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Nanotecnologie per prodotti e sistemi elettrotecnici

Pubblicata la nuova edizione della NORMA CEI 64-8
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CEI EN 62368-1

15/12/2020
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Marco Infantino, Presidente CEI CT 108
Domenico Pignataro, Segretario CEI CT 108

La sicurezza al cuore della nuova norma europea per tecnologie Audio/Video e ICT

Il Comitato Tecnico 108 del CEI è responsabile per gli standard che riguardano la Sicurezza delle apparecchiature elettroniche nel campo Audio/Video e della Tecnologia dell’Informazione e Comunicazione.

Ha un suo corrispondente a livello IEC rappresentato dal TC 108 costituito alla fine del 2002 a seguito della fusione del TC 74, che con la Norma IEC 60950-1 copriva la sicurezza degli apparati di IT&C, e del TC 92 che, invece, con la Norma IEC 60065 copriva la sicurezza degli apparati Audio/Video di uso domestico e similare.

Le Norme IEC 60950-1 e IEC 60065, insieme alle loro corrispondenti europee EN 60950-1 e EN 60065, emesse dal CENELEC a seguito di voto parallelo, rimangono tra gli standard più largamente adoperati negli ultimi anni considerato il largo sviluppo che hanno avuto sia i prodotti di Information Technology che i prodotti di intrattenimento multimediale.

A seguito dello sviluppo tecnologico che faceva divenire sempre più labile il confine tra gli apparati trattati dalle due Norme, nel 2014 il TC 108 ha pubblicato il nuovo standard IEC 62368-1 destinato a sostituire la IEC 60065 e IEC 60950-1, prevedendo un periodo di transizione di 5 anni per consentire ai costruttori il graduale passaggio alla nuova norma.

L’evoluzione tecnologica e tecnico-normativa

Agli inizi degli anni ‘80 la disponibilità delle prime apparecchiature di elaborazione dell’informazione come personal computer, minicalcolatori, grossi elaboratori con le loro apparecchiature periferiche alimentate direttamente dalla rete elettrica in bassa tensione ha originato nuove problematiche di sicurezza. Tali problematiche sono state affrontate dal TC 74 dell’IEC, con i corrispettivi Comitati Tecnici 74 CENELEC e CEI.

In particolare, i Comitati hanno avuto come obiettivo la definizione dei requisiti tecnici che dovevano essere soddisfatti dai progettisti e dai costruttori al fine di garantire la protezione degli utilizzatori degli apparati di Information Technology dai pericoli elettrici, includendo anche i pericoli di sovratemperature e di incendio. In quel periodo il tema della sostenibilità ambientale, e quindi della progettazione di apparati a basso consumo energetico, era ancora allo stato embrionale. Era, in altri termini, un periodo in cui venivano privilegiate la funzionalità e l’ergonomia piuttosto che l’efficientamento energetico. La risposta alle nuove esigenze di sicurezza fu la pubblicazione della prima edizione della Norma IEC 950 nel 1986, da cui è poi derivata la Norma CENELEC EN 60950 nel 1988 e la sua versione italiana CEI 74-2 sempre nello stesso anno.

Negli stessi anni ‘80 iniziavano però ad apparire sul mercato anche apparati di elaborazione dati alimentati alla tensione di rete elettrica che offrivano nuovi servizi di telecomunicazione. Si pensi, ad esempio in Italia, alla rete ITAPAC a commutazione di pacchetto, basata su protocollo X25, nata nel 1986 per iniziativa dell’Amministrazione delle poste e delle telecomunicazioni e utilizzata per interconnettere tramite linee telefoniche dedicate CED, agenzie bancarie, bancomat; o anche ai primi modem analogici con interfacce seriali collegati direttamente ai personal computer per fornire connettività di rete attraverso il doppino telefonico.

È nata così l’esigenza di definire dei requisiti addizionali di sicurezza per le interfacce di telecomunicazione. La sicurezza degli operatori della rete di TLC è stata una problematica affrontata già in epoca precedente dal CCITT (oggi ITU-T) prima ancora che dall’IEC.

