Tesi Di Laurea Magistrale - Carlo Picozzi 03 giugno

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI GUGLIELMO MARCONI
FACOLTÀ DI SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA INDUSTRIALE
VERIFICA DELL'EFFICIENZA DELL'IMPIANTO
DI TERRA DI UNA CABINA PRIMARIA:
SCOPO E METODOLOGIA DI PROVA
Relatore:
Chiar.mo Prof. Marcello Marconi
Candidato:
Carlo Picozzi
Matr. n°: STA01051/LM33
ANNO ACCADEMICO
2012/2013
a mio nonno
Ruggero Vergani
operaio in Sesto San Giovanni
La cosa più difficile è saper fare una cosa
e vederla fare nel modo sbagliato
senza commenti
Henry White
Università degli Studi Guglielmo Marconi
Carlo Picozzi
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Industriale
Anno Accademico 2012-2013
Introduzione
L'impianto di terra di una Cabina Primaria, utilizzato per disperdervi correnti
elettriche, è l'insieme dei corpi metallici (dispersori di fatto, ad esempio i ferri
d'armatura del cls.) e dei dispersori intenzionali posti in intimo contatto con il
terreno, dei conduttori di terra e dei conduttori equipotenziali.
Le funi di guardia e gli schermi metallici (dispersori ausiliari) possono
contribuire a ridurre il valore dell'impedenza di terra.
Il collegamento a terra (o, come si suole dire, la "messa a terra") può essere:
di protezione, quando serve per limitare le eventuali tensioni verso terra di
quelle parti che, normalmente non in tensione, potrebbero esserlo a causa di
guasti; sono realizzati a tale scopo, ad esempio, i collegamenti a terra delle
carcasse del macchinario, dei cassoni dei trasformatori, delle incastellature
dei sezionatori e degli interruttori, dei pali di sostegno delle linee elettriche
di funzionamento, quando ha lo scopo di permettere il funzionamento degli
apparecchi o un più regolare e sicuro esercizio degli impianti collegando a
terra un determinato punto del circuito elettrico; sono messe a terra di
funzionamento quella del neutro delle reti ad alta e bassa tensione, quella
del complesso Petersen, quella di un polo dei TV monofasi e quella dei
circuiti secondari dei TA e TV.
Nella pratica non esiste una distinzione netta fra la messa a terra di protezione e
quella di funzionamento: ad esempio, la messa a terra degli scaricatori di
sovratensione serve per il loro funzionamento, ma anche per la sicurezza
dell'impianto.
L'impianto di terra della Cabina Primaria è chiamato a deviare con sicurezza nel
suolo la corrente generata da un guasto a terra, che avviene nella propria sezione
AT, e che sempre va ad interessare anche il terreno circostante, di libero accesso.
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A differenza ad esempio dei conduttori di alimentazione per i quali una
disfunzione dell'impianto ne rivela con immediatezza una dimenticanza o un
difetto, nell'impianto di terra questi possono rimanere latenti fino al manifestarsi
di un infortunio: ecco allora l'esigenza di eseguire periodicamente la verifica
degli impianti con scienza, coscienza e diligenza.
D'altra parte la buona esecuzione di un impianto di terra è intesa ad ottenere,
nel miglior modo tecnicamente possibile, la protezione delle persone, degli
animali e delle cose dalle offese e dai danni che le correnti di guasto,
circolanti nel terreno, possono ad essi arrecare.
E a tale scopo, più che la tensione totale verso terra dell'impianto di terra
percorso dalla corrente massima di guasto (prodotto della resistenza di terra
per la corrente di guasto = tensione che assume il dispersore rispetto a un
punto del suolo così lontano da potersi ritenere a potenziale zero) vanno
considerate le tensioni che quella corrente di guasto può determinare fra
punti fisicamente vicini, così che possano venire contemporaneamente toccati
da una persona. 1
Il valore delle tensioni di contatto permesse in caso di guasto sulla rete AT sono
ben maggiori della tensione di contatto limite convenzionale UL 2 degli impianti
in bassa tensione, laddove non vengono considerate né l'impedenza della
persona, né le resistenze addizionali.
È notorio sin dagli anni '50 (progetto di norme V.D.E. 0141/1954) che l'uso di
calzature con suole in gomma da parte delle persone che accedono alle Cabine
Primarie innalza il valore delle tensioni ammissibili.
1
2
Noverino Faletti, Carlo Rossignani, Giovanni Malaman
Conferenza dal titolo: Impianti di terra nelle centrali e stazioni elettriche, Milano, 13 maggio 1955
CEI 64-8/2:2012-06, commento all'Art. 22.4
Nella presente Norma come tensione di contatto limite convenzionale UL si considera il valore massimo
a vuoto, che convenzionalmente si ritiene possa permanere per un tempo indefinito nelle condizioni
ambientali specificate e alla tensione nominale di alimentazione, senza pericolo per le persone. Si
assume UL= 50 V per i sistemi in c.a. e 120 V per i sistemi in c.c., tranne che per alcuni ambienti ed
applicazioni particolari a maggior rischio per i quali si rimanda alla Parte 7.
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Il valore limite della tensione pericolosa dipende dunque dalla resistenza del
corpo umano la quale, come è noto, varia molto da persona a persona e, per
lo stesso individuo, a seconda che la si consideri tra mano e mano o tra mano
e piedi e soprattutto a seconda dello stato delle mani, se umide o secche, e dei
piedi, a seconda del tipo delle calzature; diminuisce, inoltre, a parità di altre
condizioni, al crescere della tensione applicata. 3
Ad esempio la Norma CEI EN 50522 riporta una serie di curve tensione a
vuoto/durata del guasto per resistenze aggiuntive diverse RF = RF1 + RF2
(RF1 resistenza delle calzature e RF2 resistenza verso terra del luogo di sosta).
Figura 1: esempi di curve UvTp per resistenze aggiuntive diverse 4 - curva (1) : RF1 = RF2 = 0 Ω
3
4
Noverino Faletti, Carlo Rossignani, Giovanni Malaman
Conferenza dal titolo: Impianti di terra nelle centrali e stazioni elettriche, Milano, 13 maggio 1955
CEI EN 50522:2011-07, Figura B.2
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Questa Tesi si sofferma sullo scopo della verifica e sulla metodologia da
utilizzarsi nella "prova di terra" di una Cabina Primaria del Distributore di
energia, connessa alla rete AT esercita alla tensione di 132 kV, e segue la Tesi di
Laurea (triennale) a cui si rimanda per l'approfondimento sul rischio elettrico e la
qualità delle misure. 5
Resta inteso che gli impianti che si vanno a verificare debbono essere stati
progettati e realizzati a regola d'arte: la verifica allora è di conferma non per
"l'accomodatura".
Per la redazione ho attinto in particolare da:
• L'Elettrotecnica, rivista associativa dell'AEIT che ringrazio della
disponibilità per la consultazione dell'archivio storico
• l'Unificazione e le Guide di ENEL S.p.A.
• gli appunti, i dati e le informazioni raccolte in 18 anni di verifiche e
manutenzione di impianti AT
• il materiale preparatorio per la revisione della Guida CEI 11-37
5
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Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e qualità delle
misure.
Tesi di Laurea in Ingegneria Industriale - Università degli Studi Guglielmo Marconi, A.A. 2007-2008
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Denuncia e verifica degli impianti di terra 6
La Cabina Primaria è considerata una Officina Elettrica
7
ed il suo impianto di
terra, per quanto attentamente studiato e realizzato, richiede che su di esso siano
effettuate accurate misure per accertarne l'efficacia, prima di essere messo in
servizio ed in seguito ad intervalli di tempo regolari: tali misure sono
obbligatorie per legge e vanno completate con l'esame dello stato dei conduttori
di terra e dei giunti, con particolare riferimento alla presenza di eventuali
fenomeni di corrosione.
L’articolo 11 del Decreto Ministeriale del 12/9/1959 (attualmente vigente)
esonera dalla denuncia gli impianti di terra delle officine elettriche in esercizio
presso aziende produttrici o distributrici di energia, per le quali continua a valere
il Modello O. Nelle Officine Elettriche il Distributore, rispettando le cadenze
stabilite dalla Legge, può pertanto effettuare le suddette verifiche in proprio.
Ciò è stato ribadito:
• dal Ministero del Lavoro, della salute e delle Politiche Sociali con nota
Prot. 15/VI/0018639 del 2/11/2009
• dall’ISPESL con nota n. 06262 del 12/11/2009
• dall’INAIL tramite la pubblicazione
"DPR 462/01 - Guida tecnica alla prima verifica degli impianti di
protezione dalle scariche atmosferiche e impianti di messa a terra"
Capitolo 4.5 Aziende produttrici e distributrici di energia elettrica.
Ne consegue che l’esecuzione delle verifiche degli impianti di terra delle Cabine
Primarie e delle opere annesse è affidata ai datori di lavoro che le esercitano a
mezzo di personale specializzato dipendente o da essi scelto (DM 12/9/59 Titolo
III).
6
7
vedasi: Enel Divisione Generazione ed Energy Management, Safety e Ambiente, Safety
Linee guida denuncia e verifica degli impianti di terra nei luoghi di lavoro
CEI 64-8/2:2012-06, commento all'Art. 21.8
cabine: officine elettriche connesse a sistemi di I o II categoria e destinate ad almeno una delle seguenti
funzioni: trasformazione, conversione, regolazione, smistamento dell’energia elettrica.
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Le verifiche periodiche devono essere effettuate ogni cinque anni per gli impianti
di terra installati nelle officine elettriche non comprendenti locali ad uso medico
o ambienti a maggior rischio in caso di incendio (con verifica biennale ed
eventualmente limitata a tali impianti); verifiche straordinarie devono essere
effettuate in caso di modifica sostanziale dell’impianto.
Sulla base dei risultati delle verifiche il datore di lavoro compila e sottoscrive il
Modello O che deve essere conservato per almeno sei anni.
È opportuno conservare anche la seguente documentazione:
• relazioni consegnate dalla Unità Operativa (o dalla ditta) incaricata
dell’esecuzione delle verifiche periodiche
• planimetria generale con destinazione d'uso dei locali
• planimetria dell'impianto di terra, con indicazione delle caratteristiche e
posizionamento dei vari elementi
• schemi elettrici
(schema generale di alimentazione, schema dei quadri elettrici)
• eventuali dichiarazioni di conformità relative ad interventi di installazione,
ampliamento, ristrutturazione, manutenzioni straordinarie
• documentazione relativa ai criteri adottati ai fini della protezione dei
contatti indiretti (coordinamento delle protezioni)
• documentazione relativa a manutenzioni periodiche, ad ispezioni, a prove
di continuità dei conduttori effettuate sull'impianto di terra; a verifiche e
prove del sistema di protezione contro i contatti indiretti in BT
• documentazione relativa ad eventuali modifiche apportate
(progetti, schemi, relazioni, dichiarazioni di conformità ...)
• verbali rilasciati dagli organi ispettivi, in occasione di eventuali controlli.
In caso di denuncia di impianti di messa a terra di immobili adibiti ad uffici,
laboratori, centri direzionali non annessi alla Cabina Primaria, ma con l'impianto
di terra in comune, il tecnico INAIL, nel caso di impianto soggetto a
campionamento, durante il sopralluogo acquisirà copia del Modello O e
procederà alle verifiche.
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Requisiti per il verificatore 8
È fondamentale un'adeguata preparazione ed esperienza al fine di avere risultati
affidabili, in specie per la misura di parametri di valore molto ridotto come
appunto la resistenza totale di terra e le tensioni di passo e contatto.
Il profilo professionale del verificatore che il Datore di Lavoro deve garantire si
può così riassumere:
• avere buona formazione tecnico-professionale
• essere libero da qualsiasi pressione o incentivo, soprattutto di carattere
finanziario
• avere buona conoscenza delle prescrizioni relative agli esami o ai controlli
da eseguire e pratica di tali controlli ed esami
• svolgere la sua attività in modo indipendente e la sua retribuzione non può
essere commisurata né al numero di controlli effettuati né al loro risultato.
Il verificatore deve essere a conoscenza di tali obblighi e deve aver seguito un
percorso formativo che gli consenta di acquisire la professionalità necessaria a
svolgere con competenza e perizia la verifica degli impianti; deve inoltre
partecipare
periodicamente
ed
in
modo
continuo
all’aggiornamento
dell’evoluzione tecnica e normativa inerente l’impiantistica che attiene il campo
delle verifiche di sua competenza.
Al fine di evitare problemi (culpa in eligendo) ed ogni possibile contenzioso, è
opportuno che il Datore di Lavoro, alla luce della propria competenza, valuti
l'attività dei propri verificatori tenendo conto non soltanto dell’aspetto economico
o delle risorse impiegate, affinché le verifiche siano condotte, in funzione delle
caratteristiche dell'impianto, con modalità tali da consentire l'emissione di un
parere affidabile.
8
vedasi: CEI 0-14, Guida all'applicazione del DPR 462/2001
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Nel diritto il concetto di sicurezza non è recepito in termini probabilistici, ma ad
ogni modo la responsabilità dell'infortunio tocca tutti i partecipanti alla
progettazione, alla realizzazione ed alla verifica dell'impianto.
Figura 2: ottimizzare sì le risorse economiche, ma nel rispetto del rischio e della funzionalità
Per quanto il Decreto Ministeriale del 12 settembre 1959 non obblighi la firma è
consuetudine firmare i verbali delle verifiche.
Nel Decreto i soggetti "denuncianti" sono i Datori di Lavoro, pertanto è
inopportuna sul Modello O la firma del verificatore.
Trattandosi di aziende produttrici e distributrici di energia elettrica non vi è
problema a riguardo della competenza del Datore di Lavoro, così come definito
dal Dlgs. 81/08 (datore di lavoro dell'unità produttiva o suo delegato
tecnicamente idoneo), a firmare il Mod. O.
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Protezione contro i contatti indiretti in Alta Tensione 9
Negli impianti utilizzatori in bassa tensione la sicurezza delle persone nei
confronti dei contatti indiretti è realizzata mediante il coordinamento tra il
dispositivo automatico di interruzione del circuito di alimentazione e l'impianto
di terra al quale sono collegate le masse delle apparecchiature (sistemi TT).
A favore della sicurezza ci si riferisce alla tensione di contatto a vuoto,
ipotizzando che essa sia uguale alla tensione totale di terra.
Ciò porta a determinare la minima resistenza di terra RE del dispersore in
dipendenza delle caratteristiche del dispositivo di protezione.
L'efficacia dell'impianto di terra in tal caso non dipende dalla particolare
geometria del dispersore, che può essere facilmente realizzato con elementi
disperdenti semplici (picchetto, anello, ecc...) inoltre, se il dispositivo di
protezione è un interruttore differenziale ad alta sensibilità, la resistenza di terra
può avere anche valori elevati.
In Media e Alta Tensione il riferimento per la sicurezza delle persone non può
più essere la tensione totale di terra, ovvero la resistenza del dispersore, come per
i sistemi in bassa tensione.
Questo perché in tali sistemi la corrente a terra è spesso talmente elevata da non
rendere possibile, in relazione al valore assunto dalla tensione totale di terra,
l'interruzione del guasto in tempi sufficientemente brevi per la protezione delle
persone.
D'altra parte, sia il valore della corrente di guasto a terra, sia il tempo di
intervento dei dispositivi di protezione dipendono dalle caratteristiche del sistema
di alimentazione del Distributore e vanno considerati come parametri
indipendenti del sistema.
9
vedasi: S. Mangione, Dispensa del Corso di Tecnica della Sicurezza Elettrica
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Ai fini della sicurezza delle persone, riferendosi necessariamente per tali sistemi
alle tensioni di contatto e di passo (tensioni pericolose), occorre realizzare un
adeguato impianto di terra che, in tutta l'area interessata dalla dispersione della
corrente a terra, mantenga le tensioni pericolose a valori inferiori ai limiti stabiliti
dalle norme, in dipendenza del tempo di intervento del dispositivo di protezione.
Le tensioni di contatto e di passo dipendono sia dalla tensione totale di terra del
dispersore, e quindi dalla sua resistenza di terra, sia dai potenziali che si
stabiliscono sulla superficie del terreno. Pertanto, l'efficacia del dispersore nel
contenere le tensioni pericolose è tanto più elevata quanto minore è la sua
resistenza di terra e quanto più esso è in grado di realizzare una elevato grado di
equipotenzialità sulla superficie del terreno.
In particolare, nei sistemi in Alta Tensione, dove si hanno dimensioni spesso
notevoli dell'impianto e valori molto elevati della corrente di guasto a terra, il
dispersore deve necessariamente essere complesso e avere una geometria tale da
garantire un livello di sicurezza quanto più uniforme in tutta l'area dell'impianto.
Il dispersore più adatto in tal caso è quello costituito da un insieme di elementi
disperdenti lineari interrati orizzontalmente e connessi tra di loro in modo da
formare una maglia uniforme, eventualmente integrato da altri elementi
disperdenti verticali (dispersori a picchetto posizionati lungo il perimetro della
maglia e/o dispersori profondi).
Figura 3: diagramma collinare
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Scopo
Scopo della verifica è accertare l'affidabilità dell'impianto di terra con particolare
riguardo:
alla fedeltà al progetto
alla sicurezza delle persone
alla resistenza meccanica ed alla corrosione
(anche in termini di verifica dell'integrità della maglia)
al buon funzionamento dei componenti elettrici
(in termini di un corretto dimensionamento elettrico e termico).
Nel secondo dopoguerra il problema della sicurezza elettrica delle Cabine
Primarie è stato fortemente dibattuto, come testimoniano i numerosi articoli, i
simposi ed i convegni presenti in letteratura; oggigiorno invece si ritrovano solo
articoli e software riguardanti la corretta progettazione dei dispersori.
In Italia, con la nazionalizzazione delle imprese distributrici e la nascita
dell'ENEL, si è giunti ad uno standard costruttivo efficace (confortato da 50 anni
di esercizio), che ha portato un poco al disinteressarci della interezza degli scopi
della verifica: in particolar modo viene frettolosamente risolta la verifica
dell'integrità della maglia, forse complice il Mod. O che fa cenno solo alla misura
di resistenza.
Pare quasi che tutta la letteratura recente sia rivolta ad evitare la misura
voltamperometrica, di certo impegnativa e costosa, con due temi che meritano un
richiamo:
• la terra globale
• il dispersore ausiliario a distanza ridotta, che verrà ripreso in seguito.
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La normativa sulla Media Tensione è la medesima dell'AT: della terra globale c'è
ancora traccia in capitoli interi, ma con l'avvento della messa a terra del neutro
MT tramite impedenza (complesso Petersen) l'interesse è scemato in quanto nel
punto di guasto la corrente effettiva ora è limitata a poco meno di 40 A (impianti
a 15 kV) dalla resistenza parallelo ed è pertanto agevole ritrovarsi con UE < 4 UTp
ed evitare la verifica voltamperometrica vera e propria.
A chiosa ricordo che a neutro isolato i tempi di intervento delle protezioni sono
inferiori ai 400 ms, mentre a neutro compensato, nel caso di guasto sostenuto
(FNC), il tempo di eliminazione è molto maggiore di 10 secondi.10
Figura 4: Progetto di un impianto di terra, che non fa parte di un impianto di terra globale 11
10
11
CEI 0-16:2012-12: Art. 8.5.5.1 Dimensionamento (ndr: dell'impianto di terra Utente MT)
CEI EN 50522, Corrige 1 CEI 2011-10
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Fedeltà al progetto
È evidente che un progetto completo, coi disegni "come eseguito", mette il
verificatore nelle condizioni ideali per analizzare l'impianto e da subito
individuare i possibili punti critici su cui approfondire le indagini.
Dal progetto si ricavano i parametri progettuali:
• resistività del terreno
• schema stratigrafico semplificato e caratterizzazione geotecnica
• valore della corrente di guasto a terra previsionale 12
• valore della corrente di guasto a terra e tempo di eliminazione del guasto
(da confermare prima della prova)
• caratteristiche dell'impianto di terra
(ad esempio: maglia rettangolare di lati variabili in conduttore di rame di
sezione 63 mm2 interrato ad una profondità di mezzo metro e con l'anello
periferico interrato ad un metro)
• planimetria dettagliata dell'area di cabina con evidenziata la maglia
• stato degli schermi delle linee AT
• stato degli schermi ("piombi") delle linee MT
• stato della fune di guardia delle linee AT
• resistenza teorica complessiva dell'intero dispositivo dispersore
• scelta della pavimentazione dell’area di cabina contenente apparecchiature
e masse metalliche in modo da aumentare sensibilmente la resistenza di
contatto con il suolo (pietrisco, conglomerato bituminoso, autobloccanti in
cls.)
• stato dei servizi entranti in Cabina Primaria
(condotte acqua, linee elettriche, telefoniche, di comando e di segnale)
• stato delle masse metalliche a bordo maglia
(il cancello e le recinzioni metalliche)
12
la corrente di guasto previsionale è il valore della corrente di guasto a terra che il Gestore della Rete
prevede verrà raggiunto nel medio periodo nel nodo di cabina, ad esempio a isola AT completata.
