/X e d;

• tk = tarc: tempo di cortocircuito, coincidente col tempo di intervento della protezione.

L’energia d’arco si calcola come:

Warc = kP · Sk · tk,
con Sk = √3 · UNn · Ik3,max per sistemi trifase.

Per i sistemi DC, la guida propone un algoritmo iterativo basato sulla caratteristica tensione-corrente dell’arco:

Uarc = (34 + 0,532·d) · Ik,arc

da cui, con il circuito equivalente e la resistenza complessiva RN, si ricava Ik,arc, quindi la potenza dell’arco Parc e l’energia Warc = Parc · tk.

4. Selezione dei DPI: classi APC, Box test e livello di protezione

La protezione dei DPI viene definita con il Box test secondo DIN EN 61482-1-2, che prevede due Arc Protection Class (APC):

• APC 1 → Warc,test = 168 kJ

• APC 2 → Warc,test = 320 kJ

Da questi valori di prova, riferiti a una distanza standard di 300 mm e a un impianto “tipo box” (kT = 1), si determina il livello di protezione equivalente Warc,prot per il caso reale:

Warc,prot = kT · (a / 300 mm)² · Warc,test

dove kT tiene conto della geometria del quadro o dell’ambiente (installazione molto chiusa, quadro con solo parete posteriore, installazione completamente aperta, ecc.).

Il confronto Warc ≤ Warc,prot permette di stabilire quale classe APC sia sufficiente in quello specifico punto di lavoro, nell’esatta configurazione di rete e con i dispositivi di protezione effettivamente impostati.

5. La matrice del rischio e i criteri di valutazione

Quando Warc supera il livello dei DPI, la guida introduce una matrice del rischio a 5 livelli di probabilità e 4 livelli di gravità della lesione:

• Gravità: da 1 – lesioni lievi a 4 – lesione mortale;

• Probabilità: da 1 – praticamente impossibile a 5 – da occasionale a frequente.

La probabilità viene stimata attraverso 6 famiglie di criteri (a–f):

a) tipo e stato dell’impianto;
b) misure tecniche adottate;
c) misure organizzative;
d) misure personali e formazione;
e) fattori statistici (storico infortuni, frequenza dell’attività);
f) fattori ergonomici (comfort dei DPI, posture obbligate, stress).

A ogni criterio si attribuisce un punteggio (0, 2, 4, 7, 10) e la somma colloca l’attività nella riga di probabilità corrispondente della matrice, consentendo una decisione strutturata (verde/giallo/rosso).

6. I fogli Excel in lingua inglese e tedesca: come funzionano e a cosa servono

Uno degli elementi più operativi della DGUV 203-077 è la disponibilità di due fogli Excel di supporto – uno per gli impianti AC e uno per gli impianti DC – resi in lingua inglese e tedesca e scaricabili dal sito DGUV.

Questi file non sono semplici tabelle: implementano passo-passo l’intero metodo di calcolo e di valutazione del rischio, guidando il tecnico attraverso i dati da inserire e producendo automaticamente:

• i risultati numerici (Warc, Warc,prot, classe APC richiesta);

• i limiti operativi (tempo massimo di intervento ammesso, distanza minima di lavoro);

• l’esito della matrice del rischio e una conclusione testuale (“lavoro consentito / da non eseguire / isolare l’impianto”).

6.1 Foglio Excel per impianti AC

Nel caso AC, il workbook contiene tipicamente tre livelli di utilizzo:

1. Scheda di input dei dati (“Form for calculating the Arc protection class for PPEaA”)
   In questa pagina l’utente inserisce:

   • dati generali (work location, work order, data, nome del valutatore);

   • parametri di rete: UNn, Ik3,max, Ik3,min, rapporto R/X, passo conduttori d;

   • scelta e dati del dispositivo di protezione a monte (tipo di fusibile o interruttore, tempo di intervento tk);

   • fattore di trasmissione kT e distanza di lavoro a.

2. Scheda di calcolo dettagliata
   Il foglio calcola automaticamente:

   • corrente d’arco Ik,arc (da kB e Ik3,min);

   • potenza di cortocircuito Sk;

   • potenza normalizzata d’arco kP e potenza Parc;

   • energia d’arco Warc;

   • livelli di prova Warc,test per APC 1 e APC 2;

   • livelli di protezione Warc,prot al punto di lavoro;

   • tempo massimo di intervento ammesso per ciascuna classe APC e distanza minima per mantenere la protezione;

   • rapporto Warc / Warc,prot e frase di sintesi (necessità di isolamento, possibilità di operare, ecc.).

3. Scheda matrice del rischio (“Probability of injury due to electric fault arcing”)
   Un’ulteriore pagina riprende i sei criteri a–f e consente di selezionare, tramite menu o inserimento numerico, il punteggio da 0 a 10 per ciascuno. Il foglio:

   • somma automaticamente i punteggi;

   • colloca la valutazione nella corretta casella della matrice (verde, giallo o rosso);

   • mostra la corrispondente combinazione “gravità – probabilità” e ribadisce se l’attività è consentita con la classe di DPI considerata o se occorrono ulteriori misure/isolamento.

Il tutto è pensato per essere stampato e allegato alla valutazione del rischio aziendale: la stessa Excel genera un layout tipo “scheda di calcolo + scheda di decisione” pronto per entrare nel DVR o nel fascicolo di impianto.

6.2 Foglio Excel per impianti DC

Per le applicazioni DC (UPS, batterie di trazione, sottostazioni di trazione) la logica è analoga ma con un motore di calcolo specifico:

• l’utente inserisce:

  • tensione DC UNn;

  • corrente di cortocircuito “bolted” IkDC;

  • costante di tempo τ = L/R del circuito;

  • distanza tra conduttori d;

  • dispositivo di protezione e relativo tempo di intervento;

  • kT e distanza a;

• il foglio esegue internamente l’iterazione Ik,arc – Uarc – Parc basata sulla relazione Uarc = (34 + 0,532·d)·Ik,arc e calcola:

  • corrente d’arco, tensione d’arco e fattore kB;

  • potenza di cortocircuito DC Pk;

  • potenza normalizzata d’arco kP;

  • energia d’arco Warc, livelli Warc,prot e classe APC richiesta;

  • tempo massimo di intervento e distanza minima;

  • rapporto Warc / Warc,prot e giudizio finale.

Anche per il DC è presente una scheda per la matrice del rischio, con struttura del tutto analoga all’AC, che consente di integrare direttamente nella scheda di calcolo la valutazione di probabilità e gravità in chiave DGUV.

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