UNIVERSITA’ TELEMATICA GUGLIELMO MARCONI
FACOLTA’ DI SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA INDUSTRIALE
VERIFICA DELL'EFFICIENZA
DELL'IMPIANTO DI TERRA DI UNA CABINA PRIMARIA:
RISCHIO ELETTRICO E QUALITA' DELLE MISURE
Relatore
Candidato
Prof. Giordano Franceschini
Carlo Picozzi
matr. ST02374
ANNO ACCADEMICO
2007/2008
a Gian Galeazzo Credali
Elettrotecnico
Non impedire un evento,
che si ha l'obbligo giuridico di impedire,
equivale a cagionarlo.
art. 40 comma 2 del Cod. Pen.
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Carlo Picozzi
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Anno Accademico 2007-2008
Introduzione
Per impianto di terra di una Cabina Primaria si intende l'insieme dei dispersori (intenzionali e
di fatto), dei conduttori di terra e dei conduttori equipotenziali.
A differenza ad esempio dei conduttori dell'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.
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.
Nell'area della Cabina Primaria hanno accesso soltanto persone qualificate, ma viene
interessato dalla corrente di guasto anche il terreno circostante, di libero accesso.
Figura 1: vista della sezione AT
La Buona Tecnica richiede che sia assicurata l'affidabilità dell'impianto di terra (in termini di
resistenza meccanica ed alla corrosione), la sicurezza delle persone ed il buon funzionamento
dei componenti elettrici (in termini di un corretto dimensionamento elettrico e termico).
All'art. 9 il DPR 22/10/2001, n. 462 prescrive che gli impianti di messa a terra devono essere
verificati prima della messa in servizio e, in seguito, ad intervalli non superiori a 5 anni.
Questa Tesi esamina il rischio elettrico nella verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di
una Cabina Primaria della rete di distribuzione a 132 kV, con un accenno alla qualità delle
misure eseguite.
Sempre vanno eseguite almeno la prova di continuità e la misura della resistenza di terra,
quest'ultima impiegando il solo metodo voltamperometrico.
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La voltamperometrica, oltre ad essere una misura sufficientemente sofisticata, ha risvolti di
pericolo per i verificatori e per tutti quelli che interagiscono col circuito di prova.
In relazione al tipo di misura diventa importante considerare gli errori, di tipo strumentale ed
operativo, che determinano l'accuratezza del risultato, dei quali è necessario conoscere le fonti
e la loro entità.
A tale scopo 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 di terra e le tensioni di passo e contatto.
Per le aziende produttrici e distributrici di energia elettrica il datore di lavoro può effettuare in
proprio la verifica degli impianti di terra delle stazioni e cabine elettriche.
Al fine di evitare problemi (culpa in eligendo) ed ogni possibile contenzioso, sia di tipo
economico che di tipo tecnico, è opportuno che il datore di lavoro disponga, alla luce della
propria esperienza, affinchè le verifiche siano condotte, in funzione delle caratteristiche
dell'impianto, con modalità tali da consentire l'emissione di un parere affidabile da parte del
verificatore.
Quest'ultimo deve essere libero da qualsiasi pressione o incentivo, soprattutto di carattere
finanziario, e deve svolgere la sua attività in modo indipendente: la sua retribuzione non può
essere commisurata né al numero di controlli effettuati, né al loro risultato.
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, fino a comprendere anche coloro che non hanno competenze
tecniche: l'imprenditore ed il venditore.
La tabella che segue, tratta da una relazione del Prof. Ing. Giorgio Corbellini (Università di
Pavia), bene riassume sinteticamente la responsabilità dell'infortunio.
IMPIANTO
ESEGUITO,
MANUTENUTO
E IMPIEGATO:
SECONDO
LO STATO
ATTUALE
DELL'ARTE
CAUSA DELL'INFORTUNIO
PIÙ FATTI
ANORMALI
INDIPENDENTI
CONTEMPORANEI
PREVISTI STATISTICAMENTE:
CASO FORTUITO
VALUTATO
TECNICAMENTE
ED ACCETTATO
DALLA COLLETTIVITÀ
SULLA BASE
DI CRITERI
DI CONVENIENZA
DI ORDINE GENERALE
SICUREZZA
RESPONSABILITÀ
PENA
NON ESISTE
SUFFICIENTE
IL FATTO
NON
COSTITUISCE
REATO
NON
PUNIBILITÀ
(SOCIALE, TECNICA ED
ECONOMICA)
FATTO
STORICAMENTE SCONOSCIUTO
OPPURE
AL DI FUORI DELLA COMPETENZA
DEI RESPONSABILI DELL'IMPIANTO
E NON PREVEDIBILE:
CAUSA FORZA MAGGIORE
IN MODO
ERRATO
NEI RIGUARDI
DELLO STATO
ATTUALE
DELL'ARTE
RISCHIO
UNICO FATTO NORMALE
O EVENTUALMENTE ANORMALE
E COMUNQUE PREVEDIBILE
NON CLASSIFICABILE
COME CASO FORTUITO
O DI FORZA MAGGIORE
NON VALUTABILE
A PRIORI
NON ACCETTATO
DALLA COLLETTIVITÀ
NON
VALUTABILE
A PRIORI
EVENTUALMENTE
DI TERZI
EVENTUALMENTE
SECONDO
LE LEGGI
INSUFFICIENTE
DI
TECNICI,
COSTRUTTORI
DI COMPONENTI,
RIVENDITORI,
COMMITTENTI,
IMPRENDITORI,
PRESTATORI
D'OPERA
SECONDO
LE LEGGI:
LA PENA PUÒ
OPPURE
DEVE ESSERE
APPLICATA
ANCHE
IN ASSENZA
DI INFORTUNIO
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Premessa
Durante l’effettuazione della verifica dell'impianto di terra di una Cabina Primaria è
necessario eseguire alcune prove e misure: queste possono essere semplici e senza rischi,
come leggere uno strumento da quadro, o complesse e richiedere azioni per contenere od
eliminare il rischio.
Con riferimento anche alle norme CEI 11-1 e CEI 64-8, meritano particolare attenzione, per
eventuali rischi di infortuni elettrici, le seguenti prove e misure:
9 prova di continuità elettrica dei conduttori di terra
9 misura della impedenza (resistenza) di terra e misura delle tensioni di passo e di contatto
(voltamperometrica)
9 misura della corrente di guasto drenata dagli "elementi metallici" collegati all'impianto di
terra
9 misura di altre tensioni di particolare interesse quali ad esempio la differenza di potenziale
tra due punti metallici non accessibili a persone, la differenza di potenziale tra il
conduttore di neutro (o il doppino telefonico) e la terra, ecc.
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
I pedici sono dalla simbologia armonizzata europea e provengono dall'inglese:
E – Earthing , S – Step, T – Touch, B – Body, S – Source e F – Fault.
Le misure vengono effettuate utilizzando il metodo di iniezione di corrente di valore elevato
(voltamperometrico), per il quale sono necessari un generatore di corrente alla frequenza di
rete, un elettrodo ausiliario di corrente ed una sonda di tensione.
La corrente continua non viene utilizzata perché, essendo il terreno un conduttore di natura
elettrolitica, le misure potrebbero essere viziate da forze elettromotrici di tipo elettrolitico o da
correnti continue vaganti.
Iniettando una corrente IM nel dispersore in esame, e misurando la tensione UEM stabilitasi tra
questo e la sonda di tensione, è possibile valutare la impedenza di terra data dal rapporto:
ZE =
UEM
IM
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Oltre alla impedenza viene anche rilevato l'andamento dei potenziali di terra in funzione della
distanza dalla maglia in prova.
La corrente di prova IM deve essere di valore tale da ottenere un elevato rapporto
segnale/disturbo: generalmente è congruo un valore maggiore di 50 A.
Per ottenere risultati più attendibili è opportuno svolgere le prove 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 possono falsare anche
notevolmente i risultati.
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.
Il generatore utilizzato per iniettare la corrente nel dispersore di prova può essere del tipo
classico a trasformatori o statico a inverter:
9 il primo è costituito da un sistema formato da diversi trasformatori bifase a 400 V che
vengono disposti in parallelo sul primario, mentre al secondario vengono collegati
secondo una opportuna combinazione "serie" o "parallelo", in modo tale da ottenere la
corrente voluta
9 il secondo è costituito da un ponte raddrizzatore esa/dodecafase e da un ponte a inverter
con uscita monofase regolabile in corrente e sincronizzata con la tensione di rete
all'ingresso.
È adatto quale dispersore ausiliario un dispersore posizionato ad una distanza, dal contorno
dell'impianto in prova, superiore a 4/5 volte la dimensione massima dello stesso.
conduttori linea AT
funi di guardia linea AT
400/300-900 V
impianto in
prova
impianto
utilizzato quale
dispersore
ausiliario
Figura 2: schema circuito di prova
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Normalmente per la misura di terra di una Cabina Primaria vengono quindi utilizzati una linea
in alta o media tensione in entrata nella cabina 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.
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.
Andamento del potenziale
3500
3000
Volt
2500
2000
cinta CP
1500
1000
500
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Metri
Figura 3: grafico dell'andamento del potenziale
Andamento della resistenza
0,50
0,45
0,40
0,35
Ohm
0,30
0,25
0,20
cinta CP
0,15
0,10
0,05
0,00
0
100
200
300
400
500
600
700
Metri
Figura 4: grafico dell'andamento della resistenza
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Normalmente si tende a disporre la sonda di tensione in direzione opposta rispetto alla cabina
che viene utilizzata come dispersore ausiliario: questo provvedimento viene preso per evitare
che la corrente dispersa vada ad alterare gli andamenti dei potenziali del terreno circostante
alla cabina in prova.
La misura delle tensioni di passo e di contatto 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 piedeterreno e misurare:
9 la tensione di passo: in questo caso viene misurata la differenza di potenziale esistente tra
le due piastre posizionate a distanza di un metro l'una dall'altra e collegate da una
resistenza di 1 kΩ a simulazione della resistenza del corpo umano.
Queste misure vengono normalmente effettuate:
- lungo le diagonali della maglia di terra
- nei pressi del contorno esterno della stessa
- esternamente al terreno di cabina
- in corrispondenza dei tralicci vicini, qualora la relativa fune di guardia fosse messa a
terra in cabina.
9 la tensione di contatto: in questo caso 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 ad una distanza di un metro dalla struttura considerata (tra la struttura e le
piastre viene anche in questo caso inserita la resistenza di 1 kΩ).
Queste misure vengono normalmente effettuate in corrispondenza di tutte le strutture
metalliche esistenti all'interno della cabina e nell'intorno, con particolare attenzione al
bordo maglia, alle masse estranee, ai servizi (acqua, luce, gas e telefono), all'illuminazione
delle aree pubbliche, ai guardrail, alle recinzioni, ai cancelli ed ai tralicci detti sopra.
La 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.
A riguardo poi dei tralicci, 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.
Le tensioni misurate durante queste prove non saranno le effettive tensioni di passo e di
contatto presenti in caso di guasto reale: ammettendo la relazione di proporzionalità, 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
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Il paragone idraulico
del guasto a terra
Ricercando un paragone idraulico, è come lasciar cadere un piombo in una vasca piena di
olio: le onde si diffondono a cerchi concentrici e man mano che si allargano perdono irruenza.
Il peso del piombo può rappresentare la potenza di cortocircuito e la viscosità dell’olio può
rappresentare la resistività del terreno.