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• stato di eventuali impianti di terra vicini
(metallicamente interconnessi, connessi di fatto o isolati)
• stato delle masse metalliche all'esterno, ma prossime all'area della cabina
(pali di illuminazione pubblica, recinzioni dei frontisti, guardrail e
segnaletica stradale)
• stato dei servizi posti nelle vicinanze della Cabina Primaria
(condotte acqua e gas, linee e cabine elettriche, contatori ed impianti di
telecomunicazione).
La Cabina Primaria è progettata per venir inserita in un particolare ambiente che
ne verrà perturbato, non verrà realizzata nella pampa argentina, ma in un luogo
reale con tanto di indirizzo, numero civico e coordinate GPS.
Il progettista non può confezionare un progetto standard avulso dalla realtà ma,
ad esempio, deve perlustrare il sito ancor prima dell'apertura del cantiere e con
speciale riguardo ai frontisti.
In particolare il progettista deve includere nel progetto le modalità di
collegamento all'impianto di terra della Cabina Primaria degli schermi dei cavi e
delle funi di guardia, come pure analizzare e mitigare l'impatto di un guasto in
Cabina Primaria sui servizi e gli impianti vicini.
Una recinzione che, causa guasto a terra in Cabina Primaria, per mezzo secondo
va al potenziale (a vuoto) di 1.000 V, è potenzialmente pericolosa perché può
venir toccata da un passante, che potrebbe anche essere scalzo.
D'altro canto il giunto dielettrico al contatore del metano del frontista che, causa
guasto a terra in Cabina Primaria, per mezzo secondo assume un potenziale (a
vuoto) di 3.000 V è sicuramente pericoloso perché il giunto si rompe. 13
13
Nei giunti l'isolamento trasversale è ottenuto utilizzando vari materiali assemblati assieme: anelli
isolanti rigidi, guarnizioni di tenuta e resine colate in forma liquida.
Le giunzioni tra questi vari materiali, inglobando aria, non possono garantire nel tempo la resistenza a
tensioni elettriche elevate del prodotto nuovo (max 10 kV nei prodotti migliori, solitamente max 3 kV).
I sistemi di isolamento longitudinale, invece, sono eseguiti con rivestimenti isolanti protettivi.
Questi rivestimenti possono avere dei decadimenti nel tempo (erosione, attacco chimico, ecc.) o più
frequentemente possono subire un danno in cantiere in fase di installazione.
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Il progettista deve curarsi di quanto è all'esterno della recinzione di cabina e
lasciarne abbondante traccia nella documentazione di progetto.
Se accanto alla Cabina Primaria c'è una stalla è molto probabile che durante il
guasto una giovenca stia in piedi in un'area non pavimentata, magari beva da un
abbeveratoio metallico e fors'anche è gravida: ecco che se poi perde il vitello la
colpa non è certo dell'inquinamento elettromagnetico! 14
Non è semplice rapportarsi coi frontisti, ma il committente ha modo di mediare e
agevolare soluzioni.
Nel caso la Cabina Primaria sia parte di un'area industriale è di fondamentale
importanza coinvolgere e responsabilizzare i "vicini di casa".
In uno stabilimento, che per sua natura può presentare notevoli deficienze
nell'equipotenzialità della rete di terra o delle varie masse metalliche superficiali,
correnti di guasto anche non elevate, pur se difficilmente determinano già
tensioni di contatto o di passo pericolose per le persone, possono sempre causare
sensibili differenze di potenziale sufficienti a determinare scariche fra masse
adiacenti con conseguente pericolo di incendi, scoppi ed inneschi in impianti ove
sussiste tale pericolo (impianti chimici, raffinerie, cartiere, discariche, ecc.).
Se da un lato la corrente di guasto può causare disfunzioni in impianti
preesistenti (ad esempio se una parte se ne va attraverso le calze dei conduttori
schermati può mettere fuori uso la rete informatica), è assodato che qualsiasi
disfunzione verrà inevitabilmente associata in prima battuta al nuovo impianto di
Cabina Primaria, non agli impianti progettati, eseguiti ed altrettanto eserciti
male!
14
Bisogna tener presente che le tensioni pericolose siano proporzionali alle diverse dimensioni dei
soggetti a rischio.
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Cavi AT
Le guaine metalliche dei cavi AT sono collegate a terra attraverso le cassette di
sezionamento poste lungo il collegamento ed alle estremità dello stesso.
Figura 5: schema di collegamento in cavo 150 kV XLPE
La filosofia dei collegamenti degli schermi
15
(o guaine metalliche) dei cavi
unipolari negli impianti AT prevede, a seconda del numero di tratte, il
collegamento a terra di entrambe le estremità degli schermi (schermi in circuito
chiuso) o di una sola (schermi in circuito aperto), collegando a terra tramite
scaricatori gli eventuali punti intermedi.
Nel sistema degli schermi a circuito chiuso le modalità di posa (disposizione a
trifoglio, trasposizione degli schermi) riducono le correnti di circolazione indotte
negli schermi e quindi le perdite di energia per effetto Joule.
Nei sistemi con schermi in circuito aperto non vi possono essere ovviamente
correnti di circolazione, ma in occasione di corto circuiti le tensioni indotte ai
capi liberi degli schermi possono assumere valori piuttosto elevati e pertanto
anche al sezionamento vanno installati degli scaricatori.
Per quanto sopradetto il sistema degli schermi in circuito aperto viene per lo più
adottato soltanto nel caso di collegamenti brevi, costituiti cioè soltanto da una o
due tratte di cavo.
15
CEI 11-17:2016-07, Art. 5.3.2 Messa a terra del rivestimento metallico dei cavi
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: scopo e metodologia di prova
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Carlo Picozzi
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Industriale
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Con modalità in circuito aperto, durante un corto circuito fase-terra la corrente di
ritorno, non potendo fluire attraverso gli schermi, è costretta a chiudersi soltanto
attraverso il terreno. Per evitare ai capi degli schermi tensione indotte pericolose
viene posato un opportuno cavo di terra, "trasposto" tra i cavi AT, per costituire
una via di bassa impedenza attraverso la quale fluisca la maggior parte della
corrente di ritorno.
Il cavo deve essere installato in parallelo al collegamento in cavo AT e messo a
terra ad entrambe le estremità: è un conduttore isolato anziché una corda nuda,
sia per motivi di sicurezza del personale, sia per motivi di protezione da qualsiasi
rischio di corrosione.
La sezione del cavo di terra deve essere come minimo in grado di sopportare la
piena corrente di guasto monofase a terra della rete e la sezione viene aumentata
al fine di ridurre l’impedenza elettrica e creare per la corrente di guasto fase-terra
una via preferenziale rispetto al terreno: una sezione di 240 mm2 viene
considerata una soluzione di compromesso accettabile.
Il progetto deve chiaramente indicare le caratteristiche degli scaricatori, la
sezione equivalente degli schermi e quella del cavo di terra, nonché la tipologia
di collegamento degli schermi scelta, che va assolutamente accertata dal
verificatore prima dell'inizio delle prove, pena il rischio d'invalidarle.
Infatti durante la prova voltamperometrica la messa a terra di un lato del cavo AT
utilizzato quale sonda amperometrica deve essere comunque sezionata (altrimenti
la parte più consistente della corrente di prova, se non la totalità, ritornerebbe
attraverso lo schermo, non interessando il terreno), e gli scaricatori devono essere
estratti in quanto ai loro capi potrebbe essere raggiunta la tensione massima di
generazione (es. 900 V) e per tutto il tempo in cui si inietta la corrente di prova.
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Dal cavo Emanueli di Pirelli ai cavi attuali la tecnologia, i materiali e le modalità
di posa sono mutate: l'installato presenta una molteplicità di soluzioni che solo la
consultazione dei manuali di manutenzione ed esercizio può far comprendere.
Oggi gli scaricatori possono avere soglie di intervento intorno ai 2 kV, ma a chi
scrive è capitato, neofita, durante una prova voltamperometrica di far esplodere
quasi una serie intera di varistori non etichettati.
Gli schermi dei cavi AT contribuiscono in modo considerevole al drenaggio della
corrente di guasto monofase a terra in quanto sono un collegamento a bassa
impedenza tra due impianti di terra: nel caso che il cavo AT si attesti fuori cabina
ad un traliccio d'amarro, per proseguire poi con linea aerea, è più utile lasciare le
messe a terra del cavo nelle condizioni d'esercizio, così da non perderne il
contributo alla dispersione della corrente di guasto.
Funi di guardia e tralicci AT
È bene, a vantaggio della sicurezza, non tener conto dell'effetto disperdente delle
funi di guardia e nel caso ispezionare i primi tralicci in uscita dalla Cabina
Primaria, per i quali possiamo distinguere tre gradi decrescenti di rischio 16 :
a.
luoghi dove sono prevedibili raggruppamenti importanti o la presenza
periodica e prolungata di persone
b.
luoghi abitati, nelle immediate vicinanze di costruzioni isolate o lungo le
vie di comunicazione, dove le persone sostano periodicamente per breve
tempo
rimanenti luoghi.
c.
Il progetto che preveda il collegamento delle funi di guardia alla terra di cabina
deve essere accompagnato dall'analisi del rischio e dei provvedimenti per la sua
riduzione a valori accettabili (inaccessibilità dell'area, asfaltatura, integrazione
della maglia di terra, ecc.).
16
734.2, Art. 54 Ordinanza sugli impianti elettrici a corrente forte, Consiglio Federale Svizzero
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Stato di impianti e servizi
Lo stato di eventuali impianti di terra vicini e delle masse metalliche all'esterno,
ma prossime all'area della cabina, nonché lo stato dei servizi posti nelle vicinanze
della Cabina Primaria, deve essere determinato all'atto del progetto così da
affrontarne e risolvere fin da subito le problematiche. Così come ci si rivolge a
programmi di calcolo, tabelle ed abachi per la determinazione della tensione
totale di terra, altrettanto va fatto per individuare l'area di influenza dell'impianto
di terra di Cabina Primaria.
Ipotizzando per semplicità le linee equipotenziali di forma circolare con centro
nel mezzo della maglia e sovrapponendole ad un rilievo fotogrammetrico, è
immediata l'individuazione delle eventuali criticità.
Il dispersore a maglia del caso reale si differenzia infatti da quello del dispersore
ideale semisferico solo nelle vicinanze degli spigoli: non appena ci si allontana di
pochi metri dall’anello periferico, i comportamenti tendono a divenire simili.
Nei casi più critici, ad impianto realizzato può essere utile, quale conferma, la
mappatura dei potenziali di terra.
Figura 6: Area di influenza di un dispersore a maglie integrato con un picchetto di profondità 17
(i valori di tensione sul terreno sono espressi in percentuale della tensione totale di terra)
17
Enel Distribuzione - Unificazione DK 4281, Gennaio 2000 Edizione I, Figura 20
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È un progetto errato quello che costringe ad integrazioni più o meno onerose
(tipo la posa dei dispersori profondi) per sanare quanto alla verifica di primo
impianto viene rilevato potenzialmente pericoloso: se è facile bonificare punti
all'interno della cabina, meglio se a cantiere ancora aperto, è all'opposto molto
critico, se non impossibile, intervenire sui punti esterni, in casa d'altri.
Ad esempio, fin da subito vanno contattati il Distributore del gas e l'Acquedotto
così da definire, per il futuro, gli stacchi dalla rete di distribuzione ai contatori
dei frontisti in PVC e, nell'immediato, la bonifica degli eventuali punti
potenzialmente pericolosi rilevati nella verifica di primo impianto.
Il Distributore del metano è sicuramente a conoscenza della tensione di
isolamento dei giunti dielettrici ai contatori dei frontisti: il dato è di fondamentale
importanza per la verifica dell'impianto di terra e deve essere incluso nella
documentazione di progetto.
Figura 7: esempio di giunto dielettrico monolitico 18
Tutti i provvedimenti adottati per annullare o risolvere condizioni critiche
devono essere realizzati in modo da garantire la loro efficacia nel tempo,
prevedendo anche eventuali interventi periodici di manutenzione.
Sono ammesse recinzioni o parti metalliche plastificate, ma il rivestimento
plastico è efficace solo in assenza di screpolature o parti metalliche scoperte:
ecco quindi che al prodotto, scelto ed installato, deve essere garantita per
costruzione una durata quasi illimitata.
18
Giunto isolante modello NGx/c - NuovaGiungas srl
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Sicurezza delle persone
È lo scopo delle misure di passo e contatto: appurare che, al passaggio della
corrente di terra che l'impianto è chiamato a disperdere, in nessun punto del
terreno interessato dall'impianto o nelle sue adiacenze (in particolare strade e
costruzioni) insorgano tensioni di contatto (e di passo) superiori ai valori
ammissibili UTp individuati, in funzione della durata del guasto, sulla curva
tensione/tempo della CEI EN 50522, curva costruita considerando nessuna
resistenza aggiuntiva ed un valore di impedenza del corpo umano avente una
probabilità pari al 50% di non essere superata dalla popolazione (1.000 Ω).
Figura 8: Tensione di contatto ammissibile 19
Negli impianti in Alta Tensione la corrente di guasto a terra è ragguardevole: una
persona può trovarsi in pericolo per il solo fatto di toccare una massa o di
calpestare contemporaneamente due punti del terreno a potenziale diverso.
19
CEI EN 50522:2011-07, Figura 4 ÷ CEI EN 61936-1:2011-07, Figura 12
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Il potenziale preesistente non è la tensione applicata alla impedenza ZT del corpo
umano, perché a quest'ultima vengono sommate almeno le resistenze del contatto
dei piedi verso terra. La differenza con le misure a vuoto può essere molto
elevata e dipende in particolar modo dalla resistività dello strato superficiale del
terreno, che conviene rendere il più isolante possibile, ad esempio mediante
asfaltatura o posa di ghiaietto.
A parità di condizioni di contatto col terreno la differenza tra tensioni a vuoto e
quelle "caricate" è maggiore per le tensioni di passo: questo perché nella persona
soggetta ad una tensione di contatto le resistenze dei piedi verso terra si pongono
in parallelo tra loro ed in serie all'impedenza del corpo umano, viceversa, nella
persona sottoposta ad una tensione di passo le resistenze dei piedi si pongono
entrambe in serie all'impedenza del corpo umano.
Nel circuito equivalente del contatto va aggiunta la resistenza verso terra della
massa che, se è trascurabile quando questa è collegata alla maglia di terra di
cabina, non lo è più nel caso di masse estranee, quale ad esempio una staccionata
metallica o un guardrail: un palo in un campo non trasferisce alcun potenziale,
ma è ad un potenziale e di fatto, grazie al plinto, ha una resistenza di terra bassa
(ipotizzabile inferiore ai 100 Ω), ecco allora che il contatto palo-guardrail è più
pericoloso del contatto classico piedi-guardrail ed è indipendente dalle condizioni
del terreno.
La misura di contatto, rispetto a quella del potenziale, è più soggetta alle
condizioni del terreno e molto è lasciato all'esperienza ed alla bravura del tecnico
verificatore.
A questo proposito è opportuno ricordare che se talora si rivelano a vuoto d.d.p.
elevate in corrispondenza di parti metalliche a potenziale libero (inferriate e reti
in metallo specie se ossidate, serramenti, ecc.), la loro natura elettrostatica viene
facilmente rilevata "caricando" la misura, operazione che porta al loro pratico
annullamento.
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Non è il tema della memoria, ma ad esempio: gli elettrodi vanno posti
generalmente in senso radiale all'impianto di terra, in caso di guardrail la misura
non va fatta alla base dei sostegni, e così via.
Le tensioni di passo e contatto sono ovviamente legate all'efficacia dell'impianto
di terra, il quale è caratterizzato dal valore della propria resistenza totale di terra e
dalla corrente che lo può interessare.
La corrente di guasto fluisce verso terra attraverso l'impedenza ZE , "parallelo" di
tutte le possibili vie verso terra (funi di guardia, schermi conduttori AT e MT,
ecc.): nel caso ci interessa solo la quota parte che viene drenata a terra
direttamente in cabina, di questa una ulteriore parte indicata come IRS è la
"corrente nella resistenza di terra del dispersore a maglie". Le tensioni di passo e
contatto sono causate da quest'ultima in quanto è l'unica che interessa il terreno
sotteso alla maglia; punti particolari sono i dispersori profondi che si comportano
come pozzi, perturbando i potenziali superficiali.
La finalità della misura è la sicurezza delle persone: se è accettabile che il
verificatore meno esperto faccia più misure "inutili", non lo è affatto che tralasci
dei punti critici, se non addirittura di pericolosi.
Trattandosi di dispersori molto estesi, i valori da rilevare sono generalmente
molto piccoli ed i sistemi di misura utilizzabili sommano una serie notevole di
errori, ma è inutile ricercare nelle misure di contatto la precisione del 5% o del
10% quando è il bagnare abbondantemente o meno il terreno che dimezza o
raddoppia le tensioni misurate!
La Buona Tecnica chiede di bagnare piastre e terreno o, nel caso, di infiggere dei
picchetti, così facendo la misura risentirà in minima parte delle condizioni
climatiche. Una buona misura è quella ripetibile e non influenzata dalla stagione:
la verifica deve valere per tutte le condizioni normali di esercizio pertanto, anche
nei giorni di pioggia e di neve, le condizioni di sicurezza devono essere
soddisfatte puntualmente.
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Resistenza meccanica ed alla corrosione
(anche in termini di verifica dell'integrità della maglia)
L'uso, comune in passato, di maglie interrate in bandella di acciaio zincato le ha
esposte a gravi fenomeni di corrosione, mentre oggi col rame la problematica è
ancora attuale solo per terreni particolarmente corrosivi e per gli impianti
percorsi da correnti continue vaganti, dove è preferibile l'acciaio legato (INOX
1.4301 e similari).
In Cabina Primaria le corde di terra normalmente non hanno protezione
meccanica, ma questa va prevista quando c'è la possibilità di urti ad esempio con
la trinciasarmenti.
A cantiere aperto, con la maglia non ancora del tutto ricoperta dalla terra è per
nulla difficile né pericoloso rubarne intere porzioni: il difficile è il ripristino a
regola d'arte.
I ladri sono di tipo seriale: rubano una volta, tornano e poi ritornano. Ripristinare
una prima volta il baffo di terra uscente da una platea in cls. si può fare, ma la
seconda volta bisogna recuperare col martello pneumatico un qualche centimetro
per poter usare il crimpit (la pressa a matrici esagonali è costosa, ma è l'unica che
dà garanzie che la connessione regga la corrente di guasto). 20
La documentazione di progetto è "come costruito" e pertanto al momento della
prima verifica non dovrebbero esserci sorprese; ad ogni modo in caso di
"riparazioni" la relativa documentazione va aggiornata.
L'integrità della maglia di terra viene confermata con esami a vista, le misure di
potenziale, la misura della resistenza totale di terra e la prova di continuità
elettrica: nel caso, la maglia va ispezionata con scavi in punti scelti. 21
20
21
Causa i continui furti di rame si stanno sperimentando soluzioni per rendere inappetibile l'impresa,
quali ad esempio la posa a vista di conduttori in alluminio opportunamente giuntati con manicotti
bimetallici (o con effetto equivalente) alla corda di rame interrata.
CEI EN 50522:2011-07, Art. 9.1
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Per verificare la rispondenza della maglia al progetto (è ben difficile commettere
errori nella progettazione, ma non è raro che venga interrata una maglia
incompleta, interrotta o comunque con interposta una resistenza di contatto ai
giunti) e dopo ampliamenti, rifacimenti e/o modifiche, viene mappata la
distribuzione del potenziale così da accertarsi che la maglia non sia stata
danneggiata, che sia ancora idonea o che non debba essere ampliata.
La resistenza totale di terra RE, fatto salvo il caso di una variazione importante
del tetto di falda, risulta stabile nel tempo e pertanto le misure periodiche danno
lo stesso valore: la misura è indice dell'integrità della maglia.
Nel caso di maglia eseguita con bandelle di acciaio zincato, l'avanzare della
corrosione fa aumentare il valore della resistenza (se il terreno è secco i prodotti
di corrosione non sono conduttivi e possono ridurre la funzione disperdente della
maglia): l'impianto tende a cedere al terreno lo zinco, che è l'elemento più
elettronegativo, lo spessore protettivo si riduce fino a scomparire e l'acciaio può
corrodersi fino a compromettere la continuità dei conduttori.
In presenza di dispersori profondi la corrente IRS dispersa dalla maglia si ricava
per differenza:
IRS = IE - I dispersori
Calcolata RE, la resistenza della maglia e dei singoli dispersori è data per
proporzionalità diretta con la rispettiva corrente: se nulla è cambiato rispetto alle
misure precedenti, si può ragionevolmente pensare che l'impianto di terra di
Cabina Primaria sia integro.
Per cabine con l'impianto di terra non indipendente (non costituito unicamente da
dispersori intenzionali, dispersori di fatto, da conduttori di terra e da conduttori
equipotenziali), si parlerà più propriamente di impedenza totale di terra ZE : nel
caso si devono misurare direttamente le correnti drenate a terra per altre vie (funi
di guardia, altri impianti di terra e schermi di cavi) ricavando, sempre per
differenza, la corrente drenata dalla maglia.
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Le misure devono essere fatte, per quanto possibile, con l'impianto nelle
ordinarie condizioni di funzionamento: l’impedenza di terra ZE è perciò
determinata anche dalle funi di guardia, collegate direttamente all’impianto
stesso con effetto di dispersori, e da altri impianti di terra elettricamente collegati
all’impianto per mezzo di schermi di cavi, armature, conduttori PEN o in altro
modo.
