Impianti di messa a terra

IMPIANTI DI MESSA A TERRA

Nell'esercizio degli impianti elettrici e nell'impiego delle apparecchiature o macchine elettriche è norma fondamentale di sicurezza che tutte le parti metalliche che risultano accessibili al contatto delle persone, siano vincolate a non assumere mai un potenziale elettrico maggiore di poche decine di Volt. Ovunque si impiegano tensioni di esercizio superiori a questi limiti è necessario che i circuiti elettrici vengono eseguiti in modo da prevenire qualunque contatto con le parti metalliche che normalmente non sono sotto tensione. Permane il pericolo che tali parti, normalmente isolate, possono venire poste in tensione e cioè assumere un potenziale elettrico diverso da zero. Questo pericolo risulta eliminato o quanto meno ridotto se fra le parti metalliche e il suolo viene stabilita una adeguata connessione elettrica, denominata presa di terra o messa a terra, caratterizzata da una resistenza di terra R_T di valore sufficientemente piccolo. Il valore di questa resistenza deve risultare tanto più piccolo quanto più è elevata la massima intensità di corrente. La resistenza di terra R_T viene intesa come il rapporto fra la tensione verso terra U_T e la corrente di terra I_T . Le norme CEI n 176 prevedono che un punto deve essere sufficientemente lontano dall'impianto quando è posto ad una distanza pari ad almeno cinque volte la lunghezza del dispersore. Per limitare la tensione U_T e la correte di terra I_T occorre che il corpo metallico, posto in contatto elettrico con il terreno, abbia una superficie S_D sufficientemente ampia. Il corpo a cui si affida questa funzione prende il nome di dispersore e può essere costituito da un solo elemento o da più elementi, collegati fra loro per mezzo di un conduttore interrato nel suolo e non isolato. Le caratteristiche funzionali di una messa a terra considerano anche, le tensione di passo e la tensione di contatto.

La tensione di passo U_P viene definita come la tensione che,durante il funzionamento di un impianto di terra, può risultare applicata fra i piedi di una persona appoggiati al suolo alla                          distanza di un metro l'una dall'altra.

La tensione di contatto U_C è definita come tensione alla quale il corpo umano è soggetto al contatto con la carcassa di un utilizzatore normalmente non in tensione. È evidente che sia la tensione di passo e sia la tensione di contatto risultano pericolose per le persone che per gli animali. L' articolo 326 precisa che per gli impianti con tensione sino a 1000 V la resistenza di terra non deve superare i 20Ω, mentre per tensioni superiori e per cabine e officine elettriche il dispersore deve presentare una minore resistenza.

Classificazione degli impianti di terra-corrente di terra

Le norme CEI dividono gli impianti di messa a terra nelle seguenti classi:

Messe a terra di protezione; hanno lo scopo di collegare elettricamente al suolo quelle parti degli impianti elettrici che non sono soggette a tensione ma possono risultare sotto tensione a causa di guasti: ad esempio, le carcasse delle macchine elettriche, i sostegni metallici degli isolatori e delle linee elettriche o dei quadri.

Messe a terra di funzionamento; hanno lo scopo di stabilire un collegamento a terra in alcuni punti dei circuiti elettrici o apparecchiature al fine di assicurarne il funzionamento o una maggiore sicurezza di esercizio. Esse sono: i collegamenti a terra del neutro dei trasformatori e alternatori, i collegamenti a terra dei parafulmini e delle funi di guardia.

Messe a terra per lavori; hanno lo scopo di stabilire un collegamento a terra temporaneo di una sezione di impianto elettrico posta fuori servizio, al fine di renderla accessibile sia per lavori che per ispezioni. In ogni caso il dimensionamento e l'esecuzione di un impianto di terra devono essere tali da renderlo idoneo a diffondere nel suolo la massima corrente senza che si verificano tensioni di contatto o di passo, che per le centrali e stazioni elettriche non devono essere superiori a:

50Volt quando non si provveda alla eliminazione rapida della dispersione di corrente di terra;

125Volt quando si provveda alla eliminazione della dispersione entro un secondo;

250Volt quando si provveda alla eliminazione della dispersione entro mezzo secondo.

Per procedere ad un corretto dimensionamento di un impianto di terra occorre prefissare il valore massimo della corrente di terra I_T . il valore convenzionale della corrente di terra  viene definito con la seguente formula: I_T = (0.003· L₁ 0.2·L₂) U

Dove:

U è la tensione nominale della rete in kV ;

L₁ è la somma delle lunghezze, in chilometri, degli eventuali tronchi delle linee aeree che compongono la rete;

L₂ è l'analoga somma, in chilometri, degli eventuali tronchi di linee in cavo.

L'applicazione della formula vale per le reti con lunghezza non superiore a 800 k_M e con tensione nominale di 30 kV.

All'atto pratico non si pretende di realizzare delle resistenze di terra piccole, ma si tollerano valori anche maggiori, controllando però che le tensioni di contatto e di passo risultano contenuti entro i limiti delle norme.

Dimensionamento degli impianti di terra

Il problema del dimensionamento di un impianto di messa a terra consiste nel progettare un complesso di dispersori con una resistenza di terra pari a:

R_{T ≤} U_T/ I_T

La resistenza di terra di un dispersore dipende dalla forma e dalle dimensione dello stesso e dal valore della resistività del terreno. Il mezzo più disperdente è costituito dall'acqua del mare che offre una resistenza di 1Ω.

La temperatura determina una variazione della resistività del terreno. Per evitare questi inconvenienti è opportuno interrare i dispersori ad una certa profondità per sottrarla all'azione del gelo.

