Tutti i paesi appartenenti alla Comunità europea dispongono di enti che
stabiliscono ulteriori norme in materia di prodotti e metodiche di cablaggio. Ogni
paese membro della Comunità Europea dispone di laboratory statali o indipendenti che testano e approvano i prodotti in conformità alle norme IEC o CENELEC. I metodi di cablaggio possono variare anche nell’ambito del CENELEC per quanto riguarda l’utilizzo dei cavi, cavi armati, tipi di cavi armati o conduit. Le norme possono subire variazioni all’interno di uno stesso paese e riferito come le Differenze Nazionali in base all’ubicazione o al costruttore delle strutture. Le apparecchiature certificate sono dotate del marchio “Ex”.

Paesi membri del CENELEC:

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ATEX

ATEX = ATmospheres EXplosibles

Successivamente al luglio 2003 sono state approvate due direttive europee che riportano nel dettaglio gli obblighi dei costruttori e degli utenti in materia di progettazione e uso di apparecchiature in atmosfere pericolose.

Le direttive ATEX stabiliscono le norme MINIME sia per i datori di lavoro che per i costruttori in materia di atmosfere esplosive.
È compito del datore di lavoro eseguire una valutazione dei rischi di esplosione e adottare le misure necessarie per l’eliminazione o la riduzione di tali rischi.

Direttiva ATEX 94/9/EC articolo 100a

L’articolo 100a descrive le responsabilità del costruttore:
• I requisiti delle apparecchiature e dei sistemi di protezione destinati all’utilizzo in atmosfere potenzialmente esplosive (ad es. i rivelatori di gas). 
• I requisiti dei dispositivi di sicurezza e di controllo destinati all’utilizzo all’esterno di atmosfere potenzialmente esplosive ma necessari per la sicurezza del funzionamento di apparecchiature e sistemi di protezione (ad es. i controller).
• La classificazione dei gruppi di apparecchiature in categorie
• Gli EHSR (Essential Health and Safety Requirements), requisiti relativi alla progettazione e alla costruzione di apparecchiature e sistemi

Per essere conformi alla direttiva ATEX le apparecchiature devono:
• essere dotate del marchio CE
• essere provviste della necessaria certificazione per le aree a rischio
• rispettare criteri prestazionali riconosciuti (ad es. EN 60079-29-1) per quanto riguarda i rivelatori di gas infiammabili (la domanda specifica).

La classificazione delle aree pericolose è stata ridefinita nella direttiva ATEX

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Marcatura delle apparecchiature

Direttiva ATEX 1992/92/EC articolo 137

L’articolo 137 descrive le responsabilità del datore di lavoro. I nuovi impianti devono conformarvisi a far data dal luglio 2003, mentre quelli già esistenti dal luglio 2006.
Nel Regno Unito questa direttiva (conosciuta anche come Direttiva “Uso”) viene attuata dall’HSE (Health and Safety Executive) mediante la DSEAR (Dangerous Substances and Explosive Atmospheres Regulations 2002).

Essa stabilisce quanto segue:

Valutazione dei rischi di esplosione
Il datore di lavoro deve realizzare una valutazione dei rischi relativamente a:

1. Probabilità che si generi un’atmosfera esplosiva
Classificazione dell’area in base alle zone
2. Probabilità che vi sia una fonte di accensione
Categorie delle apparecchiature
3. Natura dei materiali infiammabili
Gruppi di gas, temperatura di accensione
(T rating), gas, vapore, nebbie e polveri
4. Scala degli effetti delle esplosioni
Personale, impianti, ambiente

Segnale di avvertimento per le atmosfere esplosive

Il datore di lavoro deve predisporre segnali specifici nei punti di ingresso ai luoghi in cui possono verificarsi atmosfere esplosive:

A seguito della valutazione del rischio di esplosione il datore di lavoro deve redigere un Documento di protezione dalle esplosioni che dimostri:

• che i rischi di esplosione sono stati individuati e valutati
• che saranno adottate misure volte a conseguire gli obiettivi stabiliti dalla direttiva
• i luoghi che sono stati classificati in base a delle zone
• i luoghi in cui saranno applicati i requisiti minimi
• che il luogo di lavoro e le apparecchiature sono progettati, utilizzati e mantenuti in efficienza nel rispetto delle norme di sicurezza

Il datore di lavoro può unire valutazioni del rischio di esplosione preesistenti, documenti o relazioni equivalenti prodotti in conformità con altre leggi comunitarie. Questo documento deve essere revisionato operando notevoli modifiche, ampliamenti o variazioni.