Figura 9: esempio quote di interro della rete di terra
Semplificando possiamo avere quattro casi caratteristici.
Cabina con maglia indipendente:
RE = Rmaglia + Σ Rdispersori
A meno di ampliamenti o lavori sulla maglia, la misura di RE è stabile negli anni
e non pone problemi a riguardo dei disturbi.
Un calo del 3% di RE è già sintomo di maglia degradata: il degrado di una maglia
in bandella zincata e dei dispersori verticali, sempre in acciaio zincato, è
fisiologico e pertanto merita più attenzione.
Cabina con maglia interconnessa:
ZE = Rmaglia + Σ Zfuni di guardia
È da evitare l'esercire una Cabina Primaria con le funi di guardia che pesano oltre
il 50%.
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Nel caso di funi di guardia che pesano ad esempio per il 50% è normale trovare
variazioni di ZE fino al ± 10% e questo impone l'eseguire le misure in maniera
ancora più accorta.
Quando si collegano le funi di guardia, in genere lo si fa per tutte le linee AT
asservite alla cabina: se sulla maglia si appoggia un entra ed esci delle funi di
guardia, nella maglia stessa possono transitare correnti indesiderate.
Le funi di guardia portano in cabina anche correnti di disturbo continue, in specie
per le linee AT parallele a ferrovie: è curioso predire con la pinza amperometrica
l'arrivo di un treno e poi osservare al suo allontanarsi lo scemare della corrente ad
esempio da 20 a 5 A
Fare misure in qualità vuol dire anche misurare queste correnti continue e
proporre al committente soluzioni per salvaguardare nel tempo l'integrità
dell'impianto di terra.
Cabina con maglia interconnessa:
ZE = Rmaglia + Σ Rdispersori + Σ Zfuni di guardia
Il peso delle funi di guardia non è più così significativo, soppiantato da quello dei
dispersori. La misura di ZE è più stabile, in compenso il peso della maglia
interrata (calcolato per differenza) può scendere al 20÷10% e pertanto la misura
non è sufficiente a garantire l'integrità della rete magliata.
Per la verifica del degrado dei dispersori profondi si ha direttamente la lettura di
corrente drenata, mentre per la verifica della maglia ci si deve affidare - oltre che
alla determinazione dell'andamento del potenziale - alla prova di continuità, da
eseguire, nel caso, con più attenzione alla variazione della corrente impressa.
Cabina con maglia interconnessa:
ZE = Rmaglia + Σ ( Rdispersori , Zfuni di guardia , Zpiombi MT )
La misura di ZE è stabilissima e tende a 0,1 Ω ; la maglia interrata contribuirà alla
dispersione di corrente solo per il 2 ÷ 3% (calcolato per differenza) e pertanto
non è con la voltamperometrica che se ne verifica lo stato di conservazione.
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Buon funzionamento dei componenti elettrici
I componenti elettrici oltre che per vetustà si guastano per sovracorrenti o
sovratensioni.
Con la misura (diretta o indiretta) della corrente drenata vengono determinate e
pesate le vie di fuga della corrente di guasto a terra (maglia vera e propria,
piombi cavo, dispersori di fatto, dispersori profondi, funi di guardia, ecc.).
Posto che dal generatore viene iniettata nel circuito di prova una corrente
costante, è comodo esprimere la corrente di guasto drenata dai vari rami in
percentuale rispetto alla corrente di prova e riportare il tutto al valore effettivo
della corrente di guasto IF, così da averne immediato il peso e verificare, con
riguardo alla portata termica, la corretta scelta dei componenti.
Un dispersore profondo può disperdere anche il 50% della corrente di guasto
(2 ÷ 4.000 A): ecco allora che è fondamentale l'ispezione della testa e la verifica
termica e meccanica delle sue connessioni alla maglia.
Non sono solo i dispersori ed i conduttori che devono essere in grado di
disperdere la corrente di guasto senza subire danni dal punto di vista termico!
È ovvio che è inverosimile che il piombo di un cavo MT disperda 3.000 A (ci
sarà di certo un ritorno nel circuito della corrente di prova), ma nel caso si leva
spontanea la meraviglia per un impianto di terra di Cabina Secondaria capace di
disperdere 3 kA in maniera efficace e sicura: valori di qualche centinaio di
ampere sono più realistici, ma nell'occasione vanno verificate le portate termiche
degli schermi e l'assenza di tensioni potenzialmente pericolose.
L'identica situazione può riproporsi nel caso di una centrale idroelettrica:
ammesso e non concesso che la condotta forzata possa disperdere quasi tutta la
corrente di prova, è doveroso verificare le tensioni di passo alle selle e quelle di
contatto ai punti intermedi, nonché ricercare eventuali discontinuità.
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Il verificatore da un lato deve accertarsi che le portate in regime di guasto siano
sopportabili da tutte le derivazioni e d'altro canto non può disinteressarsi di quel
che succede alle altre estremità: al bordo libero si possono raggiungere tensioni
indotte elevate, con rischio di guasti, inneschi e corto circuiti.
Andamento del potenziale direzione D
7000
bordo maglia
6000
5000
cinta CP
Volt
4000
3000
2000
1000
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Metri
Figura 10: esempio di andamento del potenziale di terra (ZE = 0,390 Ω)
Sempre, ed in funzione della distanza dalla maglia in prova, vengono trasferiti
all'esterno della Cabina Primaria potenziali di terra che possono nuocere agli
impianti telefonici, elettrici ed elettronici posti nelle immediate vicinanze della
cabina.
Riguardo agli impianti in bassa tensione (sistema TT) e con durata del guasto a
terra MT o AT inferiore a 5 secondi, la normativa internazionale sull'AT
22
prescrive una tenuta di tensione, di 1.200 V ovvero 1.200 + 230 = 1.430 V verso
terra (d.d.p. misurata localmente). Diversamente la normativa italiana, derogando
l'ambito applicativo delle norme sulla bassa tensione
23
, permette la MAT del
neutro in Cabina Secondaria solo se la tensione totale di terra non supera i 500 V.
22
23
CEI EN 50522:2011-07, Tabella 2
CEI 64-8;V1:2013-07, Art. 442.3 Sistema TT ÷ Guida CEI 64-14:2007-02, Capitolo 2
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Una riflessione meritano i limitatori di sovratensione connessi ai sistemi di bassa
tensione che ormai sono installati in tutte le tipologie d'impianto:
• di fatto, dalla Legge 46/90 gli SPD sono "obbligati" all'ingresso degli
impianti negli edifici
• sono installati massivamente sulle apparecchiature elettroniche, sia per
protezione che per renderli conformi alla normativa sulla compatibilità
elettromagnetica
• sono installati negli impianti fotovoltaici a protezione degli inverter, per
giunta con impianti di terra sicuramente efficienti ed inserzione a regola
d'arte.
Figura 11: esempio dell'andamento delle tensioni nel tempo in SPD combinati 24
A prescindere dalla classe, dalla tipologia e dalle modalità di connessione, è
evidente che il limitatore collegato tra la terra locale del cliente e la linea elettrica
(al conduttore di fase o di neutro e con il riferimento a terra nella Cabina
Secondaria del Distributore) in caso di guasto sulla rete AT viene sottoposto ad
una sovratensione temporanea (TOV) di durata maggiore a quanto previsto dalla
relativa prova secondo la norma di prodotto
25
, subendo un invecchiamento
precoce che può perfino provocare il suo danneggiamento.
24
25
Carpaneto SATI Quaderno n° 3, La protezione contro le sovratensioni con l'impiego degli SPD…
edizione 2004
CEI EN 61643-11:2013-03, Table B.1 - TOV test values for systems complying with IEC 6034 series
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Metodologia di prova
La verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria si può
operativamente articolare in tre parti:
1. una fase preparatoria di raccolta e studio dei dati
2. le prove vere e proprie in impianto
3. il completamento dei dati e la stesura della relazione finale.
Figura 12: schema dell'uomo campione 26
26
R. Dalla Verde: Gli impianti di terra. Descrizione di una notevole realizzazione in Italia (1953)
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Come detto in precedenza, l'aver disponibile un progetto completo e tutta la
documentazione inerente all'impianto aggiornata è il fondamento per una verifica
accurata, sicura e, non da ultimo, senza costi aggiuntivi. Una volta raccolta la
documentazione relativa alle precedenti verifiche periodiche e concordato il
periodo di esecuzione delle prove in sito, vanno richieste al Gestore della Rete:
• il valore della corrente di guasto previsionale
(la verifica è quinquennale e pertanto va tenuto conto un previsto
cambiamento nel medio/breve periodo)
• il valore della corrente di guasto IF alla data della verifica
• il tempo di eliminazione del guasto tf
Al Gestore dell'Impianto vanno invece chiesti, a conferma, lo stato alla data della
verifica:
• della fune di guardia e dei cavi AT
• dei cavi MT
(con riguardo ai giunti di isolamento e possibili cavi sezionati per lavori)
• dell'impianto AT in generale
(con riguardo a eventuali lavori edili o elettromeccanici in corso).
Con scavi aperti, erba alta, dopo un furto di rame o a lavori in corso, conviene
posticipare la verifica che sarebbe da un lato pericolosa e d'altro canto inutile,
dovendo poi essere ripresa.
Devono essere disponibili per la verifica, in formato cartaceo ed elettronico:
• la pianta generale dell’impianto di terra e i disegni di dettaglio dei
conduttori, dei giunti e dei collegamenti al dispersore, in modo da poter
verificare sia la correttezza del dimensionamento termico, sia la tenuta alla
corrosione 27
• la planimetria dell'area circostante l'impianto
• il rilievo su mappa aerea della distribuzione MT e bt dell'intorno: se i cavi
MT sono privi di giunti di isolamento l'intorno comprende tutte le Cabine
Secondarie asservite alla Cabina Primaria.
27
Guida CEI 11-37:2003-07, Art. 13.8
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Qualità delle misure 28
La qualità delle misure è definita dal loro livello di affidabilità, precisione,
ripetibilità, riproducibilità, dipendendo anche dalla qualità della strumentazione.
I risultati delle misure devono venir riportati in un rapporto di prova integrato da
schede tecniche e planimetrie.
Tale documentazione ha lo scopo di esplicitare la metodologia utilizzata, la
procedura operativa seguita e l'esito delle misurazioni in maniera accurata, chiara
ed oggettiva.
Altrimenti detto, il rapporto di prova deve essere completo e di facile
comprensione, così da consentire ad un terzo la ripetizione delle prove in
condizioni analoghe a quelle originarie (e di pervenire ai medesimi risultati).
Durante la prova voltamperometrica per eliminare le tensioni di disturbo dovute a
correnti continue è opportuno inserire in serie al voltmetro un condensatore in
poliestere di adeguata capacità, in modo da ridurre al minimo la caduta di
tensione sul condensatore: il condensatore si comporta da blocco per le tensioni
continue, mentre non determina alcun disturbo sulla misura del potenziale in
quanto l'elevata impedenza di ingresso del voltmetro rende trascurabile quella del
condensatore.
Figura 13: schema adattatore con voltmetro 29
28
29
vedasi la Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09
C. Picozzi: Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e
qualità delle misure. op. cit.
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Disturbi nel terreno - Erbacher
Il disturbo, o "rumore", è un fattore esterno agli strumenti, ma influisce sul valore
delle grandezze misurate.
Nel terreno infatti esistono sempre correnti di varia natura che possono
confondersi e sommarsi con la corrente generata durante la prova: ciò è più
evidente in ambito o nei pressi di impianti con presenza di forni ad induzione e/o
forni ad arco, in aree cittadine, in vicinanza di grandi complessi industriali e,
riguardo la corrente continua, in ambito o nei pressi di impianti di trazione
elettrica ferroviaria e ad impianti con protezione catodica.
È necessario ridurre tali disturbi almeno a un ordine di grandezza inferiore a
quello della misura, così da avere un'ottima sensibilità di misura (rapporto
elevato tra il segnale dovuto alla corrente di prova ed il segnale di disturbo):
• azzerando le componenti di disturbo continue filtrando il voltmetro e, se
necessario, inserendo una batteria di condensatori in serie al generatore di
corrente
• riducendo le componenti di disturbo alternate in valore relativo,
aumentando il valore della corrente di prova.
Esaminando con un oscilloscopio le tensioni di disturbo, risulta che di norma le
componenti alternate sono isofrequenziali con le tensioni indotte dalla corrente di
prova e che la loro fase si mantiene costante per tutta la durata delle misure.
Tali disturbi si osservano sia in assenza della corrente di prova (rilievo della
tensione di disturbo), che con correnti di prova di ugual valore, ma sfasate di
180°.
La depurazione delle componenti di disturbo viene fatta utilizzando il metodo
vettoriale proposto da Erbacher. 30
30
W. Erbacher: Probleme der Erdung Höchstapannungsstationen unter besonderer Berücksichtigung
der Mesaung - O.Z.E. Januar 1955
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Il metodo risulta tanto più valido quanto più è costante nel corso della
misurazione il rapporto tra la tensione di disturbo e le tensioni diretta ed invertita.
La procedura di depurazione prevede:
• la misura della tensione Udisturbo a vuoto (circuito amperometrico aperto)
• la misura della tensione Udiretta mentre circola la corrente di prova IM
• la misura della tensione Uinversa circolando la corrente IM invertita di 180°
La tensione U, depurata dal disturbo, risulta dalla formula:
U2diretta
U=
2
U2inversa
+
2
- U2disturbo
I quattro valori vengono composti graficamente come nella figura seguente:
U è la mediana del triangolo avente come lati Udiretta , Uinversa e 2 volte Udisturbo
La depurazione vettoriale sopra descritta è valida solamente nel caso che il
disturbo si mantenga costante durante le tre letture di tensione (a vuoto, diretta e
con corrente di segno inverso).
Anche il valore della corrente di prova dovrebbe, per quanto possibile,
mantenersi costante durante le misure.
Nel caso la differenza vettoriale tra Udiretta e Uinversa sia maggiore di 2 volte
Udisturbo , è necessaria la ripetizione delle tre letture.
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Relativamente al rilievo delle tensioni di contatto può capitare ad esempio che
nella verifica di una Cabina Primaria asservita ad un autoproduttore - alimentata
in antenna causa utilizzo dell'altra linea AT per il circuito amperometrico - le
tensioni di disturbo non siano isofrequenziali con la corrente di prova, ma che la
tensione risultante sia di valore oscillante tra un valore massimo ed un valore
minimo. Ai fini della sicurezza si potrebbe considerare il solo valore massimo,
pur con i problemi di sincronizzazione con la lettura di corrente, solitamente pure
questa oscillante, altrimenti, come riportato in letteratura
31
, l'effettivo valore
delle tensioni di contatto è desunto come:
U=
Umax + Umin
2
Campi elettrici e magnetici
Rappresentano un tipo di disturbo che come il precedente in genere va a
sommarsi al valor vero, fornendo una sovrastima ad esempio della resistenza di
terra.
Si rivelano in assenza della corrente di prova ed infatti non dipendono da essa.
I campi elettrici e magnetici possono interferire direttamente sia sugli strumenti
che sui conduttori del circuito di prova. Gli strumenti (amperometro e voltmetro)
di ottima qualità sono già schermati per costruzione e pertanto il problema è
significativo solo per i conduttori di connessione e le sonde.
Nella misura di impedenza i conduttori del circuito voltmetrico possono avere
lunghezze notevoli e, funzionando da antenne, convogliano sul voltmetro i
disturbi con cui si concatenano (tensioni indotte): tali disturbi introducono un
errore tanto maggiore quanto minore è la distanza tra il circuito voltmetrico ed i
conduttori o le apparecchiature che li generano.
31
F.P.Bassani, A.Clerici: Esperienze CESI su impianti di terra di complessi industriali (1975)
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Nel distendere i cavi di collegamento del circuito voltmetrico è bene disporre
affinché la loro posa non sia parallela a linee elettriche AT e MT, aeree od
interrate.
La sonda di tensione deve essere posta il più lontano possibile dai tralicci AT e
MT, in particolar modo a quelli della linea utilizzata come sonda di corrente.
Anche nella misure delle tensioni di passo e contatto la vicinanza a linee aeree
AT e MT, o il solo stare sulla maglia di una Cabina Primaria, espone la misura a
questo tipo di disturbi e ciò è particolarmente evidente nelle misure presso i
tralicci AT.
Analogamente, nella misura della corrente drenata dagli schermi dei cavi MT,
non di rado il valore della corrente a circuito amperometrico aperto è
comparabile a quello con corrente iniettata.
La soluzione ai problemi evidenziati sta nell'aumentare la corrente di prova, così
da ridurre il disturbo ad un ordine di grandezza inferiore al misurando.
Causa l'impedenza interna elevata del voltmetro, nella misura dei potenziali i
campi elettrici possono influenzare sensibilmente le misure quando la resistenza
superficiale del terreno è elevata per la presenza di asfalto, cemento senza
armatura o terreno ghiaioso.
Caso particolare, anche il circuito di prova può generare campi magnetici di
disturbo: sono prodotti dal circuito amperometrico e sono quelli che creano
maggiori difficoltà perché compaiono quando viene fatta circolare corrente nel
circuito di prova e di conseguenza sono sempre associati alla tensione di misura.
L'errore è particolarmente sensibile se si utilizzano due conduttori della stessa
linea AT o MT come collegamenti l'uno alla sonda di corrente e l'altro a quella di
tensione:
la
tensione
di
disturbo,
che
è
causata
dall'accoppiamento
elettromagnetico, è tanto più elevata quanto maggiore è la corrente di prova.
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Campionatura e misure a campione
La Norma CEI EN 50522 recita testualmente: "È sufficiente eseguire tali misure
(ndr: tensioni di contatto) in una cabina elettrica come prove di campionatura". 32
La Norma CEI 11-11 escludeva per la verifica di primo impianto le prove di
campionatura
33
e probabilmente il CT 99 riproporrà il medesimo giudizio nella
nuova edizione della Guida CEI 11-37, attualmente in revisione, ovvero che è
sufficiente eseguire misure a campione in misure successive allorquando non si
evidenzino variazioni significative dell'impedenza di terra misurata rispetto allo
storico (se è cambiato qualcosa lo debbo misurare e capirne il perché).
Intendiamoci: è pacifico che per rilevare i valori (campioni) assunti dalla
grandezza differenza di potenziale sulla maglia AT, debbo misurare la d.d.p. per
ogni massa, ma è da farsi solo una misura a punto (ad esempio per il TA AT una
misura, per il castello MT una misura per ogni asta, ecc.), non che ad ogni pezzo
di ferro debbo farne 2-3-360 (una per ogni grado, un metro a raggera
nell'intorno): sta alla bravura del tecnico trovare subito la più significativa, di
solito dal lato più esterno della maglia.
Per fare prove di campionatura il verificatore deve esplicitarne i criteri e
dichiararli in relazione: misure a bordo maglia, punti "leggibili" individuati dalle
precedenti relazioni, nuove strutture, punti che il tecnico in base alla sua
esperienza ritiene significativi (non è detto che debbano risultare pericolosi o
quasi: un palo di illuminazione pubblica in fronte ad una Cabina Primaria è da
verificare sempre e comunque, perché la proprietà dall'ultima verifica potrebbe
aver rinnovato l'impianto non più a doppio isolamento, lo stesso dicasi per
l'attacco del contatore gas col frontista che potrebbe, nel frattempo, aver reso
efficiente il suo impianto di terra).
32
33
CEI EN 50522:2011-07, Allegato H
CEI 11-1;V1/Ec:2001-10, Fascicolo 6241
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Nella mia attività capita spesso di leggere relazioni di colleghi e noto che sovente
c'è più dispendio (sicuramente di carta) a giustificare lo "sconto" sulle misure che
a descrivere appieno l'impianto.
Se ad esempio la maglia è interconnessa con le funi di guardia ed ha i dispersori
di profondità come posso, senza misure di continuità/potenziale/contatto/passo,
dichiarare che la rete interrata è integra?
I rilievi si eseguono nelle zone, che per la loro ubicazione, si possono
considerare statisticamente più pericolose.
I punti di prova possono essere determinati con il metodo della reticolazione
per le superfici libere: su una planimetria del sito in esame, si suddivide
l’area in zone di forma quadrangolare in cui si individuano tutti gli elementi
che potrebbero determinare un potenziale pericolo per le persone.
Lo scopo è quello di non dimenticare alcuna delle aree da controllare ai fini
della sicurezza per le persone e nello stesso tempo di individuare le
eventuali aree omogenee su cui, qualora fosse necessario, intervenire con
provvedimenti di bonifica dello stesso tipo.
In particolare l’indagine "tipo" comprende le apparecchiature nel piazzale
all’aperto delle stazioni AT, i quadri di media tensione, i pali metallici
dell’illuminazione, gli idranti, i ganci dei carri ponte e delle gru, i quadretti, i
rubinetti, le prese elettriche, le tubazioni e le canalizzazioni, i tralicci, le
tettoie, le grandi masse metalliche, i macchinari, i cancelli e le recinzioni. 34
È chi verifica l'impianto che dichiara di non aver trovato punti potenzialmente
pericolosi: bene! ma dimostri di averli cercati con ragionevole cura.
