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Impianti di messa a terra

Le funzioni di tale connessione possono essere:

  1. Messa a terra di protezione
    collegamento imposto dalla norma vigente (d. p. r. 547/55, legge 46/90 art.7 ,
    norma CEI 64-8/4) per mantere le masse al potenziale di terra in
    condizione di normale utilizzo, realizzando una protezione mediante messa a terra
  2. Messa a terra di funzionamento
    collegamento di parti attive del sistema così da sfruttare il terreno come
    conduttore (es. Trazione elettrica ferroviaria)
  3. Messa a terra per lavori
    collegamento temporaneo per mettere fuori servizio la parte di impianto
    soggetta a lavori, utilizzando un sistema sicuro e ben visibile

Gli scopi fondamentali della messa a terra sono:

  • Offrire protezione contro i contatti indiretti.
  • Permettere l'intervento dell' interruttore differenziale in caso di guasto verso terra.
  • Proteggere persone e impianti da tensioni elettriche di qualsiasi origine.

Altre funzioni sono:

  • Impedire l'accumulo di elettricità statica e prevenire scariche elettrostatiche dannose per apparati elettronici e di telecomunicazione.
  • In bioedilizia queste scariche sono considerate dannose
  • anche per la salute umana.
  • In elettronica ha anche la funzione di scaricare i disturbi elettromagnetici e fornire
  •  un potenziale di riferimento.

Impiantistica

L'impianto è costituito da una linea dorsale (conduttore equipotenziale) che percorre verticalmente tutto l'edificio e da una serie di nodi equipotenziali da cui partono le diramazioni secondarie. Le diramazioni giungono a collegarsi alle parti metalliche fisse ed all'alveolo di terra delle prese elettriche. La normativa elettrica italiana (CEI 64-8) prevede che tutte le masse metalliche che possano portare un altro potenziale (tubature del gas e dell'acqua ad esempio) siano messe a terra in quanto masse estranee. La sezione dei conduttori di messa a terra deve essere non inferiore a quella dei cavi che portano l'energia elettrica all'area protetta, e comunque non inferiori a precisi limiti stabiliti dalla norma CEI 64-8.

Dal lato opposto l'impianto è elettricamente connesso al terreno per mezzo di dispersori. Questi possono essere:

  • picchetti in rame o acciaio zincato a sezione circolare o a croce, infissi nel suolo per uno o due metri;
  • cavo in rame non isolato (in gergo corda) interrato intorno al perimetro dell'edificio;
  • qualora le caratteristiche costruttive lo consentano, si possono usare le strutture delle armature di acciaio del cemento armato come dispersore naturale.

Le norme prevedono che la resistenza elettrica esistente tra l'impianto ed il terreno sia al di sotto di un valore limite coordinato con il valore dell' interruttore differenziale meno sensibile (generalmente l'interruttore generale dell'impianto) (il valore di 20 ohm, indicato dall'articolo 326 del D.P.R. 547/55 è da ritenersi superato in quanto la legge del 1968 prevede il riconoscimento della regola dell'arte alla normativa CEI che obbliga invece a coordinare il valore dell'impianto con il valore della corrente di intervento dell'interruttore differenziale) e che questo valore venga misurato ad impianto realizzato per poterne dichiarare la conformità. Per potere ricontrollare in qualunque momento la corretta funzionalità del sistema, devono essere previsti in corrispondenza dei nodi equipotenziali e/o dei dispersori, dei punti di sezionamento ispezionabili dove potere collegare le apparecchiature di misura.

La messa a terra va oltre il semplice collegamento con un cavo, ma è qualcosa di più complesso e richiede competenze progettuali specifiche. Si tratta infatti di mantenere equipotenziali le strutture anche in caso di forti correnti impulsive dovute per esempio alla caduta di fulmini. Per questo motivo i diversi impianti presenti in un edificio, elettrico, idraulico, del gas, di riscaldamento ecc, devono essere tra loro coordinati. Si supponga per esempio che un fulmine colpisca il tetto e si scarichi attraverso la linea di messa a terra. In questo caso, data l'elevatissima corrente circolante nel conduttore, per effetto della legge di Ohm si avrà un potenziale elevato per esempio anche sugli elettrodomestici collegati. Se l'impianto idraulico non è coordinato si potrà avere una pericolosa differenza di potenziale tra lavatrice e rubinetto. In un sistema ben coordinato, tutte le masse metalliche sono sempre allo stesso potenziale. Nell'eventualità prima descritta tutto il locale bagno si porterebbe a potenziale elevato ma non ci sarebbe nessuna differenza di potenziale pericolosa tra le parti.

