norma italiana cei - CEI Webstore - Comitato Elettrotecnico Italiano

Progetto
Data Scadenza Inchiesta
C. 1155
18-05-2015
Data Pubblicazione
2015-…
Classificazione
11-37
Titolo
C E I
hie
sta
Guida per l’esecuzione degli impianti di terra nei sistemi
utilizzatori di energia alimentati a tensione maggiore di 1 KV
og
ett
oi
ni
nc
Title
1
Pr
PROGETTO
I T A L I A N A
pu
bb
lic
a
N O R M A
CEI COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO
AEIT FEDERAZIONE ITALIANA DI ELETTROTECNICA, ELETTRONICA, AUTOMAZIONE, INFORMATICA E TELECOMUNICAZIONI
CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
PREMESSA
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
La presente Edizione della Guida CEI 11-37 è una revisione della precedente edizione resasi
necessaria a seguito della Pubblicazione della Norma CEI EN 50522. Quest’ultima, oltre ad
aver sostituito l’art.9 relativo agli impianti di terra della Norma CEI 11-1 non più in vigore,
sostituisce l’art. 10 della Norma CEI 61936-1.
L’introduzione di alcuni nuovi simboli nelle predette norme CEI EN e alcuni contenuti tecnici
avrebbero reso difficoltoso l’utilizzo della Guida CEI 11-37 del 2003.
Si richiama l’attenzione del lettore sugli Allegati C e D della presente Guida: essi riportano
rispettivamente, senza alcuna variazione, l’Allegato D, la Tabella B-3 e della Figura 4 della
Norma CEI EN 50522.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
La nuova edizione comprende alcuni esempi riguardanti impianti di terra connessi a sistemi di
generazione per tener conto della Norma CEI 0-16 “Regola tecnica di riferimento connessione
di Utenti attivi e passivi alle reti MT e AT delle imprese distributrici di energia elettrica”.
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lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
INDICE
Scopo ............................................................................................................................... 5
2
Norme di riferimento ......................................................................................................... 5
3
Definizioni ........................................................................................................................ 5
4
3.1 Sistemi di Bassa Tensione (I categoria) ................................................................... 5
3.2 Sistemi di Media Tensione (II categoria) .................................................................. 5
3.3 Sistemi di Alta Tensione (III categoria) .................................................................... 5
3.4 Dispersore di cabina ................................................................................................ 5
3.5 Dispersore dell’impianto utilizzatore ........................................................................ 5
3.6 Dispersore semplice ................................................................................................ 5
3.7 Fattore di riduzione, r .............................................................................................. 5
3.8 Tensione di maglia .................................................................................................. 5
3.9 Operatore della rete o Distributore (DOS) ................................................................ 5
Alcune precisazioni sulla simbologia................................................................................. 6
5
Generalità dell’impianto di terra ........................................................................................ 6
5.1
5.2
5.3
5.4
6
hie
sta
1
Finalità .................................................................................................................... 6
Tensione totale di terra ........................................................................................... 6
Tensioni di contatto e di passo ................................................................................ 7
Rilevanza delle tensioni di contatto e di passo (U T e U S ) ...................................... 13
5.5 Effetti connessi alla presenza di un impianto di terra globale ................................. 13
5.6 Protezione contro le scariche atmosferiche ........................................................... 15
5.7 Drenaggio delle cariche elettrostatiche .................................................................. 15
Percorso della corrente di guasto a terra ........................................................................ 15
ni
Modalità di messa a terra negli impianti utilizzatori ................................................ 47
Impianti utilizzatori in bassa tensione .................................................................... 48
Impianti utilizzatori in media tensione .................................................................... 48
7.3.1 Sistemi MT con neutro isolato .................................................................... 48
7.3.2 Sistemi MT con messa a terra risonante .................................................... 57
7.3.3 Sistemi MT con propria cabina di trasformazione e con neutro a
terra tramite resistenza ............................................................................. 60
7.3.4 Sistemi MT con messa a terra mediante un trasformatore a zig-zag .......... 63
7.3.5 Collegamento a terra di generatori MT di tipo termico (turbine e
motori diesel) ............................................................................................ 66
7.3.6 Sistemi MT con messa a terra mediante tre trasformatori monofase .......... 68
Collegamento a terra del neutro BT dell'impianto utilizzatore .......................................... 69
og
ett
7.1
7.2
7.3
oi
7
Circuito di ritorno della corrente di guasto ............................................................. 15
Sistemi elettrici utilizzatori in alta tensione ed in media tensione ........................... 16
Sistemi in alta tensione con neutro direttamente connesso a terra ......................... 34
Influenza delle funi di guardia negli impianti AT e MT ............................................ 34
Influenza degli schermi dei cavi negli impianti AT e MT ......................................... 38
Valutazione dei componenti del circuito di ritorno negli impianti AT ed
MT ........................................................................................................................ 38
Valutazione delle correnti di guasto nelle diverse tipologie di alimentazione e di
connessione a terra ........................................................................................................ 47
nc
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
8
Pr
8.1
8.2
I dispersori della cabina e quello di stabilimento sono comuni ............................... 69
Dispersori della cabina e quello di stabilimento sono separati ............................... 70
8.2.1 Alcune considerazioni in caso di U ECabina > 1200 V ................................ 73
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9
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra ......................................................... 75
9.1 Generalità ............................................................................................................. 75
9.2 Funi di guardia ...................................................................................................... 76
9.3 Schermi e guaine metalliche dei cavi ..................................................................... 76
9.4 Masse estranee ..................................................................................................... 77
10 Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne ...................................... 83
11 Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne – Accordi tra le
parti e responsabilità ...................................................................................................... 85
12 Il dispersore in impianti con tensione maggiore di 1 kV ................................................... 86
hie
sta
12.1 Generalità ............................................................................................................. 86
12.2 Dispersore magliato .............................................................................................. 86
12.3 Resistenza di terra di un dispersore a maglia ........................................................ 86
12.4 Resistenza di un dispersore verticale (picchetto) ................................................... 87
12.5 Altre tipologie di dispersori .................................................................................... 88
12.6 La resistività del terreno ........................................................................................ 88
12.7 Dimensionamento termico del dispersore .............................................................. 88
12.8 Dimensionamento termico dei conduttori di terra ................................................... 89
13 Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo ..................................................... 90
Determinazione delle U VT e U VS ............................................................................. 90
Rimedi, provvedimenti correttivi ............................................................................ 91
Schema a blocchi .................................................................................................. 91
Esecuzione dell’impianto di terra ........................................................................... 92
13.4.1 Dispersore ................................................................................................. 92
13.4.2 Conduttore di terra .................................................................................... 93
13.4.3 Giunzioni ................................................................................................... 93
13.5 Protezione contro la corrosione ............................................................................. 93
13.6 Interferenze ad Alta Frequenza ............................................................................. 94
13.7 Altri aspetti esecutivi ............................................................................................. 94
13.8 Accessibilità, visibilità, ispezionabilità ................................................................... 96
Allegato A - Riferimenti normativi - ........................................................................................ 98
ni
nc
13.1
13.2
13.3
13.4
Allegato B - Dimensionamento di dispersori di forma semplice - ........................................... 99
Generalità ............................................................................................................. 99
Dispersori ad anello .............................................................................................. 99
Dispersori ad anello quadrato .............................................................................. 101
Dispersori ad anello quadrato integrato da sbracci e/o picchetti .......................... 103
C - Tabella 1 e relative note della Norma CEI EN 50522 - ..................................... 108
oi
B.1
B.2
B.3
B.4
Allegato
og
ett
C.1 Valori di corrente da utilizzare per la progettazione di impianti di terra ................ 108
Allegato D - (Allegato D della CEI EN 50522) (normativo) - - Calcolo della corrente
nominale dei conduttori di terra e dei dispersori - ......................................................... 110
Allegato E - Misure in campo - ............................................................................................ 114
Pr
E.1
E.2
E.3
E.4
E.5
Premessa ............................................................................................................ 114
Misura della resistività del terreno ....................................................................... 114
Presenza di tensioni di disturbo negli impianti di terra ......................................... 115
Prova di continuità elettrica ................................................................................. 116
Misura di resistenza di terra e di impedenza di terra ............................................ 117
E.5.1 Metodo della caduta di tensione .............................................................. 117
E.5.2 Metodo della misura ad alta frequenza. ................................................... 124
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
E.5.3
E.6
E.7
E.8
E.9
Allegato
Metodo di iniezione di corrente di valore elevato (classico
voltamperometrico). ................................................................................. 124
Rilievo dell'andamento del potenziale sulla superficie del terreno ........................ 130
Misura delle tensioni di passo e di contatto ......................................................... 131
Misura della corrente di guasto drenata dagli elementi metallici .......................... 134
Criteri delle verifiche periodiche .......................................................................... 135
F - Dimensionamento di trasformatori di messa a terra di tipo a zig-zag - .............. 137
Allegato G - Esempio di progetto di un dispersore di terra - ................................................ 142
Procedura per l’esecuzione del progetti dell’ impianto di terra ............................. 142
Raccolta dei dati fondamentali per il progetto ...................................................... 142
Calcolo della tensione di contatto ammissibile U vTP ............................................. 145
Geometria e resistenza del dispersore ................................................................ 145
Valutazione della corrente di terra I E e I RS ........................................................... 147
Valutazione del potenziale totale di terra U E ........................................................ 147
Valutazione dei profili di tensione di contatto ....................................................... 148
Dimensionamento termico dei conduttori ............................................................. 153
Adozione dei sistemi atti ad impedire il trasferimento del potenziale .................... 154
H - Considerazioni relative ai posti di trasformazione su pali (PTP) - ..................... 155
H.1
H.2
H.3
H.4
Premessa ............................................................................................................ 155
Definizioni della CEI EN 61936-1 ......................................................................... 155
Deduzioni in base alla Norma CEI EN 50522 ....................................................... 155
Conclusioni ......................................................................................................... 156
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
G.1
G.2
G.3
G.4
G.5
G.6
G.7
G.8
G.9
Allegato
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Scopo
Scopo della presente Guida è di dare semplici indicazioni ai progettisti e agli installatori, nel
rispetto delle Norme esistenti, per il dimensionamento delle varie parti degli impianti di terra,
per la loro pratica esecuzione e per le misure da eseguire sugli stessi.