La prova di terra è complessa e l'andamento può essere imprevedibile, non ci si
faccia scrupolo a proseguire con le misure in sito per qualche giorno in più del
preventivato.
34
Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E - Misura delle tensioni di passo e di contatto
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Riguardo la corrente di prova
La misura della resistenza totale di terra RE deve essere eseguita col metodo
voltamperometrico con iniezione di corrente di valore elevato, adatto per
impianti estesi 35, così facendo inoltre si è già predisposti per le misure di passo e
contatto.
La corrente di prova deve essere di valore tale da ottenere un elevato rapporto
segnale/disturbo: per sistemi con neutro a terra è prassi consolidata un valore di
almeno 50 A. 36
Per ottenere risultati più attendibili è opportuno svolgere le verifiche utilizzando
il massimo valore di corrente iniettata possibile dal dispositivo di prova: nel
terreno possono infatti essere presenti altre correnti che danno luogo a tensioni di
disturbo che sono capaci di falsare anche notevolmente i risultati.
Quando non risulti praticamente possibile raggiungere i minimi valori di
corrente di prova normativamente previsti (ndr: 50 A) si possono utilizzare
correnti di prova inferiori controllando l’esistenza di una linearità tra la
tensione del circuito e corrente di prova, per alcuni valori indicativi, fino al
massimo raggiungibile. È necessario inviare gradualmente nel circuito di
prova, per la prima volta la corrente Ip, controllando che il valore delle
tensioni di contatto e di passo, esaminate nelle condizioni più gravose, non
sia pericoloso, fino ad ottenere il valore di Ip previsto, a meno che non siano
previste misure precauzionali adeguate (avviso di pericolo, guanti isolanti,
ecc.). 37
Di fatto negli impianti AT non sempre c'è questa proporzionalità, vuoi per gli
elementi del circuito di prova non puramente resistivi, vuoi per gli accoppiamenti
sempre esistenti con le funi di guardia ed i cavi MT.
35
36
37
CEI EN 50522:2011-07, Allegato L
CEI 0-16:2012-12 ÷ CEI EN 50522:2011-07 ÷ Guida CEI 11-37:2003-07 ÷ Guida CEI 64-14:2007-02
Guida CEI 64-14:2007-02, Art. 2.3.5 Misura delle tensioni di contatto e di passo per guasti in media e
alta tensione
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Scelta dell'elettrodo ausiliario di corrente (dispersore lontano)
Quale elettrodo ausiliario di corrente viene utilizzato:
• una Cabina Primaria, Stazione o Centrale (eccezionalmente una Cabina
Secondaria), collegata alla cabina in prova mediante un elettrodotto AT (o
MT) che per l'occasione viene messo fuori servizio e utilizzato per tal
scopo
• solo per la verifica di un impianto in costruzione e senza alcuna linea AT
o MT disponibile, una serie di picchetti infissi nel terreno e collegati con
una linea di collegamento posata ad hoc.
Nella scelta del dispersore lontano va considerato che anche questi viene
attraversato dalla corrente di prova e che merita ancor più attenzioni, riguardo la
sicurezza, in quanto viene coinvolto un impianto "sconosciuto": a chi scrive è
capitato di trovare i pozzetti di una Cabina Secondaria saturi di biogas.
Le misure delle tensioni di passo e di contatto possono rappresentare una
situazione intrinseca di pericolo, in specie nel caso di interconnessione della rete
di terra di cabina (Primaria o Secondaria) con la rete di un impianto utilizzatore,
quale ad esempio uno stabilimento, che per sua natura può presentare notevoli
deficienze nell'equipotenzialità della rete di terra o delle varie masse metalliche
superficiali. La corrente durante il guasto reale permane non più di 500 ms,
mentre la corrente di prova viene iniettata per lunghi periodi: l'effetto Joule non è
più trascurabile e ad ogni modo, causa la maggior durata, il rischio ad esempio di
inneschi aumenta.
Quando l'impianto è interconnesso a quello d'altri bisogna prestare particolare
attenzione alla distribuzione della corrente di prova, che spesso viene per lo più
drenata verso una rete di terra, quella dello stabilimento, non conosciuta né
monitorata.
Le condizioni di prova non sono quantitativamente uguali a quelle di un guasto
reale, ma la corrente iniettata potrebbe già essere sufficiente a causare una
disfunzione in impianti non eseguiti a regola d’arte.
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È vero che si simula il guasto, ma questo in precedenza può non essere mai
avvenuto o comunque sia in passato la colpa può esser stata data al temporale, di
notte, e pertanto qualsiasi disfunzione verrebbe inevitabilmente associata in
prima battuta al verificatore! Ad esempio durante la prova, di giorno e con la
fabbrica in piena attività, parte della corrente di prova può circolare nei piombi
dei cavi MT dell'impianto utilizzatore: se questa corrente viene rilevata da un
toroide non correttamente installato, la protezione apre la linea MT sottesa.
Figura 14: corrette modalità di installazione del trasformatore omopolare 38
I trasformatori omopolari (toroidi) sono sempre più diffusi: al fine di
salvaguardare la sicurezza, la continuità e la qualità del Servizio Elettrico la
Norma CEI 0-16 impone agli Utenti attivi e passivi almeno la protezione
omopolare e d'altro canto anche il Distributore, man mano che prosegue
nell'automazione della rete MT, diffonde sempre più la protezione direzionale di
terra anche nelle Cabine Secondarie.
38
Enel Green Power, Istruzione operativa N. 33 del 18/07/2011, Figura 1 - Modalità di installazione TO
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Cabina AT utilizzata quale elettrodo ausiliario; cavi AT - fune di guardia
L'iniezione di corrente di valore elevato sollecita anche il dispersore lontano che
viene chiamato disperdere la medesima corrente, di valore elevato.
Una corrente di 50-100 A iniettata in un impianto di terra AT, progettato per
disperderne cento volte tanto, almeno su questo aspetto non dà preoccupazione
alcuna.
Gli schermi cavi della linea AT utilizzata quale sonda amperometrica
interferiscono con la misura: la parte più cospicua della corrente di prova, se non
la totalità, ritornerebbe attraverso lo schermo, non interessando il terreno.
Di necessità si deve sezionare la messa a terra da un lato del cavo AT: così
facendo si riesce a fare la misura, ma senza un consistente contributo alla
dispersione della corrente di guasto. Questo contributo si può ricavare da calcoli,
ma è più opportuno estrarlo dallo storico, così come dalle precedenti verifiche si
può ricavare il valore della impedenza totale di terra ZE dell'impianto.
La voltamperometrica eseguita coi piombi del cavo AT scollegati è significativa
perché viene misurata la resistenza di terra dell'impianto, ma è bene che sia
seguita, specie se evidenzia punti pericolosi, da una prova di terra canonica
utilizzando un'altra linea AT (aerea), se non addirittura una linea MT.
L'azione disperdente dei tralicci AT si manifesta sui primi sostegni della linea
(quelli per cui vengono eseguite le misure di passo e contatto) e si può ritenere
praticamente esaurita entro alcuni chilometri di distanza dalla cabina sede del
guasto.
La fune di guardia dei tralicci della linea AT utilizzata quale sonda
amperometrica può interferire con la misura: per linee corte e con la fune di
guardia collegata da ambo i lati si può avere una riduzione del contributo alla
dispersione della corrente di guasto, questo è comunque a favore della sicurezza.
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In pratica, e con riferimento alla figura sottoriportata, deve esserci una zona
intermedia tra i due impianti dispersori in cui più tralicci sono neutri, una serie di
campate in cui potrei sezionare la fune di guardia senza alcuna conseguenza sulla
distribuzione della corrente di prova.
Figura 15: circuito di ritorno per la fune di guardia 39
Con linea corta e impianto di terra ausiliario di resistenza elevata, nel dubbio che
parte della corrente di prova ritorni dalla fune di guardia senza interessare le terre
dei tralicci, può essere d'utilità staccare i baffi di terra, lato sonda di corrente, ed
accertarsi che la corrente drenata lato impianto non diminuisca.
In generale si può affermare che il rapporto tra la corrente dispersa da ciascun
traliccio e la corrente di guasto convogliata sulla corrispondente fune di guardia è
pressoché indipendente dalla lunghezza della linea a partire da linee superiori a
dieci chilometri, mentre è sensibilmente dipendente dal valore della resistenza di
messa a terra dei sostegni, dal materiale e dal numero complessivo delle funi di
guardia che si attestano alla cabina sede del guasto e dalla sua resistenza.
39
C. Picozzi: Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e
qualità delle misure. op. cit.
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I conduttori e la fune di guardia della linea AT possono essere rappresentati da
una impedenza con una discreta componente induttiva, mentre la corrente
iniettata o di ritorno dal terreno interessa solo componenti resistive.
L'impianto di terra dei primi tralicci di solito è più efficace dei seguenti (RET < 5
Ω).
Materiale fune
di guardia
Acciaio
Alumoweld
Copperweld
Impedenza di ingresso ZP di una fune di guardia con campate di 300 metri e tralicci con resistenza di terra
RET pari a 5 Ω
RET pari a 50 Ω
2,5 Ω / 10°
7,0 Ω / 16°
1,7 Ω / 20°
5,5 Ω / 27°
1,4 Ω / 31°
5,0 Ω / 36°
Figura 16: impedenza di ingresso fune di guardia 40
Se la corrente deviata sulla fune di guardia viene dispersa tutta entro i primi
tralicci, è trascurabile la componente induttiva della corrente in uscita dalla
Cabina Primaria attraverso la fune: utilizzando le sonde amperometriche si può
verificare che la corrente in questione ha la medesima fase della corrente iniettata
in maglia.
Normalmente l'alimentatore viene posizionato nella cabina in prova, ma nel caso
la potenza elettrica disponibile sia insufficiente si può tranquillamente alimentare
il circuito di prova dal dispersore ausiliario.
L'alimentatore è in genere a corrente costante per compensare piccole
fluttuazioni della tensione di alimentazione e rendere la misura stabile.
40
G.Favero: Norma CEI 11-37 - Roma 1997
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Cabina MT utilizzata quale elettrodo ausiliario; indipendenza - corrente
iniettata - tensione di contatto
Il dispersore ausiliario del circuito di prova deve essere sufficientemente lontano
rispetto all'impianto in misura (almeno 5 volte la diagonale maggiore
dell'impianto di terra in esame), ma soprattutto ne deve essere indipendente e
questo per la Cabina MT è più difficoltoso: l'impianto di terra della Cabina
Secondaria utilizzata come dispersore ausiliario non deve risultare concatenato
all'impianto della cabina in prova.
Durante la verifica si inietta per lunghi periodi la corrente, eventualmente
alternandone il verso, e pertanto se non si prendono precauzioni il valore
massimo a vuoto della tensione di contatto è:
Tensione massima a vuoto = 25 V
Infatti, ad esempio, abbiamo che la situazione di contatto con una parte metallica
collegata a terra, quale la porta o una griglia di aerazione della Cabina
Secondaria, è simile a quella del contatto diretto con parti accessibili in tensione
in condizioni ordinarie, anche se il tempo di esposizione al rischio è limitato al
tempo necessario per la prova. Questa tensione non è la tensione di contatto
limite convenzionale UL (50-25 V) né la tensione di contatto ammissibile UTP (80
V), è invece il limite di sicurezza per un contatto diretto, poiché l'elettrodo
ausiliario è in tensione in condizioni ordinarie (non occorre un guasto!). 41 42
In altro modo la Guida CEI-ISPESL CEI 0-11
43
considera necessario adottare
idonee misure di sicurezza (sorveglianza, barriere, ecc.), per evitare il rischio di
folgorazione, quando la caduta di tensione al dispersore ausiliario supera la
tensione di contatto limite per ambienti ordinari UL = 50 V
41
42
43
TUTTONORMEL, Lettere al Direttore: Misure di terra - Ottobre 2008
L.Alimandi, G.Saputi
Impianti elettrici di messa a terra: la mancata protezione dai contatti diretti - Maggio 2006
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.3.5
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pagina 46 di 100
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Sempre nel caso dell'utilizzo di una Cabina Secondaria quale dispersore
ausiliario di corrente, e prima di iniettare la corrente di prova al valor pieno, è
opportuno eseguire misure di contatto a valori di corrente ridotti, ad esempio
limitando a 50 V la tensione ai capi del generatore.
Le Cabine Secondarie hanno, lato Cabina Primaria, il giunto di isolamento ad
interrompere la continuità dello schermo dei cavi MT (anche se fosse assente, per
poter fare circolare corrente nel terreno va interrotto il collegamento a terra) e di
conseguenza il loro impianto di messa a terra non usufruisce del contributo
dell'impianto della Cabina Primaria.
Se gestito a neutro compensato l'impianto di terra è chiamato a disperdere i 40 A
nominali (in venti secondi), con neutro isolato in media tre/quattro volte tanto
(però in un secondo): ecco allora che se vengono iniettati 50 A l'impianto può
necessitare
di
segregazioni
e
sorveglianza
continua,
nonché
subire
surriscaldamenti e palesare difettosità.
Il rischio è maggiore durante le misure di passo e contatto in quanto, richiedendo
un tempo maggiore di svolgimento, il dispersore ausiliario e tutto il circuito
amperometrico si vengono a trovare ripetutamente in tensione per lunghi periodi.
Durante la prova, utilizzando una linea AT quale sonda di corrente ho la corrente
di guasto AT decurtata in proporzione (con benefici per la sicurezza degli
operatori), mentre utilizzando una linea MT ho la corrente di guasto piena.
Sonda ausiliaria a distanza ridotta; sicurezza - instabilità valore resistenza
Per la verifica di un impianto in costruzione e senza alcuna linea AT o MT
disponibile, viene utilizzata per la sonda di corrente una serie di picchetti infissi
nel terreno: la misura diventa relativamente semplice (non si hanno rischi dovuti
ad un guasto AT o MT nel mentre si esegue la prova voltamperometrica), ma può
comportare difficoltà operative e indurre a incertezze ed errori anche rilevanti.
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Dal punto di vista operativo si riscontrano difficoltà nell’individuare aree a
distanza utile (private e pressoché sempre non di proprietà) ove installare il
dispersore ausiliario e far transitare le interconnessioni tra i dispersori, e nel
realizzare un dispersore ausiliario di resistenza adeguata che permetta la
circolazione della corrente di prova senza ricorrere a tensioni di alimentazione
eccessivamente elevate.
Per motivi di sicurezza occorre inoltre presidiare il tracciato dei cavi e rendere
inaccessibile il dispersore ausiliario, dove certamente si stabiliscono tensioni di
contatto pericolose per le persone.
Diversamente dai due casi precedenti, il terreno ed i picchetti sicuramente si
surriscaldano, i conduttori pure; pertanto la resistenza ai capi del generatore è per
nulla stabile.
Il generatore ha un range ed un ritardo nella regolazione della corrente, inoltre è
bene limitarne, per questioni di sicurezza, a 300 ÷ 400 V la tensione di uscita:
ecco allora che alla lettura di tensione deve sempre essere associata la
contemporanea lettura di corrente, complicando il tutto.
Quando risulta difficile se non impossibile collocare la sonda di corrente
(dispersore ausiliario) al di fuori dell'area di influenza dell'impianto dispersore in
prova, è preferibile ricorrere alla misura delle sole tensioni di contatto e di passo,
in quanto è dimostrabile 44 che le misure effettuate in un settore angolare di 160°,
avente come asse la congiungente del dispersore in prova con la sonda di
corrente ed orientato verso il dispersore ausiliario posto a distanza ravvicinata,
sono conservative ovvero risultano maggiori di quelle che si sarebbero
determinate con sonda di corrente posta all'infinito.
44
Umberto Grasselli, Giuseppe Parise
Misura delle tensioni di contatto e di passo con sonda ausiliaria a distanza ridotta
L'Energia Elettrica, Novembre 1993
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L'errore che si commette, a favore della sicurezza, è massimo al centro e nullo
sui bordi del suddetto settore.
Errore minimo
A
160°
B
Errore massimo
Figura 17: dispersore ausiliario B posto a distanza ridotta dal dispersore in prova A
Pertanto, se le tensioni di contatto ricavate dalle misure realmente effettuabili con
gli accorgimenti sopra richiamati risultano non pericolose ai fini della sicurezza
delle persone, lo saranno ancor meno in caso di guasti reali.
Per effettuare la misura delle tensioni di contatto e passo in un impianto di terra
A (in figura sotto), si possono allora infiggere tre dispersori ausiliari B1, B2, B3
posti a distanza ravvicinata (minore di 5 volte la dimensione massima di A),
disposti a 120° tra loro.
Figura 18: dispersore ausiliario a distanza ridotta 45
45
U.Grasselli, G.Parise: Tensioni di contatto e di passo - TUTTONORMEL, Aprile 1995
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Scelta Punto "0" di iniezione della corrente
Per l'iniezione della corrente di prova viene scelto un punto di messa a terra "0"
sulla maglia della cabina in esame, baricentrico rispetto alla sezione AT: questo
sarà il punto di simulazione del guasto a terra.
È bene scegliere una massa con almeno due "baffi" di messa a terra:
• il primo verrà utilizzato per il circuito amperometrico
• il secondo per la sonda di tensione (circuito voltmetrico) così da escludere
dalla misura la resistenza di contatto.
In alternativa, per il circuito voltmetrico si può usare un altro punto di messa a
terra, vicino a quello da cui si esegue l'iniezione di corrente.
Figura 19: Punto "0" di iniezione della corrente
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Criteri di sicurezza
Si deve prestare attenzione al fatto che possono manifestarsi tensioni di contatto
pericolose mentre si effettuano le misure e nel corso dei preparativi, ma
specialmente durante le misure su e tra parti messe a terra, anche quando
scollegate.
Va sempre ricordato che:
1) Si opera su Cabine Primarie in servizio e l'impianto di terra anche durante le
prove può essere interessato:
da un guasto AT in cabina o sulle linee entranti
(monofase a terra, bifase, trifase)
da fulminazione diretta, in cabina o sulle linee entranti
dalla corrente di compensazione del complesso Petersen
da correnti di guasto o da fulmine in impianti interconnessi
(metallicamente collegati)
da correnti di guasto o da fulmine in impianti metallicamente separati, ma
posti nell'area di influenza della Cabina Primaria
da correnti vaganti e disturbi.
Anche il circuito di prova può essere perturbato:
da un qualunque guasto negli impianti dispersori
da una corrente da fulmine, sul circuito amperometrico o su quello
voltmetrico
da correnti vaganti e disturbi, mutui accoppiamenti sul circuito
amperometrico o su quello voltmetrico.
2) Le terre di funzionamento possono essere non più efficienti e questo senza
che le protezioni dell'impianto ne rivelino con immediatezza la difettosità.
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Ad esempio il conduttore di messa a terra può interrompersi ed in tal caso il
lato apparecchiatura non è più vincolato a terra e può raggiungere tensioni
pericolose:
se viene interrotta la messa a terra della Petersen, questa va al potenziale
del neutro MT (centro stella TR) ed il sistema di fatto ridiventa a neutro
isolato
se viene interrotta la messa a terra degli scaricatori AT (o MT), questi
perdono d'utilità
se viene interrotta la messa a terra del primario dei Trasformatori
Voltmetrici AT (o MT), questi perdono la misura.
Accedere al punto di (non) messa a terra del complesso Petersen equivale a
tastare, trascurando l'impedenza del complesso, il passante del neutro MT sul
trasformatore 132/15 kV.
3) Per le prove si utilizzano generatori di corrente con separazione galvanica
dalla fonte di alimentazione:
di potenza ridotta (0,5 kW - PELV) per la verifica della continuità,
portatile: di fatto è possibile operare a circuito aperto, utilizzando i
normali DPI (pericolo archi elettrici paragonabili a quelli di un incisore
elettrico)
di potenza elevata (fino a 50 kVA trifase e tensione secondaria monofase
fino a 900 V a vuoto) per la misura della resistenza di terra: l'arco elettrico
generato dall'apertura del circuito è sostenuto dai 50 kVA del generatore
ed è paragonabile, se l'operazione non è effettuata con adeguati
interruttori, a quello di una saldatrice, con l'aggravante della tensione di
innesco pari a 900 V
4) La modalità più sicura di generazione è utilizzare un telecomando creando
una comoda postazione lungo il tracciato del cavo amperometrico dal
Laboratorio Mobile al Punto "0", sulla maglia ma lontano da masse e baffi di
terra: il cavo amperometrico è isolato per la tensione nominale di 1.000 V ed
in aggiunta si può misurare la corrente generata con una pinza amperometrica
doppio isolamento, invece, se è il caso, per la misura di tensione la sedia ed il
tavolino della postazione vanno posti su di un tappeto isolante.
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Di seguito alcuni criteri generali di sicurezza.
Per quanto possibile non portare fuori maglia alcun potenziale
Limitare tempo e spazio per l'esecuzione della prova vera e propria 46
L'esperienza induce a ritenere che, per l'elemento "spazio", quanto maggiore è la
lunghezza dei conduttori di collegamento alle sonde, tanto minore è il controllo
che l'operatore riesce ad esercitare sugli stessi, sia in termini di campi magnetici,
sia per l'integrità dei circuiti ausiliari (danni meccanici, interruzioni, ecc.).