Maggiore è il peso e più il cratere è profondo; maggiore è la viscosità e più il peso fatica a
scendere e l'onda si allarga.
Immaginando di porre dei galleggianti all’intorno del punto di "guasto" questi si alzeranno al
passare delle onde, le boe vincolate al fondo invece, esaurito il lasco ne verranno sommerse:
ecco allora che la quota raggiunta dalla boa può rappresentare l'innalzamento del potenziale
del terreno, mentre il lasco della boa è il valore massimo raggiungibile dalla tensione di
contatto (boa sommersa = tensione ammissibile superata).
Figura 5: onde circolari prodotte sulla superficie d'acqua di un ondoscopio - cfr. Miano
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Approfondimenti
Le reti di distribuzione primaria a 132 kV
Le reti AT a 132 kV sono in assetto ad "isole di carico" ovvero costituite da un insieme di
linee AT sottese fra due stazioni AAT a 230 kV con tutti gli interruttori di arteria
normalmente chiusi: il flusso delle correnti di cortocircuito, che si determina nella rete in caso
di guasto, percorre le linee in una direzione o in quella opposta a seconda delle differenti
situazioni di guasto.
Nel caso di guasti in Cabina Primaria i contributi al guasto provengono dalle linee affacciate e
per questo occorre che siano tutte equipaggiate, da entrambe le estremità, con interruttore e
protezioni elettriche (protezioni distanziometriche e/o differenziali, richiusore).
Figura 6: schema dell'isola AT
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Alla potenza di cortocircuito contribuiscono:
• il parco di generazione asservito alla rete AAT
• gli autoproduttori (generatori sincroni e asincroni, convertitori) allacciati alle reti AT,
MT e BT
• i condensatori degli impianti di rifasamento AT e MT
• motori ed altre macchine rotanti.
Nei sistemi ad alta tensione a tensione nominale maggiore di 100 kV il neutro del sistema
deve essere collegato efficacemente a terra e quindi ogni guasto a terra è un cortocircuito
monofase con valori di correnti paragonabili a quelli del cortocircuito tra le fasi, dell’ordine
dei kA.
Il valore di questa corrente dipende unicamente dalle caratteristiche della rete nel punto di
guasto e dalle condizioni di esercizio.
Normalmente per i guasti a terra viene abilitata la richiusura:
•
•
•
•
•
se non vi sono dispositivi di richiusura automatica, il tempo di eliminazione del
guasto è il tempo che intercorre tra l’inizio del guasto a terra e l’interruzione della
corrente di guasto
se sono installati dispositivi di richiusura automatica, il tempo di eliminazione del
guasto a terra è la somma dei tempi di permanenza della corrente di guasto durante un
ciclo di richiusura
di norma una cabina ha due linee AT e le protezioni possono intervenire in tempi
differenti: nel mentre che una ha interrotto il guasto, l’altra lo alimenta ancora e
quando anche quest’ultima interviene, poco dopo la prima può già richiudere, quasi
senza soluzione di continuità
l’ordinaria condizione di esercizio nel caso di tre linee AT afferenti la cabina, anche
per semplificare l’isola e limitare la potenza di corto circuito, prevede le due arterie
con gli interruttori chiusi e la linea trasversale esercita aperta, così da mantenere le
richiusure senza aumentare troppo il tempo di eliminazione del guasto
qualora una delle linee abbia tre estremità, il tempo di eliminazione del guasto deve
tener conto delle contemporaneità d’intervento di un altro punto di immissione di
energia.
Figura 7: dati circuitali arteria AT - cfr. DK 4281
Quando in Cabina Primaria si verifica un guasto a terra, la presenza di linee AT con funi di
guardia (e/o di schermi di cavi AT) connessi all’impianto di terra della cabina implica che una
parte della corrente di guasto IF venga drenata da tali elementi verso le stazioni di
alimentazione AAT, interessando durante il percorso tutti gli impianti di terra collegati
(tralicci e cabine).
Anche gli schermi dei cavi MT, se connessi sia all’impianto di terra della Cabina Primaria che
a quello della Cabina Secondaria, contribuiscono al drenaggio della corrente di guasto.
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Corrente di guasto IF e corrente di terra IE
La corrente di guasto IF è un dato di partenza, determinato col calcolo o fornito dal Gestore
della RTN, supponendo il guasto franco e con, in prima approssimazione, nulla la resistenza
dell'impianto di terra della cabina sede del guasto.
In Cabina Primaria l’impianto è alimentato da un trasformatore con neutro a terra lontano e
senza alcuna sorgente interna di alimentazione (autoproduzione), pertanto tutta la corrente di
guasto a terra IF interessa il terreno:
IF = IE
La corrente di terra IE è la corrente che fluisce nella terra tramite l’impedenza ZE
Detta impedenza è costituita dal parallelo di tutte le vie attraverso cui la corrente di terra
fluisce (dispersore a maglie, funi di guardia, schermi dei cavi, altri impianti di terra, ecc.).
Quando tutta la corrente IE viene dispersa dall’impianto senza "contributi esterni" abbiamo:
ZE = RE
La Cabina Primaria
Figura 8: Cabina Primaria 132 kV
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La Cabina Primaria è costituita da:
•
la sezione AT (esterna)
Figura 9: sezione AT
•
la sezione trasformatori 132/15 kV
•
la sezione MT (interna)
Figura 10: locale MT e locale comandi
•
i servizi ausiliari (TR 15/0,4 kV, batterie e raddrizzatori), protezioni e telecomandi.
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La sezione AT può essere sede di un guasto a terra (corrente di guasto pari a 5÷20 kA) quale
ad esempio la rottura di un isolatore, il cedimento di un TA o la caduta al suolo di una calata:
per tale motivo si devono collegare all’impianto di terra tutte le masse della sezione.
Le parti non isolate dei conduttori di terra interrati sono considerate come facenti parte del
dispersore.
I conduttori che costituiscono il dispersore devono:
• garantire la resistenza alle sollecitazioni meccaniche che si verificano durante
l’installazione e durante il periodo di servizio
• essere costruiti con materiali in grado di sopportare la corrosione essendo a diretto
contatto con il terreno (aggressivi chimici o biologici, formazione di coppia
elettrolitica, elettrolisi, ecc.)
• essere in grado di disperdere la corrente di guasto senza subire danni dal punto di vista
termico.
Tenuto conto delle particolarità di cui sopra, i conduttori standardizzati e dimensionati per una
corrente massima di guasto di 20 kA sono:
• corda di rame nuda di sezione 63 mm2 per il dispersore
• corda di rame nuda di sezione 125 mm2 per il collegamento delle masse al dispersore.
Di fatto il conduttore da 125 mm2 viene crimpato sulla corda del 63 mm2: in caso di guasto la
corrente dalla massa scende lungo il 125 mm2 al dispersore e lì si suddivide in due rami.
Figura 11: esempio di connessione alla maglia di terra
Anche i dispersori di fatto (le palificazioni metalliche, le armature del calcestruzzo, le
strutture in acciaio delle costruzioni, ecc.) vanno collegati all’impianto di terra: il loro scopo
originale non è di mettere a terra, ma soddisfano tutti i requisiti di un dispersore senza
compromettere la loro funzione originale e pertanto correttamente li si utilizza per drenare
corrente nel terreno.
Qualora si intenda utilizzare per ragioni tecniche o economiche un'altra tipologia di
conduttore, il dimensionamento dello stesso deve essere effettuato in conformità alla Norma
CEI 11-1 (All. B).
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I trasformatori AT/MT possono essere sede di un guasto a terra sia sul primario che sul
secondario, nonché al Variatore Sotto Carico: per tale motivo si devono collegare
efficacemente all’impianto di terra tutte le loro masse.
Vengono utilizzati per i collegamenti a terra i medesimi conduttori standardizzati della
sezione AT.
Il trasformatore è il componente più pregiato della Cabina Primaria e, per motivi sia logistici
che economici, quello da preservare il più possibile dai guasti o quanto meno di limitarne i
danni.
La presenza di olio, il pericolo ed i danni conseguenti ad uno scoppio, portano a tarare le
protezioni (massima corrente, differenziale, massima tensione omopolare, Buchholtz,
massima temperatura olio) con tempi di intervento brevi se non istantanei, così da ridurre al
minimo la potenza dissipata durante il guasto, e quindi la probabilità di scoppi o inneschi.
La sezione MT può essere sede di un guasto a terra (corrente di guasto pari a 50÷500 A per
impianti gestiti a neutro isolato) quale ad esempio la rottura di un isolatore, il cedimento di un
TA o dell’isolamento del terminale di un cavo: anche in questo caso si devono collegare
all’impianto di terra tutte le masse della sezione.
La corrente capacitiva di guasto a terra dipende dall’estensione della rete al momento del
guasto ed è indipendente dal punto di guasto: è la medesima sia che il guasto avvenga in
Cabina Primaria che a fondo linea, vicino all’utenza.
Nel caso di impianti con neutro messo a terra tramite impedenza (complesso Petersen), nel
punto di guasto la corrente è limitata a poco più di 20 A (impianti a 15 kV) dalla resistenza
parallelo (~ 400 Ω).
Figura 12: correnti di guasto con neutro compensato – cfr. Cerretti
La bobina di Petersen compensa per risonanza parallela la capacità verso terra delle linee e dei
componenti distribuiti lungo tutta la rete MT sottesa al trasformatore a cui è asservita.
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Figura 13: comportamento del sistema a neutro compensato in caso di guasto a terra in CS
In caso di guasto, l’impianto di terra della Cabina Primaria è chiamato a drenare la corrente
induttiva che compensa una corrente capacitiva, già calcolata per gli impianti a neutro isolato,
pari a 50÷500 A (sono uguali in modulo, ma di verso opposto).
Figura 14: schema del guasto con sorgente e massa sulla medesima maglia - cfr. CEI 11-37
In caso di guasto MT a terra in Cabina Primaria la corrente del punto di guasto si richiude
sulla resistenza del complesso Petersen, interessando solamente il collegamento metallico
rappresentato dall’impianto di terra e senza coinvolgere il terreno.
Se il guasto a terra non avviene sulla maglia di cabina, anche la corrente resistiva del punto di
guasto si richiude attraverso il terreno.
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Nel caso di automazione con tecnica FNC il guasto viene sostenuto fino ad un massimo di 20
secondi: la corrente nel punto di guasto rimane limitata a 20 A, ma il conduttore di messa a
terra funzionale della Petersen (1 x 125 mm2 isolato e di colore marrone) viene sollecitato
dalla somma vettoriale dei 20 A resistivi di progetto e dei 50÷500 A induttivi di
compensazione.
I servizi ausiliari, le protezioni ed i telecomandi sono alimentati da sorgenti poste
direttamente sulla maglia della cabina e qualsiasi guasto a terra interessa solamente il
collegamento metallico rappresentato dall’impianto di terra (conduttori di protezione PE
compresi) senza coinvolgere il terreno.
Per il calcolo delle sezioni minime dei conduttori PE il riferimento è la Norma CEI 64-8.
L’impianto di terra della Cabina Primaria
Il dispersore ideale è rappresentato da una piastra metallica, posta immediatamente sotto la
superficie dell'intero suolo su cui è costruito l’armamento della cabina, che ai bordi
dolcemente s’interra arrivando a qualche metro dalla recinzione perimetrale.