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Classificazione delle aree
Non tutte le aree di un impianto o di un sito industriale sono considerate ugualmente pericolose. Ad esempio una miniera di carbone sotterranea viene considerata sempre al massimo livello di rischio a causa della possibile presenza di metano. Invece una fabbrica in cui il metano venga conservato solo saltuariamente e all’interno di appositi depositi sarà considerata potenzialmente pericolosa per quanto concerne l’area intorno a tali depositi o ad eventuali tubature. In tal caso è necessario prendere precauzioni solo nelle aree in cui una perdita di gas potrebbe effettivamente verificarsi.

Per poter stabilire i controlli necessari per legge nei siti industriali, certe aree (o zone) sono state quindi classificate in base alla loro potenziale pericolosità percepita. Le tre zone sono state classificate come segue:

ZONE 0  
In cui è presente sempre o per lunghi periodi una miscela esplosiva di gas e aria.

ZONE 1 
In cui è probabile che venga generata una miscela esplosiva di gas e aria nel corso delle normali operazioni dello stabilimento.

ZONE 2  
In cui non è probabile che venga generata una miscela esplosiva di gas e aria nel corso delle normali operazioni.

Nel Nord America la classificazione utilizzata più frequentemente (NEC 500) comprende solo due classi, denominate divisioni.

La divisione 1 equivale alle due zone europee 0 e 1, mentre la divisione 2 corrisponde approssimativamente alla zona 2.

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Progettazione delle apparecchiature

Attualmente sono in vigore numerose normative atte a garantire la sicurezza di funzionamento delle apparecchiature elettriche in atmosfere esplosive. Tali normative riguardano la progettazione e devono essere applicate dai costruttori di apparecchiature destinate all’uso in aree pericolose. Tali apparecchiature dovranno essere certificate sulla base della specifica normativa inerente all’uso a cui esse sono destinate. Allo stesso modo l’utente ha la responsabilità di assicurare che nelle aree pericolose siano utilizzate unicamente apparecchiature adeguate.

Per le apparecchiature per il rilevamento dei gas le classi di sicurezza elettrica più utilizzate sono “antideflagrante” (simbolo Ex d) e “a sicurezza intrinseca” (simbolo EX i).

Le apparecchiature antideflagranti sono progettate in modo che la custodia sia abbastanza robusta  da resistere ad un’esplosione interna di gas infiammabili senza subire danni. Ciò potrebbe succedere per accensione accidentale di una miscela esplosiva di aria e combustibile all’interno dell’apparecchiatura stessa. Pertanto è necessario calcolare le dimensioni di qualsiasi apertura nella scatola o nella custodia (ad es. giunti a flangia) in modo che le fiamme non si propaghino verso l’atmosfera esterna.

Le apparecchiature a sicurezza intrinseca sono progettate in modo che la massima energia interna dell’apparecchiatura stessa e dei cavi di collegamento sia mantenuta al di sotto del livello necessario per provocare un’accensione dovuta a scintille o calore in caso di guasto interno o ad un dispositivo collegato. Esistono due tipi di protezione a sicurezza interna: quella più elevata è la Ex ia, che può essere utilizzata nelle aree 0, 1 e 2; la Ex ib invece può essere utilizzata nelle aree 1 e 2. Le apparecchiature antideflagranti possono essere utilizzate esclusivamente nelle aree 1 e 2.

La “sicurezza aumentata” (Ex e) è un metodo di protezione in cui vengono applicate ulteriori procedure per garantire una maggiore sicurezza delle apparecchiature elettriche. Può essere utilizzata per apparecchiature prive di parti che possano produrre scintille o archi e che non superino la temperatura limite durante il normale funzionamento.

Esiste poi un altro tipo di protezione, detto “incapsulamento” (Ex m), che consente di ottenere la sicurezza mediante l’incapsulamento di vari componenti o di interi circuiti. Alcuni dei prodotti oggi disponibili sul mercato ottengono la certificazione di sicurezza utilizzando diversi accorgimenti per parti diverse: ad es. Ex e per la camera contenente i morsetti, EX i per l’alloggiamento dei circuiti, Ex m per i componenti elettronici incapsulati e Ex d per le camere che possono contenere gas pericolosi.

Ex s non viene utilizzato nelle norme più recenti ma può essere applicato a vecchie apparecchiature ancora in uso.