Le condizioni che seguono sono di carattere generale e non tengono conto del fatto che le
proprietà dell’impianto utilizzatore e della rete di alimentazione possano essere diverse. Nel
caso, pur molto frequente, che la rete di alimentazione sia di proprietà diversa da quella
dell’impianto utilizzatore, in particolare sia quella del DOS, è opportuno prendere accordi tra
le parti, secondo le indicazioni che verranno date all’art. 11.
2
Norme di riferimento
Vedere Allegato A della presente Guida.
3
Definizioni
3.1
hie
sta
Ai fini della presente Guida valgono le definizioni delle Norme CEI EN 50522 e 64-8 oltre alle
seguenti.
Sistemi di Bassa Tensione (I categoria)
impianti a tensione nominale da oltre 50 V fino a 1000 V compresi se a corrente alternata e da
oltre 120 V fino a 1500 V compresi se a corrente continua
3.2
Sistemi di Media Tensione (II categoria)
impianti a tensione nominale oltre 1000 V se a corrente alternata o oltre 1500 V se in
corrente continua, fino a 35000 V compresi
3.3
Sistemi di Alta Tensione (III categoria)
3.4
nc
impianti a tensione nominale maggiore di 35000 V
Dispersore di cabina
dispersore come definito al punto 3.4.3 della norma CEI EN 50522 al quale sono connesse
tutte le masse e le masse estranee facenti parte esclusivamente alla cabina
Dispersore dell’impianto utilizzatore
ni
3.5
dispersore come definito al punto 3.4.3 della norma CEI EN 50522 al quale sono connesse
tutte le masse e le masse estranee facenti parte dell’ impianto utilizzatore e non della cabina
3.6
Dispersore semplice
ett
oi
si intende un qualsiasi dispersore di tipo non magliato
3.7
Fattore di riduzione, r
il fattore di riduzione r di una linea trifase è il rapporto tra la corrente di terra e la somma delle
correnti di sequenza zero nei conduttori di fase del circuito principale (r = I E/3 Io), in un punto
lontano dal punto di cortocircuito e dall’impianto di terra di un impianto elettrico
3.8
Tensione di maglia
tensione utilizzata e definita nel dimensionamento dei dispersori semplici dell’Allegato B
Operatore della rete o Distributore (DOS) 1
og
3.9
persona giuridica che ha in concessione la gestione e manutenzione delle reti elettriche AT,
MT e BT di distribuzione di energia elettrica al pubblico
———————
Pr
1 DOS (Distribution Operator Sistem) è l’acronimo utilizzato in ambito internazionale per indicare la figura del
Distributore (ex Distributore pubblico). Il termine Distributore, nella presente Guida, si ritrova, con la “D”
maiuscola, soltanto all’interno di alcune Figure.
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4
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Alcune precisazioni sulla simbologia
Si ricorda che la Norma CEI EN 50522 (Figure 2 e 3) distingue tra:
IF,
definita “corrente di guasto a terra”; (punto 3.4.28)
•
IE,
definita “corrente di terra “quella che fluisce verso terra tramite l’impedenza
collegata a terra” (punto 3.4.29). Detta impedenza è costituita dal parallelo di
tutte le possibili vie attraverso cui la corrente di terra fluisce (es. funi di
guardia, guaine di cavi, ecc.);
•
IN
corrente di neutro a terra del trasformatore, definita come “corrente
circolante nel neutro del trasformatore “(punto 3.4.31) che è la parte della
corrente di guasto che fluisce verso il punto di neutro del trasformatore
senza disperdersi nel suolo
•
I RS
corrente che fluisce nel dispersore di terra e che interessa pertanto la
resistenza di terra del dispersore considerato.
•
I RES
corrente residua di guasto a terra in un sistema con messa a terra risonante
•
U vT e U vS
tensione di contatto e di passo a vuoto
hie
sta
•
Ove non specificato nel testo della presente guida, i simboli e gli indici sono uniformati a
quelli della Norma CEI EN 50522 e della Norma CEI EN 60909-0 con le seguenti varianti
semplificative:
le correnti, le tensioni, le impedenze, ecc. sono sempre indicate in forma simbolica
complessa anche quando le parti reali o quelle immaginarie siano nulle e sono riportate in
corsivo anziché in corsivo con sottolineatura;
•
la resistività del terreno indicata nella Norma CEI EN 50522 con ρE , nella presente Guida
è indicata con il solo simbolo ρ ;
•
negli esempi numerici della presente Guida, le operazioni sono state riportate con
riferimento ai moduli delle quantità vettoriali anche se non compaiono i relativi simboli.
5
Generalità dell’impianto di terra 1
5.1
Finalità
nc
•
ni
Le principali finalità dell’impianto di terra sono:
a) vincolare (mediante collegamento diretto o tramite impedenza, il potenziale di determinati
punti (in generale il centro stella, naturale o artificiale) dei sistemi elettrici (di uno di essi,
di alcuni o di tutti) esistenti nell’area dell’impianto considerato;
ett
oi
b) disperdere nel terreno correnti del sistema elettrico in regime normale e perturbato senza
danni per le apparecchiature ed i componenti;
c) disperdere nel terreno le correnti convogliate dagli impianti di protezione contro le
scariche atmosferiche (vedere 5.6);
d) assicurare che le funzioni a), b) e c) si svolgano in condizioni di sicurezza per le persone
per quanto riguarda il rischio di shock elettrico.
5.2
Tensione totale di terra
og
Un dispersore ha una resistenza verso terra che dipende dalle sue dimensioni e dalle
caratteristiche del terreno nel quale è posto. Il prodotto della corrente che è chiamato a
disperdere per l’impedenza di terra che esso presenta è la tensione totale di terra U E , cioè la
tensione che l’impianto di terra, e quindi tutte le masse ad esso collegate, assume verso il
terreno riferita ad un punto a distanza tale da non risentire dell’influenza del dispersore
———————
Pr
1 Nella presente Guida non si distingue tra le due locuzioni “impedenza di terra” e “resistenza di terra” anche se la
corretta dizione è la prima in quanto nella realtà non esiste una resistenza pura, ma sempre una resistenza
accoppiata a una reattanza.
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pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
considerato (vedi definizione di “terra di riferimento (terra lontana)” definita al punto 3.4.2
della Norma CEI EN 50522).
L’andamento del potenziale ϕ sulla superficie del terreno sovrastante un dispersore a maglia
regolare è rappresentato a titolo di esempio in Figura 1; in Figura 2, per un dispersore a
maglie irregolari (vedi parte superiore della figura).
Fatto 100% il valore di U E , i valori di U vT % sono dati dalla relazione:
U vT % = 100 – ϕ %
Dove ϕ % è il valore del potenziale sulla superficie del terreno espresso in percento della
tensione totale di terra U E .
5.3
Tensioni di contatto e di passo
hie
sta
La tensione di contatto è la differenza di potenziale fra la massa di un componente elettrico,
messa in tensione da un guasto, e il terreno dove presumibilmente si troverebbero i piedi di
una persona che toccasse in quel momento la massa. Tenendo presente che il potenziale
della massa è praticamente uguale a quella del dispersore al quale è collegata
metallicamente, si può anche dire che la tensione di contatto è uguale alla differenza di
potenziale fra il dispersore e il terreno nel punto in cui si posano i piedi della persona.
Un’analoga differenza di potenziale si può stabilire in caso di guasto a terra nell’installazione
dell’utilizzatore, tra il terreno ed una massa estranea.
Per tensione di contatto si intende convenzionalmente la tensione mano-piedi, con i piedi alla
distanza di 1 m dalla proiezione verticale della massa.
ett
oi
ni
nc
La tensione di passo è la differenza di potenziale fra due punti del terreno posti alla distanza
di un passo convenzionalmente definita pari a 1 m e corrisponde alla differenza di potenziale
fra le due linee equipotenziali affioranti nel terreno nei due punti considerati.
L egenda
a)
Diagonale
b)
Mediana
Pr
og
Figura 1 - Andamento del potenziale ϕ % sulla superficie del terreno e della U vT % per un
dispersore a maglia
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sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Pr
og
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oi
Figura 2 – Andamento del potenziale ϕ % sulla superficie del terreno e della U vT %lungo
l’asse A-B
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
U vT
E = Dispersore
hie
sta
S1 S2 S3 = Gradienti di potenziale dei dispersori (es. dispersori ad
ϕ
UE
anello) connessi al dispersore E
U vT
UE = Tensione totale di terra
UvS
UvS = Tensione di passo a vuoto
UvT = Tensione di contatto a vuoto
A = Tensione di contatto a vuoto dovuta a un potenziale trasferito in
Reference earth
Terra di riferimento
(in sufficient
(a distanza sufficiente)
B
A
distance)
caso di messa a terra di un solo terminale della guaina del cavo
B = Tensione di contatto a vuoto dovuta a un potenziale trasferito in
caso di messa a terra di entrambi i terminali della guaina del cavo
S1
1m
E
E
S2
S3
ϕ = Potenziale della superficie del terreno
nc
E
Cavo con schermo metallico
1m
1m
Con
controllo
With
del potenziale
potential grading
ni
Senza controllo
Without
del potenziale
potential grading
Cable
having a continous metallic
continuo e isolato dal terreno
sheath
throughout
per tuttainsulated
la lunghezza,
ma con but with
both ends
Sheath is
entrambe
le exposed
estremità .scoperte.
Lo schermo
è messo
a terra
in cabina
connected
to earth
at the
substation .
ett
oi
Figura 3 - Vista schematica delle tensioni di contatto U VT e di passo U VS a vuoto (Figura 1 della CEI EN 50522)
Progetto
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bb
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L egenda
UVT, UVS
Tensioni di contatto e di passo a vuoto
UT, US Tensioni di contatto e di passo applicate alla persona
Resistenza di terra del dispersore
ZB
Impedenza del corpo umano
hie
sta
RE
Ra
Resistenza aggiuntiva tra il terreno e piedi = Ra1+Ra2
dove:
Ra1 = resistenza della calzatura o di eventuali altri mezzi di protezione
Ra2 = resistenza di contatto con la superficie del suolo (per ciascun piede essa è pari a tre
volte la resistività superficiale ρS del suolo nella zona considerata).