In pratica va ugualmente bene una rete orizzontale magliata (in corda nuda di rame o in
bandella di acciaio zincato), interrata a 50 cm e di lato variabile tra i 5 e 10 metri, infittita
all’intorno delle masse (per ridurre le tensioni di contatto) e con un anello perimetrale
interrato ad un metro (per ridurre le tensioni di passo al salto maglia).
Figura 15: andamento del potenziale nel caso di due tipologie di dispersore magliato - cfr. Markiewicz
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Posto un numero di maglie elevato la resistenza della rete dipende solo dal perimetro e non
dalle dimensioni delle singole maglie, che hanno solo la funzione di ridurre le tensioni di
passo e contatto.
Figura 16: andamento del potenziale per tre modelli di dispersore - cfr. Cataliotti-Mangione
Ai fini della riduzione delle tensioni di passo e contatto è ininfluente il numero dei raccordi
tra gli anelli concentrici della maglia: di fatto l'esecuzione a maglie quadre e non per anelli
concentrici è scelta per semplificare i collegamenti dei conduttori di terra e per lasciare
sufficente flessibilità per future modifiche o ampliamenti/integrazioni della rete di terra.
Figura 17: quote di interro rete di terra
L’interro a 50 cm è il giusto compromesso tra l’esigenza di portare in superficie la maglia per
ridurre le tensioni di contatto e di interrare la medesima per ridurre le tensioni di passo.
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Alla maglia sono collegati pure i dispersori di fatto e per aumentarne l’efficienza può essere
integrata da spandenti periferici.
Per ridurre ulteriormente il valore della resistenza di terra vengono talvolta infissi due o tre
dispersori profondi, generalmente ai bordi della maglia affinchè possano essere più lontani gli
uni dagli altri e così aumentare la loro efficacia.
Ciascun dispersore, che altri non è che un micropalo in acciaio inox infisso per oltre 100
metri, viene chiamato a disperdere il 25÷50% della corrente di terra IE , ovvero qualche kA: la
profondità della testa dei dispersori dovrà essere superiore a quella di tutto il resto della
maglia per evitare tensioni di passo pericolose.
Ai fini della protezione contro lo shock elettrico il potenziale della superficie del terreno
dovrebbe essere idealmente piatto nell’area circostante il dispersore, ma i dispersori verticali
producono una distribuzione del potenziale più sfavorevole rispetto ai dispersori magliati, che
generano una distribuzione più piatta: ecco allora che anche quando disperde solo il 10% il
dispersore a maglia è indispensabile per contenere le tensioni di passo e contatto.
Figura 18: esempio di rete magliata integrata con due dispersori profondi
L'infittimento ed il raddoppio dei baffi di terra è richiesto anche per ridurre gli effetti di
interferenze ad alta frequenza, così da garantire la compatibilità elettromagnetica delle
apparecchiature di protezione e controllo anche di fronte alle sollecitazioni impulsive.
Per la riduzione dei disturbi a frequenze elevate occorre ridurre l'impedenza dei collegamenti:
i percorsi dei conduttori di terra dei TA, dei TV, degli scaricatori e dei sezionatori devono
essere i più corti possibile e va aumentato il numero dei conduttori di terra di una stessa
massa, posati opportunamente distanziati tra di loro (due conduttori di terra da 63 mm2 ben
distanziati tra loro hanno minor impedenza di un singolo conduttore da 125 mm2, o due
conduttori sempre da 63 mm2 fascettati assieme).
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Il guasto AT
Durante il guasto a terra, quale può essere ad esempio il cedimento dell’isolamento di un TA
AT, il circuito percorso dalla corrente IE si richiude attraverso il terreno in quanto il neutro del
sistema e la massa interessata dal guasto sono collegati a dispersori separati.
Figura 19: schema del guasto per sorgente e massa su maglie separate - cfr. CEI 11-37
Il tempo di eliminazione del guasto AT dipende dalle richiusure, dalla taratura delle
protezioni e dai tempi di apertura degli interruttori AT: per reti con neutro a terra il tempo
minimo di eliminazione del guasto è di 0,5 s con un buon margine di sicurezza.
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In figura sotto la registrazione di quanto ha visto, nella prima Cabina Primaria in uscita da una
Stazione AAT, la protezione distanziometrica durante un guasto a terra nella cabina che la
seguiva: la Stazione ha sostenuto il guasto con 10 kA per 120 ms, ed altrettanto avrà fatto la
Stazione all’altro capo dell’arteria (in misura minore perché per quest’altra la Cabina Primaria
sede del guasto è la penultima).
Figura 20: registrazione oscilloperturbografica di un guasto AT
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Figura 21: impianto di terra di tipo emisferico in terreno omogeneo,
andamento dei filetti di corrente e delle linee equipotenziali
Per esaminare il funzionamento di un impianto di terra, è opportuno considerare il
funzionamento di un dispersore di tipo emisferico nel quale viene immessa una corrente I che
poi è raccolta da un altro elettrodo a distanza supposta infinita.
Se si esamina l’andamento della corrente nel terreno, essa non si incanala subito verso il
dispersore ausiliario, ma tende a diffondersi radialmente sino a distanze anche notevoli
rispetto alle dimensioni dell’impianto.
Analogo fenomeno avviene per l’elettrodo ausiliario di ritorno.
L'area di influenza non cambia con il raggio r del dispersore emisferico, ma aumenta con la
resistività del terreno e con il valore della corrente dispersa.
Questo andamento caratteristico delle linee di corrente consente, tra l’altro, di poter verificare
l’efficacia dell’impianto di terra in esame indipendentemente dal circuito di ritorno.
Il dispersore a maglia del caso reale si differenzia 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.
Figura 22: andamento del gradiente di tensione per un dispersore a maglie
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Tensione totale di terra UE
La tensione totale di terra UE è il prodotto tra l'impedenza dell'impianto di terra e la corrente
che questi è chiamato a disperdere in caso di guasto.
Quello che rappresenta è il potenziale che assumono le masse collegate alla maglia di terra
della Cabina Primaria, rispetto alla "terra di riferimento" (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.
IF ≈ 5 kA
ZE ≈ 0,5 Ω
UE = ZE x IF ≈ 0,5 x 5 = 2,5 kV
Se l'impianto è ben progettato e manutenuto, anche con tensioni totali di terra elevate è
agevole rispettare le condizioni di sicurezza, ovvero:
contenere nei limiti ammessi le tensioni di passo e contatto
in qualsiasi punto dell'impianto e del terreno circostante.
Le norme e l'esperienza autorizzano a ritenere che se la tensione totale di terra non supera del
50% le tensioni di contatto ammesse, queste sono rispettate in qualsiasi punto dell'impianto di
terra (del distributore).
Di fatto nelle Cabine Primarie quanto sopra non trova applicazione e di conseguenza si
effettuano sempre le misure di contatto, diverso invece il caso di quelle di passo.
Per i limiti delle tensioni di passo la Norma CEI 11-1 assume, in nota, 3 volte il valore delle
tensioni massime ammissibili di contatto.
Le misure di passo vengono eseguite:
9 all'attivazione della cabina
per verificare la rispondenza della maglia al progetto (è ben difficile commettere errori
nella progettazione, ma non è raro che a cantiere aperto venga rubato il rame e/o venga
interrata una maglia incompleta, interrotta o comunque con interposta una resistenza di
contatto ai giunti)
9 dopo ampliamenti, rifacimenti e/o modifiche
per verificare che la maglia non sia stata danneggiata, che sia ancora idonea o che non
debba essere ampliata
9 durante la sonda di tensione, al salto maglia
per una misura a campione, di controllo e nel punto teoricamente più pericoloso
9 durante la verifica dei tralicci, in corrispondenza degli anelli periferici,
per una misura a campione, di controllo e nel punto teoricamente più pericoloso.
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Tensioni di passo US e tensioni di contatto UT
Gli effetti sul corpo umano dell'elettricità sono legati all'intensità della corrente che lo
percorre, alla durata della stessa ed al percorso della medesima nel corpo.
Sono allora importanti la tensione applicata, il punto di applicazione e la resistenza elettrica
delle parti del corpo interessate.
La resistenza del corpo umano dipende dalle tensioni di contatto e varia a seconda che il
contatto avvenga tra mano e mano, tra mano e piedi, tra piede e piede, e a seconda delle
condizioni della pelle (asciutta o bagnata).
Figura 23: valori statistici dell'impedenza totale del corpo umano - cfr. CEI 64
Poiché il pericolo è maggiore quando il percorso della corrente interessa il cuore, i contatti
che creano maggiori preoccupazioni sono quelli che avvengono tra mano e mano e tra mano e
piedi.
Di particolare importanza è la durata di applicazione infatti, se il tempo è lungo, già una
corrente relativamente piccola (10÷15 mA a 50 Hz) può provocare la tetanizzazione, mentre
all'aumentare dell'intensità di corrente che attraversa il corpo umano può sopraggiungere la
fibrillazione ventricolare (80÷100 mA a 50 Hz), reversibile col solo ausilio del defibrillatore.
Figura 24: Tabella C-3 della Norma CEI 11-1 completata coi valori di tF più comuni
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Figura 25: resistenza elettrica del corpo umano
La causa del pericolo è il passaggio di corrente nel corpo umano, ma è più conveniente far
riferimento a tensioni considerando, in favore della sicurezza, un'impedenza totale del corpo
umano ZB = 1.000 Ω .
Figura 26: schema per le tensioni di contatto e di passo - cfr CEI 11-37 e Locci
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Quando l'accesso all'impianto è consentito soltanto a persone autorizzate e non esiste il rischio
di trasferire potenziali pericolosi al di fuori dell'area del sistema, è possibile utilizzare valori
delle tensioni di contatto ammissibili considerando resistenze addizionali.
La Norma CEI 11-1 allegato C fornisce per questi casi esempi di curve dei valori ammissibili
in funzione dei diversi valori di resistenza addizionale.
Le resistenze addizionali tra corpo e terreno sono dovute:
• alle calzature: Ra1 = 1.000 Ω rappresenta un valore medio per scarpe vecchie e bagnate
• al contatto verso terra, che dipende dalla resistività superficiale del terreno: di fatto già se
ne tiene conto quando si esegue la misura (contribuisce in serie a ZB ad "abbattere" la
tensione a vuoto) e, pertanto, le curve di esempio restano utili solo per giustificare le
eventuali proposte di bonifica, mediante l'aumento della resistività superficiale del terreno,
dei punti risultati pericolosi.
Le Norme CEI hanno distinto le tensioni che possono essere pericolose per l'uomo in due
gruppi:
tensioni di passo US
tensioni di contatto UT
Le tensioni di passo US sono quelle che, durante il funzionamento dell'impianto di terra,
possono risultare applicate tra i piedi di una persona distanti tra loro un passo, ovvero posti
alla distanza convenzionale di un metro.
Le tensioni di contatto UT sono le tensioni mano-piedi alle quali, durante il funzionamento
dell'impianto di terra, può essere soggetta una persona che tocca carcasse o strutture
metalliche, normalmente non in tensione, delle macchine e delle apparecchiature:
convenzionalmente si posano i piedi della persona alla distanza di un metro dalla proiezione
verticale della massa.
Le tensioni di passo risultano molto meno pericolose di quelle di contatto, non solo per il
doppio contributo dato dalla serie delle resistenze aggiuntive (ad esempio le scarpe) e dal
contatto piede-terreno, ma anche perché il percorso della corrente nel corpo umano tra piede e
piede consente valori ammissibili più elevati (circa tre volte) rispetto al percorso mano-piedi.