Anche l'espansione dell'elemento "tempo" (il protrarsi delle misure) gioca
sfavorevolmente. Dopo ciascuna interruzione (pausa pranzo, rinvio al giorno
successivo) è opportuna la ripetizione di esami a vista e di misure per assicurare,
tra l'altro, l'integrità dei circuiti.
Prestare attenzione alle misure di corrente
Se il valore di corrente letto è 1/150 di quello effettivo in caso di guasto, quando
durante la misura della corrente drenata dal dispersore profondo sulla pinza
amperometrica leggo 50 A, dovrò di certo preoccuparmi a che il capocorda che
sto "pinzando" regga 150 x 50 = 7,5 kA per i 500 ms della durata del guasto e
senza effetti termici. Ad ogni buon conto c'è anche da considerare il rischio che
durante la semplice misura il capocorda si spezzi interrompendo i 50 A, con
indubbio arco elettrico.
Prestare attenzione alle misure di tensione
Se il valore di tensione letto è 1/150 di quello effettivo in caso di guasto, quando
durante la misura della resistenza di terra leggo 50 V, dovrò di certo
preoccuparmi affinché il multimetro, il circuito di misura ed io medesimo, siamo
isolati per 150 x 50 = 7,5 kV
Il circuito amperometrico di prova deve essere considerato alla tensione
massima di generazione (es. 900 V)
Non c'è alcun "salvavita" a proteggere dai contatti indiretti e tantomeno da quelli
diretti.
46
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.4.2.3
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Prova di continuità elettrica
I conduttori di protezione che servono a mettere a terra gli apparecchi o le parti di
impianto a tensione maggiore di 1 kV vanno assimilati a tutti gli effetti ai
conduttori di terra.
La prova di continuità elettrica in Cabina Primaria riguarda dunque tutti i
collegamenti equipotenziali e tutti i conduttori di terra delle sezioni AT e MT.
Tale prova è sempre richiesta
47 48
, sia all'attivazione che durante la verifica
periodica: massiva e senza campionamento. 49
Nelle cabine non ancora in servizio la prova di continuità viene preceduta da un
accurato controllo a vista dello stato dei conduttori e dei giunti, con particolare
attenzione alle eventuali corrosioni; nel caso invece dei controlli periodici, la
verifica a vista viene eseguita in contemporanea.
La prova consiste nell'accertare la continuità dei conduttori di terra (e di tutte le
parti metalliche accessibili) e non deve dare alcun valore di resistenza particolare,
peraltro comunque significativo.
È opportuno utilizzare una sorgente in grado di erogare una corrente di 10 A 50 in
corrente alternata o continua, con tensione a vuoto minore od uguale a 25 V: in
corrente continua è necessaria meno potenza in quanto non ci sono da sostenere
componenti induttive.
Non dovendo misurare alcuna resistenza viene utilizzato il metodo di misura a
due fili collegando il primo al Punto "0" ed il secondo alla massa da verificare.
47
48
49
50
CEI EN 61936-1:2011-07, Art. 10.6.2 Misure
Il progetto e l’esecuzione di un impianto di terra devono permettere misure da eseguire periodicamente
o a seguito di importanti modifiche riguardanti i requisiti fondamentali o anche prove di continuità.
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.4.2 Obbligo della prova
Le prove di continuità fanno parte integrante della verifica dell’impianto elettrico e di messa a terra "a
regola d’arte". Pertanto l’importanza della loro conduzione non può essere trascurata.
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Tab. B.4.6.1 Prove di continuità elettrica nell'impianto di terra
alla posizione N°1: Locale cabina MT - 100% testate
Enel Divisione Infrastrutture e Reti, Guida per le connessioni alla rete elettrica di Enel Distribuzione Ed. 2.2 Dicembre 2011, Art. J.14.2.5 b)
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Operativamente
vengono
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svolti
per
intero
i
due
aspi
e,
collegata
l'apparecchiatura, si percorre l'intera Cabina Primaria: col primo cavo di
collegamento, lungo pochi metri, è realizzata la connessione al Punto "0"
mediante pinza autopulente con serraggio a morsa, mentre il secondo termina con
un elettrodo di prova a puntale. Fissata ad un valore opportuno la potenza del
generatore, si parte dai punti vicini al Punto "0" e man mano che ci si allontana
verso la periferia della maglia la corrente diminuisce con proporzionalità.
Misurando direttamente al puntale il valore di corrente, con una semplice pinza
amperometrica analogica, l'operatore può valutare lo stato del collegamento a
terra ed in caso di ragionevoli dubbi sulla possibile corrosione deve sollecitare
una indagine più approfondita, facendo scavare fino al punto di connessione alla
maglia così da scoprirlo e verificarne a vista lo stato di conservazione.
A riguardo della sicurezza dell'operatore vale la regola generale di non portare
fuori maglia alcun potenziale, pertanto la prova è limitata alle masse poste sulla
sola rete di terra della Cabina Primaria; vanno inoltre adottati tutti gli
accorgimenti per evitare correnti vaganti o scintillii all'atto delle misure.
DPI: calzature, vestiario e guanti da lavoro, elmetto con visiera e guanti isolanti,
da indossare sotto i guanti da lavoro, in caso si renda necessario scollegare dalle
masse un baffo di terra per verificarne il collegamento franco alla maglia.
La prova di continuità (continuità elettrica di tutti i collegamenti equipotenziali e
di tutti i conduttori di terra) va sempre eseguita, e per prima 51: specie per cabine
dove la maglia vera e propria disperde il 5-10% (il resto i piombi, i dispersori di
profondità
e
le
funi
di
guardia)
questa
è
l'unica
misura,
complementare/alternativa alle tensioni di passo e di contatto "massive", per
saggiare l'integrità della maglia.
51
Guida CEI 64-14:2007-02, Art. 2.3.1
La prova della continuità dei conduttori di terra (CT), di protezione (PE) e dei conduttori equipotenziali
(EQP, EQS) si raccomanda sia sempre eseguita prima di qualsiasi altro controllo del sistema di
protezione ed è condizione necessaria (pur se non sufficiente) del corretto accertamento delle loro
funzioni.
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Prova voltamperometrica 52
Le misure devono essere fatte, per quanto possibile, con l'impianto nelle
ordinarie condizioni di funzionamento: l’impedenza di terra ZE è perciò
determinata anche dalle funi di guardia, collegate direttamente all’impianto
stesso con effetto di dispersori, e da altri impianti di terra elettricamente collegati
all’impianto per mezzo di schermi di cavi, armature, conduttori PEN o in altro
modo.
Per cabine con l'impianto di terra indipendente, costituito unicamente da
dispersori intenzionali, dispersori di fatto, da conduttori di terra e da conduttori
equipotenziali, si parlerà invece più propriamente di resistenza di terra RE
Le misure vengono effettuate utilizzando il metodo di iniezione di corrente di
valore elevato per il quale sono necessari un generatore di corrente alla frequenza
di rete, un elettrodo ausiliario di corrente ed una sonda di tensione.
Iniettando una corrente IM nel dispersore in esame (in particolare nella zona in
cui è prevedibile il guasto) e misurando la tensione UEM stabilitasi tra questo e la
sonda di tensione, è possibile valutare la resistenza di terra data dal rapporto:
RE =
UEM
IM
RE è la resistenza che il terreno presenta al passaggio della corrente dal
dispersore fino ad un punto del terreno, detto terra di riferimento (terra lontana),
sufficientemente lontano dal dispersore stesso.
Il dispositivo utilizzato per l'esecuzione di questa misura consente di invertire
velocemente il senso della corrente di prova: noti i valori delle tre prove (diretta,
a vuoto, con corrente di segno inverso), è possibile, secondo il metodo Erbacher,
depurare le misure dalle tensioni di disturbo.
52
vedasi: Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E, Misura della resistenza totale di terra
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Figura 20: schema misura voltamperometrica 53
Per la misura voltamperometrica vengono utilizzati una linea in alta o media
tensione in entrata nella Cabina Primaria stessa e l'impianto di terra della Cabina
AT o MT, dall'altro estremo della linea, quale elettrodo ausiliario di corrente.
Per collegare i due dispersori, quello di prova e quello ausiliario, è perciò
utilizzata la linea trifase di collegamento tra le due cabine: le tre fasi di questa
linea vengono appositamente cortocircuitate e messe a terra sul dispersore
ausiliario.
Solitamente si tende a disporre la sonda di tensione in direzione opposta rispetto
alla cabina che viene utilizzata come dispersore ausiliario, o comunque non
allineata nella stessa direzione 54: questo provvedimento viene preso per evitare
che la corrente dispersa vada ad alterare gli andamenti dei potenziali del terreno
circostante alla cabina in prova.
53
54
ENEL DK 4281, Figura 25 - Misura della resistenza di terra
Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E
2) Criterio dell’iniezione di corrente (classico voltamperometrico)
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Figura 21: potenziali sulla superficie del terreno lungo tre direttici a-a', b-b' e c-c' 55
Vengono inoltre rilevate sulle masse e sulle masse estranee le tensioni che
nascono tra le stesse ed appositi elettrodi: le tensioni misurate durante queste
prove non saranno le effettive tensioni di passo e di contatto presenti in caso di
guasto reale. Infatti durante la prova non si fa ovviamente circolare la piena
corrente di guasto, ma una corrente notevolmente inferiore.
Si ammette che esista una proporzionalità diretta tra i valori di tensione misurati
con la corrente di prova ed i valori di tensione che possono insorgere per effetto
della corrente di guasto.
Le tensioni misurate devono essere riportate alla massima corrente di terra che
l'impianto è chiamato a disperdere:
K =
IF
(Guasto)
UT = K UMT
IM
(Misura)
US = K UMS
Lo stesso per le correnti e la tensione totale di terra:
I = K IM
55
UE = K UEM
S. Mangione: Dispensa del Corso di Tecnica della Sicurezza Elettrica, Fig. 2.5
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Si distinguono due circuiti: l'amperometrico ed il voltmetrico.
Richiudendosi nel terreno, il circuito amperometrico mette in serie l'impianto in
prova, il generatore, il collegamento al dispersore ausiliario (sonda di corrente) e
la sonda di corrente stessa.
Il circuito voltmetrico è costituito dall'adattatore voltmetrico coi suoi fili di
collegamento, l'uno al picchetto sonda di tensione e l'altro all'impianto di terra in
prova.
È evidente che il ramo voltmetrico non debba essere percorso da corrente
apprezzabile nei confronti del circuito amperometrico: oggigiorno il problema è
risolto con l'uso di voltmetri digitali ad alta impedenza di ingresso.
È d'obbligo dotare il generatore di tutti gli accorgimenti per evitare che
un'accidentale rottura del cavo amperometrico, o comunque l'apertura della serie,
determini un rischio di folgorazione per le persone (es. relè di minima corrente
e/o relè a massima impedenza).
Sempre a riguardo del circuito amperometrico, questi necessita di:
un isolamento superiore alla massima tensione a vuoto del generatore,
ottenuto anche con schermi e barriere isolanti a protezione totale dei punti
di connessione
doppio isolamento dei cavi di collegamento (non isolamento rinforzato) e
connettori di sicurezza
vigilanza continua, in specie durante l'iniezione, e interdizione d'accesso
alle aree pericolose.
In caso di guasto AT con circuito amperometrico collegato, ai capi del generatore
si somma la tensione totale di terra e pertanto è necessario uno scaricatore che in
genere viene posto direttamente sul punto di connessione alla linea AT, così da
proteggere tutta l'apparecchiatura a lui successiva (generatore, interruttori, cavi e
quant'altro). Nel caso, con uno scaricatore ad alta capacità di scarica e tensione
d'innesco 1.500 V, si riesce a proteggere l'apparecchiatura anche da una
fulminazione diretta sulla linea AT di collegamento alla sonda amperometrica.
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Per la sonda voltmetrica si evidenziano tre criticità in merito alla sicurezza:
l'isolamento verso il terreno
(in caso di guasto AT viene portato fuori cabina il potenziale totale di
terra)
la vigilanza dei tratti fuori cabina, sia in ordine al possibile guasto AT che
per l'intralcio alla viabilità del filo posato
la lunghezza.
Mitigate:
dal tempo di posa limitato
dall'uso dei DPI
dalla segregazione dell'adattatore voltmetrico
dalla sezione ridotta del filo e quindi dalla sua maneggevolezza e facilità
di posa
dalla semplicità di infissione della sonda
dal metodo operativo scelto.
Il metodo operativo suggerito prevede:
1) che l'operatore con l'adattatore voltmetrico stia coi piedi sulla maglia di
cabina, ma lontano da masse; meglio col comando a distanza e vicino al
cavo della sonda amperometrica, così da misurare agevolmente con la
pinza amperometrica il valore della corrente iniettata e comandare di
lontano il generatore
2) la connessione fissa dell'adattatore al Punto "0"
3) la connessione dell'adattatore alla sonda voltmetrica per il solo tempo
necessario alla lettura, previa verifica dell'integrità del filo e vigilando che
nessun "curioso" s'avvicini
(con l'operatore bardato di tutto punto per maneggiare senza pericolo il
capo della sonda di tensione: tappeto o tronchetti isolanti, guanti isolanti,
elmetto con visiera calata se la tensione in misura, rapportata alla corrente
reale di guasto, supera quella di prova dell'adattatore voltmetrico)
4) il doppio isolamento 0,6/1 kV del tratto di filo conduttore dal salto maglia
alla cinta di cabina, con posa attenta a non incrociare masse (regola
generale); l'isolamento normale 450/750 V e per servizio mobile in
cantiere il filo restante
5) negli attraversamenti stradali e lungo vie trafficate la posa del filo il solo
tempo necessario, e con presidio.
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Misura della resistenza di terra
Per effettuare una misura corretta della resistenza di terra è necessario disporre la
sonda di tensione in una zona neutra, una zona cioè dove il potenziale di terra
risulta costante perché non influenzato dalla corrente di prova dispersa: per
verificare questo è necessario eseguire più misure di resistenza di terra
allontanandosi radialmente dal dispersore in prova.
La zona neutra è caratterizzata dalla rilevazione di una differenza di potenziale
costante rispetto al dispersore in misura.
Figura 22: voltamperometrica 56
La resistenza di terra è concentrata soprattutto nelle immediate vicinanze del
dispersore e di conseguenza lo stesso accade per la caduta di tensione, dovuta
alla corrente di guasto: la caduta di tensione sulla prima resistenza elementare è
maggiore che sulla seconda e così via, fin quasi ad annullarsi per i punti lontani.
56
S.Atanasio: Misure di resistenza di terra e di tensioni di contatto e di passo, esempi pratici
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L'andamento dei potenziali nel terreno corrisponde alla distribuzione delle
resistenze elementari.
Figura 23: resistenze elementari e andamento del potenziale in uscita da una Cabina Primaria 57
Le tensioni man mano che ci si avvicina al bordo della rete di terra aumentano e
la rapidità o meno della curva di salita dà un'indicazione di com'è lo stato di
degrado dell'anello periferico e se vi possono essere tensioni di passo elevate ai
bordi.
La misura è a vuoto e per la sonda di tensione, data l'alta impedenza d'ingresso
dei voltmetri digitali oggi in uso ( > 1 MΩ), non necessita un picchetto a croce
infisso due metri: è più che sufficiente un normale picchetto, in tondino di
acciaio o rame Ø 25 mm, infisso per 40 cm.
È conveniente che la resistenza del picchetto (resistenza del contatto parete
picchetto-terreno) sia inferiore ai 700÷1.000 Ω , così da non rischiare di andare a
misurare il nulla.
Infatti la sonda per il rilievo della tensione può comportarsi da antenna o risentire
delle mutue induttanze: non è raro misurare con circuito aperto tensioni simili a
quelle attese.
57
C. Picozzi: Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e
qualità delle misure. op. cit.
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Un metodo semplice per verificare che il picchetto sia infisso è di caricare la
tensione in misura con la resistenza di 1.000 Ω , che verrà poi utilizzata per le
tensioni di contatto.
Trascurando quota parte della resistenza in prova, di solito minore di 1 Ω , si ha
la serie dei 1.000 Ω detti sopra e la resistenza del picchetto, che si può
determinare approssimativamente: con una resistenza di 1 kΩ la tensione caricata
dimezza, con una resistenza di 500 Ω la tensione diminuisce di 1/3.
A margine si ricorda che per un picchetto semplice vale: R = ρ/L
e di
conseguenza, con una profondità di infissione in un terreno vegetale pari a 40
cm, si ha una resistenza inferiore ai 1.000 Ω , come suggerito.
È conveniente partire dal Punto "0" di iniezione della corrente di prova con passo
di due metri fino alla recinzione perimetrale (con l'intorno del salto maglia
battuto di metro in metro, così da localizzarlo in maniera precisa), quindi
continuare ogni 10 metri per altri 100 metri ed in seguito a 50-100 metri alla
volta proseguendo per almeno due-tre misurazioni oltre il flesso orizzontale.
Per la parte fuori la recinzione di cabina con questa sequenza:
a) steso il filo la squadra fuori cabina infigge la sonda, la collega, si allontana
e presidiando il posto autorizza l'iniezione di corrente
b) avuta l'autorizzazione, l'operatore in cabina collega la sonda all'adattatore,
fa le necessarie letture a corrente normale, nulla ed invertita, quindi
riscollega l'adattatore e ne dà conferma alla squadra esterna
c) la squadra esterna, avuta l'autorizzazione, scollega la sonda, disinfigge il
picchetto e si porta più avanti.
Per la parte dentro la cinta spostandosi direttamente con l'adattatore voltmetrico:
in questo caso, nella necessità di andare oltre la maglia col Punto "0", tutta la
squadra deve indossare guanti e tronchetti isolanti.
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Nel caso, per le misure intermedie su superfici in cls. o non picchettabili, sta bene
pure la piastra, previa abbondante innaffiata.
Infatti non vi è motivo di misure "precisissime" quando queste sono richieste
dalla norma solo al flesso orizzontale
58
(laddove si determina il valore della
resistenza di terra) e come già dettoci sono raccomandate dalla Buona Tecnica al
salto maglia.
Intendiamoci: l'accuratezza nelle misure è da ricercarsi sempre, ma fuori la
Cabina Primaria le misurazioni sono sempre orientative se non altro perché la
sonda non è stesa lungo un rettilineo ed il "metraggio" è sommario.
Trattandosi di misure "a vuoto", queste non dovrebbero avere "l'impronta" del
verificatore e di conseguenza i grafici corrispondenti alle varie prove periodiche
quinquennali dovrebbero essere facilmente sovrapponibili.
Obiettivo della sonda voltmetrica è giungere a costruire un grafico il più
possibile rappresentativo dell'andamento del potenziale in uscita dalla cabina
ovvero, duale, dell'andamento della resistenza.
Punti singolari di siffatti grafici sono il ginocchio in corrispondenza dell'anello
esterno della maglia interrata, la discontinuità in corrispondenza della cinta di
cabina ed infine il flesso orizzontale. 59
Nelle pagine seguenti due esempi riferiti rispettivamente ad una cabina urbana
(senza giunti di isolamento ai cavi MT) e ad una extraurbana.
58
59
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.7 Esempi di applicazione
… A proposito del Mod. RT3, nella ricerca del punto di flesso non è necessario procedere alla
valutazione dell’errore strumentale, mentre è fondamentale la valutazione degli errori operativi
(geometria del dispersore, individuazione di zone a potenziale indisturbato, ecc.). Successivamente,
una volta individuato il punto di flesso, diviene opportuna anche la puntuale valutazione degli errori
strumentali.
Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E, Misura della resistenza totale di terra
Con in punti così rilevati, si costruisce la curva dell’andamento della tensione, allo scopo di verificare
che i valori misurati del potenziale del terreno possano tendere ad un valore nullo rispetto a quello del
dispersore in prova: si possono ritenere accettabili valori che si discostano meno del 5% ogni 100 m di
allontanamento della sonda di tensione.
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: scopo e metodologia di prova
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Andamento del potenziale
1200
1000
cinta CP
Volt
800
600
400
200
0
0m
100 m
200 m
300 m
400 m
500 m
600 m
700 m
500 m
600 m
700 m
Andamento della resistenza
0,10
0,09
0,08
0,07
Ohm
0,06
0,05
cinta CP
0,04
0,03
0,02
0,01
0,00
0m
100 m
200 m
300 m
400 m
Figura 24: andamento del potenziale e della resistenza in una Cabina Primaria urbana
L'impianto di terra della Cabina Primaria a cui si riferisce la figura è costituito da
una rete a maglia quadrata di lato pari a circa 8 metri, in corda di rame della
sezione di 63 mm2, interrata ad una profondità di metri 0,7.
Alla maglia risultano collegati:
• n° 3 dispersori di profondità di 120 metri ciascuno, infissi internamente
alla maglia
• n° 23 puntazze lunghe 10 metri ed infisse nel terreno da una profondità di
2 metri, lungo tutto il perimetro della maglia
• le funi di guardia delle linee AT afferenti la Cabina Primaria
• i piombi dei cavi delle linee MT in uscita dalla cabina.
