Il Collegamento a Terra

Collegamento a Terra degli Impianti Elettrici
Definizione: la parte dell’impianto elettrico costituita da componenti aventi tutti la stessa Tensione
Nominale, costituisce un Sistema Elettrico. In un impianto elettrico, si possono trovare anche più
Sistemi Elettrici diversi, ad esempio alimentati con Tensioni Nominali Differenti a 230 e a 400 Volt.
Definizione della Categoria dei Sistemi Elettrici, in Base alla Tensione Nominale Vn
Sistemi Categoria 0
Vn ≤ 50 V AC, Vn ≤ 120 V DC
Sistemi Categoria I
50 < Vn ≤ 1.000 V AC, 120 < Vn ≤ 1.500 V DC
Sistemi Categoria II
1.000 < Vn ≤ 30.000 V AC, 1.500 < Vn ≤ 30.000 V DC
Sistemi Categoria III
30.000 V < Vn AC e DC
Molto frequentemente, avviene che alcune parti degli impianti elettrici vengono collegate a terra mediante
elementi metallici in contatto con il terreno detti dispersori; tale collegamento, viene realizzato per motivi
funzionali quando costituisce il collegamento a terra del neutro per i sistemi trifase, oppure per motivi di
protezione, quando riguarda il collegamento a terra delle masse.
Si può dimostrare, che la resistenza di un dispersore emisferico (semisferico) infisso superficialmente nel
terreno, offre una resistenza al passaggio della corrente, data da
RE =
ρE
2 π r0
dove ρ E è la resistività del terreno in Ω ⋅ m , mentre r0 è il raggio in “metri” della semisfera costituente il
dispersore; pertanto, se a causa di un guasto generico viene a scorrere una corrente I verso terra
attraverso il Dispersore, la differenza di potenziale U E tra il medesimo ed un punto lontano a potenziale
“zero”, sarà
U E = RE ⋅ I =
ρE ⋅ I
2 π r0
Schematizzazione di un Guasto
La seguente figura, rappresenta una situazione generale di guasto, a cui segue un contatto elettrico
indiretto da parte di una persona umana, che tocca una massa “in tensione” a causa del degrado
dell’isolamento
il simbolo U E rappresenta come già detto la “Tensione Totale di Terra” (il pedice “E”, stà per “Earth”,
cioè “Terra”), con RB , si indica invece la resistenza del corpo umano (il pedice “B”, stà per “Body”, cioè
“Corpo”), mentre REB stà ad indicare invece la resistenza presente tra il corpo umano e la terra, che
dipende ovviamente dalla resistività del terreno, dalla presenza di scarpe, pavimenti ecc; U ST invece, è
definita come “Tensione di Contatto a Vuoto” (cioè in presenza di guasto, ma senza il contatto del corpo
umano) e coincide essenzialmente con la “Tensione Totale di Terra” U E . La tensione U T rappresenta la
“Tensione di Contatto”, cioè la tensione a cui sarebbe sottoposto il corpo umano nel caso di contatto col
punto di guasto; ovviamente U T risulta sempre inferiore ad U E . Nel caso particolare in cui ci sia un
perfetto isolamento da terra del corpo umano, REB = ∞ e naturalmente
UT =
RB
⋅ U E , RBE = ∞
RB + RBE
→
UT = 0
la Tensione di Contatto diventerebbe “Nulla”.
I Sistemi Elettrici di Categoria “Zero” e “Prima”, vengono anche classificati in relazione al loro
collegamento a terra, con una sigla formata da due lettere; la prima indica lo stato di collegamento a terra
del “Neutro del Sistema di Alimentazione”, mentre la seconda indica lo stato di collegamento a terra delle
“Masse degli Apparecchi Utilizzatori”
Sistema TT
Il Sistema TT, è quello impiegato nelle civili abitazioni; il “Neutro” del sistema di alimentazione è
collegato all’impianto di terra della cabina di trasformazione ( T1 ), mentre le “Masse Metalliche” degli
utilizzatori sono collegate all’impianto di terra dell’utente ( T2 ) ; in questo caso, esistono due distinti
impianti di terra.
Sistema TN
Il Sistema TN, è quello prevalentemente impiegato negli impianti elettrici dove è prevista una cabina di
trasformazione propria. In questo caso, l’impianto di terra è uno solo e coincide con l’impianto di terra
della cabina di trasformazione. Il “Neutro” del sistema di alimentazione è collegato a terra, mentre le
“Masse Metalliche” degli apparecchi utilizzatori sono connessi al neutro.