Figura 27: misura delle tensioni di passo e di contatto - cfr. DK 4461
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L'impianto di terra deve allora essere dimensionato in modo che, al passaggio della corrente
di terra che l'impianto è chiamato a disperdere, non si verifichino in nessun punto del terreno,
sia all'interno che all'esterno dell'impianto, tensioni di contatto (e di passo) superiori ai valori
fissati dalle Norme CEI 11-1 facendo le seguenti assunzioni:
• percorso della corrente da una mano ai piedi
• valore di impedenza del corpo umano avente una probabilità pari al 50% di non essere
superata dalla popolazione (1.000 Ω)
• curva corrente-tempo che presenta la probabilità del 5% di provocare fibrillazione
ventricolare
• nessuna resistenza addizionale.
Figura 28: tensioni di contatto ammissibili per correnti di breve durata - cfr. CEI 11-1
In alta tensione la probabilità che si produca un guasto a terra e la probabilità che all'evento
sfavorevole segua il danno, sono mediamente minori che in bassa tensione: infatti in bassa
tensione ci si riferisce alle tensioni di contatto a vuoto (es. 25 o 50 V), mentre le tensioni di
contatto ammissibili della curva di sicurezza in AT si applicano alle tensioni di contatto
misurate con un voltmetro di resistenza interna 1.000 Ω .
Come tensione di contatto di riferimento si intende il percorso mano nuda-piedi nudi: la
tensione mano-mano pur avendo un fattore di percorso 0,4 rispetto al caso mano-piedi, è stata
assimilata prudenzialmente alla tensione di contatto mano-piedi.
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Altre particolari tensioni di contatto sono quelle a cui può essere soggetta una persona che
tocchi contemporaneamente due punti collegati a impianti di terra non metallicamente
connessi tra loro, sia che gli impianti siano indipendenti che no.
Le tensioni di passo e contatto sono ovviamente legate all'efficacia dell'impianto di terra, il
quale è caratterizzato dal valore della propria resistenza di terra e dalla corrente che lo può
interessare.
Come già detto in precedenza, la corrente IE 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.
Figura 29: fune interrata vista in sezione
Punti particolari sono i dispersori profondi che si comportano come pozzi, perturbando i
potenziali superficiali.
Figura 30: picchetti infissi l'uno in superficie e l'altro interrato
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Figura 31: area di influenza di un dispersore a maglie
Per evitare tensioni di passo pericolose i primi tre metri del dispersore profondo sono isolati
dal terreno, intestando il dispersore con un tubo di PVC e collegandolo alla maglia con
conduttori isolati: la distribuzione dei potenziali cambia come nella figura qui sopra, tratta
dalla DK 4281.
Il dispersore profondo viene infisso laddove la resistenza di terra della sola maglia è
insufficiente: di fatto viene infisso dove la resistività del terreno è elevata.
Allora, a parità di resistenza totale di terra un impianto con dispersori profondi ha potenziali
fuori maglia maggiori.
In caso di dispersori profondi bisogna quindi prestare maggiore attenzione al salto maglia ed
ai potenziali trasferiti.
A parità di resistenza totale di terra, per la rete a maglia quadrata di lato variabile le tensioni
di passo e contatto sulla maglia si innalzano quanto più il suo lato aumenta.
Figura 32: andamento filetti di corrente e linee equipotenziali nel dispersore magliato
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Misura del potenziale sulla superficie del terreno
Il rilievo dell'andamento del potenziale, necessario nel caso si voglia verificare l'integrità della
rete magliata, serve per determinare la distribuzione delle linee equipotenziali e per la misura
di resistenza.
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.
L'andamento dei potenziali nel terreno corrisponde alla distribuzione delle resistenze
elementari.
Figura 33: resistenze elementari e andamento del potenziale in uscita dalla CP
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,
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.
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:
ρ
R =
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.
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Figura 34: schema circuito di misura del potenziale
Figura 35: rappresentazione schematica del guasto a terra - cfr. Olivieri e Ravelli
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Misura della resistenza di terra
La resistenza di terra 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.
Detto in altro modo RE è data dal rapporto fra la corrente impressa dal guasto e la tensione che
si stabilisce tra l'impianto di terra ed altri punti sufficientemente lontani:
RE =
UE
IE
Durante la prova voltamperometrica 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.
Figura 36: metodo voltamperometrico - cfr. Mendolia
In questa misura è evidentemente necessario che il ramo voltmetrico non sia 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.
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La resistenza di terra RE, fatto salvo il caso di una variazione importante del tetto di falda,
risulta stabile nel tempo e dunque le misure periodiche danno lo stesso valore: la misura è
indice dell'integrità della maglia.
La resistenza della maglia cambia col variare della falda artesiana alla quota d'interro, cosa
rara.
La resistenza dei dispersori profondi varia con l'alzarsi della falda freatica: tali variazioni sono
minime perché sui cento metri del dispersore, qualche metro in più o in meno di immersione
nell'acqua è ininfluente.
Nel caso di maglia eseguita con bandelle di acciaio zincato, l'avanzare della corrosione fa
aumentare il valore della resistenza (col tempo si "consuma" la bandella e la superficie di
contatto col terreno si riduce); la maglia in corda di rame è più stabile nel tempo, ma sempre
possono esserci problemi per l'acidità del terreno e le correnti continue vaganti.
È fondamentale misurare la corrente IRS dispersa dalla maglia e ciò lo si fa 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.
Nel caso di impedenza 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), misurandole direttamente e
ricavando, sempre per differenza, la corrente drenata dalla maglia.
Misura delle tensioni di passo e di contatto
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.
Il potenziale preesistente non è la tensione applicata alla impedenza ZB 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, tali resistenze 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.
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Un palo in un campo non traferisce alcun potenziale, ma è ad un potenziale e di fatto, grazie
al plinto, ha una resistenza di terra bassa, diciamo 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.
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 UST e di passo USS a vuoto,
ovvero quelle preesistenti al contatto della persona.
Per la Norma CEI (11-1 V1/Ec fascicolo 6241) nelle Cabine Primarie è sufficiente eseguire
misure in successive verifiche come prove di campionatura.
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 talora si rivelano a vuoto delle notevoli tensioni
di contatto in corrispondenza di parti metalliche a potenziale libero (inferriate e reti in
metallo, specie se ossidate, serramenti, ecc.); la loro natura elettrostatica è facilmente rilevata
"caricando" la misura con la resistenza in parallelo che porta al loro pratico annullamento.
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.
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.
La Buona Tecnica chiede di bagnare le piastre o, nel caso, di infiggere dei picchetti: così
facendo la misura risentirà in minima parte delle condizioni climatiche.
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.
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 puntualmente rispettate.
Durante le misure di passo e contatto 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".
Anche se nel report suggerito dalla Guida CEI sono riportati i soli valori "caricati", è
buona regola prendere nota anche del valore delle tensioni a vuoto: 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.
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Considerazioni sulla corrente di prova
e sul circuito amperometrico
Come già detto in precedenza, nel corso della prova non si fa circolare la piena corrente di
guasto: per ottenere tale corrente occorrerebbero infatti enormi apparecchiature e soprattutto
si potrebbero avere sull'impianto in prova (e sugli altri a lui collegati) tensioni pericolose e di
durata inammissibile, anche se si predisponesse una rapidissima esecuzione delle misure.
Le misure delle tensioni di passo e di contatto con correnti di prova dell'ordine di 150÷200 A ,
oltre che essere eccessivamente onerose possono rappresentare una situazione intrinseca di
pericolo, in specie nel caso di interconnessione della rete di terra di Cabina Primaria 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: correnti di prova così elevate, anche se difficilmente determinano già
tensioni di contatto o di passo pericolose per le persone, possono sempre causare sensibili
differenze di potenziale (10÷40 V) 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, ecc.).
Identicamente merita particolare attenzione l'utilizzo, quale dispersore ausiliario, di una
Cabina Secondaria posta nel perimetro degli impianti detti sopra, ma anche ad esempio se la
medesima è posta nei pressi di una discarica.
A chi scrive è capitato di trovare i pozzetti di una Cabina Secondaria saturi di biogas.
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 per causare una disfunzione in impianti non
eseguiti a regola d’arte.
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, non
all'impianto progettato, eseguito ed altrettanto esercito male!
Ad esempio se durante la prova, di giorno e con la fabbrica in piena attività, l'1% della
corrente iniettata se ne va attraverso le calze dei conduttori schermati può mettere fuori uso la
rete informatica od i telefoni, ancor peggio se la rete aziendale MT ha i cavi protetti con
protezioni omopolari, non direzionali: se parte della corrente di prova circola nei piombi e
viene rilevata dai toroidali, le protezioni aprono tutte le linee MT a loro sottese.
Si fa pertanto circolare una corrente 100÷150 volte inferiore a quella attesa in caso di guasto e
si ammette che esista una proporzionalità diretta tra la corrente circolante, per effetto di un
guasto, e la tensione insorgente fra due punti qualsiasi dell'impianto (o a lui prossimi) dovuta
a tale corrente.
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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 (CEI 64-8):
Tensione massima a vuoto = 25 V
Infatti, ad esempio nel caso dell'utilizzo di una Cabina Secondaria, abbiamo che la situazione
di contatto con una parte metallica collegata a terra, quale la porta o una griglia di areazione, 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.
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,
mentre tale procedura diventa necessaria quando:
ZE cabina secondaria x IEM > 37,5 V
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 di terra 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 100 A l'impianto può necessitare di segregazioni e sorveglianza
continua.
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.
Misura delle tensioni di contatto e di passo
con sonda ausiliaria a distanza ridotta
Eccezionalmente, solo 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 misurazione della resistenza di terra diventa relativamente semplice in quanto è esclusa la
possibilità di guasto AT durante la misura (l'impianto è isolato dalla rete AT!), ma può
comportare difficoltà operative e indurre a incertezze ed errori anche rilevanti.
Dal punto di vista operativo si riscontrano difficoltà nell’individuare aree a distanza utile
(spesso private e diverse da quelle 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.
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Figura 37: inaccessibilità dell’area del dispersore ausiliario
Per motivi di sicurezza occorre inoltre presidiare il tracciato dei cavi e rendere inaccessibile il
dispersore ausiliario, dove potrebbero stabilirsi tensioni di contatto elevate e pericolose per le
persone: nell'esempio in figura (tratto da www.elektro.it), trascurando l'impedenza del cavo e
ipotizzando una RE di 1 Ω , una RA di 49 Ω e di applicare al circuito di prova una tensione di
400 V, sul dispersore ausiliario RA si stabilisce una tensione di 392 V .
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 1
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.
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 38: dispersore ausiliario B posto a distanza ridotta dal dispersore in prova A
1
U.Grasselli, G.Parise: "Misura delle tensioni di contatto e di passo con sonda ausiliaria a distanza ridotta" Energia Elettrica, Nov. '93
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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 39: dispersore ausiliario a distanza ridotta - cfr. TNE aprile 1995
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.
Figura 40: punto "0"
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È bene scegliere una massa con almeno due "baffi" di messa a terra:
9 il primo verrà utilizzato per il circuito amperometrico
9 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 41: planimetria cabina con indicate le direttrici scelte per la verifica dei potenziali
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Prima di tutto
fare attenzione !
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.
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 Petersen, il passante del neutro MT sul
trasformatore 132/15 kV.
