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Cavi di bassa tensione a ridotta emissione 
di gas tossici e corrosivi e fumi opachi

 

Le caratteristiche tecniche da considerare nella scelta di un cavo per quanto riguarda gli isolanti sono principalmente di natura elettrica (rigidità dielettrica e resistenza di isolamento), meccanica (resistenza all'abrasione) e di comportamento nei confronti del fuoco. Mentre le prime due caratteristiche sono tipiche di qualsiasi tipo di cavo, il comportamento nei confronti del fuoco rappresenta un parametro distintivo di una specifica tipologia di cavi ai quali, in relazione all'ambiente di installazione, può essere richiesto di non essere causa di innesco e propagazione di incendio, di garantire la continuità di servizio degli impianti di sicurezza e di non emettere sostanze tossiche, corrosive e fumi opachi (fig. 1).

Fig. 1 – I cavi e l'incendio 

  1. Cavi non propaganti la fiamma, l'incendio e resistenti al fuoco

Nei confronti del fuoco si possono individuare essenzialmente tre tipologie di cavi rispondenti rispettivamente alle Norme CEI 20-35, per i cavi non propaganti la fiamma, CEI 20-22, per i cavi non propaganti l'incendio, CEI 20-36 per i cavi resistenti al fuoco. Il requisito di non propagazione della fiamma, prerogativa di quasi tutti i cavi attualmente in commercio, viene stabilito sottoponendo uno spezzone verticale di cavo alla fiamma di un cannello Bunsen. La prova dovrà dimostrare la capacità di autoestinguenza del cavo il cui isolante, pur incendiandosi e rovinandosi quando è sfiorato dalla fiamma, dovrà essere in grado di autoestinguersi entro 65 cm dal punto di applicazione della fiamma (fig. 2).
La prova viene eseguita su un singolo cavo verticale e quindi questo tipo di cavi non garantisce dalla non propagazione dell'incendio se i cavi sono installati in fasci o posati ad una interdistanza inferiore a 250 mm poiché lo scambio di calore con l'ambiente in caso di incendio avviene in condizioni più gravose di quelle prescritte nella prova di accettabilità..

Fig. 2 – L'isolante del singolo cavo si incendia ma la fiamma non si espande oltre i 65 cm dal punto di applicazione e si estingue quando la fiamma viene allontanata

I cavi non propaganti l'incendio sono invece provati in fasci verticali, in quantitativi ben definiti, all'interno di cunicoli a tiraggio naturale che simulano le condizioni ambientali in presenza di un incendio. Il fascio di cavi viene incendiato da un bruciatore in un ambiente di prova in cui si raggiungono i 750 °C e per superare la prova deve bruciare senza che la fiamma si propaghi oltre una certa lunghezza (fig. 3). Se installati rispettando i quantitativi stabiliti dalle prove questo tipo di cavi garantisce la non propagazione dell'incendio ma non l'affidabilità in condizioni d'emergenza.

Fig. 3 – L'isolante del fascio di cavi brucia ma la fiamma non si estende oltre i 2,5 m

Per garantire la continuità di funzionamento in caso di emergenza occorre scegliere cavi resistenti al fuoco. Sono cavi che devono resistere per almeno tre ore alla fiamma di un bruciatore in un forno a 750 °C (fig. 4). Il cavo deve poter funzionare regolarmente, anche con l'isolante bruciato, per un tempo sufficiente a permettere il regolare funzionamento dei servizi necessari in caso di emergenza.

Fig. 4 – Il cavo deve poter funzionare per almeno 3 ore anche con l'isolante danneggiato

I materiali principalmente utilizzati per cavi elettrici di bassa tensione in grado di fornire le prestazioni su descritte sono costituiti da polimeri reperibili nel mercato su vasta scala. L e loro qualità di non propagazione sono dovute essenzialmente alla presenza dell'atomo di cloro nella molecola del PVC e all'aggiunta, in quantità più o meno rilevanti, di un ulteriore componente, la cloroparaffina. La combustione viene ostacolata proprio dall'emissione in forma gassosa del cloro (1) che però, purtroppo, risulta essere fortemente tossico per le persone e corrosivo per le cose (fig. 5).

Fig. 5 – Il PVC e l'incendio

 

Alcuni di questi materiali impiegati negli isolamenti, riempitivi e guaine dei cavi, sono costituiti da alcuni componenti chimici come gli alogeni (2) che possono creare, in caso di incendio, situazioni sfavorevoli per la sicurezza delle persone e per l'ambiente. In caso d'incendio i cavi possono emettere fumi densi e scuri, altamente tossici e corrosivi e alla fine della loro vita richiedono procedure particolari per lo smaltimento (fig. 6) ai fini della riduzione dell'impatto ambientale.