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Andamento del potenziale
9000
salto maglia
generale
8000
7000
Volt
6000
cinta CP
5000
4000
3000
2000
1000
0
0m
100 m
200 m
300 m
400 m
500 m
600 m
700 m
Andamento della resistenza
0,90
0,80
0,70
Ohm
0,60
0,50
0,40
0,30
cinta CP
0,20
0,10
salto anello periferico
0,00
0m
100 m
200 m
300 m
400 m
500 m
600 m
700 m
Figura 25: andamento del potenziale e della resistenza in una Cabina Primaria extraurbana
L'impianto di terra della Cabina Primaria a cui si riferisce la figura è costituito da
una rete a maglia quadrata di lato variabile, in corda di rame della sezione di 63
mm2, interrata ad una profondità di 0,6 metri e con uno sviluppo totale di circa
1.650 metri. L’anello periferico è approfondito di 0,6 m rispetto alla maglia
generale che risulta integrata lungo tutto il perimetro da puntazze lunghe 3 metri
e all'interno del perimetro da 6 dispersori verticali lunghi 15 metri; la fune di
guardia risulta collegata alla maglia di terra della cabina.
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Misura della tensione totale di terra UE
La tensione totale di terra UE è il prodotto tra l'impedenza (resistenza)
dell'impianto di terra e la corrente che questi è chiamato a disperdere in caso di
guasto.
UE = ZE x IE
Quello che rappresenta è il potenziale che durante il guasto assumono le masse
collegate alla maglia di terra della Cabina Primaria, rispetto alla terra lontana.
La terra lontana è la zona della superficie del terreno al di fuori dell'area di
influenza dell'impianto di terra, nella quale tra due punti qualsiasi non si hanno
percettibili differenze di potenziale dovute alla corrente di terra.
Se l'impedenza dell'impianto di terra è bassa, a parità di corrente di guasto la
tensione totale di terra è relativamente piccola.
Le correnti di guasto monofase a terra sono nell'ordine dei kA e pertanto ne
diviene che la tensione totale di terra può comunque assumere valori elevati,
nell'ordine dei kV.
Figura 26: tensione totale di terra 60
60
S.Atanasio: Misure di resistenza di terra e di tensioni di contatto e di passo, esempi pratici
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Misura della corrente di guasto drenata dagli elementi metallici
Misurata l'impedenza totale di terra ZE si devono "pinzare" le correnti drenate a
terra per altre vie (funi di guardia, altri impianti di terra e schermi di cavi),
ricavando per differenza la corrente drenata dalla maglia e quindi la sua
resistenza RRS e quella dei dispersori profondi.
Il confronto coi dati delle precedenti verifiche dà un'indicazione sullo stato della
maglia e dei singoli dispersori, permettendo di intervenire con tempestività in
caso si renda manifesto un loro deterioramento.
Il limitarsi alla misura della impedenza di terra senza discernere con diligenza i
singoli componenti è insufficiente perché, ad esempio, il degrado della maglia è
agevolmente compensato da un piccolo aumento percentuale della conducibilità
dei dispersori profondi o può essere camuffato dal contemporaneo cambiamento
dell'assetto rete AT (funi di guardia).
È comodo esprimere la corrente di guasto drenata dai vari dispersori in
percentuale rispetto a IF e riportare il tutto in tabella indicando anche il valore
effettivo della corrente dispersa, così da averne immediato il peso (per la verifica
termica).
CP verde (RE = 0,499 Ω)
dispersore A
dispersore B
maglia di terra
CP rosso (ZE = 0,412 Ω)
fune di guardia L. AT 01
schermi cavo MT 0002
dispersore 1
dispersore 2
maglia di terra
Percentuale corrente rispetto
a IF
35,8 %
42,3 %
21,9 %
Valore effettivo della corrente
dispersa
1.780 A
2.106 A
1.094 A
Percentuale corrente rispetto
a IF
14,0 %
1,5 %
26,5 %
30,0 %
28,0 %
Valore effettivo della corrente
dispersa
1.483A
159A
2.806A
3.177A
2.965A
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CP blu (ZE = 0,088 Ω)
fune di guardia L. AT 1
fune di guardia L. AT 2
dispersore 1
dispersore 2
dispersore 3
schermo linea MT 01
schermo linea MT 02
schermo linea MT 03
schermo linea MT 04
schermo linea MT 05
schermo linea MT 06
schermo linea MT 07
schermo linea MT 08
schermo linea MT 09
schermo linea MT 10
schermo linea MT 11
schermo linea MT 12
schermo linea MT 13
maglia CP
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Percentuale corrente rispetto
a IF
17,5 %
2,0 %
9,0 %
7,5 %
7,0 %
4,0 %
4,0 %
0,0 %
5,2 %
3,8 %
1,8 %
2,4 %
8,5 %
4,7 %
5,3 %
2,2 %
6,9 %
5,7 %
2,5 %
Valore effettivo della corrente
dispersa
2.177 A
249 A
1.120 A
933 A
871 A
498 A
498 A
0A
647 A
473 A
224 A
299 A
1.057 A
585 A
659 A
274 A
858 A
709 A
309 A
Dalle tabelle sopra balza subito all'occhio che l'operatore deve porre particolare
attenzione nell'eseguire la misura ad esempio della corrente dispersa dal
dispersore profondo B, che in caso di guasto può arrivare a 2.000 A: ecco allora
che prima di fare "esperimenti" è il caso di bardarsi di elmetto, visiera, guanti
isolanti e quant'altro.
A ciò si aggiunga che iniettando in prova 100 A il dispersore profondo B
ricordato poc'anzi ne disperde il 42,3% , ovvero l'operatore pinza 42,3 A: già col
protrarsi della prova le connessioni si scaldano e se sono anche malmesse può
accadere che, durante le operazioni di "pinzatura", il capicorda si rompa col
relativo innesco di un arco elettrico, non di poco conto.
Fortunatamente in assetto di prova la corrente di guasto a terra perde il contributo
della linea AT utilizzata per il circuito amperometrico e pertanto è relativamente
agevole provvedere, ad esempio, al rifacimento delle connessioni alla maglia di
terra.
Riguardo la linea MT 08: è stata verificata l'idoneità dell'impianto di terra della
prima Cabina MT, che fungeva da partitore per le altre, e degli schermi dei cavi.
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Per la misura delle correnti drenate dai dispersori profondi e dai cavi MT si
possono utilizzare trasformatori di corrente a nucleo apribile, ma per la misura
delle correnti drenate dalle funi di guardia e dai cavi AT è di fatto necessario
l'utilizzo di captatori flessibili con bobina di Rogosky, collegati in modo
opportuno.
Per la fune di guardia quattro captatori vengono allacciati con ugual verso alle
basi del traliccio AT ed i secondari portati ad un adattatore sommatore che li
chiude semplicemente in anello col voltmetro.
Figura 27 : misura con captatori flessibili (Rogosky)
È di fondamentale importanza il determinare la corrente drenata dalla maglia:
siccome tale misura viene ricavata per differenza, ecco che tutte le misure di
corrente acquistano importanza e vanno fatte con attenzione e professionalità.
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Analizziamo lo schema simbolico della distribuzione della corrente di prova
nell'esempio che segue:
100%
ZE = 0,25 Ω)
Funi di guardia linee
AT 1 – 2 – 3
47,5%
DISPERSORE A
22%
DISPERSORE B
19,5%
Maglia interrata
11%
Tutte le misure sono state depurate col metodo di Erbacher.
Corrente al generatore
Fune di guardia L.AT 1
Fune di guardia L.AT 2
Fune di guardia L.AT 3
DISPERSORE A
DISPERSORE B
Maglia interrata
diretta
75,0
19,7
11,1
5,3
14,9
13,3
-
disturbo
0
1,6
1,6
1,3
2,0
1,7
-
inversa
74,9
19,3
8,2
7,7
18,2
16,1
-
depurata
75,0
19,4
9,6
6,5
16,5
14,7
8,3
distr. percentuale
26,0 %
13,0 %
8,5 %
22,0 %
19,5 %
11,0 %
Per ottenere dati omogenei è opportuno utilizzare una sola strumentazione,
lasciandone inalterata la selezione della portata: se di necessità si utilizzano i
captatori Rogosky, ne viene che tutte le misure in tabella vanno eseguite con le
sonde Rogosky, tra l'altro meno sensibili ai campi esterni delle classiche pinze
amperometriche e con errore di fase trascurabile (< ±1°).
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Verifica dell'integrità dei giunti di isolamento
Laddove all'ingresso dei cavi MT in Cabina Primaria con appositi giunti di
isolamento è interrotta la continuità degli schermi metallici, viene eseguita la
misura delle correnti di dispersione.
La prova è simile a quella della misura della corrente drenata dai cavi MT, con la
differenza che qui ci si attende una corrente nulla: identicamente la corrente di
prova deve essere tanto più elevata quanto più è bassa la ZE perché, se il giunto è
integro, si va a misurare il disturbo raccolto dal tronco di schermo, a mo' di
antenna.
L'assenza di correnti di dispersione dà un'indicazione, ma non è sufficiente a
certificare la integrità e l'efficacia del giunto: di fatto la tensione di prova è pari
alla UEM , non più di 50 V
Figura 28: giunto diritto unipolare per l'interruzione dello schermo metallico (giunto di isolamento)
in esecuzione per cavo aereo e con l'interruzione del conduttore 61
61
Enel Distribuzione, Tavola M4.2
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Rilievo dell'andamento del potenziale sulla superficie del terreno
Il rilievo dell'andamento del potenziale è necessario nel caso si voglia verificare
l'integrità della rete magliata e per avere un'indicazione a riguardo dei potenziali
trasferiti fuori maglia: dall'analisi dei grafici della caduta di tensione lungo le
direttrici principali dell'impianto in prova si possono individuare possibili punti
critici riguardo le tensioni di passo e contatto.
Nella verifica periodica è vantaggioso e per nulla impegnativo eseguire il rilievo
lungo la direttrice della sonda voltmetrica e sovrapporlo per confronto allo
storico.
Durante verifica di primo impianto (ed in occasione di rifacimenti o modifiche
alla rete di terra) viene eseguito il rilievo completo lungo le principali direttrici
così da avere:
in futuro la possibilità di un riscontro in caso insorgessero anomalie
nel presente la verifica puntuale dell'estensione ed interezza della maglia.
Quale esempio è riportato nella figura che segue il rilievo eseguito causa
modifica alla rete di terra di una cabina.
La direzione B presentava una criticità in corrispondenza ad un traliccio AT non
collegato alla maglia di terra in misura, puntualmente confermata dalla verifica
delle tensioni di contatto: collegando provvisoriamente il traliccio alla maglia di
terra della CP sono state nuovamente misurate le tensioni di contatto ed il
risultato è stato espresso nella seconda colonna.
rif.
traliccio AT n° 2
Tensione
riportata a IF
A
B
C
D
spigolo traliccio - picchetto
spigolo traliccio - picchetto
spigolo traliccio - picchetto
spigolo traliccio - picchetto
1.547
1.112
1.027
1.365
Tensione riportata a IF
misurata dopo il collegamento
provvisorio del traliccio alla
maglia di terra di cabina
343
53
33
289
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V / kA
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V / kA
DIREZIONE A
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
locale MT
0
0
10
20
30
40
50
DIREZIONE B
traliccio n°2
salto
cinta
0
60
70
80
0
10
20
30
50
60
70
80
Metri
Metri
DIREZIONE C
V / kA
40
DIREZIONE D
V / kA
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0
0
10
20
30
40 50
Metri
60
70
80
0
10
20
30
40 50
Metri
60
70
80
Figura 29: planimetria e valori delle c.d.t. misurate rispetto al Punto 0 di immissione della corrente
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Misura delle tensioni di contatto (e di passo) 62
La misura delle tensioni viene eseguita con un voltmetro ad alta impedenza,
utilizzando due elettrodi ausiliari (costituiti entrambi da una piastra metallica di
superficie pari a 200 cm2) che durante la prova devono essere appoggiati al suolo
e premuti con una forza pari ad almeno 250 N (~ 25 kg) ciascheduno, così da
simulare il contatto piede-terreno.
Tensione di contatto
Viene misurata la differenza di potenziale esistente tra la parte metallica sotto
esame e le due piastre, affiancate e collegate in parallelo tra loro, disposte alla
distanza di un metro dalla struttura considerata; le misure di contatto vengono
normalmente effettuate in corrispondenza delle strutture metalliche esistenti
all'interno dell'area di pertinenza e nell'intorno, con particolare attenzione alla
sezione AT, al bordo maglia, alle masse estranee, ai servizi (acqua, luce, gas e
telefono), all'illuminazione delle aree pubbliche, ai guardrail, alle recinzioni ed ai
cancelli, ai tralicci delle linee AT.
62
CEI EN 50522:2011-07 Art. 8 Misure
Si devono eseguire misure dopo la costruzione, quando necessario, per verificare l’adeguatezza del
progetto. Le misure devono comprendere l’impedenza dell’impianto di terra, le tensioni di passo e
contatto nei luoghi pertinenti e i potenziali trasferiti, se appropriato. Quando si misurano le tensioni di
passo e contatto in condizioni di prova, es. la prova di inizione di corrente, sono possibili due scelte.
Misurare le tensioni di passo e contatto a vuoto utilizzando un volmetro ad alta impedenza oppure
misurare le tensioni di passo e contatto reali che si manifestano ai capi di una resistenza appropriata
che simula il corpo umano.
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Tensione di passo
Viene misurata la differenza di potenziale esistente tra le due piastre posizionate
a distanza di un metro l'una dall'altra; le misure di passo vengono normalmente
effettuate lungo le diagonali e nei pressi del contorno della maglia di terra,
esternamente al terreno di cabina in corrispondenza dei tralicci vicini, qualora la
relativa fune di guardia fosse messa a terra in cabina.
Figura 30: tensione di passo e tensione di passo a vuoto per una persona prossima ad un traliccio 63
Operativamente, per la misura le tensioni a vuoto vengono "caricate" con una
resistenza di 1.000 Ω , a simulazione della resistenza del corpo umano: il ramo
voltmetrico è percorso da una corrente di pochi milliampere, ancora non
apprezzabile nei confronti del circuito amperometrico, ma sufficiente ad
abbattere le tensioni di contatto UvT e di passo UvS a vuoto, ovvero quelle
preesistenti al contatto della persona.
Per i limiti delle tensioni di passo, maggiori di quelli di contatto a causa del
diverso percorso della corrente attraverso il corpo, si può assumere 3 volte il
valore delle tensioni massime ammissibili di contatto. 64
63
64
G.Massacci: Elementi di sicurezza elettrica, Fig. 21 (estratto)
Guida CEI 64-14:2007-02, Capitolo 2
I valori ammissibili delle tensioni di passo e di contatto sono rispettati se: (…)
d) le misure delle tensioni di contatto e passo risultano: UT < UTp e US < 3UTp
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Ogni misura viene eseguita dopo aver bagnato abbondantemente il suolo; in
alternativa agli elettrodi a piastra, e favore della sicurezza, sul terreno nudo
possono essere usati picchetti infissi per almeno 20 cm.
Sta all'esperienza e all'abilità del verificatore, tenuto conto del valore della
tensione totale di terra, valutare fin dove valga la pena estendere le misure.
La misura di contatto, rispetto a quella del potenziale, è più soggetta alle
condizioni del terreno e molto è demandato alla professionalità del tecnico
verificatore. Ad ogni buon conto, è opportuno valutare e riportare per
completezza nei rapporti di prova le condizioni ambientali di riferimento (quali
ad esempio l'umidità del terreno e la temperatura ambiente registrate durante le
misurazioni) e la tipologia di elettrodo utilizzata (piastra o picchetto).
Durante le misure è agevole con un commutatore passare dalla tensione a vuoto a
quella "caricata", ed è evidente che solo in presenza di tensioni a vuoto superiori
ai limiti ammessi si potranno avere punti critici, se non pericolosi: la tensione a
vuoto è meno soggetta al "piede" del verificatore e perciò è meno "ballerina".
È buona regola prendere sempre nota anche del valore delle tensioni a vuoto che
oltre a garantire, a firmare la qualità delle misure eseguite, è di massima utilità
per la valutazione delle aree potenzialmente critiche, o comunque da tenere
d'occhio nella successiva verifica: è più che utile! non solo per saggiare la bontà
del ghiaietto. 65
Riguardo la sicurezza con l'utilizzo, in prossimità se non oltre il bordo della
maglia di terra di cabina, del potenziale di riferimento (cioè col voltmetro
collegato al Punto "0"), tutti gli addetti alla verifica sono tenuti ad indossare
guanti isolanti, calzare i tronchetti isolanti e calare la visiera; finché si rimane
sulla maglia è come portarsi dietro una prolunga
66
e non dovrebbero esserci
problemi.
65
66
Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E, Misura delle tensioni di passo e di contatto
Può essere utile eseguire anche alcune misure con la resistenza di 1 kΩ disinserita, (tensione
indisturbata) allo scopo di valutare la resistività dello strato superficiale del terreno.
vedasi: Errata Corrige 1 Marzo 2004 alla CEI 11-37 pag. 90
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Misura delle tensioni contatto alle Cabine Secondarie (CP urbane)
Gli schermi dei cavi delle linee MT in uscita dalla Cabina Primaria, se sono
collegati a terra ad entrambe le estremità e se non sono interrotti da giunti
d'isolamento, drenano una consistente quota della corrente di guasto a terra,
alleggerendo di detta quota l'impianto di terra della Cabina Primaria, ma questo
assetto non è scevro da gravami.
Il coinvolgimento degli schermi nel ritorno della corrente di guasto a terra
comporta l’obbligo di verificare la sicurezza delle prime Cabine Secondarie
afferenti le linee MT in uscita dalla Cabina Primaria.
Figura 31: pianta topografica con le linee MT in uscita dalla Cabina AT alle Cabine Secondarie
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Poiché i cavi hanno normalmente una guaina isolante protettiva anticorrosione
esterna, non ci saranno tensioni di passo o di contatto lungo il percorso; i
rivestimenti metallici dei cavi si comportano in tal caso come dei conduttori di
terra isolati che collegano impianti di terra separati. 67
È necessario quindi verificare che la corrente drenata dallo schermo metallico sia
inferiore a quella ammissibile nello schermo stesso.
Per informazioni conviene rivolgersi al costruttore, tenendo presente che il
termine generico di schermo metallico comprende le eventuali armature
metalliche. 68
Operativamente, e con riferimento alla topografia del territorio servito dalla
Cabina Primaria in prova, si vanno a verificare le tensioni di contatto presso tutte
le prime Cabine MT con particolare riguardo a quelle poste più lontano o in aree
poco urbanizzate, ai Posti di Trasformazione su Palo: non si può stabilire a priori
una distanza dalla Cabina AT oltre la quale cessa ogni pericolo (non è applicabile
l'equivalenza col dispersore ideale semisferico), così il verificatore può aver
ragione nel proseguire lungo la linea MT oltre la prima Cabina Secondaria ad
esempio fino ad un palo di amarro.
Figura 32: Elettrodi metallicamente collegati all'elettrodo disperdente 69
67
68
69
Guida CEI 11-37:2003-07, Art. 9.3 Schermi metallici dei cavi
Guida CEI 11-37:2003-07, Art. 6.4 Contributo delle funi di guardia e degli schermi metallici dei cavi
S. Mangione: Dispensa del Corso di Tecnica della Sicurezza Elettrica, Fig. 3.10
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: scopo e metodologia di prova
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In genere alla dispersione della corrente di prova contribuiscono solo gli impianti
di terra delle Cabine MT/BT più vicine all'impianto in misura perché, con
l'aumentare della distanza, la resistenza dei piombi dei cavi MT che collegano gli
impianti di terra delle varie Cabine Secondarie assume valori dell'ordine o
superiori a quelli dell'intero impianto di terra.
D'altro canto per le prime Cabine MT la misura dell'impedenza di terra (quella
del Mod. O) beneficia largamente del contributo alla dispersione della corrente di
guasto MT offerto dall'impianto di terra della Cabina AT, ma se la corrente di
guasto arriva dalla Cabina Primaria, questo contributo "sparisce".
Detto altrimenti, se con la misura della corrente drenata viene determinata una
corrente verso la Cabina Secondaria di 500 A, c'è motivo sufficiente per andare a
verificare le tensioni di contatto nonostante si abbia ZE Cabina Secondaria = 0,5 Ω
La misura puntuale delle correnti drenate dai piombi dei cavi MT non è agevole
in specie per la presenza di accoppiamenti induttivi, ritorni tra le sbarre,
sfasamenti; per forza di cose è soggetta a semplificazioni ed arrotondamenti,
inoltre i valori letti sono per la maggiore dello stesso ordine di grandezza dei
disturbi.
L'ideale è poter raccogliere tutti i cavi in uscita da ogni sbarra MT con una sola
sonda Rogosky (di qualche metro di circonferenza), ma vanno ugualmente bene
4-5 sonde (poi sommate con l'adattatore) ad abbracciare i soli piombi con
maggiore drenaggio.