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La messa a terra dei TV e degli scaricatori AT è rindondante, anche per la riduzione dei
disturbi a frequenze elevate; diverso invece il caso della Media Tensione per la quale - in
aggiunta agli effetti capacitivi - l'accedere al punto di (non) messa a terra equivale a
tastare le sbarre a 15 kV con un cercafase di impedenza zavorra non quantificabile: nel
primo caso l'impedenza primaria del TV e nel secondo la resistenza dello scaricatore.
3. Per le prove si utilizza il metodo di iniezione di corrente, di valore elevato ma K volte
inferiore a quella reale.
Può essere comodo iniettare una corrente un centesimo della IF così che la lettura diviene
diretta, solo spostando di due posti la virgola.
Altrimenti, dato il valore della IF e della corrente di prova, ad esempio 15 kA e 100 A, si
calcola il valore della tensione ammissibile riportato alla corrente di prova, nell'esempio
1,42 V, e lo si tiene a mente per tutta la durata della verifica, prestando particolare
attenzione quando con le misure ci si avvicina e, soprattutto, quando lo si supera.
Dato il valore di K = 150 dell'esempio si ha che:
il valore di tensione letto è 1/150 di quello effettivo in caso di guasto e se durante la
misura della resistenza di terra leggo 50 V, dovrò di certo preoccuparmi affinchè il
multimetro, il circuito di misura ed io medesimo, siamo isolati per 150 x 50 = 7,5 kV.
Di questo parleremo dopo, per il momento basti l'accenno.
il valore di corrente letto è 1/150 di quello effettivo in caso di guasto e se 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.
Ecco introdotta la necessità, ma ne parleremo diffusamente più avanti, dell'uso dei
Dispositivi di Prevenzione Individuale quali nel caso:
9
9
9
9
vestiario resistente all'arco elettrico
elmetto e visiera
guanti e calzature da lavoro
guanti e tronchetti isolanti.
4. 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:
o installato su di un furgone
o integrato con un adeguato sistema di rifasamento in grado di compensare la
reattanza induttiva della linea di collegamento al dispersore ausiliario di corrente
o completo di uno scaricatore ad alta capacità di scarica con tensione d'innesco pari
a 1.500 V, a protezione dell'uscita (polo lato linea di collegamento - terra).
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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 .
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.
La protezione principale è data:
9 dall'isolamento adeguato dei cavi, del generatore, del trasformatore di isolamento, dei
condensatori e degli organi di manovra
9 dalla messa a terra (certa, franca e visibile) delle masse
9 dalla segregazione delle parti altrimenti accessibili (a norme CEI Comitato Tecnico
70)
9 dagli interblocchi elettrici e meccanici che consentano l'accesso ai circuiti in uscita
dell'apparecchiatura solo dopo il loro sezionamento e messa a terra in corto circuito, e
dopo l'avvenuto sezionamento dei circuiti primari da tutte le fonti di possibile
alimentazione
9 dal presidio dell'area di lavoro, recintata, ed in particolare dei punti di messa a terra
funzionale e di protezione del circuito
9 dall'utilizzo massivo dell'eventuale comando a distanza.
La protezione addizionale è data da dispositivi che agiscono automaticamente
sull'alimentazione generale, disattivando completamente l'apparecchiatura e
cortocircuitandone l'uscita, al presentarsi di condizioni pericolose quali possono essere ad
esempio:
9 la corrente secondaria inferiore a 5 A con tensione superiore a 25 V (apertura
accidentale del circuito amperometrico)
9 la presenza di tensione tra il polo del generatore messo a terra in Cabina Primaria e la
messa a terra del furgone: se il circuito è chiuso non vi è differenza di potenziale, ma
se il circuito si apre il potenziale tende alla massima tensione a vuoto (900 V)
9 l'intervento delle protezione termiche del generatore, del trasformatore di isolamento,
del circuito di comando e regolazione, del rifasamento
9 il superamento della soglia di corrente dispersa verso terra dallo scaricatore
9 il superamento della soglia di massima corrente e/o massima tensione in uscita dal
generatore
9 il superamento della soglia di massima corrente e/o massima tensione ammessa sui
condensatori di rifasamento.
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Devono inoltre essere verificati con continuità tramite un idoneo dispositivo, che
similmente al precedente disattiva immediatamente l'apparecchiatura:
9 la connessione a terra della massa del furgone
9 il collegamento elettrico al dispersore ausiliario
evitando però interventi intempestivi durante le manovre di inversione della corrente di
prova.
In aggiunta, prima dell'inizio della prova e durante gli intervalli di lavoro o pause
significative (generazione in standby, ma circuito amperometrico "chiuso"), deve essere
verificata con continuità:
9 l'assenza di tensione: se viene riscontrata tensione sulla linea utilizzata quale
collegamento al dispersore ausiliario di corrente, indotta per esempio da parallelismi
con linee in servizio, l'apparato deve immediatamente disattivarsi
9 la continuità galvanica del circuito di collegamento al dispersore ausiliario: se viene
riscontrata un'anomalia l'apparato deve immediatamente disattivarsi.
Generalmente l'inversione del verso della corrente secondaria avviene a valle del
trasformatore di isolamento, così da evitare scatti intempestivi per l'energizzazione del
medesimo.
La prova dovrà essere immediatamente interrotta con ritorno a zero obbligatorio:
o con l'azionamento di un pulsante di emergenza
o alla mancanza di alimentazione primaria
o a seguito dell'intervento di una delle protezioni elettriche e come detto in
precedenza.
Obiettivi di sicurezza e praticità obbligano al comando a distanza:
mediante un'unità separata collegata all'unità di potenza con un cavo in fibra ottica
mediante telecomando.
Infatti, una volta regolata opportunamente la potenza del generatore e selezionato le
batterie di rifasamento che necessitano, per il proseguo della prova occorrono i seguenti
comandi:
• accensione con corrente in verso normale con segnalazione ottica di conferma
• spegnimento e relativa segnalazione ottica di conferma dello stato del generatore
• accensione con corrente inversa con segnalazione ottica di conferma
• pulsante di emergenza.
La modalità più sicura di generazione è utilizzare il telecomando creando una comoda
postazione lungo il tracciato del cavo amperometrico dal furgone 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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La 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 viene sempre eseguita, sia all'attivazione che durante la verifica periodica.
Nelle cabine non ancora in servizio la prova di continuità viene preceduta da un accurato
controllo a vista dello stato di conservazione 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 circuiti e non deve dare alcun valore di
resistenza particolare, peraltro comunque significativo.
È opportuno utilizzare una sorgente in grado di erogare una corrente di 2÷10 A in corrente
alternata o continua, con tensione a vuoto minore od uguale a 25 V e/o PELV: 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.
Operativamente vengono svolti per intero i due aspi e, collegata l'apparecchiatura, si percorre
l'intera Cabina Primaria: il primo cavo di collegamento è lungo pochi metri e la connessione
al Punto "0" è realizzata 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.
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La prova
voltamperometrica
Figura 42: schema misura voltamperometrica - cfr. DK 4281
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.
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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 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.
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 alla 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 del punto "0" all'adattatore
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
4) il doppio isolamento 0,6/1 kV del tratto di filo 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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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.
Nella necessità di uscire dalla cabina col punto "0" per effettuare misure particolari, tutta la
squadra deve indossare guanti e tronchetti isolanti.
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.
Figura 43: VOLTAMPEROMETRICA - cfr. Atanasio
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La misura
della corrente drenata
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:
CP verde (RE = 0,499 Ω)
Dispersore A
Dispersore B
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
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
14,0 %
1,5 %
26,5 %
30,0 %
28,0 %
Valore effettivo della corrente dispersa
1.483A
159A
2.806A
3.177A
2.965A
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
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
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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 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.
Per la misura delle correnti drenate dai dispersori profondi e dai cavi MT si può utilizzare una
pinza amperometrica, 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 44: misura con captatori flessibili (Rogosky)
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A riguardo della qualità della misura
delle correnti drenate
Come detto poc'anzi, 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.
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
DISPERSORE B
22%
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 disturbo inversa Erbacher
75,0
0
74,9
75,0
19,7
1,6
19,3
19,4
11,1
1,6
8,2
9,6
5,3
1,3
7,7
6,5
14,9
2,0
18,2
16,5
13,3
1,7
16,1
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, lasciando
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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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%.
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.
Se 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: con una doppia quaterna di captatori Rogosky, collegati
opportunamente, si escludono dalla misura le correnti in transito, riducendo sensibilmente il
disturbo.
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 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 ; il peso della maglia interrata (calcolato per
differenza) può scendere al 2÷3% e pertanto non è con la voltamperometrica che se ne
verifica lo stato.
Diverso il discorso per i piombi dei cavi MT: a voler esser precisi, si deve misurare in una
volta sola tutto il fascio di cavi.
Questo si può fare ad esempio utilizzando una serie di sonde Rogosky a formare un toroide
che abbraccia il fascio di tutte le linee della sbarra MT Rossa ed un'altra serie a formare un
toroide che abbraccia tutte le linee della sbarra MT Verde: messi uno in coda all'altro i
secondari, con un voltmetro si legge la somma vettoriale.
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La cosa è oggettivamente complicata, se non impossibile, e non richiesta dalle norme: ci si
accontenta perciò di pinzare ad una ad una le linee MT e di confrontare i valori con lo storico.
La misura viene eseguita su linee in servizio e per poter leggere qualcosa la corrente iniettata
deve essere elevata, in quanto i disturbi, dati anche dai campi elettromagnetici, sono
significativi.
A riguardo 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 a prima 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 45: vista intermedia e vista finale in sezione di un giunto diritto unipolare
per l'interruzione dello schermo metallico (giunto di isolamento)
in esecuzione con l'interruzione del conduttore
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La misura
di altre tensioni
Misure complementari, ma necessarie per avere il quadro completo della risposta al guasto
dell'impianto in esame, sono ad esempio:
9 la misura della differenza di potenziale tra due punti metallici non accessibili a
persone (es. in una cassetta stradale), questo per valutare se in caso di guasto AT la
distanza sia ancora sufficiente a garantire l'isolamento
9 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 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.
Incideltalmente 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
9 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
9 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 la Norma CEI 2 limita la sollecitazione di tensione a 500 V .
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.
A riguardo della sicurezza dell'operatore, si aggiunge il rischio del lavoro sotto tensione dato
dalla rimozione delle barriere.
2
Tab. 9-2 della CEI 11-1
Tale valore è scelto per garantire l'isolamento dell'impianto utilizzatore di BT.
Infatti, se si somma la massima tensione di terra che può assumere il neutro di BT (500 V) alla tensione di
fase, 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, nuove, a 2.000 V
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DPI
I Dispositivi di Prevenzione Individuale sono costituiti da elmetto, vestiario resistente all'arco
elettrico, guanti e calzature da lavoro, visiera, tronchetti e guanti isolanti.
Semplificando, per i DPI abbiamo quattro tipologie di attività lavorative:
9 misure sulla maglia
elmetto, calzature, guanti da lavoro e vestiario
a disposizione visiera e guanti isolanti per le misure particolari
9 misure (potenziale, passo e contatto) non sulla maglia, anche fuori cabina,
portandosi appresso il Punto "0"
vestiario, tronchetti isolanti, guanti isolanti per chi legge l'adattatore voltmetrico
(più elmetto e visiera se l'adattatore non è sufficientemente segregato)
vestiario, tronchetti isolanti, guanti isolanti indossati sotto i guanti da lavoro per
chi collega i picchetti o le piastre
con vigilanza continua della sonda di tensione per il tratto fuori cabina
9 misure (passo e contatto, misure particolari) non sulla maglia, anche fuori
cabina, senza il Punto "0"
calzature, guanti da lavoro e vestiario
a disposizione elmetto con visiera e guanti isolanti per le misure particolari
9 misure (potenziale) non sulla maglia, anche fuori dal perimetro della cabina, con
la sonda di tensione collegata al Punto "0" solo per il tempo della misura
calzature, guanti da lavoro e vestiario, per chi stende la sonda
vestiario, tronchetti o tappeto isolante, elmetto con visiera (e guanti isolanti se i
terminali non sono isolati), per chi in Cabina Primaria collega la sonda e legge
l'adattatore voltmetrico
durante le misure: presidio del dispersore voltmetrico e della sonda di tensione.