 

Fig. 6 – I costi per lo smaltimento dei cavi

 

(1) Il cloro, simbolo Cl, è un alogeno, posizionato nel gruppo 17 della tavola periodica. Il gas cloro è di colore verde giallastro, due volte e mezzo più pesante dell'aria di odore estremamente sgradevole e soffocante risulta molto velenoso per le persone. È un potente agente, ossidante, sbiancante e disinfettante. E' contenuto nel comune sale da cucina e in molti altri composti, abbondante in natura è necessario a quasi tutte le forme di vita, compreso l'organismo umano. Il cloro è utilizzato nella depurazione dell'acqua, nei disinfettanti, come sbiancante e purtroppo anche in un gas utilizzato come arma chimica. Serve anche per la fabbricazione di molti oggetti di uso quotidiano, come carta, antisettici, tinture, alimenti, insetticidi, vernici, lavorazione di prodotti petroliferi, plastica, medicinali, tessuti, solventi. Un uso molto comune è come battericida (acido ipocloroso) nell'acqua potabile e nelle piscine. In chimica organica è usato diffusamente come ossidante e per sostituire atomi di idrogeno nelle molecole, come ad esempio nella produzione della gomma sintetica. Il cloro infatti conferisce spesso molte proprietà utili ai composti organici con cui viene combinato. Viene utilizzato anche per altri usi come la produzione di clorati, cloroformio e tetracloruro di carbonio, e nell'estrazione del bromo.


(2) Gli alogeni (dal greco alos- -genos , generatore di sali) sono gli elementi del gruppo 17 della tavola periodica (VII in base al numero di elettroni esterni): Fluoro, Cloro, Bromo, Iodio, Astato.

2. Emissione di gas tossici, corrosivi e fumi opachi

Le emissioni di gas e fumi durante un incendio (tab. 1), contrariamente a quanto comunemente la maggior parte delle persone è indotta a credere, si dimostrano assai più pericolose e dannose del fuoco stesso perché si propagano in poco tempo a grande distanza dal luogo dell'incendio ed esplicano un meccanismo di azione estremamente rapido nei confronti degli organismi viventi e delle cose. Si possono formare gas molto tossici e letali per le persone (fig. 7) ed altamente corrosivi che possono danneggiare in modo significativo i materiali organici e inorganici (compresi i metalli).

Fig. 7 – Cause ed effetti sulla la persona

I gas alogenati in particolare si dimostrano molto pericolosi perché quando entrano in contatto con l'acqua, anche con piccole parti, formano l'acido. Ad esempio il cloro contenuto nel PVC utilizzato negli isolanti dei cavi fornisce l'acido cloridrico. L'acqua che si combina con questi gas può essere dovunque: l'umidità che si trova negli occhi, nella gola e nei polmoni degli individui, nell'aria, nei sistemi di spegnimento, ecc...Gli incendi nei quali è coinvolta la combustione di materiali alogenati possono essere devastati. L'inalazione dei vapori emessi può causare danni, a volte irreversibili, e persino la morte degli esseri umani mentre "la pioggia acida" ed i vapori acidi possono intaccare e a volte distruggere oggetti e materiali.

Tipo di gas

Formula

Livello di 
concentrazione letale
(%)

Monossido di carbonio

CO

>0,5-1

Anidride carbonica

CO2

10% se >10 minuti

Acido solfidrico

H2S

>0,07-1

Anidride solforosa

SO2

>0,5

Ammoniaca

NH3

0,25-0,65

Acido cianidrico

HCN

>0,3

Ossidi di azoto

NOx

0,02-0,07

Acroleina

CH2 :CHCHO

>0,001

Acido cloridrico

HCl

1-2

Cloro

Cl

0,05

 

Tab. 1 - Gas tossici che possono svilupparsi durante un incendio

E' staticamente provato che le vittime degli incendi sono per lo più morte per soffocamento ancor prima che per effetto delle alte temperature. Non dimentichiamo che gli isolanti sono costituiti da materiali organici che bruciando provocano la formazione di anidride carbonica (CO2) e, se come accade di norma negli incendi la combustione avviene in carenza di ossigeno, di monossido di carbonio (CO) che fra i due gas risulta essere il più pericoloso per le persone.

Il monossido di carbonio è altamente tossico, viene emesso in grandi quantità durante un incendio ma soprattutto si dimostra particolarmente insidioso perché, essendo completamente inodore, si presenta inaspettatamente. L'azione tossica si manifesta impedendo all'emoglobina di trasportare ai vari tessuti l'ossigeno necessario. La penuria di ossigeno (anossiemia) si ripercuote principalmente sul cervello, nei reni, e nel fegato. Con livelli di concentrazione superiori a 1% il soggetto può rapidamente cadere in uno stato di incoscienza e morire entro pochi minuti. Con concentrazioni più basse il soggetto cade in uno stato confusionale (sonnolenza, vertigini, perdita del senso di orientamento, forte cefalea) associato ad una fiacchezza muscolare che gli impedisce di allontanarsi dal pericolo e di porsi in salvo. In pochi minuti subentra un coma sempre più profondo finché la morte si manifesta per arresto cardiaco.

