Collegamento a terra degli
impianti elettrici
E’ noto che il passaggio di corrente nel corpo umano provoca
dei danni che possono essere irreversibili se il contatto dura
troppo a lungo. Studi medici approfonditi hanno dimostrato
che la soglia di sicurezza è rappresentata da un valore di 10
mA. In termini di tensione sopportabile dal corpo umano, tale
limite si traduce nella tensione di contatto, data da
Vc = Z c I p ≤ Z c 10 ⋅ 10 −3
Il problema risiede nella valutazione dell’impedenza di
contatto, non facilmente determinabile. Dal punto di vista
circuitale, l’uomo può essere così rappresentato
Alle frequenze industriali, le capacità possono essere trascurate
e quindi si può considerare il corpo come una resistenza pura.
Anche in questo caso si sono sviluppati degli studi statistici
che hanno mostrato come un valore di circa 1000 Ω sia un
valore abbastanza corretto per rappresentare l’uomo da un
punto di vista elettrico, come mostra la figura seguente.
1
In realtà non è possibile applicare direttamente il calcolo della
tensione sopportabile da un uomo a partire dalla precedente
formula, perché la resistenza del corpo è pur sempre variabile.
Quindi si pone il problema di determinare un limite di
tensione sicuro. Per far ciò si ricorre alla rappresentazione
circuitale di un contatto elettrico tra un uomo ed un apparato
in tensione.
2
Nel circuito in figura, Rtp rappresenta la resistenza verso terra
dell’uomo, non facilmente determinabile. E’ importante
osservare che la tensione di contatto risulta pari a
Rc
1
Vc = Vco
= Vco
≤ Vco
R
R c + R tp
1 + tp
Rc
ed, indipendentemente dai valori assunti dalle resistenze, essa
è sempre inferiore (o al limite uguale) alla tensione di
contatto a vuoto, Vco. Quindi le norme prevedono un limite
sulla tensione di contatto a vuoto che è un parametro elettrico
certo. Si impongono quindi come limite di tensione i valori:
• UL=50 V per i contatti in condizioni ordinarie
• UL=25 V per i contatti in condizioni particolari (cantieri,..)
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Il limite sulla tensione di contatto a vuoto viene ottenuto
collegando a terra l’impianto elettrico mediante i dispersori,
che sono dei paletti di particolare forma piantati nel terreno.
La forma più semplice da esaminare è quella sferica.
Supponiamo di avere un dispersore emisferico su cui fluisce
una corrente I. Se il terreno è omogeneo, con resistività ρt, la
corrente si distribuisce uniformemente sul dispersore;
sfruttando la legge di Guass, si ottiene il potenziale
elettrostatico che vale
ρI
V( r ) = t
2 πr
rappresentato in figura.
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Il potenziale si annulla all’infinito e quindi la tensione a cui si
trova il dispersore è pari a
ρI
Vt = t
2 πr0
definita come “tensione totale di terra”. La “resistenza totale
di terra” vale
Rt =
Vt
ρ
= t
I 2 πr0
e rappresenta la resistenza tra il dispersore E ed il punto a
potenziale nullo, ovvero il “punto di terra ideale”.
Nel momento in cui avviene un contatto tra una persona ed un
elemento collegato a terra che disperde una corrente I, la
tensione a cui si trova sottoposto il corpo umano vale
Vc = Vt
Rc
1
= Vt
≤ Vt
R tp
R c + R tp
1+
Rc
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E’ fondamentale osservare che ora la tensione massima a
cui può essere sottoposta la persone è proprio Vt e quindi
agendo sulla resistenza di terra si riesce a soddisfare la
norma sulla tensione di contatto limite (50 V). La resistenza
di terra è ovviamente funzione della resistività del terreno e
quindi va progettata con cura.
Dal punto di vista della messa a terra, i sistemi sono
classificati in vari modi, tramite una coppia di lettere,
indicanti lo stato del neutro e delle masse, in tal modo:
• prima lettera:
• T: collegamento diretto a terra del neutro (con
impedenza trascurabile)
• I: isolamento da terra o collegamento mediante
impedenza;
• seconda lettera:
• T: collegamento a terra delle masse;
• N: collegamento delle masse al punto del sistema
collegato a terra (generalmente il neutro).
In base a tali definizioni si hanno i seguenti sistemi.
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Sistema TT: il neutro e le masse sono direttamente collegate a
terra, con due impianti di terra indipendenti.
conduttore
di protezione
lato utente
lato cabina
Il neutro deve essere sezionabile, mentre il conduttore di
protezione PE non deve mai essere sezionabile, perché deve
collegare le masse ai dispersori di terra. In caso di guasto, il
circuito interessato al passaggio di corrente è quello
tratteggiato. Essendo le resistenze di terra basse (di solito
quella dell’utente è la maggiore), la corrente di guasto può
assumere un basso valore (a causa della resistenza totale di
guasto elevata) che può non fare intervenire l’interruttore di
protezione, se questo non è di tipo differenziale di opportuna
sensibilità, causando
dei problemi di sicurezza
dell’installazione.
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Sistema TN-C: il neutro è direttamente collegato a terra
mentre le masse sono collegate al conduttore di neutro e
neutro e protezione sono ottenute con lo stesso conduttore.
Il neutro non deve essere sezionabile, poiché funge anche da
conduttore di protezione.
Sistema TN-S: il neutro è direttamente collegato a terra
mentre le masse sono collegate al conduttore di neutro e
neutro e protezione sono ottenute con conduttori diversi
collegati.
Il neutro può essere sezionabile.
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Il circuito di guasto in tali collegamenti è limitato tra la fase
ed il neutro ed é un circuito a bassissima impedenza, con una
corrente di guasto che è molto elevata, producendo
l’intervento dell’interruttore di massima corrente a
protezione del circuito. L’efficienza del sistema è legata alla
qualità della terra della cabina.
Quindi, in assenza di interruttori differenziali, il sistema TN
è più sicuro del TT. In Italia, tale connessione è permessa per
gli impianti utilizzatori alimentati da una propria cabina.
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Sistema IT: il neutro è collegato a terra con una impedenza
mentre le masse sono collegate a terra con il conduttore di
sicurezza.
Una grandezza importante per caratterizzare i sistemi dal punto
di vista della sicurezza è la tensione nominale verso terra, cioè
la tensione tra un punto ed il punto di messa a terra. Vi possono
essere vari casi:
• sistema trifase con neutro a terra e simmetrico
Vtn =
Vn
=E
3
10
• sistema monofase con punto di mezzo a terra o in corrente
continua
Vtn =
Vn
2
Se il sistema è isolato da terra oppure è connesso a terra tramite
impedenze con caduta di tensione non trascurabile, il calcolo si
complica.
In ogni caso, riassumendo, si ha:
Vn
Vtn =
Vn
3
Vn
Vtn =
Vn
2
sistemi trifase con neutro isolato o a terra
tramite impedenza
sistemi trifase con neutro a terra
sistemi monofase o a corrente continua senza
punti di messa a terra
sistemi monofase o a corrente continua con
punto di mezzo a terra
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