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Classificazione delle apparecchiature
Attualmente vengono utilizzati due diversi criteri, il Gruppo di apparecchiatura e la Classe di temperatura per aiutare gli utenti a scegliere dispositivi che risultino sicuri in diverse condizioni ambientali.

In base alla norma EN60079-0 del European Committee for Electrical Standards (o Committee European de Normalisation Electrotechnique - CENELEC), i dispositivi destinati all’utilizzo in atmosfere potenzialmente esplosive si dividono in due gruppi:

Gruppo I
per le miniere esposte al rischio del grisù (metano)

Gruppo II
per i luoghi con atmosfere potenzialmente esplosive, ad eccezione delle miniere facenti parte del Gruppo I

Il Gruppo II comprende ovviamente una vasta gamma di atmosfere potenzialmente esplosive nonché numerosi gas e vapori che possono creare diversi livelli di rischio. Pertanto, al fine di distinguere più chiaramente le diverse caratteristiche necessarie per un particolare gas o vapore, i gas del Gruppo II sono suddivisi come indicato in tabella. L’acetilene viene spesso considerato talmente instabile, da essere elencata separatamente nonostante sia inclusa tra i gas del gruppo II. Nella norma Europea EN60079-20  si può trovare una lista completa dei gas.

La classe di temperatura è un fattore importante nella selezione dei dispositivi per la rivelazione gas o miscele (in caso di miscele di gas si raccomanda di considerare il componente peggiore della miscela stessa). 

La classe di temperatura si riferisce alla massima temperatura che può raggiungere la superficie del dispositivo. Questo garantisce che non si superi la temperatura di accensione dei gas o vapori che possono essere presenti.

Il campo varia da T1 (450°C) a T6 (85°C). Le apparecchiature certificate sono approvate in accordo ai tipo di gas o vapori presenti. Sia il Gruppo che la classe di temperatura sono poi riportati sul certificato e marchiati sull’apparecchiatura stessa.

Nord America e IEC corrisspondono  nelle Classi di Temperatura: tuttavia, diversamente dall’IEC, le norme americane includono valori intermedi come indicato dalla figura a lato.

Classe di temperatura

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Grado di protezione IP delle custodie
Attualmente si utilizzano spesso classificazioni in cui codici indicano il livello di protezione fornito da un involucro contro l’ingresso di liquidi e materiali solidi. Tale classificazione riguarda anche la protezione delle persone dal contatto con parti in movimento all’interno dell’involucro. È necessario ricordare che si tratta di una protezione aggiuntiva e non di un’alternativa rispetto a quella fornita dalla classificazione per le apparecchiature elettriche utilizzate nelle aree pericolose.

In Europa per indicare la protezione dall’ingresso si utilizzano le lettere IP seguite da due “numeri caratteristici” che indicano il grado di protezione. Il primo numero indica il livello di protezione delle persone dal contatto con parti interne in movimento, il secondo si riferisce alla protezione dell’involucro dal’ingresso di acqua. Ad esempio un involucro classificato IP65 garantisce una protezione completa dal contatto con parti in movimento, dall’ingresso di polvere e di acqua sia in getti che vaporizzata. Potrebbe quindi essere utilizzato con apparecchiature per il rilevamento dei gas come i controller, prendendo la precauzione di garantire un adeguato raffreddamento dell’elettronica. La classificazione IP con due cifre è una forma abbreviata utilizzata comunemente in Europa. La versione internazionale completa comprende tre cifre dopo “IP” invece di due, ad es. “IP653”. La terza cifra indica la resistenza all’impatto. Il significato dei numeri viene riportato nella tabella sottostante.

Codici IP (IEC / EN 60529)

In nord America le custodie sono classificate usando il sistema NEMA. La tabella che segue fornisce una comparazione approssimativa tra la classificazione NEMA e la classificazione IP.