UE = Tensione totale di terra
a) Tensioni di contatto
b) Tensioni di Passo
nc
Schemi equivalenti delle tensioni di contatto e di passo a vuoto, U vT e U vS , e applicate al corpo umano, U T e U S
ett
oi
ni
Figura 3-a - Tensioni di contatto, U vT e U T , di passo, U vS e U S , e schemi equivalenti
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
La presenza di una persona, in virtù della sua resistenza interna, convenzionalmente assunta
pari a 1000 Ω, altera l’andamento della tensione di contatto e di passo in superficie.
Le Figure 3 e 3-a chiariscono la distinzione fra tensione di contatto e di passo a vuoto ed
applicate alla persona.
Nello schema relativo alla tensione di contatto, la persona che tocca la massa in tensione,
cortocircuita 1 m di terreno tra la massa stessa e i suoi piedi. Se la sua resistenza fosse nulla,
il valore del potenziale sotto i suoi piedi sarebbe identico a quello della massa, poiché invece
la sua resistenza non è nulla, la presenza della persona determina un rialzo della curva del
potenziale sotto i suoi piedi nel senso di avvicinare il potenziale del terreno a quello della
massa, infatti la persona agisce come un dispersore che inietta corrente nel terreno
facendone innalzare il potenziale. La resistenza totale della persona si compone della somma
della sua esistenza interna di 1000 Ω, come detto sopra, più la resistenza tra piedi e terreno.
Quest’ultima dipende dalla resistività dello strato superficiale del terreno e da eventuali mezzi
di protezione (es. calzature) e ciò spiega perché uno dei provvedimenti per limitare la
corrente nel corpo umano sia proprio quello di aumentare la resistività dello strato superficiale
del terreno (vedi punto 12.6)
hie
sta
Convenzionalmente, per tensione di contatto s’intende quella tra una mano e i due piedi; ne
consegue che la resistenza di contatto verso terra dei due piedi in parallelo, nello schema
relativo alla tensione di contatto, è pari alla metà della resistenza di contatto verso terra di
ciascun piede.
Similmente nella rappresentazione della tensione di passo, la persona cortocircuita un tratto
di terreno di 1 m, provocando una riduzione della differenza di potenziale sulla superficie del
terreno tra questi due punti.
nc
Poiché i due punti del terreno tendono a portarsi allo stesso potenziale, il piede più vicino alla
massa e il piede più lontano alla massa provocano rispettivamente un abbassamento della
curva del potenziale e un rialzo della curva stessa. In pratica con il piede più vicino alla
massa si estrae corrente dal terreno facendone abbassare il potenziale e poi la stessa
corrente viene iniettata nel terreno con l’altro piede facendone innalzare il potenziale.
Nel circuito corrispondente alla tensione di passo, le resistenze di contatto verso terra dei due
piedi sono tra loro in serie, quindi la resistenza terreno-piede è 4 volte maggiore rispetto al
caso della U T .
ni
Per gli impianti in AT ed MT, le tensioni di passo risultano molto meno pericolose di quelle di
contatto non solo per il contributo delle resistenze aggiuntive, ma anche perché il percorso
della corrente nel corpo umano (piede-piede) consente valori ammissibili più elevati rispetto a
quelli mano-piedi.
ett
oi
Nella Figura 5 che segue, sono indicati i limiti posti dalla Norma CEI EN 50522, punto 5.4.1
per gli impianti elettrici con tensione maggiore di 1000 V e nella Tabella 1 successiva gli
stessi limiti vengono forniti in valore numerico.
Pr
og
Se la corrente fluisce per un tempo molto più lungo di 10 s, si può usare per U Tp un valore di
80 V.
Progetto
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11
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
V
1000
9
8
7
6
5
4
Tensione di contatto UTp
3
2
100
9
8
7
5
4
0,05
0,1
0,2
hie
sta
6
0,3
0,4 0,5
0,7
1
2
3
4
5
6 7 8 9 10
Tempo di permanenza della corrente in secondi
Figura 4 – Tensioni di contatto ammissibili U Tp per correnti di breve durata (Figura 4
della Norma CEI EN 50522)
nc
Tabella 1 – Valori di t F più comuni della Tabella B-3 della Norma CEI EN 50522
completata con altri valori interpolati
0,04
0,05
0,06
0,08
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
U TP
(V)
788
716
700
675
654
638
537
487
400
363
300
250
220
Tempo (s)
0,55
0,60
0,65
0,70
0,80
0,90
0,95
1,00
2,00
3,00
5,00
7,00
10,00
175
168
150
137
120
108
117
96
88
86
84
85
U TP
187
ett
oi
(V)
ni
Tempo (s)
Il pericolo per le persone dipende oltre che dalla corrente e dalla sua durata anche dal suo
percorso all’interno del corpo umano. Solo la frazione di corrente che interessa il muscolo
cardiaco è determinante ai fini del rischio di fibrillazione ventricolare del cuore che è la causa
principale degli esiti letali da shock elettrico.
Quanto sopra esposto giustifica il fatto che la Norma CEI EN 50522 consideri, in linea
generale, le sole tensioni di contatto.
Pr
og
L’argomento è trattato in dettaglio nei Rapporti IEC 60479-1 e IEC 60479-2, nei quali sono
forniti i valori della resistenza probabile del corpo umano, e viene esposto il procedimento
seguito per passare dal valore di corrente ammissibile, ai valori delle tensioni di contatto
ammissibili (Allegato B della Norma CEI EN 50522).
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
12
5.4
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Rilevanza delle tensioni di contatto e di passo (U T e U S )
Se la resistenza dell’impianto di terra è bassa, e se la corrente che attraversa l’impianto di
terra è relativamente piccola, allora anche la tensione totale di terra U E potrà essere
mantenuta al di sotto dei limiti ammessi.
Nei sistemi elettrici con neutro efficacemente a terra, invece, la corrente di guasto monofase
a terra può raggiungere valori di diversi kA in funzione del numero e della potenza dei
trasformatori di alimentazione e dei criteri adottati nell’esercizio della rete di alimentazione.
La tensione U E può raggiungere valori molto elevati: per esempio, se si ipotizza un’impedenza
dell’impianto di terra di 0,5 Ω, e una corrente di terra di 10 kA, allora risulta:
U E = I E x Z E = 10 x 0,5 = 5 kV
dove:
=
tensione totale di terra in kV;
IE
=
corrente di terra in kA;
ZE
=
impedenza di terra in Ω.
hie
sta
UE
Tuttavia, anche in questo caso le condizioni di sicurezza possono essere rispettate se le
tensioni di contatto e di passo, determinate in sede di progetto o con misure in sito ad
impianto realizzato, sono contenute nei limiti ammessi.
Si ricorda, allo scopo di evitare inutili interventi preventivi atti ad abbattere il valore della
tensione totale di terra U E , che le U T e U S , da ricondurre ai valori ammissibili, sono sempre
una frazione della U E come evidenziato nella Figura 1.
5.5
nc
La norma CEI EN 50522 al punto 5.4.2 e nella Figura 5 stabilisce che se la tensione totale di
terra negli impianti di terra non facenti parte di un impianto di terra globale non supera due
volte 1 le tensioni di contatto ammesse U Tp , queste ultime sono rispettate in qualsiasi punto
dell’impianto e pertanto le misure delle tensioni di passo e di contatto non sono necessarie 2.
Effetti connessi alla presenza di un impianto di terra globale
ni
Nel caso che l’impianto utilizzatore sia collocato all’interno di un “impianto di terra globale”
(vedere la Norma CEI EN 50522 punto 3.4.19 e Allegato O), la progettazione del dispersore di
impianti AT ed MT, pur essendo in condizioni semplificative, richiede comunque particolare
attenzione riguardo alle modalità di messa a terra del neutro del sistema BT.
ett
oi
Anche nel caso suddetto, prima di tutto, valgono i criteri generali di dimensionamento definiti
negli art. 5 e 7 della Norma CEI EN 50522 che riguardano tutti gli elementi che compongono
l’impianto di terra stesso (dispersore, conduttori di terra ed equipotenziali). In particolare, si
ricorda che la Norma CEI EN 50522 richiede che sia assicurata l’affidabilità dell’impianto (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).
og
La Norma suddetta, peraltro, afferma che, nel caso l’impianto dell’utilizzatore sia
completamente compreso in un “impianto di terra globale”, il criterio relativo alla sicurezza
delle persone, è soddisfatto a priori.
La Norma CEI EN 50522 non esime quindi dal realizzare un dispersore anche quando ci si
trovi all’interno di un “impianto di terra globale”: esso, tuttavia, può ad esempio essere scelto
———————
Pr
1 Le presenti considerazione sono relative soltanto a punti interni al dispersore a maglia.
2 In ogni caso si deve accertare l’assenza di tensioni trasferite potenzialmente pericolose.
Progetto
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13
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
tra le forme semplici di Figura B.3 dell'Allegato B, rispettando le dimensioni minime indicate
nell’Allegato C della CEI EN 50522.
E’ appena il caso di rilevare come nell’area, solitamente molto estesa e fortemente
urbanizzata, di un “impianto di terra globale”, anche per effetto dello stato di “quasi
equipotenzialità”, risulti molto difficile, anche se talvolta
possibile, effettuare rilievi
sperimentali significativi della tensione totale di terra relativa ad ogni singolo impianto
utilizzatore.
E’ opportuno sottolineare ancora come la Norma restringa cautelativamente la validità di detto
“impianto di terra globale” agli impianti delle reti del DOS ed agli impianti degli utilizzatori
alimentati in AT e MT inclusi nell’area equipotenziale come indicato nell’Allegato O della
Norma CEI EN 50522.
Tenuto conto della sua definizione, sarebbe opportuno richiedere all’DOS se è in grado di
dichiarare l’esistenza e l’estensione di un impianto di terra globale, quando non sia possibile
accertarsene con misure locali.
hie
sta
L’eventuale suddetta dichiarazione, potrebbe essere utile sia gli utilizzatori con forniture in AT
ed MT, ma anche a quelli con fornitura in BT.
