Scopi e funzione dell`impianto di terra.

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Scopi e funzione dell'impianto di terra.
IMPIANTO DI
TERRA
DISPERSIONE
CORRENTI ANOMALE
NEL SUOLO
a 50 Hz (guasti)
fulmine
DI FUNZIONAMENTO
regolare e sicuro esercizio degli impianti
ASSICURA
sicurezza delle persone e degli
animali
protezione delle installazioni di
potenza
potenziale di riferimento
DIFFERENZIALE DI POTENZIALE
tra le masse ed il suolo
tra due punti del suolo
DI PROTEZIONE
contenimento e controllo tensioni
accidentali
conoscenza e controllo ripartizione
potenziale superficie suolo
limitazione sovratensioni
riduzione perturbazioni
mantenimento valore
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Impianto di terra
E’ costituito da dispersori (intenzionali, di fatto), conduttori di terra, nodi principali di terra,
conduttori di protezione, conduttori equipotenziali, masse, masse estranee
,
Il collegamento a terra deve
essere previsto per tutti i
componenti dell’impianto
elettrico (masse), salvo per gli
apparecchi che non richiedono
il collegamento a terra
L’impianto di terra di norma deve essere unico
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Dispersione della corrente nel terreno e la resistenza di terra
Se applichiamo una tensione fra due punti sul terreno circola una corrente il terreno si comporta
in modo simile ad un conduttore elettrico
A
V
Superfici
equipotenziali
I
Linee di
flusso della
corrente
La capacità di un terreno a disperdere la corrente è condizionata dalla sua resistività, che
dipende essenzialmente da :
- natura geologica
- carattere chimico
- temperatura
- grado di umidità
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Dispersione della corrente nel terreno e la resistenza di terra
Superfici
equipotenziali
Linee di flusso della
corrente
La corrente si diffonde in modo radiale attraverso molteplici sezioni di forma semisferica
mano mano sempre più grandi : esse costituiscono tante resistenze elementari con valore
progressivamente sempre più piccolo. Le resistenze elementari più vicine al punto ove è
iniettata la corrente (dispersore), sono quelle più elevate e costituiscono la parte
preponderante della resistenza di terra.
Il terreno può essere considerato, come un conduttore di sezione variabile, gradualmente
crescente.
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I potenziali nel terreno
La corrente che viene smaltita nel suolo si
ripartisce in ogni direzione provocando
differenze di potenziale tra punti diversi
L’andamento dei potenziali
al suolo è caratterizzato da
un valore più elevato
intorno al dispersore,
mentre in posizioni lontane
si riscontrano valori più
modesti
VOLT
Il potenziale del terreno
diminuisce allontanandosi
gradualmente dal dispersore fino
a diventare nullo in un punto
sufficientemente lontano
metri
Corrente I
Dispersori
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I potenziali nel terreno (tensione totale di terra)
VOLT
TENSIONE TOTALE DI TERRA
Una massa (struttura metallica), a causa di un guasto
d’isolamento, assume il potenziale UE rispetto ad un punto
sufficientemente lontano “potenziale zero o potenziale
indisturbato” [UE = RE I ]
Il punto con potenziale
zero si trova a circa 3÷5
volte la dimensione
massima dei dispersori
di terra
UE
Tensione
totale
di terra
metri
Dispersori di terra con
resistenza RE
Corrente di guasto a terra IE
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I potenziali nel terreno (tensione di contatto)
TENSIONE DI CONTATTO
La tensione di contatto è la tensione a cui può essere soggetto il corpo umano in seguito al
contatto con carcasse o strutture metalliche, normalmente non in tensione, delle macchine e
delle apparecchiature (distanza tra i piedi e le masse convenzionalmente pari ad 1 m)
Le tensioni di contatto vengono contenute ricorrendo a dispersori estesi (anelli equipotenziali
posti lungo il perimetro dell’area da proteggere) ed interrati a modesta profondità ( circa 0,5 m )
VOLT
1m
UST
tensione
di
contatto
metri
UE
Tensione totale
di terra
Mentre il valore della
tensione totale di terra
dipende dai valori della
resistenza di terra e della
corrente di guasto a terra, il
valore della tensione di
contatto dipende anche dalla
configurazione geometrica
dell’impianto di terra
Corrente I
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I potenziali nel terreno (tensione di passo)
TENSIONE DI PASSO
La tensione di passo USS è la tensione che durante il funzionamento di un impianto di terra può
risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un passo (convenzionalmente 1 m )
VOLT
UE
Tensione totale
di terra
USS
tensione
di passo
1m
metri
Le tensioni di passo vengono contenute ricorrendo a dispersori verticali molto interrati e con
conduttori di terra isolati
La tensione di passo, che dipende anche dalla configurazione geometrica dell’impianto di
terra, sono in generale inferiori alle tensioni di contatto ed hanno valori ammissibili più alti (da
piede a piede) e conseguentemente si può supporre che in un impianto di terra non si
manifestano tensioni di passo pericolose
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Geometria del sistema disperdente
andamento tensioni di passo e contatto
La configurazione geometrica dei dispersori di terra è fondamentale ai fini del
contenimento delle tensioni accidentali
Dispersore singolo
Tensione di
contatto pari al
70÷80% tensione
totale di terra
Rete di dispersori
conduttori
di interconnessione
tra i dispersori
Tensioni di passo e contatto inferiori
USS
USS
Tensione di contatto inferiori al 20÷30% tensione totale di terra
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MASSA
Parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che non è in tensione in
condizioni ordinarie,
ma che può andare in tensione in condizioni di guasto
Una parte conduttrice che può andare in tensione perché è in contatto con una massa
non è da considerare una massa