Per definire i nuovi requisiti di sicurezza degli apparati collegati alle reti di TLC, l’ACOS (Advisory Committee on Safety) dell’IEC venne chiamato a collaborare con il CCITT per la redazione di una Guida di Applicazione; dalla collaborazione tra i due comitati si originò nel 1985 la Guida 105 dell’IEC “Principles Concerning the Safety of Equipment Electrically Connected to a Telecommunications Network”.

Le Guide dell’IEC sono però destinate ai Comitati Tecnici che devono tener conto delle regole, consigli e raccomandazioni in esse contenute per lo sviluppo degli standard e dei requisiti di conformità. La Guida 105, in altri termini, non andava incontro alle esigenze dei costruttori, in particolare quelli europei, che richiedevano invece una norma armonizzata sulla base della quale poter poi avere il rispetto dei requisiti essenziali della Direttiva Bassa Tensione e conseguentemente la possibilità di immettere sul mercato i prodotti.

A tale scopo, nel febbraio del 1986 il CENELEC istituì il Gruppo di lavoro “Sicurezza delle TLC”, che divenne il TC 74X un anno dopo. A livello IEC invece venne istituito il Working Group 7 con il compito di modificare la IEC 950. Nel 1988 il CENELEC giunse alla pubblicazione della norma europea ENV 41003, prima come norma sperimentale e successivamente come norma armonizzata EN 41003 nel settembre del 1990. A livello nazionale il CEI pubblicò la norma nel giugno del 1991 come CEI 74-3.

A livello IEC, con la pubblicazione della IEC 60950, ovvero della 950 allineata alla nuova numerazione, venne aggiunto nel 1996 un nuovo capitolo 6 “Connection to Telecommunication Networks” che faceva propri i requisiti della norma europea EN 41003, introducendo così anche a livello internazionale la nuova categoria dei circuiti TNV (Telecommunication Network Voltage) che portavano a 120 Vdc la sicurezza per gli operatori della rete di TLC, confermando a 60 Vdc la sicurezza dei circuiti SELV per gli utilizzatori degli apparati.

Per quanto riguarda la CEI EN 60065, questa norma all’origine era destinata ai soli ricevitori radio e TV di uso domestico e successivamente è stata estesa a tutti gli apparati Audio/Video e loro accessori. Ha subito diverse rivisitazioni fino all’ottava edizione attuale, portate avanti prima dal TC 92 dell’IEC e in seguito dal TC 108.

Sono in pratica passati circa 30 anni durante i quali la CEI EN 60950-1 e la CEI EN 60065 hanno rappresentato per tutti i progettisti e costruttori di apparati di Information Technology e di apparati Audio/Video un riferimento imprescindibile; il futuro di tali norme è ormai segnato e la loro eredità sta per essere raccolta dalla CEI EN 62368-1.

L’evoluzione dello stato dell’arte

A livello europeo, la data del 20 dicembre del 2020 rappresenta un momento importante per i costruttori di apparati di Information Technology e Comunicazione e per i costruttori di apparati Audio/Video in quanto tale data rappresenta il momento in cui le norme armonizzate EN 60950-1 e EN 60065 perdono la loro efficacia nell’attribuzione della presunzione legale di conformità ai requisiti essenziali della Direttiva Bassa Tensione 2014/35/EC.

Ricordiamo che la Direttiva Bassa Tensione, già nella sua prima pubblicazione 73/23/EC, definiva due obiettivi ancora validi oggi: assicurare la salute e la sicurezza delle persone, degli animali domestici e delle proprietà e assicurare la libera circolazione dei prodotti nel mercato europeo conformi ai requisiti essenziali di sicurezza dei prodotti elencati nell’Allegato I alla direttiva.

Agli organismi di normazione tecnica, ad esempio al CENELEC europeo, è stato affidato il compito di redigere norme tecniche armonizzate alle quali devono rifarsi i costruttori sia nella fase progettuale dei loro prodotti sia nella redazione del rapporto prove di conformità a tali norme eseguite presso i propri laboratori o presso laboratori terzi.

Solo le norme armonizzate sono quelle da cui deriva la presunzione legale di conformità ai requisiti essenziali della Direttiva e l’armonizzazione deriva dalla loro pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale UE.