Gli imprescindibili criteri generali a cui deve soddisfare l’impianto di terra (come ammette
anche la norma CEI EN 50522 nell’allegato O), da un lato, e l’inutilità (oltre che alla pratica
difficoltà) delle misure e delle verifiche di resistenza dei dispersori in campo, dall’altra,
portano, quindi, a formulare le seguenti conclusioni:
gli impianti di terra (sia del DOS nel punto di consegna dell’energia che degli utilizzatori),
facenti parte di un “impianto di terra globale”, rispettano le condizioni previste dalla Norma
CEI EN 50522 relativamente alle tensioni di contatto ammissibili per guasto a terra sul lato
AT. Devono perciò essere dimensionati soltanto in relazione al comportamento termico,
alla resistenza meccanica ed alla corrosione. Per tale ragione possono avere strutture
semplici come previsto nell’Allegato B della presente Guida.
•
all’interno di un “impianto di terra globale” possono non essere effettuate le verifiche
(mediante calcolo o mediante rilievi in campo) degli impianti di terra (del DOS e degli
impianti degli utilizzatori ma con le precisazioni indicate nel seguito); ovviamente
occorrerà procedere ad una verifica iniziale e quindi periodica dell’efficienza della
connessione esistente tra l’impianto di terra del DOS e quello dell’utilizzatore ed in
particolare verificare che:
ni
nc
•
tale connessione sia visibile, accessibile e sezionabile, solo con attrezzo, ad entrambe
le estremità;
-
l’energia specifica passante massima sia sopportabile dal conduttore e dalle relative
connessioni (cautelativamente può essere assunta la piena I F );
ett
oi
-
-
vi sia continuità, ad entrambe le estremità, verso gli impianti collegati.
Per le parti di impianto a valle del punto di consegna dell’energia, spetta all’utilizzatore
valutare le condizioni di sicurezza del proprio impianto di terra: ciò è particolarmente
importante per le utenze aventi sensibili distanze tra la cabina di ricezione (punto di
consegna) e quelle di trasformazione; il motivo è da ricercare nelle cadute di tensione che si
manifestano, in caso di guasto a terra, sui conduttori di connessione tra i diversi dispersori e
di valore tale da richiedere particolare attenzione e/o provvedimenti specifici (vedere esempio
2 di 7.3.1).
og
Si tenga presente il fatto che possono insorgere pericoli se sono simultaneamente accessibili
parti conduttrici di tubazioni isolate, di cavi, ecc. collegate ad una terra lontana e parti
conduttrici collegate alla terra dell’impianto di alta tensione”.
Pr
Queste parti conduttrici possono essere ad esempio: binari del tram, che collegano impianti di
terra globale con quelli esterni, rotaie del treno e di metropolitane (intenzionalmente isolate
da terra per problemi legati all’esercizio in corrente continua), tubazioni del gas che sono
intenzionalmente isolate da terra (sono generalmente con protezione catodica), tubazioni di
Progetto
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14
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
impianti di teleriscaldamento (isolate da terra per problemi di dissipazione termica), camicie
esterne di pozzi artesiani profondi (che portano il potenziale prossimo a zero nell’impianto di
terra globale), reti di terra e/o cavi di altre aziende distributrici, posati congiuntamente, cavi
telefonici e/o di reti informatiche ecc. aventi schermi metallici di protezione esterni ed
accessibili alle estremità ed in corrispondenza delle giunzioni.
Il valore della U E è necessario, inoltre, per verificare le prescrizioni applicabili agli impianti di
telecomunicazione soggetti a regolamenti del Ministero delle P.T. oppure delle circolari ITU
(distanze di rispetto tra reti di terra e cavi interrati, installazione di traslatori telefonici, cavi ad
isolamento aumentato, ecc.).
5.6
Protezione contro le scariche atmosferiche
Quando sia necessaria la protezione contro le scariche atmosferiche, l’impianto di terra deve
soddisfare anche tutte le prescrizioni contenute nella Norma CEI EN 62305.
5.7
Drenaggio delle cariche elettrostatiche
6
6.1
hie
sta
Le strutture che, in determinate condizioni, possono essere sedi di cariche elettrostatiche che,
a loro volta, possono essere causa di innesco di miscele esplosive gas-aria, vapori, nebbie o
di nubi di polvere combustibile, devono essere collegate al dispersore generale (vedi CEI EN
60079-14).
Percorso della corrente di guasto a terra
Circuito di ritorno della corrente di guasto
I circuiti di ritorno sono costituiti da tutti quegli elementi che possono collegare il punto di
guasto con il centro stella del trasformatore o del generatore che alimenta il guasto stesso
consentendo quindi ad una parte della corrente di guasto I F di tornare alla sorgente di
alimentazione senza interessare il terreno.
Questi circuiti dipendono principalmente dai seguenti fattori:
nc
1) Ubicazione dell’impianto di terra associato all’utilizzatore.
2) Ubicazione dell’impianto di terra associato all’alimentazione.
3) Tipo di connessione degli avvolgimenti dei trasformatori o dei generatori (stella , triangolo.
zig-zag).
ni
4) Tipo di connessione a terra del centro stella dei trasformatori o dei generatori (diretto, isolato,
con impedenza).
5) Tipo di connessione dell’impianto di terra dell’alimentazione con l’impianto di terra
dell’utilizzatore.
ett
oi
Si rinvia all’art. 7 per la descrizione dettagliata dei vari sistemi di connessione a terra del
centro stella.
Impianti di terra separati possono venire connessi nei seguenti modi :
1) mediante collegamenti metallici intenzionali (conduttori);
2) attraverso il terreno tra gli impianti di terra mediante la parte interrata (dispersore degli
impianti di terra stessi);
3) le capacità dei cavi o delle linee aeree.
og
Nei casi 1) e 2), che possono anche verificarsi contemporaneamente, si permette che una
parte della corrente di guasto I F possa ritornare direttamente al centro stella del sistema e ciò
significa che non tutta la corrente di guasto a terra I F fluisce nel terreno attraverso il
dispersore di terra , mentre solo la parte r I F (con r<1) è determinante per la valutazione delle
tensioni di contatto.
Pr
La terza possibilità può essere solo alternativa alle altre due.
Progetto
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15
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Quando il centro stella dell’alimentazione, congiuntamene alle sue masse metalliche, è
connesso all’impianto di terra dell’utilizzatore, l’impianto di terra viene definito unico o
comune.
In questo caso, i conduttori costituenti l’impianto di terra formano il circuito di ritorno al centro
stella dell’alimentazione senza avere passaggio nel terreno.
Questi conduttori formano una maglia interrata avente le caratteristiche indicate nell’art. 13.
Si fa presente che nei sistemi di terra di media tensione, il dispersore viene riconosciuto come
via di ritorno della corrente di guasto al centro stella a differenza dei sistemi di terra per la
bassa tensione (sistemi TN come indicato nella norma CEI 64-8, artt. 41 e 54).
Se il centro stella dell’alimentazione è collegato ad un proprio impianto di terra separato o
distante da quello dell’utilizzatore, i conduttori che possono collegare i due impianti sono:
1) le funi di guardia delle linee aeree
2) i conduttori di terra intenzionali
hie
sta
3) gli schermi e le guaine metalliche dei cavi quando sono collegati ad entrambi gli impianti di
terra
In questi casi i conduttori costituiscono un ritorno in parallelo al terreno e le ripartizione della
corrente di guasto dipende dalla resistenza dei conduttori e di quella dei dispersori
In mancanza di ogni collegamento metallico tra gli impianti di terra e se i centri stella delle
alimentazione sono collegati a terra direttamente o mediante impedenza (vedi art. 7), il
terreno risulta essere l’unica via di ritorno della corrente di guasto a terra
In assenza di collegamenti tra gli impianti di terra e quando il centro stella risulta isolato (vedi
paragrafo 7.4.1). la chiusura del circuito di ritorno può avvenire solo attraverso le capacità
delle linee e dei cavi di alimentazione.
nc
Nell’Allegato D della presente Guida sono indicate le correnti che si devono considerare per il
calcolo delle sollecitazioni termiche.
Le alimentazioni interne dell’utilizzatore possono essere dei seguenti tipi:
1) trasformatori di potenza
ni
2) generatori elettrici di media e di bassa tensione
Il collegamento a triangolo di un trasformatore separa i circuiti a sequenza zero e impedisce
che la corrente di guasto a terra di un sistema possa trasferirsi all’altro.
Sistemi elettrici utilizzatori in alta tensione ed in media tensione
ett
oi
6.2
Nelle Figure 5, 6, 7 e 8 sono riassunte le tipologie più comuni degli impianti utilizzatori
alimentati in alta tensione e media tensione da un DOS ed aventi un’eventuale generazione
interna.
Si riportano, inoltre, le seguenti precisazioni:
1) L’ impianto di bassa tensione non è indicato.
2) Il trasformatore T2 risulta necessario quando la tensione di alimentazione del’DOS è diversa
dal quella adottata per la distribuzione primaria dell’ utilizzatore.
og
3) Il generatore G2 è indicato come una macchina rotante con il centro stella messo a terra. Tale
generatore può essere sostituito da sistemi di generazione eolici e fotovoltaici con annesso
inverter, in questo caso il collegamento ZT deve essere eliminato.
Pr
4) Il trasformatore T3 risulta necessario quanto la tensione del generatore G2 è diversa dal
quella adottata per la distribuzione primaria dell’utilizzatore oppure è necessario ridurre il
contributo del generatore alla corrente di corto circuito.
Progetto
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16
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
5) Il trasformatore T3 risulta invece indispensabile quando il generatore G2 è costituito da un
sistema di generazione eolica o fotovoltaica con annesso inverter.
6) I cavi di alimentazione verso i sistemi satelliti sono privi di schermi metallici oppure messi a
terra da entrambe le parti per limitare il trasferimento di potenziali pericolosi.
Nelle figure non sono evidenziate le funi di guardia, diversamente da come indicato nella
Figura 2 della norma CEI EN 50522, perché il collegamento a terra non è sotto il controllo del
progettista. Tale ipotesi permette di trascurare il fattore di riduzione r (drenaggio della
corrente di guasto dovuta alla fune di guardia), il valore della resistenza di terra dei tralicci
R ET e il valore dell’impedenza delle linee aeree Z ∞ . Queste ipotesi sono a favore della
sicurezza delle persone e del dimensionamento termico dei dispersori.