DPI specifico per la verifica dell'impianto di terra sono i tronchetti elettricamente isolanti:
indossati al posto delle calzature da lavoro assicurano i requisiti minimi in tabella e secondo
la norma CEI EN 50321.
Tensione di prova
10 kV (valore efficace)
Corrente di prova
≤ 6 mA (valore efficace)
Tensione di tenuta
20 kV (valore efficace)
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Qualità
delle misure
Riferimento per questo capitolo è la Guida CEI-ISPESL CEI 0-11.
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 piantine.
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).
Nel caso della prova voltamperometrica ad elevata corrente di prova l'apparecchiatura
comprende almeno il generatore di corrente, un amperometro ed un voltmetro.
Generatore di corrente
Al generatore di corrente è chiesta stabilità e costanza nell'erogazione della corrente iniettata,
sinusoidale ed isofrequenziale rispetto alla tensione di alimentazione:
9 il generatore classico a trasformatori è sensibile alla variazione della tensione primaria
(la corrente varia nell'intorno del valore impostato seguendo il fluttuare della tensione
di rete) ed è più soggetto alla richiusura nel circuito amperometrico di correnti
continue
9 il generatore statico ad inverter è insensibile alla variazione della tensione primaria,
ma può perdere la sincronizzazione con la frequenza di rete o la forma d'onda
sinusoidale.
Durante la misura della resistenza di terra può capitare che i valori di tensione e corrente non
siano stabili nel tempo, ma cambino con periodicità: in tal caso è necessario fare una lettura in
contemporanea nell'istante scelto, non importa quale, purchè rimanga il medesimo per tutta la
campagna di misura (solitamente lo "stop" è dato dal valore di corrente centrale nella
oscillazione).
Per le misure di passo e contatto è a favore della sicurezza utilizzare per la lettura di corrente
il minor valore letto e per quella di tensione il maggiore.
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È utile verificare durante la generazione la presenza di componenti continue e distorsioni nella
forma d'onda: scomodando l'oscilloscopio solo per i casi veramente critici, un modo semplice
per rilevarle è l'eseguire con la pinza amperometrica una misura filtrata a 50 Hz ed una
WIDE.
Nel caso venga rilevata una corrente continua che si sovrappone a quella generata per la prova
è possibile utilizzare, quale filtro, una batteria di condensatori messa in serie al circuito
amperometrico.
In genere viene utilizzata una batteria di rifasamento in esecuzione per impiego gravoso,
limitando opportunamente la tensione e la corrente del generatore: trattandosi di fatto di un
rifasamento serie, in caso di linee AT lunghe molti chilometri è anche un'ottima alternativa al
meno efficace rifasamento parallelo (che dipende dal quadrato della tensione del generatore,
sempre di molto inferiore alla Vn della batteria di rifasamento).
Le caratteristiche dei condensatori devono essere tali da garantire la possibilità di
controalimentazione senza il tempo di attesa per la scarica (misure successive con inversione
della polarità).
Al fine della sicurezza, vanno prese in considerazione le problematiche della risonanza serie e
soprattutto la possibilità di apertura del circuito amperometrico a causa dell'intervento del
dispositivo di interruzione a sovrapressione, di cui è dotato oggigiorno ciascun elemento della
batteria di rifasamento.
Amperometro
Di elevata precisione e pertanto di tipo digitale con ottima risoluzione, elaborazione delle
misure in vero valore efficace a elevata banda passante (1 kHz o più), idoneo per la misura
delle correnti nelle sue diverse forme così da essere utilizzato come detto in precedenza:
9 funzione c.a. con elaborazione in True Root Mean Square
9 funzione c.c. + c.a. con elaborazione in TRMS e/o funzione di filtro (es. 180 Hz)
9 funzione c.c.
Del tipo a pinza e con portate di misura fino a 200 A: di più non serve e se ha entrambe le
ganasce apribili è più pratico per la misura delle correnti drenate dalla messa a terra dei
piombi dei cavi MT e dai dispersori profondi.
L'esecuzione a pinza garantisce di proprio l'isolamento a cui va aggiunto quello del cavo.
Voltmetro
Di elevata precisione e pertanto di tipo digitale con ottima risoluzione, elaborazione delle
misure in vero valore efficace a elevata banda passante (20 kHz o più), elevata impedenza di
ingresso (10 MΩ o più) ed elevata categoria di misura.
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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.
Nella misura delle tensioni di passo e contatto è preferibile lo schema con il condensatore di
filtro in serie al solo voltmetro (con resistenza da 1 MΩ): in questo caso è sufficiente una
capacità di soli 0,01 μF (errore aggiuntivo nella misura ~ 0,2%).
Nel caso di condensatore in serie al circuito della resistenza da 1 kΩ è invece necessaria una
capacità minima di 10 μF (aumento dell'impedenza ~ 5%).
Il condensatore deve essere per corrente alternata (tipo rifasamento) e la resistenza da 1 kΩ
deve essere del tipo a filo di potenza: in caso di tensioni di passo/contatto elevate la
dissipazione è dell'ordine di decine di watt, con conseguenti problemi per il contenuto
dell'adattatore.
Il dispositivo finale diventa quello dello schema qui sotto:
Figura 46: schema adattatore con voltmetro
Per la sicurezza dell'operatore l'adattatore deve essere contenuto in un involucro isolante a
tenuta di scoppio perché, in caso di guasto a terra sulla sezione AT durante la sonda di
tensione, la serie condensatore - voltmetro può venir sottoposta alla tensione totale di terra
(anche 10 kV) e lo stesso accade, se inserita, alla resistenza da 1 kΩ .
L'ipotesi non è poi così remota, in specie se si considera il caso della misura della differenza
di potenziale tra la terra in verifica ed una buona terra quale ad esempio, nella cabina stessa, il
doppino telefonico in ingresso e fuori cabina il tubo del gas a monte del contatore o un neutro
messo a terra lontano: la tensione letta anche se caricata non varia, pertanto in caso di guasto
rimane piena.
In aggiunta, trattandosi di un volmetro, può capitare di usarlo come tale, ad esempio per una
classica misura sulla rete BT trifase: ecco allora che se si dimentica inserita la resistenza da 1
kΩ , questa è chiamata a dissipare 4002/ 1.000 = 160 W e per tutto il tempo della misura.
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Misura in qualità
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.
La finalità della misura è la sicurezza delle persone ed è forse inutile la precisione del 5% o
del 10% se i valori sono lontani dai limiti normativi, ma mentre con l'avvento del neutro
compensato, di fatto, le Cabine Secondarie sono sicure per costruzione, per le Cabine
Primarie più procede l'urbanizzazione e più ci si avvicina alla soglia di pericolo.
Un esempio illuminante ci viene dalla rete di distribuzione in bassa pressione del gas metano:
a) inizialmente il contatore era direttamente collegato alla rete di distribuzione in bassa
pressione
b) poi i distributori hanno inserito un giunto dielettrico a monte dei contatori, a difesa
della propria protezione catodica e dai guasti a terra sull'impianto elettrico dell'utente
c) con l'abbandono degli impianti centralizzati a gasolio, gli utenti hanno sostituito il
vecchio boiler ad accensione piezoelettrica con una caldaietta multifunzione allacciata
all'impianto elettrico
d) con la 46/90 gli utenti hanno eseguito un impianto di terra efficiente e le Norme CEI
prescrivono il collegamento equipotenziale principale.
Figura 47: collegamento equipotenziale principale - cfr. CEI 64-12
Con gli incentivi e le agevolazioni fiscali gli utenti hanno installato nuove caldaie a
fiamma comandata, se non anche a condensazione, regolarmente messe a terra chè
altrimenti ad ogni temporale le schede di comando si guastano (fuori garanzia).
Ormai tutte le cucine sono vendute col piano cottura ad accensione elettrica,
regolarmente messo a terra: anche per chi ha il riscaldamento a gasolio o centralizzato
le tubazioni del gas sono poste di fatto saldamente a terra.
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Ecco allora che, in riferimento ai potenziali raggiungibili in caso di un guasto in Cabina
Primaria, al contatore di un frontista della cabina si ha per i quattro casi che:
a) salvo canapa al niples, il potenziale è inferiore alla tensione totale di terra, in specie se
il frontista o gli altri utenti gas all'intorno hanno il proprio impianto intenzionalmente
o di fatto messo a terra
b) a monte del giunto si ha la tensione totale di terra, che non si "siede", ovvero il
potenziale della Cabina Alta Pressione del distributore, a valle una tensione che
caricata tende a zero
c) a valle del giunto si ha una tensione che caricata cala in maniera significativa, ma è
misurabile, ed ai capi del giunto dielettrico si possono già avere tensioni pericolose
d) anche a valle si ha un potenziale che non cala più, quello dell'impianto di terra del
frontista, ed ai capi del giunto dielettrico viene misurato il potenziale dell'impianto
del frontista, rispetto alla terra lontana.
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.
È ragionevole porsi l'obiettivo, per la sola misura della impedenza di terra, di un errore
strumentale massimo del 3%.
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:
RE =
UEM
IM
≡
Umax
Imin
Umax
è il valore della tensione misurata, sommato l'errore assoluto del voltmetro (valore
massimo)
Imin
è il valore della corrente misurata, tolto l'errore assoluto dell'amperometro (valore
minimo)
Dove:
errore assoluto (±) = errore RDG (±) + errore DGT (±)
Marca
Tipo e n° matricola
PORTATA
RISOLUZIONE
PRECISIONE
PINZA AMPEROMETRICA
xxx
yyy
200 A
0,1 A
± 1,5% rdg ± 5 dgt
VOLTMETRO
xxx
yyy
50 V
0,01 V
± 0,5% rdg ± 3 dgt
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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 (es. a valor medio o TRMS) e dal metodo
scelto ed attuato; di come ridurlo si è già trattato diffusamente in precedenza.
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.
Disturbi nel terreno - Erbacher
Il disturbo, o "rumore", è un fattore esterno allo strumento, ma influisce sulla misura della
tensione.
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):
1) azzerando le componenti di disturbo continue filtrando il voltmetro e, se necessario,
inserendo una batteria di condensatori in serie al generatore di corrente
2) 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 3: 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.
3
W. Erbacher: "Probleme der Erdung Höchstapannungsstationen unter besonderer Berücksichtigung der
Mesaung" - O.Z.E. Januar 1955
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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 I
la misura della tensione Uinversa circolando la corrente I 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.
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, l'effettivo valore delle tensioni di contatto è desunto
come:
Umax + Umin
U=
2
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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, convogliare 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.
Nella stesura dei cavi di collegamento del circuito voltmetrico è buona cosa disporre affinchè
la loro posa non sia parallela a linee elettriche AT e MT, aeree od interrate, in specie a quella
utilizzata come sonda di corrente.