L' umidità da luogo a variazioni di resistività in quanto la condizione del terreno è di natura elettrolitica. Per una infissione superiore ai tre metri il dispersore può considerarsi sottratto all'azione dell'umidità.

Le forme tipiche dei dispersori più comunemente usati per realizzare una resistenza di valore ammissibile sono:

dispersore cilindrico o picchetto tubolare di raggio r infisso verticalmente nel suolo per una lunghezza L .

due tubi affiancati alla distanza s l'uno dall'altra

conduttore cilindrico di raggio r e lunghezza 2L interrato orizzontalmente alla profondità S/L.

due fili ortogonali formanti una stella a quattro raggi interrata orizzontalmente alla profondità S/2.

filo o tondino di raggio r piegato ad anello di diametro D interrato orizzontalmente alla profondità S/2.

Nella dispersione multipla non conviene superare il numero di tre o quattro picchetti per gruppi, perché la riduzione di resistenza risulta bassa. Occorre quindi aumentare la lunghezza di infissione dei picchetti o realizzare un secondo gruppo costituendo cosi un dispersore indipendente, da collegarlo poi in parallelo con l'altro gruppo.

Criteri costruttivi degli impianti di terra

dispersori Nella esecuzione degli impianti di terra vengono utilizzati dei dispersori realizzati in rame o in acciaio zincato.Il rame offre il vantaggio di non essere un materiale non magnetico è offre quindi una bassa impedenza alle correnti oscillatore ed agli impulsi di corrente .I tubi in acciaio zincato vengono infissi nel suolo mediante un battipalo, dopo avergli munito una adeguata puntazza in acciaio fucinato .I tubi i rame non vengono infissi direttamente mediante il battipalo ma mediante l'esecuzione speciale in copperweld, costituito da un tubo o un tondino bimetallico ottenuto trafilando un involucro di rame su un anima di acciaio ad alta resistenza.

I dispersori più importanti vengono realizzati in rame e introdotti in fori trivellati. Sui tubi vengono effettuati dei fori così una volta infisso nel terreno viene riempito, mediante iniezione sottopressione di una miscela di argilla, bentonite e grafite.Il collegamento di ciascun dispersore tubolare viene realizzato entro un apposito pozzetto ispezionabile con i morsetti accessibili e provvisto di chiusino.

Conduttori di terra e conduttori di protezione.

Il conduttore di terra costituisce anche il collettore generale di terra a cui fanno capo i conduttori di produzione. Il conduttore di protezione serve al collegamento fra le parti da mettere a terra. I conduttori di produzioni per gli impianti a tensione minore di 1000 Volt vanno assimilati ai conduttori di terra. Per le sezioni minime per i conduttori di terra e per i conduttori di protezione valgono le seguenti norme:

per gli impianti utilizzatori a tensione nominale minore uguale 1000 Volt le sezioni

minime sono quelli riportati in tabella

2. per le affine elettriche a tensione nominale minore uguale 1000 Volt le sezioni

minime sono eguali a quelle riportate nella tabella per la sezione di fase fino a 16

mm² , mentre per conduttori di fase maggiori di 16 mm² le sezioni minime sono date

dalle seguenti relazioni:

I/160 con il minimo di 16 per conduttori di rame

I/100 con il minimo di 35 per conduttori di alluminio

I/60 con il minimo di 50 per conduttori di acciaio.

per gli impianti con tensione nominale maggiori di 1000 Volt la sezione dei conduttori dei terra e di protezione non deve essere inferiore ai valori indicati dalle relazioni riportate qui sopra.

per gli scaricatori la sezione dei conduttori di terra non deve essere inferiore a mm²:

24 + 0,4 U per conduttori di rame.

40 + 0,6 U per conduttori di alluminio.

Sui i conduttori di terra e sui conduttori di protezione non sono ammessi ne interruttori ne fusibili.

Verifiche degli impianti di terra

L'efficienza di un impianto di terra si verifica prima della messa in servizio dell'impianto. Inoltre, per le officine elettriche la verifica viene effettuata ogni 5 anni e per gli impianti utilizzatori ogni 2 anni. La verifica comprende il controllo dei conduttori di terra, degli giunti, facendo attenzioni alle corrosioni, la misura della resistenza di terra e la misura della tensione di passo e di contatto.

Misura della resistenza di terra.

Il metodo più usato della misura della resistenza di una messa a terra è quello basato sulla misura diretta o indiretta della c.d.t. che si manifesta facendo attraversare la messa a terra da una corrente opportuna.

Misure delle tensioni di passo

Per la misura delle tensioni di passo si richiede una sonda e due prese ausiliare costituite ciascuna da una piastra metallica appoggiata al suolo con una superfici di 200 cm² alla distanza di 1 m l'una con l'altra e con un peso di almeno 25 Kg. Per l'esecuzione della misura si deve far disperdere una corrente di 50 A per le centrali elettriche e le sottostazioni e di 5 A per le cabine e gli impianti utilizzatori. Per la misura della tensione di passo occorre un voltometro con resistenza interna pari a 3000 Ω.

Misura della tensione di contatto

La tensione di contatto viene misurata potendo le due piastre a contatto fra loro e poste alla distanza di 1 m dalla struttura metallica. Quindi la tensione viene misurata fra la struttura e le piastre collegate fra loro in parallelo.

Misura della resistività del terreno

Il metodo più usato per la misura della resistività del terreno è quello del metodo dei 4 picchetti. Esso consiste nell'infliggere 4 picchetti allineati ad uguale distanza e fatti percorrere da una tensione U e da una corrente I. Facendo il rapporto tra tensione e corrente si ottiene un valore di resistenza R che è proporzionale al valore medio della resistività del suolo.