La serie delle Figure 5 illustra il percorso della corrente di guasto a terra I F e della corrente di
terra I E per le tipologie più comuni di connessione di un impianto utilizzatore senza
generazione interna con o senza trasformatore di connessione.
hie
sta
Si può osservare, (Figura 5c) che in caso di guasto sul lato primario del trasformatore o
(Figura 5a) in caso di guasto nell’impianto utilizzatore con connessione diretta si ha
I E = I RS = r I F
In caso di guasto nell’impianto utilizzatore (Figura 5b) con trasformatore di connessione si ha
invece
IE = 0
Nel caso in cui il centro stella del DOS sia del tipo isolato (assenza del collegamento a terra
sul trasformatore di alimentazione l’andamento delle correnti di terra è illustrato nella Figura
18 del paragrafo 7.3.1.
In questo caso si ha:
nc
La serie delle Figure 6 illustra un sistema utilizzatore con generazione interna ma senza
alcuna connessione con sorgenti esterne (sistema isolato od ad isola).
in caso di guasto a terra nell’impianto dove è ubicata la generazione,
I F = I E = I RS
in caso di guasto a terra in un impianto satellite (come indicato in Figura 6b).
ni
IE = 0
ett
oi
Le serie delle Figure 7 illustra il percorso della corrente di guasto a terra I F e della corrente di
terra I E per le tipologie più comuni di impianti utilizzatori con generazione interna e sorgente
esterna. La sorgente esterna è connessa direttamente o per mezzo di trasformatore con
diversi gruppi vettoriali:
a) Guasto sul lato primario del trasformatore T2, dentro l’impianto di terra dell’utilizzatore
Figura 7c.
Ipotizzando per semplicità l’assenza di funi di guardia, la corrente di terra risulta sempre
essere
I F =I E
b) Guasto a terra all’interno dell’impianto utilizzatore sul quadro Q1, Figura 7b.
og
In questo caso la corrente di terra risulta sempre essere
IE = 0
c) Guasto a terra all’interno dell’impianto utilizzatore in caso di connessione diretta alla
sorgente esterna Figura 7a
Pr
Ipotizzando per semplicità l’assenza di funi di guardia, la corrente di terra risulta sempre
essere
Progetto
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17
IE = r IF
con il fattore “r” pari a 1.
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
d) Guasto a terra all’interno dell’impianto satellite di un utilizzatore, avente una connessione
alla sorgente esterna mediante trasformatore.
Ipotizzando cha i due sistemi di terra siano completamente separati, la corrente di terra
risulta sempre essere
I F =I E
e) Guasto sul lato primario del trasformatore T2 avente collegamento triangolo/stella.
Con questa configurazione, l’andamento delle corrente di terra risulta uguale a quanto
indicato nella Figura 5.
Nel caso in cui il centro stella del DOS sia del tipo isolato (assenza del collegamento sul
trasformatore T1). Il contributo al guasto di terra dei generatori interni all’impianto utilizzatore
risulta trascurabile sulla rete di distribuzione con neutro isolato indipendentemente dalla
presenza del trasformatore T2.
hie
sta
In ogni caso i generatori interni devono avere il neutro isolato se sono collegati direttamente
alla rete del DOS avente il neutro.
Nel caso che il centro stella del DOS sia del tipo a terra risonante (con bobina di Petersen sul
trasformatore T1). La connessione dei generatori può essere con trasformatore o diretta come
illustrato nelle Figure 7h e 7i.
Nel primo caso il contributo del generatore al guasto di terra sulla rete del DOS è nullo mentre
nel secondo caso la corrente di guasto a terra risulta limitata dal resistore che normalmente
viene messo in parallelo alla bobina di Petersen.
nc
Le varie parti della Figura 8 illustrano il percorso della corrente di guasto a terra I F e della
corrente di terra I E per un guasto a terra in un impianto con terra separata sia dal DOS che
dall’utilizzatore.
Pr
og
ett
oi
.
ni
Si può osservare come la connessione a terra dei vari trasformatori e la presenza di una
generazione interna contribuiscono a ripartire la corrente di terra I E in due componenti di
valore diverso.
Progetto
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18
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
ni
nc
hie
sta
L egenda
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
19
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore utente alimentato dalla rete del DOS
U1 = utenza guasta dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTU1 = conduttore di terra del componente (guasto)
RES1 = resistenza di terra del dispersore DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore dell’utilizzatore
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L egenda
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore utente alimentato dalla rete del DOS
nc
hie
sta
T2 = Trasformatore alimentato da rete interna dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CTU1 = conduttore di terra del componente guasto
RT = resistenza di messa a terra del neutro
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RES1 = resistenza di terra del dispersore DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore dell’utilizzatore
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
U1 = utenza guasta dell’utilizzatore
20
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L egenda
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore utente alimentato dalla rete del DOS
nc
hie
sta
T2 = Trasformatore alimentato da rete interna dell’utilizzatore
(guasto al primario)
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
RT = resistenza di messa a terra del neutro
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RES1 = resistenza di terra del dispersore DOS
ni
RES2 = resistenza di terra del dispersore dell’utilizzatore
ett
oi
Figura 5 - Schemi di principio e andamento quantitativo delle correnti per guasto a terra di un impianto utilizzatore connesso al DOS e
senza generazione interna
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
21
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
L = linea dell’utilizzatore
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
nc
hie
sta
T1
Trasformatore
dell’utilizzatore
alimentato
dal
generatore
G1
U1 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN = Corrente di neutro del trasformatore T1
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
Z T = impedenza del centro stella di G1
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
=
22
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
L = linea dell’utilizzatore
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
nc
hie
sta
T1 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTU1 = conduttore di terra del componente
utilizzatore
CTU2 = conduttore di terra del componente
utilizzatore
IN = Corrente di neutro del trasformatore T1
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore
principale dell’utilizzatore
ni
ett
oi
U1 = utenza dell’utilizzatore
U2 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
RES2 = resistenza di terra del dispersore
secondario dell’utilizzatore
Z T = impedenza centro stella del G1
Figura 6 - Schema di principio e andamento quantitativo delle correnti per guasto a terra di un impianto utilizzatore con generazione
interna non connesso ad una sorgente esterna (sistema ad isola)
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
23
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Legenda
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN1 = Corrente di neutro del trasformatore T1
IN2 = Corrente di neutro del trasformatore T2
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES = resistenza di terra del dispersore del DOS e
dell’utilizzatore
ZT
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
24
= impedenza centro stella del G1
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
hie
sta
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CN3 = conduttore di neutro del trasformatore T3
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
ett
oi
ni
nc
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN1 = Corrente di neutro del trasformatore T2
IN2 = Corrente di neutro del trasformatore T3
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
ZT = impedenza centro stella del G1
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
25
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Legenda
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN = Corrente di neutro del trasformatore T1
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
Z T = impedenza centro stella del G1
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore (guasto)
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CN3 = conduttore di neutro del trasformatore T3
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
26
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Legenda
Z T = impedenza centro stella del G1
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
Z1 = trasformatore zig zag dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN = Corrente di neutro del trasformatore Z1
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
27
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Legenda
Z T = impedenza centro stella del G1
ni
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore (guasto)
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
Z1 = trasformatore zig zag dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN1 = Corrente di neutro del trasformatore T1
IN2 = Corrente di neutro del trasformatore T2
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
28
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Legenda
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
Z1 = trasformatore zig zag dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore
U2 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNZ = conduttore di neutro del trasformatore Z1
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
CTU2 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN = Corrente di neutro del trasformatore Z1
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale dell’util.
RES3 = resistenza di terra del dispersore secondario dell’util.
Z T = impedenza centro stella del G1
29
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
U1 = utenza dell’utilizzatore (guasta)
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
XL + RL = Bobina di Petersen con resistenza di by-pass
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
Z T = impedenza centro stella del G1
ni
nc
hie
sta
Legenda
ett
oi
Figura 7 - Schemi di principio e andamento quantitativo delle correnti per guasto a terra di un impianto utilizzatore connesso al DOS e
con generazione interna
Progetto
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pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
hie
sta
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
UE = utenza esterna dell’utilizzatore (guasta)
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTE = conduttore di terra di UE
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
ett
oi
ni
nc
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IF = Corrente di guasto
IE = Corrente di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES3 = resistenza di terra del dispersore di altri utilizzatori passivi
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
ZT = impedenza centro stella del G1
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
31
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
T2 = Trasformatore alimentato dall’utilizzatore
Z1 = Trasformatore zig zag
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
hie
sta
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
UE = utenza esterna dell’utilizzatore (guasta)
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN2 = conduttore di neutro del trasformatore T2
CNZ = conduttore di neutro del trasformatore Z1
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTE = conduttore di terra di UE
CT2 = conduttore di terra del trasformatore T2
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
ett
oi
ni
nc
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN1 = Corrente di neutro del trasformatore T1
IN2 = Corrente di neutro del trasformatore T2
IF = Corrente di guasto
IEi (i = 0÷2) = Correnti di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES3 = resistenza di terra del dispersore di altri utilizzatori passivi
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale dell’utilizzatore
Progetto
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ZT
32
= impedenza centro stella del G1
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L egenda
L = linea dell’utilizzatore
T1 = Trasformatore alimentato dal DOS
ni
nc
hie
sta
T3 = Trasformatore alimentato dal generatore G1
Q1 = sbarra dell’utilizzatore
G1 = generatore dell’utilizzatore
UE = utenza esterna dell’utilizzatore (guasta)
U1 = utenza dell’utilizzatore
CN1 = conduttore di neutro del trasformatore T1
CN3 = conduttore di neutro del trasformatore T3
CNG = conduttore di neutro del generatore G1
CT1 = conduttore di terra del trasformatore T1
CTE = conduttore di terra di UE
CT3 = conduttore di terra del trasformatore T3
CTU1 = conduttore di terra del componente utilizzatore
IN1 = Corrente di neutro del trasformatore T1
IN2 = Corrente di neutro del trasformatore T3
IF = Corrente di guasto
IEi (i = 0÷2) = Correnti di terra
RT = resistenza di messa a terra del neutro
RES1 = resistenza di terra del dispersore del DOS
RES3 = resistenza di terra del dispersore di altri utilizzatori
passivi
RES2 = resistenza di terra del dispersore principale
dell’utilizzatore
ZT = impedenza centro stella del G1
ett
oi
Figura 8 – Schemi di principio e andamento qualitativo delle correnti per guasto unipolare a terra nell’ipotesi che l’impianto utilizzatore
sia dotato di autoproduzione
Progetto
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33
6.3
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Sistemi in alta tensione con neutro direttamente connesso a terra
Quando la richiesta di potenza dell’utilizzatore supera alcuni MVA, l’alimentazione può
convenientemente essere fatta in AT; per l’Italia le tensioni attualmente normalizzate sono
132 kV o 150 kV ed eventualmente 220 kV o 380 kV, che corrispondono rispettivamente a
tensioni massime dei componenti di 145 kV, 170 kV, 245 kV e 420 kV (Norma CEI
EN 61936-1 Tabelle A.1-A.2 e A.3) Il neutro della rete AT oltre 100 kV è messo efficacemente
a terra, e quindi ogni guasto a terra è un cortocircuito monofase a terra, con valori di corrente
dell’ordine dei kA. Il valore di questa corrente di cortocircuito dipende unicamente dalla
potenza dell’alimentazione e dall’impedenza del circuito di guasto, pertanto ne consegue che,
all’opposto di quanto avviene con neutro isolato, le correnti di guasto:
•
non dipendono dall’estensione della rete,
•
dipendono invece dal punto di guasto e dalla configurazione della rete che alimenta il guasto.