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
questo 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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Funi di guardia e piombi cavi AT / MT:
circuito di ritorno
Le funi di guardia delle linee elettriche aeree e gli schermi metallici dei cavi ("piombi") messi
a terra in Cabina Primaria possono contribuire al drenaggio nel terreno delle correnti di
guasto.
Funi di guardia
L'azione disperdente dei tralicci AT si manifesta sui primi tralicci 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.
In generale si può dire che il rapporto tra la corrente dispersa da ciascun traliccio e la corrente
di guasto convogliata sulla corrispondente fune di guardia è pressochè 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.
Particolare cura deve essere posta nel dimensionamento dei dispersori di terra dei primi
sostegni delle linee in uscita e, nei casi in cui non è possibile in modo economico realizzarne
di idonei, occorre prendere in considerazione l'adozione di misure di isolamento e di
inaccessibilità nelle immediate vicinanze degli stessi.
Piombi cavi
I cavi isolati che entrano od escono dalla Cabina Primaria possono essere sottoposti a
differenze di potenziale durante un guasto a terra in cabina stessa.
A seconda del modo in cui sono messi a terra gli schermi e/o le armature dei cavi, ad una o ad
entrambe le estremità, si possono manifestare nello schermo e/o nell'armatura tensioni o
correnti significative.
L'isolamento dei cavi deve essere dimensionato in conformità e lo schermo deve essere in
grado di condurre la relativa quota parte della corrente di guasto a terra.
Nel caso di messa a terra di una sola estremità, questa può essere fatta all'interno od
all'esterno della Cabina Primaria. Si deve fare attenzione alle possibili tensioni di contatto che
si manifestano all'altra estremità isolata.
Laddove presenti, 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 AT.
Nel caso invece che il cavo AT si attesti fuori cabina ad un traliccio d'amarro, questi deve
avere un efficiente impianto di terra, sufficientemente esteso, magliato e non accessibile a
persone comuni (è bene recintarlo): la MAT dei piombi va segregata e protetta in quanto, se
per scelta o vandalismo viene interrotta, nel caso di guasto in cabina (oppure sul traliccio di
amarro, sul cavo o nel tratto di linea AT in partenza) si possono avere tra lo schermo del cavo
AT e la terra tensioni dell'ordine dei kV .
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A riguardo dei piombi dei cavi MT in uscita dalla Cabina Primaria, si deve tener conto che
alla dispersione della corrente di prova contribuiscono solo gli impianti di terra delle cabine
MT/BT più vicine all'impianto in misura perchè, 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.
Sulla base di quanto detto sarebbe opportuno disporre di una piantina topografica con
l'ubicazione delle varie Cabine Secondarie, altrimenti limitarsi ad eseguire le misure di passo
e contatto alle sole prime cabine in uscita dalla Primaria.
Interferenza con la misura: schermi cavi della linea AT utilizzata quale sonda amperometrica
La parte più consistente 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 resistenza di terra dell'impianto.
La voltamperometrica eseguita coi piombi del cavo AT scollegato 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.
Interferenza con la misura: schermi cavi della linea MT utilizzata quale sonda
Come già detto in precedenza, si deve sezionare ed isolare il collegamento a terra degli
schermi del cavo MT, ad esempio in Cabina Primaria.
La misura di fatto non ne risente in quanto il mancato contributo alla dispersione della
corrente di guasto è trascurabile e compensato dalle rimanenti linee MT.
Più importante è scegliere ed avere disponibile una linea MT asservita ad una cabina in uscita
dalla Primaria, ma ben fuori la sua area di influenza.
Interferenza con la misura: fune di guardia dei tralicci della linea AT utilizzata quale sonda
Per linee molto 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.
Con linea corta e impianto di terra ausiliario di resistenza elevata, nel dubbio che parte della
corrente di prova ritorni dalla fune di guardia, può essere d'utilità staccare i baffi di terra, lato
sonda di corrente, ed accertarsi che la corrente drenata lato impianto non diminuisca.
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Figura 48: circuito di ritorno per la fune di guardia
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 solitamente è più efficace dei seguenti (RET < 5 Ω).
Figura 49: impedenza di ingresso fune di guardia - cfr. Favero e CEI 11-37
Materiale fune di guardia
Acciaio
Alumoweld
Copperweld
Impedenza di ingresso ZP di una fune di guardia
con campate di 300 metri e
tralicci con con resistenza di terra
RET pari a 50 Ω
RET pari a 5 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°
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 Rogosky si può verificare che la corrente in questione ha la
medesima fase della corrente iniettata in maglia.
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Il rischio
ceraunico
L'ipotesi di scariche atmosferiche sull'impianto durante la misura non deve essere
sottovalutata in quanto la caduta di un fulmine è più probabile di un guasto franco a terra sulla
rete AT.
La risposta dell'impianto alla corrente impulsiva del fulmine è sensibilmente differente da
quella a frequenza industriale: l'intensità della corrente determina una diminuzione del valore
della resistenza dovuta all’elevato campo elettrico tra il dispersore ed il suolo, mentre il
carattere impulsivo determina un aumento dell’impedenza dovuto all’induttanza del
dispersore.
L’impedenza totale risulta ovviamente dalla sovrapposizione di questi due effetti e può essere
maggiore o minore a seconda di quale dei due effetti è dominante.
L’induttanza dei dispersori, che può essere stimata pari approssimativamente a 1 µH/m, viene
normalmente trascurata nel calcolo dell’impedenza di terra, ciò nonostante l’induttanza
diventa un parametro importante quando la derivata della corrente è elevata, nell’ordine delle
centinaia di kA/µs o maggiore, come nel caso.
A causa di un fulmine la caduta di tensione induttiva (L di/dt) raggiunge valori molto elevati:
ne consegue che le parti lontane del dispersore rivestono un ruolo marginale nel condurre la
corrente a terra.
●
Al Preposto spetta il compito di valutare le condizioni ambientali prima e durante l'esecuzione
dei lavori.
Mentre è prassi consolidata il sospendere la prova all'arrivo di un temporale, lo è meno se il
temporale è lontano: in tal caso però resta elevata la probabilità della caduta di un fulmine, in
specie per linee particolarmente estese.
Un aiuto deve arrivare dal Centro Operativo: questi infatti tra l'altro monitora in tempo reale
l'andamento dei fulmini e ne può avvisare il Preposto, sia che i fulmini possano interessare la
linea utilizzata per la prova, sia che interessino le altre linee AT entranti in cabina.
A chi scrive è capitato un fulmine a ciel sereno sulla linea AT utilizzata per il circuito
amperometrico ed a un collega un fulmine direttamente sull'impianto in misura: in ambedue i
casi è intervenuto correttamente lo scaricatore a protezione del circuito amperometrico e
comunque il personale addetto alla verifica indossava i DPI prescritti.
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Considerazioni finali
La verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria pone problemi di
sicurezza da elettrocuzione per il circuito di prova in quanto:
per la simulazione del guasto è adottata una corrente di prova dell'ordine dei 50 A
nel circuito di prova si impiegano tensioni dell'ordine dei 500 V
STATISTICAMENTE GLI INCIDENTI IN QUESTO TIPO DI VERIFICA SUPERANO
GLI INCIDENTI DA CONTATTI INDIRETTI SUGLI IMPIANTI IN ALTA TENSIONE
L'impianto di terra deve essere dimensionato in modo da sopportare senza danno, fino al
disinserimento tramite i dispositivi di protezione, le sollecitazioni dinamiche e termiche
provocate dalla sovracorrente massima che può presumibilmente essere chiamato a disperdere
ed in modo tale da garantire, per il tempo per cui permangono, tensioni di contatto e di passo
non pericolose, sia all'interno che all'esterno dell'area di cabina.
L'impedenza di terra determina il valore della tensione totale di terra, mentre la
configurazione dei dispersori influisce in particolar modo sulla distribuzione del potenziale
sulla superficie del terreno (tensioni di passo e di contatto).
Allora il verificatore provetto analizza i dati disponibili ed esegue tutte le prove necessarie a
fornire al committente un giudizio sull'impianto e la sua configurazione, individuando i punti
critici e definendo le opere, le modalità ed i termini per le eventuali bonifiche o migliorie.
Cosciente del rischio elettrico e del rischio dovuto all'intralcio alla viabilità, il Preposto alla
prova dispone affinchè il personale sia sufficiente in numero e qualifica.
Coscienti che durante la prova può avvenire il guasto AT, tutta la squadra utilizza tutti i DPI
che necessitano e come descritto in precedenza.
Fa specie osservare che tecnici incaricati di analizzare la risposta dell'impianto al guasto AT
monofase a terra poi non ne tengono assolutamente conto nella verifica, ad esempio
portandosi appresso, fuori la cinta di cabina, il Punto "0" per centinaia di metri, foss'anche
lontano dalle case.
Fare misure in qualità significa anche raccogliere sul campo e rendere disponibili alla
committenza tutti i dati significativi per la valutazione costi/benefici delle migliorie.
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In quanto non ne risultino dispendi straordinari, gli impianti a corrente forte ed i dispositivi
elettrici ad essi raccordati non devono perturbare in maniera inammissibile, in qualsiasi
condizione d’esercizio, l’esercizio conforme al loro scopo di altri impianti e dispositivi
elettrici.
Chi intende costruire, esercire o modificare impianti elettrici a corrente forte che potrebbero
disturbare o mettere in pericolo altri impianti elettrici è tenuto ad informare tempestivamente
gli esercenti di questi altri impianti del suo progetto, affinché si possano adottare in
precedenza misure protettive.
Se, malgrado l’osservanza delle regole riconosciute della tecnica, si manifestano interferenze
inammissibili, eliminabili solo con grande dispendio, le parti in causa cercano di mettersi
d’accordo. 4
Ecco quindi che una buona verifica è tale solo se accompagnata da una relazione il più
possibile esaustiva e predittiva verso i terzi.
Fare misure in qualità significa anche raccogliere sul campo e rendere disponibili alla
committenza tutti i dati significativi per la valutazione del rischio relativo alla presenza di
persone.
Ad esempio, per quanto concerne i sostegni metallici delle linee aeree ad alta tensione,
possiamo distinguere tre gradi decrescenti di rischio 5:
luoghi dove sono prevedibili raggruppamenti importanti o la presenza periodica e
a.
prolungata di persone
luoghi abitati, nelle immediate vicinanze di costruzioni isolate o lungo le vie di
b.
comunicazione, dove le persone sostano periodicamente per breve tempo
c. rimanenti luoghi.
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.
La conoscenza approfondita delle installazioni, il know-how dato dai numerosi impianti
esaminati (l'uno diverso dall'altro), l'alta qualità degli elaborati caratterizzati da precisione,
dettaglio e ricchezza di dati (tutti utili e raccolti sul campo), sono patrimonio di chi non si è
improvvisato verificatore in tutto, ma che giorno dopo giorno ha affinato la propria
competenza con fatica, impegno e professionalità, non di rado confrontandosi animatamente
coi colleghi verificatori e gli ispettori ASL/ARPA e ISPESL, anche in ambito di convegni,
incontri tecnici e giornate di studio, o agli incontri del Gruppo Elettrotecnici al Collegio.
Per ultimo, quali tecnici viene certamente da sorridere nell’osservare che si richiedono per gli
strumenti di misura continue e costose tarature, quando la grandezza sotto misura può subire
variazioni relativamente ampie, comunque accettate.