Con la Dichiarazione di conformità ai requisiti essenziali della Direttiva applicabili al prodotto, e quindi ai requisiti tecnici delle norme armonizzate applicabili, il prodotto può essere marcato CE e immesso sul mercato.

Per recuperare la presunzione di conformità ai requisiti essenziali della Direttiva i costruttori sono obbligati dopo il 20 dicembre 2020 a migrare definitivamente la progettazione e certificazione dei loro prodotti verso l’unico standard armonizzato ancora presente nell’elenco della Gazzetta Ufficiale UE e rappresentato dalla EN 62368-1. Ad onor del vero, il periodo transitorio di coesistenza delle Norme precedenti EN 60950-1 e EN 60065 con la EN 62368-1 è stato definito dagli enti normatori in 5 anni per consentire ai costruttori di adeguare la loro produzione al nuovo approccio dell’ultima norma. I 5 anni scadevano a giugno 2019 e su richiesta dei costruttori sono poi divenuti 6 portando la data ultima per la transizione a dicembre 2020.

La nuova Norma CEI EN 62368-1

La EN 62368-1, versione europea della IEC 62368-1, rappresenta un nuovo standard di sicurezza e non deve essere visto in modo semplicistico coma la fusione tra la EN 60065 e la 60950-1. Tale norma copre i prodotti storicamente nel campo di applicazione della EN 60065 e della EN 60950-1 ed è oggi sicuramente la norma con il campo di applicazione come tipologia di prodotti più vasto.

In sede di Comitato IEC TC 108 si è osservato che le norme tecniche di sicurezza erano formulate in un modo troppo legato alla tecnologia. La tecnologia nell’area dei prodotti Audio/Video e dell’ICT è quella che sta cambiando con una velocità crescente; se questa cambia rapidamente le norme si trovano un passo indietro mostrando dei ritardi il cui recupero, considerando i tempi di formulazione di una nuova edizione della norma, rischiano di bloccare l’innovazione.

Per questo motivo il TC 108 dal 2002 si è proposto di orientare i suoi sforzi verso l’introduzione di una nuova Norma IEC 62368-1 che fosse indipendente dalla tecnologia e per tale motivo, a differenza delle norme precedenti, il nuovo standard è basato sugli “hazard”, vale a dire sui rischi di lesioni agli utilizzatori.

Nel presentare i lavori di stesura della nuova Norma, il TC 108 dell’IEC ha da subito elencato sia gli obiettivi che intendeva perseguire la nuova norma sia i benefici che ne sarebbero derivati dal suo utilizzo:

Obiettivi:

  • identificare chiaramente i rischi coperti;
  • fornire giustificazione tecnica dei requisiti richiesti agli apparati in un fascicolo separato della Norma (rappresentato dalla guida interpretativa IEC 62368-2);
  • essere basata sulle prestazioni (conformità del prodotto basata sulle prove piuttosto che sulla costruzione);
  • essere uno standard utile ai progettisti e adatto per valutare la conformità dei prodotti a supporto dei fornitori, degli utilizzatori e dei certificatori.

Benefici:

  • favorire una più facile introduzione delle nuove tecnologie sul mercato;
  • fornire un singolo standard per la gamma più ampia possibile di prodotti;
  • minimizzare le differenze nazionali favorendo l’introduzione dei prodotti nel mercato globale;
  • consentire ai costruttori di prodotto una maggiore libertà progettuale.

   

Entriamo nel merito dei principi che hanno ispirato la norma nella sua attuale formulazione che la rende unica rispetto alle altre norme di sicurezza emesse dagli altri Comitati di prodotto IEC.

Partiamo dalla definizione di sicurezza: la sicurezza è una situazione libera da rischi inaccettabili. Il rischio è un concetto probabilistico e rappresenta la probabilità che accada un evento in grado di causare un danno alle persone. Il rischio implica l’esistenza di una sorgente di energia pericolosa e la possibilità che essa si trasformi in un danno alle persone o alle cose.