Ad ogni buon conto, di ritorno o no, se nel piombo di un cavo si ritrova una
corrente che, riportata alla massima corrente di terra che l'impianto è chiamato a
disperdere, è pari a qualche centinaio di ampere, ci sono già motivi sufficienti per
la verifica termica. 70
70
CEI 11-17:2006-07,
Art. 4.2.3 Dimensionamento degli schermi, delle guaine e delle armature metalliche
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: scopo e metodologia di prova
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Misura delle tensioni di contatto (e di passo) ai tralicci AT
Comunque sia, lo scopo dichiarato di un collegamento totale di tutti gli impianti
di terra della rete si può assimilare ad una prestazione di mutuo soccorso: ogni
guasto a terra in un punto qualsiasi della rete si ripercuote su tutti gli elementi
della rete, ma con intensità minore e facilmente controllabile. Se l’arco a terra
nella stazione coinvolge anche i primi sostegni delle linee, facenti capo alla
stazione o all’impianto utilizzatore, è anche vero che gli stessi sostegni, quando
interessati a loro volta da una scarica a terra, si possono avvantaggiare della
vicinanza di un dispersore di resistenza inferiore d’un ordine di grandezza a
quello del sostegno stesso. 71
La scelta se collegare o meno le funi di guardia all'impianto di terra della Cabina
Primaria va considerata fin dalla stesura del progetto: nel caso si renda
indispensabile debbono essere presi da subito accordi col proprietario
dell'elettrodotto così da avere ai primi tralicci un impianto di terra più efficace e
far posare almeno per i primi chilometri una fune di guardia a bassa impedenza
(es. Copperweld).
Il drenaggio per altra via di una consistente quota della corrente di guasto a terra
non modifica il diagramma collinare, ma riduce in proporzione la corrente
drenata dalla maglia di terra di cabina e quindi la tensione totale di terra (è come
se la corrente di guasto fosse minore).
Affidare la sicurezza del proprio impianto a terzi senza garanzie è un azzardo, in
specie perché il collegamento alla fune di guardia dei tralicci non è a portata di
mano, di facile verifica, né garantito: diverso è considerare il drenaggio ai primi
tralicci soltanto quale ausilio.
Poiché la verifica dei tralicci è porzione di quella della Cabina Primaria, valgono
i limiti di sicurezza relativi la cabina AT.
71
Guida CEI 11-37:2003-07, Art. 9.2 Funi di guardia
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La normativa tecnica riferita alle linee aeree ha un approccio diverso riguardo la
tensione di contatto ammissibile, suggerisce infatti direttamente il valore delle
resistenze aggiuntive a seconda della tipologia dell'intorno:
UD1 : nessun ulteriore resistenza aggiuntiva ai 1.000 Ω di resistenza del
corpo 72
(luoghi come piscine, aree di campeggio, terreni di gioco, aree ricreative
e simili, dove le persone possano riunirsi a piedi nudi)
UD2 : resistenza aggiuntiva di 1.750 Ω
(luoghi dove si può ragionevolmente supporre che le persone indossino le
scarpe, come strade pubbliche, parcheggi, ecc. - ρE = 500 Ω · m)
UD3 : resistenza aggiuntiva di 4.000 Ω
(luoghi dove si può ragionevolmente supporre che le persone indossino le
scarpe, ma con resistività del terreno alta - ρE = 2.000 Ω · m)
UD4 : resistenza aggiuntiva di 7.000 Ω
(luoghi dove si può ragionevolmente supporre che le persone indossino le
scarpe, ma con resistività del terreno molto alta - ρE = 4.000 Ω · m)
Figura 33: limiti tensione di contatto ai tralicci AT funzione della durata della corrente di guasto 73
72
73
ndr: curva identica a CEI EN 50522:2011-07, Figura 4
CEI EN 50341-1:2013-07, Figura 6.1
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Le Cabine Primarie costruite tra i campi di periferia oggi sono state raggiunte
dalla cementificazione: i tralicci uscenti dalle cabine sono in piena area urbana e
senza la messa a terra terminale della fune di guardia potrebbero risultare
potenzialmente pericolosi, stante la presenza di persone o animali (e di impianti
sensibili).
Questo coinvolgimento delle funi di guardia nel drenaggio a terra della corrente
di guasto comporta, ovviamente, anche l’obbligo di controllare la sicurezza dei
tralicci delle linee entranti nella cabina: la verifica per le tensioni di contatto (e di
passo) dev'essere estesa ai primi pali fuori della cabina.
Non si può stabilire a priori una distanza oltre la quale cessa ogni pericolo; così il
verificatore non può fermarsi al primo palo che in genere è sì il più critico, ma
non è detto che sia il solo.
Operativamente s'inizia col verificare le tensioni al primo palo in uscita dalla
cabina e si prosegue fino ad avere due/tre sostegni consecutivi senza misure
"pericolose". Infatti può capitare che la fune di guardia, per scelta o a causa
dell'ossidazione dei morsetti di fissaggio agli angolari, risulti scollegata in uno o
più pali.
Stante la vetustà media delle linee AT coesistono tralicci d'ogni foggia, con le
relative tipologie di impianto di terra: nel caso di un unico anello interrato non è
raro misurare tensioni di passo significative a qualche metro dai sostegni.
Regola generale è non portare all'esterno della cabina tensioni o correnti
pericolose: a meno di obblighi verso la proprietà della linea aerea, è bene
scollegare le funi di guardia che contribuiscono poco o per nulla alla dispersione
a terra della corrente di guasto.
L'eliminare il collegamento alle funi di guardia che contribuivano al 25% a
drenare la corrente di prova non comporta in via automatica l'aumento di 1/3
della resistenza totale di terra, in specie se ad integrare la maglia in cabina sono
infissi dei dispersori di profondità che così hanno modo d'essere sfruttati appieno.
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Misura di altre tensioni
Misure complementari, ma necessarie per avere il quadro intero della risposta al
guasto dell'impianto in esame, sono ad esempio:
• la misura della differenza di potenziale tra due punti metallici non
accessibili a persone (es. in una cassetta), questo per valutare se in caso di
guasto AT la distanza sia ancora sufficiente a garantire l'isolamento
• la misura della differenza di potenziale tra il doppino telefonico entrante
nella Cabina Primaria e la terra di cabina, questo per valutare se la messa a
terra dell'impianto telefonico è correttamente collocata al di fuori della
zona di influenza e, di riflesso, se l'isolamento del cavo e del separatore
galvanico sono sufficienti o si deve ricorrere a cavi in fibre ottiche
interamente dielettrici, senza guaina metallica.
Incidentalmente la misura è di fatto una sonda di tensione, per cui in caso
di guasto AT ai capi del voltmetro si ha la tensione totale di terra
• la misura della differenza di potenziale tra un neutro entrante in cabina per
l'alimentazione di riserva e la terra di cabina, questo per valutare se in caso
di guasto AT l'isolamento dell'arrocco sia ancora sufficiente 74
• la misura della differenza di potenziale tra il neutro dell'alimentazione in
bassa tensione di un frontista, nell'area di influenza della cabina, e la terra
del frontista stesso, questo perché - solo in Italia 75 - con neutro messo a
terra in Cabina MT il limite della sollecitazione di tensione è di 500 V 76
Trattandosi di misure effettuate con circolante la corrente di prova, vanno poi
riportate alla massima corrente di terra che l'impianto è chiamato a disperdere.
In linea generale la "tenuta di tensione" richiesta sugli impianti bt è di 1.200 V 77
A riguardo della sicurezza dell'operatore, si aggiunge il rischio del lavoro sotto
tensione dato dalla rimozione delle barriere.
74
75
76
77
CEI 64-8;V1:2013-07, Sezione 442
Se il neutro è collegato ad una terra separata da quella della cabina di trasformazione, l’isolamento
verso massa degli apparecchi BT nella cabina di trasformazione deve sopportare la tensione totale di
terra aumentata della tensione di fase Uo
CEI 64-8;V1:2013-07, Art. 442.3 Sistema TT
GUIDA CEI 11-37:2003-07, Art. 8
Tali valori di tensione totale di terra sono stati scelti in modo da garantire l’isolamento dell’impianto
utilizzatore BT. Infatti se si somma la massima tensione totale di terra che può assumere il neutro di
BT (500 V) alla tensione di fase (circa 250 V) si arriva a circa 750 V, che è la tenuta dell’isolamento a
frequenza industriale che ci si può attendere in apparecchiature anche obsolete in bassa tensione,
quando siano state provate, quando erano nuove, a 2000 V
CEI EN 61936-1:2011-07, Tabella 5 ÷ CEI EN 50522:2011-07, Tabella 2
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Errore strumentale ed errore operativo
Nella misura della resistenza di terra di dispersori molto estesi quali quelli delle
Cabine Primarie, i valori da rilevare sono generalmente molto piccoli ed i sistemi
di misura utilizzabili sommano una serie notevole di errori.
È molto importante che gli strumenti di volta in volta utilizzati abbiano portate
idonee rispetto all'entità del valore da misurare (più la portata è vicina al valore
da misurare e minore è l'incertezza complessiva), e che ne sia garantita la taratura
periodica.
Errore strumentale
Per uno strumento digitale l'errore strumentale è in genere indicato come la
somma di un errore percentuale riferito al valore letto e di un errore dovuto allo
scorrimento dell'ultima cifra rispetto al valor vero della grandezza misurata.
L'errore strumentale, caratteristica definita dal costruttore nei dati tecnici della
strumentazione utilizzata, fa sì che il valore "vero" di RE sia contenuto tra REmin e
REmax e che al loro interno qualunque valore può rappresentarlo, estremi
compresi. Ai fini della sicurezza si adotta per RE il valore che renda il rischio
minore ed accettabile ovvero quello massimo 78:
RE =
UEM
≡
IM
Umax
Imin
Umax = valore della tensione misurata + errore assoluto del voltmetro (valore massimo)
Imin
= valore della corrente misurata + errore assoluto dell'amperometro (valore minimo)
dove errore assoluto (±) = errore RDG (±) + errore DGT (±)
Marca
Tipo e n° matricola
PORTATA
RISOLUZIONE
PRECISIONE
78
PINZA AMPEROMETRICA
α
200 A
0,1 A
± 1,5% rdg ± 5 dgt
VOLTMETRO
ß
50 V
0,01 V
± 0,5% rdg ± 3 dgt
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.7.3 punti 4 e 5
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Errore operativo
È l'errore che commette chi effettua sul campo la misurazione e dipende sia da
fattori soggettivi (es. professionalità specifica dell'operatore), che da fattori
oggettivi (es. condizioni ambientali determinate, conosciute o meno). Può
dipendere dalla scelta della strumentazione e dal metodo scelto ed attuato.
Nelle misure di passo e contatto è fuori di dubbio che l'errore operativo pone in
secondo piano l'errore strumentale: è capzioso disquisire su un ± 3% di errore
strumentale (più un altro 0,2% per il filtro capacitivo al voltmetro) quando il
bagnare abbondantemente o meno le piastre fa variare non meno del 30% la
misura caricata.
La normativa ha ancora qualche ancoramento al passato ed infatti dà solo la
preferenza agli strumenti TRMS
che sia: elettronico
80
79
e per il voltmetro indica, obbliga, consente
, ad alta resistenza interna
81
, con blocco di correnti
continue.82
Ancora, consiglia, obbliga, dà per scontato il bagnare: il terreno in cls. o
asciutto83, il terreno normale 84, il terreno ghiaioso, l'asfalto o simili.85
79
80
81
82
83
84
85
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.2.3
Compatibilmente con i costi, preferire strumenti che eseguono misure di corrente e di tensione in “vero
valore efficace” (T RMS). I voltmetri digitali è bene abbiano un elevata impedenza interna (40 kΩ ÷10
MΩ)
Guida CEI 64-14:2007-02, Art. 2.3.2.5
Per la misura diretta delle tensioni di contatto e di passo è necessario un voltmetro portatile ad alta
impedenza interna (possibilmente un voltmetro elettronico), con in parallelo ai morsetti una resistenza
da 1000 Ω
CEI EN 50522:2011-07, Allegato H
La resistenza interna del voltmetro dovrebbe essere almeno 10 volte la resistenza di terra della sonda.
CEI EN 50522:2011-07, Allegato L
Se le tensioni di disturbo hanno una componente continua di valore elevato, può essere utilizzato un
voltmetro che blocchi tale componente.
CEI EN 50522:2011-07, Allegato H
… in caso di terreno in calcestruzzo od asciutto l’elettrodo dovrebbe essere posato su un panno bagnato
o su uno strato sottile di acqua.
Guida CEI 64-14:2007-02, Art. 2.3.2.5
Sotto gli elettrodi, su terreno normale, devono essere posti feltri bagnati con soluzione salina.
Guida CEI 11-37:2003-07, Allegato E, Misura delle tensioni di passo e di contatto
Sul terreno ghiaioso, sull’asfalto o simili, la misura si fa ponendo sotto l’elettrodo un panno umido o
dopo aver bagnato abbondantemente il suolo.
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Ancora sulla depurazione del disturbo (Erbacher)
La Guida CEI-ISPESL CEI 0-11 86 fa omettere la procedura di depurazione se le
tensioni di disturbo non superano il 20% della tensione U di lettura.
Nel grafico che segue ho rielaborato i dati d'una misura di resistenza con disturbo
nullo sulla corrente, già mostrata: posto che nel caso esaminato il disturbo
massimo sulla tensione misurata era solo del 3 % si può notare che la differenza è
già visibile.
Andamento della resistenza - CPextraurbana
U diretta
U disturbo
U inversa
U depurata
0,90 Ω
metri
1,00 Ω
0
1
4
20
28
54
58
60
62
64
66
67
68
69
70
72
74
76
80
85
100
115
125
135
145
245
345
445
545
645
2,28
1,95
2,40
2,52
3,29
3,44
3,77
3,24
4,64
7,63
9,93
11,35
12,15
12,50
12,78
14,07
17,18
25,00
40,00
59,10
65,00
66,00
68,00
69,50
74,00
74,00
74,00
74,00
74,00
1,08
1,18
1,20
1,37
1,84
1,84
1,98
2,16
1,98
2,28
1,95
2,40
2,52
3,29
3,44
3,77
3,24
4,64
7,63
9,93
11,35
12,15
12,50
12,78
14,07
17,18
25,00
40,00
59,10
67,00
69,00
70,50
72,00
77,00
78,00
78,00
78,00
78,00
2,28
1,95
2,40
2,52
3,29
3,44
3,77
3,24
4,64
7,63
9,93
11,35
12,15
12,50
12,78
14,07
17,18
25,00
40,00
59,10
66,00
67,51
69,25
70,75
75,54
76,00
76,00
76,00
76,00
0,80 Ω
0,70 Ω
0,60 Ω
0,50 Ω
0,40 Ω
0,30 Ω
0,20 Ω
0,10 Ω
0,00 Ω
0m
100 m
200 m
DEPURATA
86
300 m
400 m
DIRETTA
500 m
600 m
700 m
INVERSA
Guida CEI-ISPESL CEI 0-11:2002-09, Appendice B.1.7.3 Mod. RT3
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Ad ogni buon conto, se si omette la depurazione deve essere considerato il valore
di tensione che renda il rischio minore ovvero il valore misurato massimo: nel
caso in esempio i valori a corrente inversa.
Questo è un criterio generale che semplifica la campagna di misura: una volta
individuato lo stato più gravoso si può proseguire con corrente (diretta o inversa)
invariata.
Per i punti sulla maglia di terra è grave trovare tensioni di passo e/o contatto
pericolose, infatti di regola i valori misurati sono ben lontani dai limiti di
sicurezza: più probabile trovare punti potenzialmente pericolosi al salto maglia o
sulle masse metalliche entranti nell'area di influenza della cabina. Non appena la
misura si fa "leggibile" è imperativo provvedere al rilievo completo (normale, a
vuoto, con corrente invertita) per non rischiare misurazioni farlocche.
Tipiche misure a rischio di abbaglio sono quelle alle tubazioni del gas e le
relative colonnine col sezionamento della protezione catodica, alle condotte
dell'acquedotto, ai binari, ai tralicci AT e MT, ai pali dell'illuminazione pubblica,
agli impianti di terra privati.
La normativa prevede anche la misura al neutro
87 88 89
o alla sua messa a terra:
l'operazione è sempre problematica e talvolta non fattibile, sia per la presenza di
armoniche, sia per le normali correnti dovute allo squilibrio dei carichi monofase.
87
88
89
CEI EN 61936-1:2011-07, 10.2.3.2 Alimentazione BT uscente o entrante in una cabina AT
Se gli impianti di terra di alta e bassa tensione sono separati, si deve scegliere il metodo della
separazione dei dispersori in modo da non arrecare pericolo alle persone o alle apparecchiature
dell’impianto di bassa tensione. Ciò significa che le tensioni di passo, di contatto, trasferite e le
sollecitazioni di tensione sull’impianto in BT, causate da guasti sull’alta tensione, rientrino nei limiti
appropriati.
CEI 64-8;V1:2013-07, Sezione 442
Se il neutro è collegato ad una terra separata da quella della cabina di trasformazione, l’isolamento
verso massa degli apparecchi BT nella cabina di trasformazione deve sopportare la tensione totale di
terra aumentata della tensione di fase Uo
CEI EN 61936-1:2011-07, Tabella 5 ÷ CEI EN 50522:2011-07, Tabella 2
…. la EPR (ndr: Earth Potential Rise) può essere sostituita da differenze di potenziale locali basate su
misure o calcoli.
Ndr: alta tensione - tensione superiore a 1 000 V c.a.
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Considerazioni finali
Dlgs. 81/08
Il Datore di Lavoro ha tra le misure generali di tutela della salute e della
sicurezza dei lavoratori nei luoghi di lavoro
90
la valutazione di tutti i rischi per
la salute e la sicurezza, la riduzione dei rischi alla fonte e la priorità delle misure
di protezione collettiva rispetto alle misure di protezione individuale (ovvero è da
perseguire una maglia di terra ben fatta in vece di guanti e tronchetti isolanti).
Ecco allora che al Datore di Lavoro l'opera del verificatore (e i dati che questi
raccoglie sul campo) è indispensabile, anche per la valutazione costi/benefici
delle migliorie.
Normativa tecnica 91
È noto che le norme tecniche sono convenzionalmente ritenute il miglior
compromesso applicabile alla media delle situazioni che si possono incontrare, la
realtà è invece molto complessa, varia ed articolata.
Se è vero che le norme tecniche sono il riferimento più importante per la regola
d'arte, è altrettanto vero che esse costituiscono solo uno strumento a servizio del
verificatore e che niente può sostituire la competenza e la preparazione
nell'interpretazione delle norme e nella applicazione della Buona Tecnica in ogni
caso concreto.
90
91
Dlgs. 81/08, Articolo 15 Misure generali di tutela
vedasi: G.Tedeschi, Le verifiche degli impianti di terra, l'importante ruolo degli ingegneri
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pagina 89 di 100
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Scovare l'insidia
Il verificatore non può tralasciare certuni punti affidandosi alla probabilità (di
certo assai remota) che durante il guasto a terra avvenga un infortunio, come se
fosse una lotteria al contrario, né pararsi con una pletora di misure ininfluenti
quasi a dire: "Ho campionato quasi tutti i punti, cosa volete di più!"
A parte il fatto che, quale esempio e come già detto in precedenza, se con
l'innalzamento del potenziale di terra la rete di distribuzione del metano diventa
"pericolosa", il sinistro è certo, anche distante dalla Cabina Primaria.
Partendo dal concetto che le misure delle tensioni di contatto e di passo
hanno lo scopo di definire lo «stato di sicurezza» dell'impianto e fermo
restando che i punti in cui può «nascondersi» l'insidia possono essere un
rubinetto o un idrante, un cassoncino metallico o un traliccio abbandonato
da tempo, un cancello o una recinzione metallica, un tubo metallico forellato
e destinato ad annaffiare un'aiuola, o un tubo interrato, la griglia metallica
attraverso la quale viene arieggiata la cantina e così via. Significa che nulla
deve essere trascurato. È necessario, in altri termini, compenetrarsi nella
mentalità del preventore o dell'addetto alla sicurezza, professionisti abituati a
«scovare» il pericolo nell'apparentemente innocuo particolare dell'impianto.
Da quanto sopra ne deriva l'ovvia regola di cui si è già fatto cenno nel
capitolo precedente: non lesinare nel numero delle misure; più numerosi
sono i punti misurati, più completa sarà la mappa relativa alle tensioni di
contatto e delle tensioni di passo. Una mappa che probabilmente richiederà
anche parecchi giorni per essere completata in ogni sua parte, ma la
sicurezza non si concilia con un lavoro affrettato e superficiale, condotto
all'insegna del pressapochismo. 92
92
V.Re: Come verificare gli impianti di terra e il coordinamento delle protezioni
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: scopo e metodologia di prova
pagina 90 di 100
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Punti sentinella
È raro, ma una cabina potrebbe risultare senza punti non dico pericolosi, ma
almeno misurabili. Nel caso è utile fare alcune misure non canoniche, ad esempio
con passo di due metri, e riportarle nelle minute: saranno d'utilità alla successiva
verifica periodica per avere immediata conferma sulla invarianza della resistenza
di terra, senza dover posare la sonda di tensione.
Può capitare - per condizioni meteo avverse, scarsità di personale o quant'altro che il primo giorno non si faccia la misura della resistenza di terra, e che poi i
conti non tornino: meglio verificare subito!
Sorprese
Se alla sonda di tensione ci si accorge che la misura di terra discosta di molto
dallo storico, non è il caso di proseguire (va fatta una sola misura in zona neutra
per il raffronto con quella di cinque anni prima), ma bisogna indagarne le cause.