4
5
Art. 5
Art. 54
Ordinanza sugli impianti elettrici a corrente forte del 30 marzo 1994, Consiglio Federale Svizzero
Ordinanza sugli impianti elettrici a corrente forte del 30 marzo 1994, Consiglio Federale Svizzero
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Ringraziamenti
Ringrazio il Prof. Giordano Franceschini che ha favorevolmente accolto la mia proposta di
tesi, occasione per riordinare gli appunti, i dati e le informazioni raccolte in 13 anni di
verifiche di impianti AT presso Enel Distribuzione Lombardia.
Sono grato inoltre all'Esercizio di Milano di Enel Distribuzione per la disponibilità e la
compartecipazione alla ripresa dei miei studi universitari.
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 Michele, Pietro, Roberto e Sergio per
l'aiuto e di mia moglie Enrica per la collaborazione nella redazione.
L'infortunio è il sopraggiungere dell'imprevisto
sull'impreparato
C. Eltenton
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Bibliografia
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Consiglio federale svizzero: 734.1 del 30 marzo 1994
Ordinanza concernente gli impianti elettrici a corrente debole (Ordinanza sulla corrente debole)
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Consiglio federale svizzero: 734.2 del 30 marzo 1994
Ordinanza sugli impianti elettrici a corrente forte (Ordinanza sulla corrente forte)
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Norma Italiana CEI 0-11, anno 2002 Edizione Prima Fascicolo 6613
Guida alla gestione in qualità delle misure per la verifica degli impianti elettrici ai fini della sicurezza
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Norma Italiana CEI 0-14, anno 2005 Edizione Prima Fascicolo 7528
Guida all'applicazione del DPR 462/01 (…)
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Norma Italiana CEI 11-1, anno 1999 Edizione Nona Fascicolo 5025 + varianti ed errata corrige
Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in corrente alternata
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Norma Italiana CEI 11-37, anno 2003 Edizione Seconda Fascicolo 6957
Guida per l'esecuzione degli impianti di terra di impianti utilizzatori in cui siano presenti sistemi con
tensione maggiore di 1 kV
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Norma Italiana CEI 64, anno 1999 Edizione Prima Fascicolo 4985 R
Effetti della corrente attraverso il corpo umano
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Norma Italiana CEI 64-8, anno 2007 Edizione Sesta Fascicolo 8613
Impianti elettici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in
corrente continua
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Norma Italiana CEI 64-12, anno 1998 Edizione Prima Fascicolo 3666 R
Guida per l'impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario
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Norma Italiana CEI 64-14, anno 2007 Edizione Seconda Fascicolo 8706
Guida alle verifiche degli impianti elettrici utilizzatori
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GRTN - GUIDA TECNICA INSTX1017 Rev. 01 del 20 settembre 2005,
Correnti di corto circuito e tempi di eliminazione dei guasti negli impianti delle reti a tensione uguale o
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Enel Distribuzione - Unificazione DK 4281, anno 2000 Edizione I
IMPIANTI DI TERRA DELLE CABINE PRIMARIE
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Enel Distribuzione - Unificazione DK 4461, anno 2005 Edizione 2.1
IMPIANTI DI TERRA DELLE CABINE SECONDARIE
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Enel Distribuzione - PSA-2.03.00 REV. 03 del 01/01/2008
PRE Prescrizioni Integrative per la Prevenzione del Rischio Elettrico
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Enel Distribuzione - Metodo di lavoro EM 2023, anno 2003 Rev. 01
VERIFICA DELLE TENSIONI DI CONTATTO E DI PASSO NELLE CABINE MT/BT
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Enel Distribuzione - Specifica Tecnica unificata EA 0429, anno 2006 Rev. 03
MISURATORE PER IL RILIEVO DELLE TENSIONI DI PASSO E DI CONTATTO E DELLA RESISTENZA
DI TERRA NELLE CABINE MT/BT
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Enel Distribuzione - Specifica Tecnica unificata EA 0060, anno 2008 Rev. 07
TRONCHETTI ELETTRICAMENTE ISOLANTI
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Enel Distribuzione, MATERIALI Tavola M4.2, Giugno 2003 Ed. 2
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Enel Distribuzione, Edizione Maggio 2004
Guida all'esecuzione delle Verifiche degli Impianti di terra delle Cabine Secondarie
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Modalità integrative alle "Disposizioni contro i rischi da elettrocuzione" per la verifica dell'impianto di
terra di un impianto elettrico
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Enel Compartimento di Milano - Unificazione ML 340, anno 1982
Messa a terra dei sostegni delle Linee AT a 130 kV
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(…) Verifica dell'impianto di terra di un impianto elettrico
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Enel Direzione Distribuzione Lombardia - Prevenzione Infortuni MN 331, anno 1998 Ed. 3
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IMPIANTI DI TERRA. Dimensionamento degli impianti di terra
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Enel Compartimento di Milano, Ufficio Verifiche e Misure di Milano, marzo 1981
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Modalità di realizzazione degli impianti di terra nelle stazioni all'aperto
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A.Cerretti: Il passaggio da neutro isolato a neutro compensato nelle reti di Media Tensione
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Università degli Studi di Pavia, anno accademico 1976-1977
Seminari su SICUREZZA DEGLI IMPIANTI ELETTRICI
G.Corbellini: Valore giuridico delle norme tecniche e responsabilità del progettista, dell'installatore, del
direttore dei lavori, del collaudatore e del committente
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Università degli Studi di Pavia, corso di aggiornamento. Pavia, 10 - 13 giugno 1991
A.Silvestri - N.Tomatis - F.Tommazzolli:
L’analisi delle correnti di guasto per il progetto degli impianti di terra
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e qualità delle misure.
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Università Telematica Guglielmo Marconi
Carlo Picozzi
Corso di Laurea in Ingegneria Industriale
Anno Accademico 2007-2008
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L.Olivieri - E.Ravelli, ELETTROTECNICA, volume quarto - Cedam Ed. Padova, 1980
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I.Mendolia, MISURE ELETTRICHE - Gruppo Editoriale Fabbri Milano, 1982
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L.Miano, Fisica ed esercitazioni, vol. 1° - Fabbri Ed. Milano, 1976
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V.Re, Come verificare gli impianti di terra e il coordinamento delle protezioni - UTET div. Periodici, 2001
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V.Carrescia, Fondamenti di sicurezza elettrica - Hoepli Ed. Milano, 1984
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Guida Blu 9, Verifiche - TNE Ed. Torino
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Summa philosophica, ovvero il manuale del grillo parlante - TNE Ed. Torino, 2007
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TUTTONORMEL - Aprile 1995,
U.Grasselli - G.Parise: Tensioni di contatto e di passo
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TUTTONORMEL - Settembre 2000,
V.Carrescia: L'impianto di terra
–
TUTTONORMEL - Ottobre 2003,
V.Carrescia: Impianti di terra
–
TUTTONORMEL - Ottobre 2004,
V.Cataliotti - A.Campoccia - G.Zizzo: La terra deviata
–
TUTTONORMEL - giugno 2006,
V.Carrescia: Tensioni all'esterno (lettere al direttore)
–
Associazione Progettisti di Impianti - A.P.I. Incontro Tecnico 17 novembre 2005
G.Tedeschi: Le verifiche degli impianti di terra, l'importante ruolo degli ingegneri
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Ambiente&Sicurezza, Il Sole 24 ORE - Pirola 23 maggio 2006 - N. 10
L.Alimandi - G.Saputi: Impianti elettrici di messa a terra: la mancata protezione dai contatti diretti
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Ambiente&Sicurezza, Il Sole 24 ORE - Pirola 3 ottobre 2006 - N. 18
G.Saputi: Le procedure di sicurezza per la verifica degli impianti elettrici
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N.Locci, Misure sui Sistemi di Potenza - DIEE Università di Cagliari, 2005
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M.Brenna, Sicurezza Elettrica - Politecnico di Milano, Piacenza 2005
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C.A.Nucci: dispense del Corso di Elementi di Impianti e Sicurezza Elettrica LS
Facoltà di Ingegneria Università di Bologna, 2005
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Corso di Progettazione di Impianti Elettrici Industriali: Impianti di terra
Università degli Studi di Perugia, 2006
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H.Markiewicz - A.Klajn: Impianti di terra - concetti base di calcolo e progettazione
Leonardo Power Quality Initiative - Messa a terra & EMC, giugno 2003
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G.Favero, Norma CEI 11-37 - Roma 1997
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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
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Archivio Voltimum - articoli di Gianluigi Saveri:
La protezione contro i contatti indiretti negli impianti dell'utente secondo la nuova norma CEI 11-1
La misura della resistenza di terra
Le verifiche dell'impianto elettrico
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ISO-TECH ICA3000 Sonde Flexible à Courant AC, Manuel d'instruction
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Elcon Megarad ELCOTERM GSIS - 2464, Istruzioni di montaggio: disegno n° 924
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Servizi Isacchi S.r.l.: sito aziendale.
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e qualità delle misure.
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Università Telematica Guglielmo Marconi
Carlo Picozzi
Corso di Laurea in Ingegneria Industriale
Anno Accademico 2007-2008
Indice
Introduzione........................................................................................................................... 1
Premessa ................................................................................................................................ 3
Il paragone idraulico del guasto a terra ............................................................................... 7
Approfondimenti.................................................................................................................... 8
Le reti di distribuzione primaria a 132 kV ......................................................................... 8
Corrente di guasto IF e corrente di terra IE ..................................................................... 10
La Cabina Primaria ......................................................................................................... 10
L’impianto di terra della Cabina Primaria...................................................................... 15
Il guasto AT ...................................................................................................................... 18
Tensione totale di terra UE ............................................................................................... 21
Tensioni di passo US e tensioni di contatto UT................................................................. 22
Misura del potenziale sulla superficie del terreno ........................................................... 28
Misura della resistenza di terra ....................................................................................... 30
Misura delle tensioni di passo e di contatto ..................................................................... 31
Considerazioni sulla corrente di prova e sul circuito amperometrico ............................ 33
Misura delle tensioni di contatto e di passo con sonda ausiliaria a distanza ridotta...... 34
Punto "0" di iniezione della corrente ............................................................................... 36
Prima di tutto fare attenzione !........................................................................................... 38
La prova di continuità elettrica........................................................................................... 42
La prova voltamperometrica ............................................................................................... 43
La misura della corrente drenata ....................................................................................... 46
A riguardo della qualità della misura delle correnti drenate .......................................... 48
A riguardo dei giunti di isolamento ................................................................................. 50
La misura di altre tensioni .................................................................................................. 51
DPI ....................................................................................................................................... 52
Qualità delle misure ............................................................................................................ 53
Generatore di corrente ..................................................................................................... 53
Amperometro .................................................................................................................... 54
Voltmetro .......................................................................................................................... 54
Misura in qualità .............................................................................................................. 56
Errore strumentale ........................................................................................................... 57
Errore operativo............................................................................................................... 58
Disturbi nel terreno - Erbacher ....................................................................................... 58
Campi elettrici e magnetici .............................................................................................. 60
Funi di guardia e piombi cavi AT / MT: circuito di ritorno ............................................ 61
Il rischio ceraunico ............................................................................................................. 64
Considerazioni finali ........................................................................................................... 65
Ringraziamenti .................................................................................................................... 67
Bibliografia.......................................................................................................................... 68
Indice ................................................................................................................................... 71
Verifica dell'efficienza dell'impianto di terra di una Cabina Primaria: rischio elettrico e qualità delle misure.
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