Per questo motivo devono essere opportunamente collegati all'impianto di messa a terra i tubi degli impianti idraulico, del gas, di riscaldamento e, in generale, tutte le masse metalliche presenti nell'edificio.

Tensioni e resistenza di terra

Immagine:Messa_a_terra.png

  1. Tensione totale di terra
    Ut: tensione che si stabilisce tra la terra e un'apparecchiatura in presenza della corrente di terra It.
    essendo  V ( infty ) = 0 essa vale:
    U_t = V_A - V ( infty ) = V_A
  2. Resistenza di terra
    R_t = {U_t over I_t}
  3. Tensione di contatto
    tensione a cui è soggetta una persona in caso di contatto indiretto
     U_C = V_A - V_B le U_t
  4. Tensione di passo
    tensione applicata tra i piedi in una persona posti alla distanza di un metro, in presenza della corrente di terra
     U_P = V_C - V_D le U_t

Il terreno forma un'unica maglia elettrica con i cavi elettrici messi a terra.

Sistemi di terra

Il neutro è messo a terra in cabina e in più punti lungo la linea di consegna. L'impianto elettrico privato è solitamente messo a terra attraverso un proprio impianto e con un proprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, si crea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto degli interruttori magnetotermici o differenziali di protezione. Questo sistema è detto Terra-Terra (TT), obbligatorio in Italia per tutte le utenze private in bassa tensione.

I grossi utilizzatori ricevono l'elettricità direttamente in media tensione e provvedono a trasformarla con proprie cabine MT. In tal caso il neutro del trasformatore è connesso direttamente con l'impianto di messa a terra dell'edificio, costituendo il sistema terra-neutro (TN). In particolare è possibile avere la connessione della protezione di terra degli apparecchi direttamente al neutro (sistema TN-C) oppure con due linee distinte per neutro e terra (sistema TN-S) interconnesse in cabina. Quest'ultimo sistema garantisce una maggiore sicurezza poiché il cavo di neutro potrebbe - essendo attraversato da corrente - esser soggetto a sovraccarichi e quindi ad un deterioramento nel tempo. Esiste anche una soluzione ibrida (sistema TN-C-S) in cui due linee separate sono interconnesse in un punto intermedio esterno alla cabina.

In generale, al di là delle diverse implementazioni, i sistemi TN offrono un grado di protezione superiore rispetto ai TT contro i guasti differenziali. Se per esempio un conduttore di fase entra in contatto con la massa metallica di un apparecchio, essendo questa massa praticamente collegata direttamente con il neutro, il guasto verso terra risulta equivalente ad un guasto di cortocircuito. Ciò comporta l'instaurarsi di una corrente di guasto elevata che produce l'intervento deciso dell'interruttore magnetotermico o del fusibile di protezione. Se il sistema di messa a terra fosse invece di tipo TT, la corrente di guasto potrebbe essere insufficiente per provocare l'intervento di questi dispositivi.

La scelta di un sistema TN non esime comunque dall'obbligo dell'installazione dell'interruttore differenziale, poiché il guasto verso terra può avvenire anche attraverso contatti a resistenza tale da non garantire il cortocircuito, come per esempio il corpo umano.

Si può avere in un sistema del tipo IT, nel quale il neutro del trasformatore è "isolato" da terra, ovvero connesso ad essa con un'impedenza di valore molto elevato (migliaia di ohm), mentre i carichi sono connessi tra loro e a terra. Nel caso di un guasto, a causa dell' "isolamento" del trasformatore, circolerà una corrente bassa e quindi non pericolosa; l'interruttore non scatta e le altre utenze connesse alla rete continueranno ad essere alimentate. Un sistema del genere è molto utile in impianti ove è necessaria una fornitura costante di corrente, come negli ospedali. Una volta avvenuto il guasto si deve intervenire tempestivamente per isolarlo per evitare che - nel caso di un altro danno ad un'apparecchiatura dello stesso impianto - scatti l'interruttore e si interrompa il servizio.

Codice colore CEI

La normativa CEI stabilisce che i conduttori di protezione (cavi di messa a terra ed equipotenziali) devono essere contraddistinti dal doppio colore giallo/verde.

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