Requisiti perché una parte metallica possa essere considerata massa :
- faccia parte dell’impianto elettrico
- sia comunque accessibile
- possa andare in tensione per un difetto d’isolamento
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MASSA ESTRANEA
Parte conduttrice non facente parte dell’impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale,
generalmente di terra
Esempi di masse estranee :
• elementi metallici facenti parte di strutture di edifici
• condutture metalliche di gas, acqua e per riscaldamento
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MESSA A TERRA DELLE MASSE
Le masse devono essere collegate a terra tramite il conduttore di protezione
Le masse simultaneamente accessibili ( che possono essere toccate simultaneamente dalla
stessa persona ) devono essere collegate allo stesso impianto di terra
Le masse estranee devono essere
connesse al collegamento (nodo)
equipotenziale principale (EQP) al quale
sono collegati il conduttore di
protezione, i conduttori equipotenziali, il
conduttore di terra
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Esempio di collegamenti di un impianto a terra
Massa
Massa
Masse
estranee
Massa
estranea
Masse
estranee
PE : Conduttore di
protezione
CT : Conduttore di terra
MT : Collettore principale
di terra
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EQP : Conduttore equipotenziale
principale
EQS : Conduttore equipotenziale
supplementare
DA : Dispersore
(intenzionale)
DN : Dispersore ( di
fatto)
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Potenziali trasferiti
In casi particolari la tensione di contatto coincide con la tensione totale di terra
U
UST =
UE - UL
E
L
L’impianto di terra potrebbe non garantire la sicurezza delle persone che usano cordoni
prolungatori per alimentare apparecchi di classe I (masse) posti alla periferia o al di fuori
dall’impianto di terra
Il conduttore di protezione del cordone prolungatore, si trova alla tensione totale di terra (UE) e presenta verso
il punto L del terreno la tensione di contatto prossima a quella totale; di fatto la tensione accidentale che una
persona può essere sottoposta è pari a quella di un passo lungo come il tratto di terreno cortocircuitato dal
conduttore di protezione
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Potenziali trasferiti
PROVVEDIMENTI
SEPARAZIONE DELLE MASSE
(interruzione continuità metallica nel
punto di abbandono dell’area
dell’impianto di terra)
CONTROLLO DEL POTENZIALE
modifica resistività superficiale terreno (rivestimento con
asfalto,pietrisco) collegamento a dispersori supplementari
SEGREGAZIONE
installazione di idonee barriere attorno alle parti conduttrici od alle
aree per impedire che queste vengano toccate installazione di una
barriera isolante che impediscono l'accessibilità simultanea a parti
collegate a impianti di terra diversi
ISOLAMENTO delle parti conduttrici o delle Aree
LIMITAZIONE SOVRATENSIONI mediante l’uso di SPD
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Correnti di guasto a terra
Un componente elettrico (massa) per un difetto di isolamento può originare una corrente di
guasto a terra; conseguentemente l’impianto di terra deve smaltire nel terreno la corrente di
guasto nelle condizioni di :
guasto a terra sul lato circuiti a media tensione
guasto a terra sui circuiti a bassa tensione
Guasto a terra sul lato circuiti a media tensione
I circuiti di media tensione per un guasto a terra sono
a corrente impressa e con tensione variabile
L’impianto di terra deve essere dimensionato sulla base della corrente di guasto a terra della
rete MT di alimentazione e del tempo di eliminazione del guasto a terra da parte della
protezione verso i guasti a terra
Valore della corrente che interessa l’impianto di terra : Corrente di guasto a terra IF
Corrente che fluisce dal circuito principale verso terra, o verso parti collegate a terra,
nel punto di guasto (punto di guasto a terra)
Durata della corrente di guasto a terra: Tempo di eliminazione del guasto a terra t F
Tempo predisposto per eliminare il guasto da parte delle apparecchiature di protezione e
di interruzione della porzione di circuito interessata dal guasto stesso.
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Curva di sicurezza per guasti MT
1000
Tensione
di
contatto
UTP (volt)
100
Z
Z
Z
Z
REB
10
0,01
0,1
1
10
Tempo di permanenza della corrente (secondi)
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Guasto a terra sui circuiti a bassa tensione
I circuiti di bassa tensione per un guasto a terra sono
a tensione impressa e con corrente variabile
Il parametro costante è il valore della tensione verso terra , mentre la corrente varia in
relazione all’impedenza del circuito che dipende dal sistema di collegamento a terra
(sistema TT, Sistema TN)
IE
La corrente di guasto a terra interessa nel suo
percorso due impianti di terra separati e distinti (quello
del neutro del Distributore e quello dell’impianto
utilizzatore
Il valore della corrente, trascurando l’impedenza dei
conduttori e del trasformatore è data dalla relazione
IE
Massa
RN
IE
IE = Uo/(RN +RE)
RE
La tensione di contatto non deve superare 50 V nelle
condizioni ordinarie e 25 V nelle condizioni particolari
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Guasto a terra sui circuiti a bassa tensione
I circuiti di bassa tensione per un guasto a terra sono
a tensione impressa e corrente variabile
SISTEMA TN: il guasto a terra non interessa i dispersori di terra
Ig
L’impianto di terra è interessato marginalmente
dalla corrente di guasto a terra in quanto la
maggior parte transita sul conduttore neutro
Ig
(corrente di
guasto)
Il guasto franco a terra, contatto della fase con la
massa, è un corto circuito poiché è interessato il
conduttore neutro; l’impianto di terra non è
percorso da corrente
Le masse assumono il potenziale del conduttore
neutro
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