Ma, nello sviluppo di un nuovo prodotto, come è possibile prevenire lesioni agli utilizzatori del prodotto? La norma nella sua impostazione cerca di rispondere a questa domanda basandosi sul seguente principio: una lesione può verificarsi solamente quando un’energia di sufficiente modulo e sufficiente durata viene trasferita ad una parte del corpo.

Concetto che si può esprimere anche nel seguente modo: il rischio si ha quando una sorgente di energia eccede i valori di suscettibilità del corpo per quella sorgente di energia. Da questo concetto deriva il modello a tre blocchi del rischio presente nella norma (Figura 1).

Figura 1 – Modello a tre blocchi del rischio

Dal modello a tre blocchi del rischio di lesione deriva poi il modello a tre blocchi della sicurezza adoperato diffusamente nella norma (Figura 2).

Figura 2 – Modello a tre blocchi della sicurezza

Nessuna lesione, in pratica, si può verificare quando una salvaguardia è interposta tra la sorgente di energia pericolosa e la parte del corpo suscettibile di danno.

Nella norma, in modo da stabilire se o meno la sicurezza è coinvolta, sia i circuiti che la costruzione sono investigati per determinare se le conseguenze di una probabile condizione di guasto potrebbero determinare una lesione. Se la condizione di guasto conduce ad un rischio di lesione allora la parte, il materiale, il prodotto il cui guasto è stato oggetto di simulazione deve prevedere una salvaguardia.

Un cospicuo lavoro è stato effettuato dai vari Gruppi di lavoro responsabili della redazione della nuova norma nel dettagliare il più possibile le proprietà delle salvaguardie, le prove da superare e i materiali adoperabili per la loro costruzione.

La salvaguardia

La salvaguardia è nella norma un dispositivo fisico che è interposto tra la sorgente ad energia pericolosa e la parte del corpo interessata e che opera in modo da attenuare (riduce il valore dell’energia pericolosa) o ostacolare (rallenta lo scambio di energia) o deviare (cambia la direzione dell’energia) o disconnettere, interrompere la sorgente di energia.

In altri termini, la salvaguardia previene all’energia pericolosa di essere trasferita verso la parte del corpo.

I tipi di salvaguardia definiti nella norma sono tre:

  • salvaguardia principale: è una salvaguardia che è efficace in condizioni di funzionamento normale ogni volta che sia presente una energia pericolosa;
  • salvaguardia supplementare: è una salvaguardia che è efficace nell’eventualità di un guasto alla salvaguardia principale;
  • salvaguardia rinforzata: è una singola, robusta salvaguardia che è considerata equivalente ad un sistema comprendente sia la salvaguardia principale che quella supplementare.

Dal punto di vista progettuale poi le salvaguardie possono essere intenzionali o involontarie. Una salvaguardia intenzionale è progettata, valutata, provata e installata specificatamente per garantire un’efficace e affidabile funzione di protezione contro le energie pericolose. Una salvaguardia involontaria invece è rappresentata da parti funzionali dell’apparato che possono fornire anche una funzione di salvaguardia. Però tali salvaguardie non sono necessariamente né efficaci né affidabili.

Una salvaguardia è comunque sempre interposta tra il corpo e la sorgente ad energia pericolosa. In funzione della sua locazione, la salvaguardia può essere: di apparato, nel qual caso rappresenta una parte fisica dell’apparato; personale, quando viene indossata sulla parte del corpo suscettibile di danno; comportamentale, quando si riferisce a comportamenti diretti e volontari finalizzati a evitare la lesione.

Nella definizione della norma è stato adoperato il seguente schema (Figura 3):

  • identificare il tipo di danno;
  • identificare la sorgente di energia;
  • identificare il modo di trasferimento dell’energia,
  • specificare la funzione del safeguard;
  • definire prove o misure efficaci, e/o
  • definire i parametri costruttivi.
Figura 3 – Lo schema della salvaguardia nella Norma.

