La sicurezza intrinseca (spesso abbreviata come Ex i) è un approccio alla protezione contro le esplosioni basato sulla limitazione dell’energia elettrica e termica all’interno di un circuito.
Invece di cercare di contenere un’esplosione (come avviene nei sistemi antideflagranti), la sicurezza intrinseca impedisce che l’esplosione possa mai verificarsi, rendendo il sistema incapace di generare scintille o calore sufficienti a innescare un’atmosfera infiammabile.
Come funziona: I tre pilastri
Perché ci sia un’esplosione serve il “triangolo del fuoco”: comburente, combustibile e innesco. La sicurezza intrinseca elimina l’innesco agendo su:
- Corrente (I): Viene limitata per evitare scintille elettriche potenti.
- Tensione (V): Viene mantenuta sotto la soglia di scarica.
- Accumulo di energia: Si limita l’uso di componenti induttivi (bobine) e capacitivi (condensatori) che potrebbero rilasciare energia residua improvvisa.
La barriera Zener o Isolatore Galvanico
Per garantire che un guasto in “area sicura” (es. un picco di tensione nella sala quadri) non si propaghi in “area pericolosa”, si utilizzano dei dispositivi di interfaccia:
- Barriere Zener: Deviatori che scaricano l’eccesso di energia a terra.
- Isolatori Galvanici: Separano fisicamente i circuiti tramite trasformatori o fotoaccoppiatori, offrendo una protezione più robusta.
Vantaggi e Svantaggi
| Vantaggi | Svantaggi |
| Manutenzione “a caldo”: È l’unica tecnica che permette di lavorare sui circuiti sotto tensione in zona pericolosa. | Bassa potenza: Non adatta per motori o riscaldatori (solo per sensoristica e strumentazione). |
| Costi ridotti: Non servono pesanti custodie metalliche o tubazioni blindate. | Messa a terra: Le barriere Zener richiedono un impianto di terra estremamente preciso e dedicato. |
| Flessibilità: Cablaggio più semplice e componenti più leggeri. | Certificazione di sistema: Bisogna calcolare la compatibilità tra cavo e strumenti. |
Classificazioni principali (Livelli di Protezione)
Secondo la normativa IEC/EN 60079-11, la sicurezza intrinseca si divide in base alla tolleranza ai guasti:
- ia: Il massimo livello. Resta sicuro anche con due guasti simultanei. Può essere usato in Zona 0 (presenza costante di gas).
- ib: Resta sicuro con un guasto. Adatto per Zona 1.
- ic: Sicuro in condizioni normali di funzionamento. Adatto per Zona 2.
Nota tecnica: Quando si progetta un loop a sicurezza intrinseca, è fondamentale che i parametri di sicurezza dello strumento (Ui, Ii, Pi) siano compatibili con quelli della barriera (Uo, Io, Po), tenendo conto anche della capacità e induttanza del cavo stesso.
Immaginiamo di dover misurare il livello di un serbatoio di benzina (un ambiente altamente infiammabile classificato come Zona 0).
Ecco come si applica concretamente la sicurezza intrinseca per evitare che il sensore diventi un innesco:
Lo scenario: Sensore di Livello in un Serbatoio
Per monitorare il carburante, installiamo un trasmettitore di pressione o un sensore a ultrasuoni sulla sommità del serbatoio.
1. Il Componente in Area Pericolosa (Sensore)
Il sensore è certificato Ex ia. Questo significa che è costruito per operare con pochissima energia. Anche se un tecnico dovesse colpirlo accidentalmente con un attrezzo o se si verificasse un cortocircuito interno, l’energia rilasciata non sarebbe mai sufficiente a creare una scintilla “calda” o a far scaldare la superficie del sensore sopra la temperatura di autoaccensione dei vapori di benzina.
2. Il “Vigile” in Area Sicura (Barriera Isolante)
All’interno del quadro elettrico (situato in una stanza sicura, lontano dal serbatoio), il cavo del sensore non viene collegato direttamente al PLC (il computer industriale). In mezzo viene inserita una Barriera a Sicurezza Intrinseca.
- Cosa fa: Se il PLC ha un guasto catastrofico e invia accidentalmente la tensione di rete (230V) verso il sensore, la barriera interviene istantaneamente (grazie a diodi Zener e fusibili) limitando la tensione a circa 24V e la corrente a pochi milliampere.
- Il risultato: Al serbatoio arriva solo un “solletico” elettrico, del tutto innocuo.
3. Il Cablaggio (Il colore Blu)
Per distinguere i circuiti a sicurezza intrinseca dagli altri (che potrebbero trasportare 400V per i motori), si usano obbligatoriamente cavi e morsetti di colore BLU. Questo avverte chiunque faccia manutenzione che quel circuito è protetto e può essere maneggiato con relativa libertà.
Perché non usiamo un sistema “Antideflagrante” (Ex d)?
Potremmo chiudere il sensore in una scatola di ghisa pesantissima progettata per contenere un’esplosione interna. Tuttavia:
- Peso e Costo: Il sistema a sicurezza intrinseca è molto più leggero ed economico.
- Manutenzione: Se vuoi calibrare il sensore “Ex d”, devi svuotare il serbatoio o bonificare l’area. Con la sicurezza intrinseca (Ex i), puoi aprire la scatola del sensore e testarlo con un multimetro mentre il serbatoio è pieno, perché il circuito non ha comunque energia sufficiente per fare danni.
Riassunto dei parametri (Esempio numerico)
Perché il sistema sia sicuro, dobbiamo verificare questa relazione:
- Barriera (U_o): Eroga massimo 28V.
- Sensore (U_i): Può sopportare fino a 30V senza diventare pericoloso.
- Esito: U_o <= U_i Sistema Sicuro.
Magnanti Davis 
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