Il calcolo delle correnti di cortocircuito, sia trifase, sia monofase a terra, è riportato nella
letteratura tecnica e può essere eseguito secondo la Norma CEI EN 60909-0, secondo le
Pubblicazioni IEC 60909-1 e IEC 60909-2.
6.4
hie
sta
Nelle reti AT con neutro a terra, le linee aeree sono dotate in genere di protezioni
distanziometriche ed i guasti che interessano la linea sono eliminati dall’intervento coordinato
delle protezioni in primo gradino mediante l’apertura degli interruttori agli estremi della linea
stessa (tali interruttori sono generalmente equipaggiati con chiusura rapida), mentre i guasti
che interessano il sistema di sbarre di una stazione elettrica sono eliminati dall’intervento
della protezione di sbarra (ove prevista) o dall’intervento in secondo gradino delle protezioni
distanziometriche mediante l’apertura degli interruttori agli estremi delle linee che afferiscono
alla stazione elettrica sede del guasto. In prima approssimazione si può ritenere che il tempo
di eliminazione del guasto sia pari a 0,5 s salvo casi particolari (per ulteriori approfondimenti
vedere pubblicazione CEI “Le protezioni dei sistemi elettrici di potenza”).
Influenza delle funi di guardia negli impianti AT e MT
nc
Le funi e le guaine di linee che alimentano il guasto, drenano una notevole aliquota della
corrente di guasto di ciascuna linea, sottraendola al dispersore dell’impianto utilizzatore, in
virtù dell’accoppiamento induttivo tra le spire costituite dai conduttori di fase e dal terreno e le
spire costituite dalle funi di guardia o guaine metalliche e dal terreno.
ni
Grazie al contributo di accoppiamento, il compito del dispersore
notevolmente alleggerito.
suddetto può essere
ett
oi
Per ogni linea che alimenta il guasto si definisce infatti il fattore di riduzione r (r i per la linea i)
il rapporto tra la corrente di terra I Ei , cioè l’aliquota di corrente immessa nel terreno attraverso
il dispersore, e la corrente di guasto monofase a terra 3 I 0i fornita dalla linea stessa, cioè:
ri =
IEi
3I 0i
Il termine 3I 0i , cioè tre volte la componente omopolare, deriva dal calcolo della corrente di
guasto monofase a terra con il metodo delle componenti simmetriche, quale è quello
raccomandato nella Norma CEI EN 60909-0. In sostanza è
3 I0 = IF
og
Per una linea con funi di guardia, il fattore di riduzione r dipende dal materiale delle funi, dalla
loro impedenza omopolare, dalle distanze tra le funi di guardia e conduttori di fase e dalla
resistenza dei singoli sostegni.
Pr
Il metodo di calcolo del fattore r si trova nella IEC 60909-3, mentre nell’Allegato I
(informativo) della Norma CEI EN 50522 sono riportati alcuni valori tipici.
Progetto
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34
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Le guaine metalliche dei cavi hanno un effetto drenante maggiore di quello delle funi di
guardia, occorrerà però eseguire per essi la verifica termica, come verrà detto nel seguito.
Nel caso di guaine metalliche di cavi, la corrente nel dispersore è espressa da:
I E = I RS = r I F = r 3I 0
se il guasto è alimentato da una linea, e da:
I E = I RS = r1 3I 01 + r2 3I 02
se le linee alimentanti il guasto sono due, dove r1 e r2, e rispettivamente I 01 e I 02 sono i
fattori di riduzione e le correnti omopolari delle due linee.
Nel caso di funi di guardia, occorre tener conto delle messe a terra intermedie e quindi
dell’impedenza che tiene conto del parallelo delle resistenze di terra R ET dei sostegni,
indicata con Z∞. Corrispondentemente, se il guasto è alimentato da una linea, le correnti che
transitano nelle funi di guardia divengono:
hie
sta
I EW = I F – I E = U E /Z∞ + (1-r) 3I 0 , all’inizio, e
I EW = I F – I E = (1-r) 3I 0 , all’estremità di arrivo
Se il guasto è alimentato da due linee, analogamente a quanto fatto in precedenza, si deve
tener conto dei fattori di riduzione e delle correnti delle due linee.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Nella Figura 9 viene riportato un esempio esplicito.
Progetto
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35
pu
bb
l
ni
nc
hie
sta
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
Figura 9 – Esempio di guasto monofase a terra dove la corrente verso terra è drenata parzialmente dalla fune di guardia che collega i
dispersori delle Cabine A e B
Progetto
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36
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
La Figura 9 illustra il caso di un guasto monofase a terra della linea aerea in prossimità della
Cabina A in una situazione reale.
La linea elettrica aerea che collega le due Cabine A e B ha i sostegni a tralicci sulla sommità
dei quali è sospesa la fune di guardia collegata alla struttura metallica di ciascun sostegno
(non isolata da questi).
Come già detto, in caso di guasto, a causa dell’accoppiamento elettromagnatico tra fase
guasta e conduttori di ritorno (rappresentati dalla fune di guardia e dal terreno stesso) la fune
di guardia è interessata da una corrente che fluisce dal dispersore A al dispersore B di valore
pari a
I EW - Iniziale .= I E – I F
Lungo la linea, la corrente che fluisce nella fune di guardia, diminuisce di valore in
corrispondenza di ciascun sostegno fino al valore
IEW − Finale = IEW − Iniziale −
n
∑ IETn
hie
sta
1
Pr
og
ett
oi
ni
nc
N.B. Ai fini del dimensionamento della fune di guardia, è necessario tener in conto che il punto di guasto a terra
può avvenire indifferentemente in prossimità della cabina A o della cabina B, che entrambe le cabine possano
essere tali da poter alimentare la linea aerea considerata (presenza di generazione) e che la fune di guardia possa
ospitare (ad esempio) fibre ottiche.
Progetto
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6.5
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Influenza degli schermi dei cavi negli impianti AT e MT
Quando le estremità dello schermo o della guaina metallica di cavo sono collegate a due
distinti impianti di terra si possono avere le seguenti situazioni:
Se esiste una alimentazione esterna i due impianti di terra risultano connessi in parallelo dagli
schermi e dalle guaine metalliche dei cavi in modo tale che ciascuno di essi contribuisce alla
dispersione della corrente di guasto IF in modo differente poiché:
•
le resistenze di terra RES sono diverse per ogni impianto;
•
le impedenze longitudinali delle guaine dei cavi non sono trascurabili. Lo stesso dicasi per le
funi di guardia: quelle più diffuse sono in acciaio da 50 mm2 e hanno impedenza di qualche Ω
x km;
•
ad ogni impianto di terra possono essere connesse,
qualitativamente variabile, le succitate impedenze.
in
modo
numericamente
e
Tuttavia se un impianto di terra risulta di piccole dimensioni, si potrebbero avere situazioni
pericolose relativamente alle tensioni di passo e di contatto.
6.6
hie
sta
Se il guasto a terra in un sistema risulta alimentato dall’altro sistema attraverso una
alimentazione interna (trasformatore o generatore), gli schermi e le guaine metalliche dei cavi
hanno una funzione altamente drenante e le corrente di terra IE potrebbe risultare
significativamente bassa.
Valutazione dei componenti del circuito di ritorno negli impianti AT ed MT
Le Figure 5 e 14 illustrano il percorso della corrente di guasto a terra I E per sistemi utilizzatori
passivi con alimentazione esterna e centro stella connesso a terra al di fuori del dispersore
dell’utilizzatore
nc
Le Figure 10 e 11 congiuntamente alla Figura 6 illustrano il percorso della corrente di guasto
a terra I E e lo schema di principio per sistemi utilizzatori in media tensione aventi un
dispersore unico per il centro stella dell’alimentazione e per la messa a terra delle
apparecchiature connesse a tale alimentazione.
ni
Le Figure 12 e 13 illustrano invece il percorso della corrente di guasto a terra I E e lo schema
di principio per sistemi utilizzatori in media tensione aventi il centro stella isolato
indipendentemente dall’ubicazione della alimentazione stessa (interna o esterna al dispersore
dell’utilizzatore)
Pr
og
ett
oi
Sempre per i sistemi a neutro isolato la Figura 19 al paragrafo 7.3.1 illustra lo schema
trifilare.