Questi elencati qui di seguito sono gli “hazard” coperti dalla norma sulla base dell’analisi del rischio rispetto alle varie energie pericolose presenti in uno dei prodotti che ricadono nel campo di applicazione della norma:

  • Electrically-caused injury (capitolo 5 dell’Electrical energy Source, ES);
  • Electrically-caused fire (capitolo 6 del Power energy Source, PS);
  • Injury caused by hazardous substances (capitolo 7);
  • Mechanically-caused injury (capitolo 8 del Mechanical energy Source, MS);
  • Thermal burn injury (capitolo 9 del Thermal energy Source, TS),
  • Radiation (capitolo 10 del Radiation energy Source, RS).

Classi di energia

La norma definisce tre Classi di sorgente di energia sulla base dell’intensità e della durata temporale riferendoli o alla risposta del corpo o alla risposta del materiale combustibile rispetto a quella sorgente di energia. Ciascuna classe di energia è funzione della parte della suscettibilità della parte del corpo o del materiale combustibile alla intensità dell’energia.

Nessuna salvaguardia è richiesta dalla norma tra una sorgente di energia di Classe 1 e una persona ordinaria e di conseguenza una persona ordinaria può avere liberamente accesso ad una sorgente di energia di Classe 1.

Almeno una salvaguardia principale è richiesta tra una sorgente di energia di Classe 2 e una persona ordinaria.

Infine, una salvaguardia principale insieme ad una salvaguardia supplementare, o in subordine un’unica salvaguardia rinforzata, sono richieste tra una persona ordinaria e una sorgente di energia di Classe 3.

La norma introduce anche le definizioni di “persone istruite” e “persone esperte” e per queste figure le tipologie di salvaguardia in funzione della sorgente di energia possono essere significativamente differenti.

Consideriamo il capitolo 5 della norma dedicato al rischio di shock elettrico. Il capitolo definisce i valori pericolosi e non pericolosi delle sorgenti di energia introducendo tre tipologie di circuito ES1, ES2 e ES3 (dove ES è l’acronimo che sta per Electric energy Source) relazionandoli con i valori di tensione/corrente/tempo/frequenza, area di contatto, etc.

Sulla base del modello della sicurezza basato sulle salvaguardie vengono definite le caratteristiche di: 

  • Isolamenti (distanze in aria, distanze superficiali, isolamento solido);
  • Messa a Terra di protezione;
  • Componenti di sicurezza, barriere, involucri;
  • Safeguard e loro adeguatezza (Condizioni normali, e anormali, limiti di temperatura, rigidità dielettrica etc.)

Già nella definizione delle nuove tipologie di circuito elettrico si nota uno scollamento rispetto alle denominazioni tradizionali dei circuiti adoperate nelle Norme CEI EN 60950 e CEI EN 60065. Infatti le categorie di circuiti di tipo SELV, TNV1, TNV2 e TNV-3 sono ora non più adoperate anche se i valori di tensione rimangono abbastanza allineati.

Infatti i precedenti circuiti SELV della EN 60950-1 ora coincidono con i circuiti ES1 che sono caratterizzati dal presentare livelli di tensione e di corrente che:

  • non superano i limiti di ES1 in condizioni di funzionamento normale, funzionamento anomalo e in condizioni di guasto singolo di un componente, dispositivo o isolamento non adatto come salvaguardia;
  • non superano i limiti ES2 in condizioni di guasto singolo di una salvaguardia principale.

I circuiti TNV sono invece coincidenti con i circuiti ES-2 anche se la formulazione di questi ultimi circuiti è espressa non solo in termini di tensione ma anche in termini di limiti di corrente.

Lo stesso tipo di approccio a tre livelli discusso prima per il rischio elettrico da sorgenti di energia è poi ripetuto per le altre tipologie di rischio trattate dalla norma.

Ad esempio, per il rischio di lesioni da energia meccanica vengono definiti tre livelli di rischio:

  • MS1 è un rischio meccanico che non provoca alcun dolore o lesione agli utilizzatori;
  • MS2 è un rischio meccanico che non provoca lesione ma può essere doloroso (ad esempio gli spigoli o gli angoli vivi);
  • MS3 è un rischio meccanico che può provocare lesione e di conseguenza attenzione medica.

Per approfondimenti più di dettaglio si rimanda alla stessa Norma CEI EN 62368-1 disponibile su MYNORMA.

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