Nella figura qui sopra, si fa espressamente riferimento alla variante del Sistema TN denominata TN - S,
dove la funzione di “Neutro” (N) e quella di “Conduttore di Protezione” (PE che stà per “Protection
Earth” ovvero “Protezione di Terra”) sono svolte mediante “Due Fili Distinti”; l’altra variante del Sistema
TN, è invece rappresentata con la sigla TN - C, dove la funzione di “Neutro” e quella di “Conduttore di
Protezione” vengono svolte da un “Filo Unico” denominato “PEN” che svolge unitamente sia la funzione
di neutro che quella di conduttore di protezione
L’Impianto di Terra
In un impianto elettrico, il collegamento a terra delle masse è una misura di protezione dai contatti
indiretti.
Ipotizziamo inizialmente che vi sia “Un Guasto”, e che le masse degli apparecchi utilizzatori “Non
Dispongano di un Collegamento a Terra”; la situazione è rappresentata dalle due figure seguenti
dove REN , costituisce la resistenza del “Neutro Verso Terra”
In questo caso, è semplice constatare che la “Tensione di Contatto a Vuoto” U ST (quando RB → ∞ ) vale
semplicemente quanto la tensione stellata E0 = 230 V
U ST = lim E0 ⋅
RB → ∞
RB
= E0
RB + REB + REN
Se invece in presenza dello stesso guasto, le masse degli apparecchi utilizzatori “Dispongono di un
Collegamento a Terra”
la “Tensione di Contatto a Vuoto” U ST (quando RB → ∞ ) vale invece molto meno (solo una frazione di
E0 )
U ST = E0 ⋅
RE
RE + REN
Ragionando in termini di correnti, la protezione dai contatti indiretti mediante l’impianto di terra, si
realizza mettendo in parallelo alla “presenza della persona” (costituita in questo caso dalla somma
RB + REB ), una resistenza di valore molto più piccolo
RE << RB + REB
attraverso la quale dovrà richiudersi la maggior parte della corrente di guasto I F (dove “F” stà appunto
per “Failure” cioè “Guasto”)
Esecuzione dell’Impianto di Terra
L’impianto di Terra di un Sistema di Categoria I, si compone di varie parti come schematicamente
mostrato nella seguente figura
Legenda
PE:
M:
ME:
EQP:
EQS:
COL:
CT:
P:
D:
Conduttore di Protezione
Massa di un Qualunque Apparecchio Utilizzatore e dei Poli di Terra delle Prese
Massa Estranea
Collegamento Equipotenziale Principale
Collegamento Equipotenziale Supplementare
Collettore (o Nodo di terra)
Conduttore di Terra
Pozzetto
Dispersore
Alcuni Dettagli
Dispersore: corpo metallico che essendo in contatto con il terreno, ha il compito di realizzare il
collegamento elettrico con la terra, così da disperdervi le correnti di guasto.
Massa Estranea: per “Massa Estranea”, si intende una parte conduttrice, che non fa parte
dell’impianto elettrico (dunque che non rappresenta ne la massa degli apparecchi utilizzatori, ne i
poli di terra delle prese), in grado di introdurre un potenziale, generalmente quello di terra; a tal
proposito, un caso tipico di “Massa Estranea” è costituito dalle condutture idriche interrate che, a
causa del loro intimo contatto con il terreno, costituiscono dei dispersori con bassa resistenza di
terra; nel caso in cui vengano toccate, conferiscono all’individuo un potenziale molto prossimo a
quello di terra; nel caso di locali particolarmente pericolosi quali i bagni, le tubazioni idriche
possono conferire a chi le tocca anche un potenziale diverso da quello di terra, come nel caso di
guasto ad uno scaldabagno elettrico.
Collegamento Equipotenziale Principale: serve a collegare le masse estranee al collettore di terra.
Collegamento Equipotenziale Supplementare: serve a collegare masse estranee al conduttore di
protezione PE, masse tra loro, masse con masse estranee, masse estranee tra loro.
Collettore o Nodo Principale di Terra: è quell’elemento dell’impianto elettrico realizzato
solitamente con una sbarra o un morsetto metallici, a cui vengono collegati il conduttore di terra, il
conduttore di protezione e i conduttori di equipotenzialità principali.
Conduttore di Terra: è il conduttore che collega il collettore principale di terra ai dispersori e i
dispersori tra loro, pur in questo caso rimanendo isolato dal terreno.