Progetto
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pu
bb
l
nc
hie
sta
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
ni
Figura 10- Andamento qualitativo della corrente di guasto a terra per
sistemi MT a terra su un unico dispersore mediante resistenza o reattanza
Progetto
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39
Figura 11 - Circuito equivalente sistemi MT a terra su un
unico dispersore mediante resistenza o reattanza
pu
bb
l
hie
sta
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 13 - Circuito equivalente dei sistemi MT isolati
ett
oi
ni
nc
Figura 12- Andamento qualitativo della corrente di guasto a terra
per sistemi MT isolati
Progetto
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40
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
L egende per s c hemi equivalenti
- ZL
impedenza del cavo di potenza
impedenza di guasto
- Zf
dell’apparecchiatura elettrica
tra
la
fase
e
la
massa
hie
sta
- Zp
impedenza del conduttore di protezione tra la massa
dell’apparecchiatura elettrica e il circuito principale di ritorno
- Zc
impedenza trasversale tra il conduttore di ritorno e le fasi del
sistema
impedenza dell’elemento di limitazione o di soppressione
- ZG
della corrente di guasto
impedenza omopolare del trasformatore di potenza o del
- Z0
generatore
nc
impedenza longitudinale dei conduttori della maglia interrata
- Zm
dell’utilizzatore
- Zi
impedenza degli elementi di collegamento tra dispersori
distinti (terreno, conduttori intenzionali, funi di guardia, schermi)
ett
oi
ni
- R esA
Resistenza di terra del dispersore A (in generale del DOS)
- R esB Resistenza
dell’utilizzatore)
di
terra
del
Figura 14 - Il neutro e le masse in media tensione sono collegate a dispersori separati
Progetto
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41
dispersore
B
(in
genere
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Il significato dei vari componenti del circuito equivalente si legge nella legenda di Figura 14.
L’impedenza ZL risulta in genere molto piccola rispetto alle altre impedenze del circuito in
media tensione e pertanto non si commette un grande errore trascurandola.
Normalmente l’impedenza Zf risulta di difficile determinazione in quanto può variare da valori
molto piccoli a valori molto grandi, ai fini della sicurezza si considera tale impedenza nulla
(guasto franco).
L’impedenza Zp risulta anch’essa molto piccola e in pratica viene trascurata in quanto il
percorso risulta molto corto e mai superiore a 10 metri.
L’ impedenza ZC risulta
•
come indicato nel paragrafo 7.3.1. per sistemi con neutro isolato,
•
uguale ad infinito per tutti gli altri sistemi di messa a terra.
L’ impedenza Z G risulta
uguale a zero per sistemi connessi direttamente a terra,
•
come indicato nei paragrafo 7.3.3, per sistemi messi a terra con impedenza.
•
uguale ad infinito per sistemi con neutro isolato.
hie
sta
•
L’impedenza Zo rappresenta l’impedenza omopolare del trasformatore o del generatore
Tale impedenza può essere trascurata ai fini della valutazione del circuito di guasto per i
sistemi in media tensione e in alta tensione.
Se il centro stella e le masse dell’impianto in media tensione sono collegate allo stesso
dispersore magliato in modo regolare (vedi figura 14), si può assumere che il valore
dell’impedenza Zm sia nullo o trascurabile.
nc
Questo tipo di maglia viene utilizzata quando svolge una funzione di dispersore in caso di
presenza di una alimentazione esterna entrante nell’impianto industriale.
ni
Per impianti di terra completamente separati l’impedenza Zi risulta uguale alla somma delle
resistenze di terra dei due impianti di terra dei due dispersori ResA e ResB come indicato in
Figura 14, trascurando l’impedenza delle funi di guardia.
In caso di alimentazioni aventi il centro stella isolato si possono avere due situazioni
a) se l’alimentazione si trova nell’area del dispersore dell’utilizzatore, il valore dell’impedenza Zi
può essere considerato nullo,
ett
oi
b) se l’alimentazione risulta posta all’esterno del dispersore dell’utilizzatore, il valore
dell’impedenza Zi risulta pari al valore della resistenza di terra del dispersore dell’utilizzatore
ResB.
Se il centro stella e gli utilizzatori sono collegate a dispersori lontani e distinti, ma fra loro
interconnessi da un numero limitato di conduttori intenzionali, si presenta la situazione
indicata nelle Figure 16 e 17.
og
Esempi tipici di questa situazione sono gli impianti satellite separati dagli impianti principali
dal punto di vista planimetrico, ma alimentati dal sistema elettrico principale in media tensione
mediante linee aeree o tramite cavi interrati, con i due dispersori a maglia collegate ad un
numero limitato di conduttori interrati congiuntamente con funi di guardia.
Pr
La stessa situazione si presenta anche quando le funi di guardia o gli schermi e le guaine
metalliche dei cavi di collegamento sono collegati ad entrambi i dispersori (vedi paragrafi 6.4
e 6.5)
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
42
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
L’impedenza Zi deve essere tenuta in considerazione anche per un dispersore di terra definito
come irregolare cioè risulti costituito da un’assieme di conduttori interrati in modo non
omogeneo formanti un complesso di maglie aventi geometria e dimensioni differenti.
Un esempio di dispersore di terra irregolare è quello formato da diversi dispersori ad anello
posti intorno agli edifici con due o tre conduttori di interconnessione tra di loro.
Con riferimento alla Figura 17 l’impedenza ZAB risulta in parallelo alle due resistenze dei
dispersori di terra ResA ed ResB poste in serie ma il valore dell’impedenza Zi risulta in
genere molto più basso della somma delle due resistenza di terra
Con riferimento alla Figura 17, il valore dell’impedenza Zi di un generico conduttore
intenzionale di interconnessione AB è dato dalla seguente formula
hie
sta
2
μ  1
d 
Z i = R i2 + ω 2 ⋅  0  + ln  ⋅ L2
r 
 2π  4
dove:
Ri
=
resistenza del conduttore in ohm;
r
=
raggio della sezione del conduttore in metri;
d
=
distanza del conduttore di protezione dai conduttori di fase in metri;
L
=
lunghezza del conduttore in metri;
µ0
=
permeabilità dell’aria = 4 π 10
–7
H/m.
nc
Per impianti di terra di tipo irregolare, si raccomoda di considerare almeno due conduttori di
lunghezza pari alla distanza tra il centro stella e l’utilizzatore più lontano
ni
La scelta della sezione e del numero dei conduttori di interconnessione AB dovrebbe essere
fatta in modo che la caduta di tensione U i = Z i × I F sul conduttore al passaggio della corrente
di guasto I F sia minore di 2 volte i valori della Figura 4 o della Tabella 1 della presente Guida.
In questo caso non è necessario eseguire la verifica delle tensioni di contatto nell’impianto di
terra satellite interconnesso, perché sono sicuramente inferiori ai valori ammessi. Se invece
la tensione U i è maggiore dei valori suddetti, tale verifica è necessaria.
ett
oi
Nel caso di schermi e di guaine metalliche. Il valore della resistenza risulta disponibile nella
documentazione tecnica dei costruttori dei cavi.
Riassumendo, il valore dell’impedenza Z i dipende dalla configurazione del dispersore adottata
e può essere come segue:
per impianti di
Z I = R esA +R esB
l’alimentazione connessa direttamente a terra
Z I = R esB
dispersore dell’utilizzatore
terra
separati
senza
connessioni
e
con
per sistemi di terra isolati con l’alimentazione esterna al
per sistemi di terra isolati con l’alimentazione interna al dispersore
ZI = 0
per impianti di terra comuni a maglie regolari
og
ZI = 0
dell’utilizzatore
Pr
per impianti di terra distinti ed interconnessi o realizzati con
Z I = Z AB
maglie non regolari o interconnessi con conduttori di terra o di protezione
Progetto
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43
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
ZI = ZS
per impianti di terra distinti ma interconnessi mediante gli schermi e le
guaine metalliche dei cavi (vedere paragrafo 6.4)
Sulla base delle considerazioni sopra indicate e trascurando l’influenza delle funi di guardia e
degli schermi dei cavi, l’impedenza ZT del circuito di ritorno per sistemi con tensione
superiore a 1000 V, assume i seguenti valori
Z T = R esA + R esB
per impianti di terra separati con centro stella direttamente collegato a terra.
Z T = R esA + R esB + Z G
per impianti di terra separati con centro stella collegato a terra mediante impedenza.
ZT = ZG + Zi
hie
sta
per impianti di terra distinti o non regolari ma interconnessi con conduttori intenzionali e con il
centro stella direttamente a terra.
ZT= Z C + Zi
per tutti i sistemi di terra isolati.
ZI = Z G
Pr
og
ett
oi
ni
nc
per sistemi di terra a maglia regolare connessi a terra con impedenza.
Progetto
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44
pu
bb
l
ni
nc
hie
sta
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
Figura 15 - Il neutro e le masse in media tensione sono
collegate ad un unico dispersore
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
Figura 16 - Il neutro e le masse sono collegati a dispersori lontani e
distinti, ma tra loro interconnessi
45
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
RESA = Resistenza di terra del dispersore principale
RESB = Resistenza di terra del dispersore satellite
Zi = Impedenza del conduttore di interconnessione dei dispersori
hie
sta
Zg = impedenza dell’elemento di limitazione o di soppressione della corrente di guasto
IF = Corrente di guasto a terra → IF =
Un
3 ⋅ ZG
ett
oi
ni
nc
IRSB = Corrente nell’impianto di terra satellite
Figura 17 -Schema equivalente del circuito di guasto della Figura 16
Progetto
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46
7
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Valutazione delle correnti di guasto nelle diverse tipologie di alimentazione e di
connessione a terra
7.1
Modalità di messa a terra negli impianti utilizzatori
Quando l’impianto utilizzatore dispone solo di una propria generazione interna , la
connessione a terra dei generatori esistenti nell’impianto deve essere adeguatamente scelta
in accordo
•
al tipo di generazione (termica, fotovoltaica od eolica),
•
al tipo di servizio (isolato od in parallelo),
•
alla potenza dei generatori,
•
al tipo di connessione con la rete esterna,
•
al gruppo vettoriale del trasformatore di interfaccia con il DOS.
1) in BT con il sistema TT;
2) in MT con neutro isolato;
hie
sta
Quando gli impianti utilizzatori sono alimentati direttamente solo da una rete del DOS la
messa a terra di tale impianto può essere realizzata nei seguenti modi:
3) in MT con neutro risonante (bobina di Petersen);
4) in AT, con tensione maggiore di 100 kV, con neutro francamente a terra.