In caso di incendio si ha anche una notevole produzione di anidride carbonica. E' meno pericolosa del monossido di carbonio (da non sottovalutare anche l'effetto che determina la sua emissione sull'ambiente) e può provocare come principale effetto tossico l'innalzamento della frequenza respiratoria e a volte, nei casi più gravi, la morte. La parte del sistema nervoso centrale deputata al controllo della respirazione è estremamente sensibile al tasso di anidride carbonica presente nel sangue. Qualsiasi attività fisiologica comporta dispendio energetico per l'organismo con un maggior consumo di ossigeno e un'aumentata produzione di anidride carbonica da parte dei tessuti interessati. Quando il tasso di ossigeno nel sangue diminuisce e aumenta quello dell'anidride carbonica, si attivano i centri encefalici che determinano l'aumento della frequenza respiratoria. Questo processo favorisce una maggiore ossigenazione del sangue e nello stesso tempo una maggiore eliminazione di anidride carbonica. Quando nell'aria c'è poco ossigeno e il tasso di anidride carbonica è elevato, l'aumento della respirazione produce l'effetto opposto. L'anidride carbonica nel sangue invece di diminuire aumenta ulteriormente e, di conseguenza, si crea un meccanismo per cui l'aumento della frequenza cardio-respiratoria determina una sempre più grave insufficienza respiratoria che conduce inevitabilmente all'edema polmonare e alla morte. Il comportamento nei confronti dell'azione tossica dell'anidride carbonica è variabile da individuo ad individuo cosicché alcuni si dimostrano più resistenti di altri. Indicativamente una concentrazione del 2% aumenta la frequenza respiratoria nel 50% delle persone che può arrivare fino al 100% con concentrazioni del 3%. I primi sintomi di intossicazione, con comparsa di cefalea e stato confusionale, si notano generalmente quando si supera il 5%. Oltre il 10% si può avere perdita di conoscenza e se il periodo di permanenza del soggetto in queste condizioni supera i 10-15 minuti si possono avere danni irreversibili che portano alla morte. Un altro problema non trascurabile durante un incendio riguarda le emissioni di fumi densi e opachi sviluppati dai cavi di tipo standard quando bruciano. In pochissimo tempo l'ambiente viene oscurato limitando le possibilità di fuga e ostacolando l'opera delle squadre di soccorso (fig. 8).

Fig. 8 – In pochi minuti i fumi densi e opachi, emessi durante un incendio dai cavi che bruciano, riducono la visibilità ostacolando il raggiungimento delle vie d'uscita.

In alcuni luoghi di installazione tutte queste problematiche non possono essere trascurate e per risolvere in modo soddisfacente le diverse situazioni impiantistiche si deve ricorrere ad un particolare tipo di cavi a ridotta emissione di gas e fumi opachi denominato LS0H acronimo dell'inglese “Low Smoke Zero Halogen” che tradotto significa “ basso fumo zero alogeni”

 3. I cavi LS0H

Da quanto detto si capisce quanto sia importante incidere drasticamente sulla limitazione delle emissioni che dipendono dai cavi, in particolar modo quando questi costituiscono un volume considerevole di materiale combustibile. I cavi LS0H rispondono bene a queste necessità e recenti ed innovative tecniche di produzione hanno permesso negli ultimi anni di produrre cavi sempre più sicuri e nello stesso tempo a basso impatto ambientale. Questo tipo di cavi associa alla caratteristica di non propagazione dell'incendio anche quella dell'emissione di fumi trasparenti e poco nocivi. Rispetto ai cavi di tipo tradizionale sono privi di alogeni (fig. 9) e a contatto col fuoco bruciano emettendo quantità non significative di monossido di carbonio (fig. 10) e di fumi densi e opachi (fig. 11).

 

Fig. 9 – Confronto fra le emissioni in parti per milione (3) di alogeni di cavi standard e a bassissima emissione LS0H

 

Fig. 10 – Confronto fra le emissioni in parti per milione (3) di monossido di carbonio di cavi standard e a bassissima emissione LS0H

 

Fig. 11 – Confronto fra le emissioni di fumi densi e opachi di cavi standard e a bassissima emissione LS0H

(3La concentrazione dei tossici nell'aria può essere espressa in volume ( parti per milioni “ppm” ), in peso ( mg/m 3 di aria ), o con indice numerico ( particelle/cm 3 ); l'ultima espressione è valida soltanto per le polveri mentre l'indice di volume o in peso può essere adottato sia per le polveri che per le sostanze gassose.

Continua

 

26.10.2016
 
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