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SIL (Safety Integrity Levels)
La certificazione si è preoccupata essenzialmente della sicurezza di un prodotto nel luogo in cui viene utilizzato, affinché non crei esso stesso dei pericoli. La procedura di certificazione (soprattutto in Europa con l’introduzione della norma ATEX relativa ai dispositivi legati alla sicurezza) è stata completata includendo anche il controllo delle prestazioni dei prototti. Il SIL compie un ulteriore passo avanti poiché concerne la sicurezza del prodotto in termini di capacità di svolgere le funzioni di sicurezza quando richiesto (rif.: CEI 61508 requisiti per i costruttori). Si tratta di un requisito sempre più importante poiché i progettisti e gli operatori devono realizzare e documentare i propri Safety Instrumented Systems (SIS - Rif: CEI 61511 requisiti per gli utenti)

Le singole norme applicabili a tipi di apparecchiature specifici vengono sviluppate sulla base della norma IEC 61508. La norma di riferimento per le apparecchiature per il rilevamento dei gas è la EN50402:2005+A1:2008 “Electrical apparatus for the detection and measurement of combustible or toxic gases or vapors or of oxygen” (Apparecchi elettrici per il rilevamento e la misurazione di gas o vapori tossici o combustibili o di ossigeno). Requisiti per la sicurezza funzionale dei sistemi fissi per il rilevamento dei gas.
 
Gestire la sicurezza è sinonimo di riduzione del rischio. Tutti i processi presentano un fattore di rischio; lo scopo è di ridurre questo fattore allo 0%. Realisticamente ciò non è possibile, pertanto viene stabilito un livello di rischio accettabile che sia “il più basso possibile” o ALARP ( As Low As Reasonably Practical). Il principale fattore di riduzione del rischio è costituito dall’attenzione per la sicurezza in fase di progettazione e di definizione delle specifiche. Anche l’utilizzo di procedure operative sicure e una attenta pianificazione della manutenzione possono ulteriormente ridurre il rischio. L’E/E/PES (Electrical/Electronic/Programmable Electronic System, sistema elettrico/elettronico/programmabile elettronico) costituisce l’ultima difesa nella prevenzione degli incidenti. Il SIL consente di quantificare le funzioni di sicurezza di un E/E/PES. Nelle applicazioni più comuni questo si riferisce ai sistemi e sensori Fire & Gas, resolver logici ed attuatori ed annunciatori di sicurezza.

E’ noto che tutte le apparecchiature possono guastarsi e le tipologie di guasto essere di diverso tipo o natura. La cosa più importante è essere in grado di sapere quando si verificano le anomalie e prendere adeguate contromisure. In alcuni sistemi è possibile utilizzare la ridondanza per mantenere e garantire le funzioni di sicurezza. Altri sistemi utilizzano una procedura di autotest interno per mantenere tali funzioni. Lo scopo principale in fase di progettazione è di evitare che un guasto che impedisce al sistema di espletare le proprie funzioni di sicurezza non venga rilevato.

Tra l’affidabilità e la sicurezza esiste una differenza estremamente importante: un prodotto che sembra affidabile può non indicare alcune delle anomalie che si verificano, mentre uno che apparentemente è più soggetto a guastarsi può rilevarsi più sicuro in quanto non si trova mai (o molto raramente) nella condizione di non essere in grado di espletare le proprie funzioni di sicurezza o di fallire nell’informare sulla situazione di un eventuale guasto.

Sono stati definiti 4 livelli SIL. In generale ad un livello SIL più elevato corrisponde una minore probabilità che il sistema possa fallire nell’espletare le proprie funzioni di sicurezza; più alto è il SIL, più sicuro è il sistema. Per i sistemi Fire & Gas i livelli SIL sono definiti in termini di “probabilità di fallimento della funzione di sicurezza quando richiesta” (PFD Probability of Failure on Demand).

Molti prodotti per il rilevamento dei gas e degli incendi attualmente in uso, sono stati progettati molto prima dell’introduzione del SIL e quindi non potranno che ottenere un livello di SIL basso o nullo nelle valutazioni individuali. Per superare questo problema è possibile ridurre gli intervalli di manutenzione, installare gli strumenti in ridondanza o unire sistemi che sfruttano tecnologie diverse (eliminando così guasti della stessa tipologia) per aumentare l’effettiva classificazione SIL.

La progettazione, il funzionamento e la manutenzione costituiscono insieme i principali fattori per il raggiungimento di un livello di sicurezza SIL predefinito.

Per livello SIL 2 
PFD (sensore) + PFD (revolver) + PFD (attuatore) < 1 x 10-3

La scelta del livello SIL necessario per il funzionamento sicuro di un impianto, deve essere effettuata tenendo conto del livello di sicurezza e di gestione della sicurezza del processo produttivo e di impatto in caso di incidente rilevante. L’E/E/PES non può e non deve essere considerato il principale sistema di sicurezza. La progettazione, la gestione del funzionamento e la manutenzione costituiscono insieme i principali fattori per la sicurezza di qualsiasi processo industriale.