A chi scrive sono capitati due casi "scuola":
1. a metà sonda voltmetrica, con tutta la squadra per strada, l'impedenza di
terra è diminuita e nel circuito amperometrico s'è palesata una corrente
continua.
La Cabina Primaria in misura era asservita ad una SSE di RFI: la cella MT
con lo scaricatore (Valvola Soulè) era stata opportunamente sezionata ma,
di passaggio, un manutentore delle ferrovie, non visto e senza dirci
alcunché, l'ha cortocircuitata (tra l'altro una manovra errata).
2. la sonda voltmetrica ha evidenziato un aumento del 350% del valore
dell'impedenza di terra.
La Cabina in misura era asservita ad un Utente AT che ha separato la rete
di terra dei propri stabilimenti (e della propria rete MT) dalla maglia di
terra del punto di consegna in alta Tensione e di conseguenza dalla maglia
di terra della Cabina Primaria.
Interpellata, la Proprietà, nelle persone dei responsabili della rete elettrica,
ha dichiarato che tale separazione è avvenuta su suggerimento del loro
consulente elettrico e che è stato verificato, con le nuove condizioni di
esercizio, il rispetto dei valori di tensione ammessi dalla norma vigente.
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Verifiche formali
È il caso del punto 2. che precede: è evidente che con la resistenza di terra
aumentata di quasi quattro volte il bordo maglia ed i punti esterni alle cabine AT
possano diventare pericolosi, infatti due punti verificati a campione nell'area
dello stabilimento sono risultati notevolmente superiori ai limiti ammessi dalle
norme CEI.
Questo sta a significare tra l’altro che non è stata eseguita correttamente la
verifica delle tensioni di passo e contatto della cabina di trasformazione AT/MT
dello stabilimento limitandosi ad una verifica formale entro il solo perimetro
della sezione AT (risolta con un paio di asfaltature) e non verificando i punti al
contorno, nell'area dello stabilimento.
Però il consulente, facendo separare la rete MT, s'è risparmiato le misure di passo
e contatto in tutto lo stabilimento, e per questo di certo è stato remunerato.
Asfaltature
Anche se è sufficiente un'asfaltatura con larghezza di 1,25 metri per rendere
impossibile toccare con le mani parti metalliche collegate a terra da una
posizione al di fuori dell’area asfaltata, di par mio aggiungo che è sempre bene
fare la misura a passo 1,30 metri così da dare sostanza alla prescrizione di
controllo periodico dello stato d'usura dell'asfalto: un conto è se l'asfalto davvero
necessita, altro se è stato steso di default.
Per i tralicci posti in zone facilmente accessibili, quali ad esempio un giardino
pubblico od un parco giochi, la Buona Tecnica consiglia, nel caso, una
pavimentazione isolante per una zona di circa 5 metri all'intorno dei sostegni. 93
93
V.Cataliotti - A.Campoccia: Impianti di Terra - pag. 181
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Ringraziamenti
Ringrazio il Prof. Marcello Marconi che ha favorevolmente accolto la mia
proposta di tesi, occasione per proseguire nella disamina sulla "prova di terra"
intrapresa con la tesi triennale.
Un grazie ben oltre il protocollo è poi rivolto ai colleghi tutti dell'ex Ufficio
Verifiche di Milano, sodali di tante prove!
Per ultimo una doverosa riconoscenza nei confronti di Stefano Magistroni per la
collaborazione nella redazione.
Figura 34: Porta Volta, Milano - giugno 2003 (foto C. Picozzi)
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Bibliografia
Normativa e regole tecniche di riferimento
[01] Decreto Ministeriale 12 settembre 1959
(Attribuzione dei compiti e determinazione delle modalità e delle
documentazioni relative all'esercizio delle verifiche e dei controlli previste
dalle norme di prevenzione degli infortuni sul lavoro)
[02] Consiglio Federale Svizzero: 734.2 del 30 marzo 1994 (Stato 1° luglio 2012)
Ordinanza sugli impianti elettrici a corrente forte
(Ordinanza sulla corrente forte)
[03] Decreto Legislativo 9 aprile 2008, n. 81 e s.m.i.
(Testo unico sulla sicurezza nei luoghi di lavoro)
[04] Norma CEI EN 50341-1 Fascicolo 12996 E
Linee elettriche aeree con tensione superiore a 1 kV in c.a.
Parte 1: Prescrizioni generali - Specifiche comuni
[05] Norma CEI EN 50522 Fascicolo 11372
+ Corr. 1 CEI 2011-10 + Corr. 2 CEI 2012-01
Messa a terra degli impianti elettrici a tensione superiore a 1 kV in c.a.
[06] Norma CEI EN 61643-11 Fascicolo 12782 E
Limitatori di sovratensioni di bassa tensione.
Parte 11: Limitatori di sovratensioni connessi a sistemi di bassa tensione Prescrizioni e prove
[07] Norma CEI EN 61936-1 Fascicolo 11373
Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in c.a.
Parte 1: Prescrizioni comuni
[08] Norma Italiana CEI 0-11 Edizione Prima Fascicolo 6613
Guida alla gestione in qualità delle misure per la verifica degli impianti
elettrici ai fini della sicurezza
[09] Norma Italiana CEI 0-14 Edizione Prima Fascicolo 7528
Guida all'applicazione del DPR 462/2001
[10] Norma Italiana CEI 0-16 Edizione Terza Fascicolo 12673 + Ec1 CEI:2013-05
Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi
alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica
[11] Norma Italiana CEI 11-17 Edizione Terza Fascicolo 8402
Impianti di produzione, trasmissione e distribuzione pubblica di energia
elettrica. Linee in cavo
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[12] Norma Italiana CEI 11-37 Edizione Seconda + EC 1 Fascicolo 6957
Guida per l'esecuzione degli impianti di terra nei sistemi utilizzatori di
energia alimentati a tensione maggiore di 1 kV
[13] Norma Italiana CEI 64-8 7a Ed. + Ec febbraio 2013+ CEI 64-8;V1:2013-07
Impianti elettici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1 000 V in
corrente alternata e a 1 500 V in corrente continua
[14] Norma Italiana CEI 64-12 Edizione Seconda Fascicolo 9959
Guida per l'impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario
[15] Norma Italiana CEI 64-14 Edizione Seconda Fascicolo 8706
Guida alle verifiche degli impianti elettrici utilizzatori
[16] Norma Italiana CEI 64-18 Fascicolo 11567
Effetti della corrente attraverso il corpo umano e degli animali domestici
[17] ISPESL, Circolare 17 del 2 aprile 2002
[18] Ministero del Lavoro della Salute e delle Politiche Sociali
Nota Prot. 15/VI/0018639 del 2/11/2009,
[19] ISPESL, Nota n. 06262 del 12/11/2009
[20] INAIL, Dipartimento Certificazione e Conformità dei Prodotti e Impianti
Aprile 2012, DPR 462/01 - Guida tecnica alla prima verifica degli impianti
di protezione dalle scariche atmosferiche e impianti di messa a terra
Testi di riferimento
[21] A.Bossi - E.Coppi, Impianti di Terra
Ulrico Hoepli Editore, Milano, 1975
[22] Università degli Studi di Pavia,
Aspetti scientifici e tecnici dei problemi di sicurezza per l'uomo
Seminari su Sicurezza negli impianti elettrici, Anno Accademico 1976-1977
[23] V.Cataliotti, Impianti elettrici, Flaccovio Editore, Palermo, 1983
[24] V.Carrescia, Fondamenti di sicurezza elettrica
Ulrico Hoepli Editore, Milano, 1984
[25] V.Re, Come verificare gli impianti di terra e il coordinamento delle
protezioni
UTET Periodici, 1993 - Quarta Edizione aggiornata a maggio 2001
[26] C.Picozzi, Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina
Primaria: rischio elettrico e qualità delle misure.
Tesi di Laurea, Università degli Studi G. Marconi A.A. 2007-2008
[27] V.Cataliotti - A.Campoccia, Impianti di Terra
Edizioni TNE, Torino, 2013
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Unificazione, testi e guide del Distributore
[28] Enel Compartimento di Milano
Prevenzione Infortuni MN 301, novembre 1977 Ed. 1
Modalità integrative alle "Disposizioni contro i rischi da elettrocuzione"
per la verifica dell'impianto di terra di impianto elettrico
[29] Enel Compartimento di Milano
Ufficio Verifiche e Misure di Milano, dicembre 1980
IMPIANTI DI TERRA. Dimensionamento degli impianti di terra
[30] Enel Compartimento di Milano
Ufficio Verifiche e Misure di Milano, marzo 1981
IMPIANTI DI TERRA. Generalità e resistività del terreno
[31] Enel Compartimento di Milano
Ufficio Verifiche e Misure di Milano, marzo 1981
IMPIANTI DI TERRA. Verifica degli impianti
[32] Enel Compartimento di Milano - Unificazione ML 340, anno 1982
Messa a terra dei sostegni delle Linee AT a 130 kV
[33] Enel Direzione Distribuzione Lombardia
Prevenzione Infortuni MN 301, Settembre 1998 Ed. 4
(…) Verifica dell'impianto di terra di un impianto elettrico
[34] Enel Direzione Distribuzione Lombardia
Prevenzione Infortuni MN 331, Settembre 1998 Ed. 3
(…) Verifica degli impianti di terra col metodo voltamperometrico
[35] Enel Distribuzione - Unificazione DK 4281, Gennaio 2000 Edizione II
IMPIANTI DI TERRA DELLE CABINE PRIMARIE
[36] Enel Distribuzione - Metodo di lavoro EM 2023 Rev. 01 del 13.06.2003
VERIFICA DELLE TENSIONI DI CONTATTO E DI PASSO NELLE
CABINE MT/BT
[37] Enel Distribuzione, Edizione Maggio 2004
Guida all'esecuzione delle Verifiche degli Impianti di terra delle Cabine
Secondarie
[38] Enel Distribuzione, Ed. 2 - Agosto 2004
Linee in cavo aereo MT
[39] Enel Distribuzione - Unificazione DK 4461, Aprile 2005 Edizione 2.1
IMPIANTI DI TERRA DELLE CABINE SECONDARIE
[40] Enel Green Power - Istruzione operativa N. 33 del 18/07/2011
Avviamento Impianti Idroelettrici
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[41] TERNA - Allegato A.8 Rev. 03 del 1 novembre 2011
Correnti di corto circuito e tempo di eliminazione dei guasti negli impianti
delle reti a tensione uguale o superiore a 120 kV
[42] Enel Divisione Infrastrutture e Reti - Ed. 2.2 Dicembre 2011
Guida per le connessioni alla rete elettrica di Enel Distribuzione
[43] Enel Divisione Generazione ed Energy Management
Safety e ambiente, Safety - LG0020S4 Rev. 04 del 25 settembre 2012
Linee guida denuncia e verifica degli impianti di terra nei luoghi di lavoro
Altri riferimenti
[44] G.Revessi:
Secondo contributo allo studio delle correnti vaganti
L'ELETTROTECNICA Vol. VII - Febbraio 1920
[45] R.Dalla Verde - P.Pavesi: Gli impianti di terra
L'ELETTROTECNICA Vol. XL - Maggio 1953
[46] R.Maranesi - A.Paolucci:
Definizione e misura della resistenza di terra
L'ELETTROTECNICA Vol. XL - Dicembre 1953
[47] Modalità di realizzazione degli impianti di terra nelle stazioni all'aperto
EDISONVOLTA - Quaderni di studi e notizie, n. 179/1954
[48] N.Faletti - C.Rossignani - G.Malaman:
Impianti di terra nelle centrali e stazioni elettriche
L'ELETTROTECNICA Vol. XLII - Ottobre 1955
[49] G.Riello:
Reti a media e bassa tensione: osservazioni sugli impianti di terra
L'ELETTROTECNICA Vol. XLIX - Aprile 1962
[50] G.Bottini - F.Capretti - L.Squintani:
Considerazioni sulla misura delle tensioni di passo e di contatto
L'ELETTROTECNICA, volume dei rendiconti, memoria 53/1962
[51] N.Tomatis:
Impianti di messa a terra nelle stazioni elettriche
L'ENERGIA ELETTRICA N. 8 - 1965
[52] G.Zamorani - A.Subioli:
Impianto di terra con puntazze e conduttori isolati di interconnessione
L'ELETTROTECNICA Vol. LXI - Giugno 1974
[53] Relazione di Congressi e Mostre
Sintesi del simposio sugli impianti di terra. Palermo, 1975
L'ELETTROTECNICA Vol. LXII - Aprile 1975
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[54] G.Danesi - A.Giorgi:
Esperienze sull'impiego dei dispersori profondi negli impianti di terra
P.Cosentino:
La prospezione geoelettrica con particolare riguardo agli studi per gli
impianti di terra
AEI, Simposio sugli impianti di terra. Palermo, 23 - 25 gennaio 1975
[55] F.P.Bassani - A.Clerici:
Esperienze CESI su impianti di terra di complessi industriali
L'ELETTROTECNICA Vol. LXIII - Luglio 1976
[56] C.Martocchia:
Campo di corrente di una piastra circolare appoggiata sul terreno
L'ELETTROTECNICA Vol. LXV - Marzo 1978
[57] N.Mineo - G.Speziale - P.Troja: Criteri di sicurezza nella verifica con
corrente impressa degli impianti di terra delle stazioni elettriche
L'ELETTROTECNICA Vol. LXVII - Dicembre 1980
[58] L.Conti Boldrini - G.Parise:
Impianti di terra delle aziende agricole nelle zone di influenza della messa
a terra di tralicci di linee aeree di alta tensione
L'ELETTROTECNICA Vol. LXVIII - Agosto 1981
[59] G.Danesi - A.Giorgi:
Esperienze di progettazione e verifica di impianti di terra nelle reti di
trasporto e distribuzione dell'Enel in Toscana
AEI, Giornata di Studio sul tema IMPIANTI DI TERRA
Firenze, 25 novembre 1992
[60] U.Grasselli - G.Parise: Tensioni di contatto e di passo
TUTTONORMEL - Aprile 1995
[61] G.Favero: Norma CEI 11-37 Guida per l’esecuzione degli impianti di terra
di stabilimenti industriali per sistemi di I, II e III categoria - Roma 1997
[62] V.Cataliotti - S.Mangione:
Prestazione dei dispersori magliati di forma quadrata e rettangolare con e
senza picchetti
L'ENERGIA ELETTRICA N. 78 - 2001
[63] H.Markiewicz - A.Klajn:
Impianti di terra - concetti base di calcolo e progettazione
Leonardo Power Quality Initiative - Messa a terra & EMC, giugno 2003
[64] Carpaneto SATI Quaderno n° 3 - Edizione 2004
La protezione contro le sovratensioni con l'impiego degli SPD. Dalla teoria
agli esempi applicativi con le indicazioni della Guida CEI 81-8
[65] V.Cataliotti - A.Campoccia - G.Zizzo: La terra deviata
TUTTONORMEL - Ottobre 2004
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[66] G.Tedeschi:
Le verifiche degli impianti di terra, l'importante ruolo degli ingegneri
Associazione Progettisti di Impianti. Incontro Tecnico 17 novembre 2005
[67] L.Alimandi - G.Saputi: Impianti elettrici di messa a terra: la mancata
protezione dai contatti diretti
Ambiente&Sicurezza, Il Sole 24 ORE - Pirola 23 maggio 2006 - N. 10
[68] G.Saputi: Le procedure di sicurezza per la verifica degli impianti elettrici
Ambiente&Sicurezza, Il Sole 24 ORE - Pirola 3 ottobre 2006 - N. 18
[69] Collegamenti in Cavo 150 kV XLPE 1x 1600 mm2 da C.S. CNAO alla linea
AT Pavia Ovest-Pavia
Nexans, manuale di manutenzione ed esercizio, 2007
[70] TUTTONORMEL Lettere al Direttore: Misure di terra - Ottobre 2008
[71] S. Mangione: Dispensa del Corso di Tecnica della Sicurezza Elettrica
Università degli Studi di Palermo, Facoltà di Ingegneria A.A. 2008-09
[72] G.Massacci: Elementi di sicurezza elettrica
DIEE Università di Cagliari, A.A. 2008-09
[73] N.Locci: Misure sui Sistemi di Potenza
DIEE Università di Cagliari, 2011
[74] Messa a terra degli impianti elettrici a tensione superiore a 1 kV.
Nuova norma CEI EN 50522
UNAE Emilia-Romagna, Circolare n. 07/11 del 10 novembre 2011
[75] G.Guizzo: Messa a terra degli impianti a tensione superiore a 1 kV in c.a.
Enel Distribuzione, Incontro Tecnico, Padova 04 febbraio 2012
[76] C.Belli-P.Chizzolini: Conversione dell'energia
Università degli Studi di Pavia, A.A. 2012-13
[77] Nuova Linea Torino Lione, Relazione della maglia di terra SSE di Susa
132/2x25kV - Revisione 08.02.2013
[78] Archivio Voltimum - articoli di Gianluigi Saveri:
Guida alla realizzazione dell'impianto di terra
La misura della resistenza di terra
La protezione contro i contatti indiretti negli impianti dell'utente secondo la
nuova norma CEI 11-1
[79] Bocchiotti S.p.A. - Formazione
S.Atanasio: Misure di resistenza di terra e di tensioni di contatto e di passo,
esempi pratici
A.Burchiani: Misura della resistenza di terra, tensioni di passo e di contatto
[80] NuovaGiungas srl - NGPR0502 Rev. 0
Isolamento e capacità dielettrica nei GIUNTI ISOLANTI MONOLITICI
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Indice
Introduzione........................................................................................................................................................................1
Denuncia e verifica degli impianti di terra ...................................................................................................................5
Requisiti per il verificatore ...........................................................................................................................................7
Protezione contro i contatti indiretti in Alta Tensione ..................................................................................................9
Scopo................................................................................................................................................................................11
Fedeltà al progetto.......................................................................................................................................................13
Cavi AT ...........................................................................................................................................................16
Funi di guardia e tralicci AT ............................................................................................................................18
Stato di impianti e servizi ................................................................................................................................19
Sicurezza delle persone...............................................................................................................................................21
Resistenza meccanica ed alla corrosione (anche in termini di verifica dell'integrità della maglia) .............................24
Cabina con maglia indipendente: RE = Rmaglia + Σ Rdispersori ..............................................................................26
Cabina con maglia interconnessa: ZE = Rmaglia + Σ Zfuni di guardia ........................................................................26
Cabina con maglia interconnessa: ZE = Rmaglia + Σ Rdispersori + Σ Zfuni di guardia ....................................................27
Cabina con maglia interconnessa: ZE = Rmaglia + Σ ( Rdispersori , Zfuni di guardia , Zpiombi MT ) ...................................27
Buon funzionamento dei componenti elettrici.............................................................................................................28
Metodologia di prova........................................................................................................................................................31
Qualità delle misure ...................................................................................................................................................33
Disturbi nel terreno - Erbacher....................................................................................................................................34
Campi elettrici e magnetici .........................................................................................................................................36
Campionatura e misure a campione ............................................................................................................................38
Riguardo la corrente di prova......................................................................................................................................40
Scelta dell'elettrodo ausiliario di corrente (dispersore lontano)...................................................................................41
Cabina AT utilizzata quale elettrodo ausiliario; cavi AT - fune di guardia ......................................................43
Cabina MT utilizzata quale elettrodo ausiliario; indipendenza - corrente iniettata - tensione di contatto ........46
Sonda ausiliaria a distanza ridotta; sicurezza - instabilità valore resistenza .....................................................47
Scelta Punto "0" di iniezione della corrente ................................................................................................................50
Criteri di sicurezza ......................................................................................................................................................51
Prova di continuità elettrica ........................................................................................................................................54
Prova voltamperometrica ...........................................................................................................................................56
Misura della resistenza di terra ........................................................................................................................61
Misura della tensione totale di terra UE ............................................................................................................67
Misura della corrente di guasto drenata dagli elementi metallici .....................................................................68
Verifica dell'integrità dei giunti di isolamento .................................................................................................72
Rilievo dell'andamento del potenziale sulla superficie del terreno...................................................................73
Misura delle tensioni di contatto (e di passo) ..................................................................................................75
Misura delle tensioni contatto alle Cabine Secondarie (CP urbane).................................................................78
Misura delle tensioni di contatto (e di passo) ai tralicci AT.............................................................................81
Misura di altre tensioni ....................................................................................................................................84
Errore strumentale ed errore operativo........................................................................................................................85
Errore strumentale............................................................................................................................................85
Errore operativo ...............................................................................................................................................86
Ancora sulla depurazione del disturbo (Erbacher) ...........................................................................................87
Considerazioni finali.........................................................................................................................................................89
Dlgs. 81/08.......................................................................................................................................................89
Normativa tecnica ...........................................................................................................................................89
Scovare l'insidia ...............................................................................................................................................90
Punti sentinella.................................................................................................................................................91
Sorprese ...........................................................................................................................................................91
Verifiche formali .............................................................................................................................................92
Asfaltature .......................................................................................................................................................92
Ringraziamenti .................................................................................................................................................................93
Bibliografia.......................................................................................................................................................................94
Normativa e regole tecniche di riferimento......................................................................................................94
Testi di riferimento ..........................................................................................................................................95
Unificazione, testi e guide del Distributore......................................................................................................96
Altri riferimenti................................................................................................................................................97
Indice..............................................................................................................................................................................100
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