Quando gli impianti utilizzatori sono alimentati solo da una rete del DOS con un trasformatore
di interposizione la messa a terra di tale impianto può essere realizzata nei seguenti modi:
1) in BT con il sistema TN;
2) in BT con il sistema IT isolato;
3) in BT con il sistema IT con il neutro collegato a terra con impedenza;
nc
4) in MT con neutro isolato;
5) in MT con neutro messo a terra
tramite resistenza;
6) in MT con neutro messo a terra tramite trasformatori a zig-zag e con eventuale resistore
aggiuntivo;
ni
7) in MT con neutro risonante (bobina di Petersen);
8) in MT con messa a terra con impedenza (bobina di Petersen in parallelo ad una
resistenza);
9) in MT tramite tre trasformatori monofasi con secondario a triangolo aperto e resistenza.
ett
oi
Quando gli impianti utilizzatori sono alimentati da sistemi di generazione interna oltre che da
una rete del DOS, il centro stella dei generatori può essere:
1) collegato a terra direttamente (sistema TN in bassa tensione)
2) collegato a terra mediante resistenza ad alto valore (per media e per bassa tensione)
3) collegato a terra mediante trasformatore
media tensione)
di tensione ad altissima impedenza (solo per
og
I diversi livelli di tensione di alimentazione dipendono dalla potenza richiesta e dalla posizione
dell’impianto utilizzatore rispetto alla rete di alimentazione del DOS. Tutti questi fattori hanno
influenza sulle correnti di guasto a terra ,di cui al successivo punto 7.3 e definite nella Norma
CEI EN 50522
Pr
I sistemi di messa a terra degli impianti utilizzatori in media tensione alimentati da cabine di
trasformazione interne, si basano essenzialmente sul principio di limitare la corrente di corto
circuito a terra a valori compresi tra zero e poiché centinaia di ampere, al fine di non
sottoporre ad elevate sollecitazioni termiche le carpenterie e le masse delle apparecchiature
elettriche in media tensione.
Progetto
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47
7.2
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Impianti utilizzatori in bassa tensione
Gli impianti di terra per impianti utilizzatori in bassa tensione sono definiti dalla Norma CEI
64-8 sia per sistemi alimentati direttamente dal DOS sia per sistemi di bassa tensione
alimentati da cabine di trasformazione MT/BT.
7.3
Impianti utilizzatori in media tensione
Un utilizzatore alimentato da una rete esterna in AT od in MT può avere una distribuzione
interna in MT per utilizzatori con potenze elevata e in BT per utilizzatori di minore potenza
La distribuzione interna può essere realizzata direttamente alla stessa tensione di
alimentazione del DOS (connessione diretta), oppure con un valore diverso di tensione
inferiore ma sempre superiore a 1000 V opportunamente scelto tra i valori normalizzati
mediante l’utilizzo di un trasformatore.
7.3.1
Sistemi MT con neutro isolato
hie
sta
Nelle reti in media tensione con neutro isolato, la corrente di guasto I F può chiudersi soltanto
attraverso le capacità verso terra della rete stessa (Figure 18 e 19)
Poiché le capacità verso terra di una rete, sia aerea che in cavo, sono grandezze distribuite,
la corrente di guasto I F è funzione, oltre che della tensione, anche dell’estensione della rete
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Pertanto la corrente di guasto risulta tanto più alta quanto più è estesa la rete.
Progetto
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48
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 18 - Schemi di principio per sistemi MT isolati
La Norma CEI EN 50522 prescrive che l’impianto di terra in reti con neutro isolato sia
dimensionato, per quanto riguarda la sicurezza delle persone, cioè con riferimento alla
tensione di terra e alle conseguenti tensioni di contatto, per la massima corrente di terra I E
che l’impianto può essere chiamato a disperdere nel terreno.
nc
I E =r I C
Con I C pari alla corrente capacitiva di guasto in Ampere
La corrente capacitiva può essere calcolata con la formula approssimata
dove
ni
I F = I C = U n (0,003 L 1 + 0,2 L 2 )
Un = tensione nominale concatenata della rete in kV
ett
oi
L1 = lunghezza delle linee aeree, in km
L2 = lunghezza delle linee in cavo, in km.
Il coefficiente 0,2 di questa formula si riferisce a cavi con isolamento in carta impregnata ma
può essere utilizzata, in modo cautelativo, anche per cavi in isolamento solido (gomma o
polietilene) che hanno una capacità inferiore.
Tuttavia per cavi con isolamento solido, risulta opportuno riferirsi anche al costruttore per
ottenere dati più attendibili.
og
Per lunghezza delle linee L1 e L2 si intendono le lunghezze rispettivamente delle linee aeree
e in cavo ordinariamente collegate metallicamente fra loro durante l’esercizio.
La stessa relazione si può esprimere in maniera mnemonicamente più semplice sotto la forma
“3 A per ogni 10 kV di tensione nominale e 100 km di linea aerea”;
•
“2 A per ogni 10 kV di tensione nominale e 1 km di linea in cavo”.
Pr
•
Progetto
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49
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
L’apporto dei cavi è, dunque, circa 67 volte quello delle linee aeree, a causa della maggiore
capacità verso terra dei cavi.
Nei sistemi con neutro isolato si ha che:
la corrente capacitiva di guasto a terra IC dipende dall’estensione della rete al momento
del guasto;
•
la corrente capacitiva di guasto a terra IC è indipendente dal punto del guasto; cioè la
corrente di guasto è la stessa sia che il guasto avvenga vicino ai morsetti del
trasformatore di alimentazione, o vicino all’utenza, al termine di una linea;
•
per le linee aeree in conduttori nudi MT, il fattore r è pari a uno in quanto sono usualmente
prive di funi di guardia.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
•
Progetto
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50
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 19 - Correnti capacitive di guasto a terra in una rete di distribuzione con
neutro isolato
nc
Per il dimensionamento dell’impianto di terra, si considera la configurazione composta dalle
linee ordinariamente collegate metallicamente tra loro durante l’esercizio.
Per fare un esempio, se l’utente è collegato ad una rete MT a 15 kV la cui massima
estensione, con tutte le linee in tensione sia di 80 km di linee aeree e di 6 km di linea in cavo,
la corrente capacitiva di guasto a terra è:
ni
I E = I F = 15 x (0,003 x 80 + 0,2 x 6) = 21,6 A
ett
oi
Pertanto nelle reti a MT con neutro isolato, la corrente di guasto a terra può variare da poche
decine di ampere, per reti prevalentemente aeree, a qualche centinaio di ampere per reti
prevalentemente in cavo come quelle urbane.
Esempio di calcolo delle correnti capacitive Ic
Si consideri un impianto industriale alimentato in alta tensione e con un trasformatore AT/MT
con neutro isolato lato utilizzatore.
Tale sistema elettrico consiste in
un trasformatore AT/MT;
•
un primo quadro elettrico in media tensione posto in prossimità del trasformatore;
•
un secondo quadro elettrico alimentato dal primo quadro elettrico;
•
un certo numero di utenze elettriche in media tensione alimentati dal secondo quadro
elettrico.
og
•
I dati principali sono i seguenti:
Pr
Tensione di alimentazione
Progetto
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6 KV
51
Cavi di alimentazione tra i due quadri elettrici
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
7 in parallelo
Lunghezza collegamento tra i quadri elettrici
1 km
Numero utenze alimentate dal quadro elettrico
10
Lunghezza media collegamento all’utenza
0,5 km
Numero totale dei cavi in parallelo
2 cavi per due utenze,
1 cavo per le altre.
Si trascurano i cavi tra il trasformatore ed il primo quadro elettrico
La lunghezza totale dei cavi risulta essere la seguente
L tot = 7 x 1 +12 x 0.5 = 13 km
hie
sta
In caso di guasto a terra di una utenza alimentata dal quadro elettrico, la corrente di guasto
risulta essere pari a
I c = 0,2 x 13 x 6= 15,6 A
Tale corrente Ic fluisce interamente nella fase guasta e risulta quindi pari al contributo delle
fasi delle linee sane
La quota di tale corrente spettante ai cavi tra i due quadri risulta essere pari a
Ic1 = 0,2 x 7 x 6 =8,4 A
La quota spettante alle utenze sane con due cavi in parallelo risulta essere pari a
0,2 x 2 x 0,5 x 6 = 1,2 A
nc
Ic2 =
La quota spettante alle altre utenze sane con un cavo risulta essere pari a
Ic3 =
0,2 x 0,5 x 6 = 0,6 A
ni
Nelle reti con neutro isolato, in caso di guasto su di una fase (fase a terra), la tensione verso
terra delle altre due fasi sane sale alla tensione concatenata. Il corrispondente isolamento
ett
oi
3 volte maggiore e dalle
verso terra viene allora sollecitato a regime da una tensione
sovratensioni transitorie che si originano in seguito al guasto a terra stesso. In questa
situazione potrebbe verificarsi un secondo guasto a terra in corrispondenza di eventuali punti
deboli della rete. Questo secondo guasto a terra stabilisce un cortocircuito tra fasi attraverso
la terra, e la corrente assume un valore corrispondentemente più elevato in funzione
dell’impedenza del circuito di guasto.
og
La corrente di doppio guasto a terra è una corrente di cortocircuito bifase, il cui valore
dipende quindi dalla distanza tra i due punti di scarica su fasi diverse. Ciò può portare ad un
campo di valori molto vasto, in funzione delle impedenze del circuito compreso tra i due
guasti, magari su radiali diverse. La norma IEC 60909-3 fornisce le formule generali e quelle
relative ai casi più frequenti. Al limite però, nei casi molto particolari, come indicato nella
tabella 1 della norma CEI EN 50522, poiché non si può escludere che il secondo guasto
avvenga nelle immediate vicinanze della stessa cabina del primo utilizzatore, un criterio
cautelativo porta a valutare la corrente di secondo guasto a terra uguale a quella del c.c.
bifase, che, secondo la Norma CEI EN 50522, è:
I”KEE = 0,85 I”K
Pr
dove I”KEE e I”K sono rispettivamente le correnti iniziali simmetriche di c.c. bifase e c.c.
trifase.
Progetto
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52
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Un metodo per facilitare la ricerca del punto di guasto del sistema consiste nel collegare
temporaneamente il centro stella del trasformatore mediante un contattore ed una resistenza
come indicato in Figura 20.
Figura 20 – Sistema M.T. con neutro normalmente isolato e temporaneamente
connesso a terra mediante resistore per la ricerca del guasto - Correnti capacitive di
guasto a terra in una rete di distribuzione con neutro isolato
ni
La rilevazione delle fasi guaste può essere fatta secondo i seguenti metodi.
Un primo metodo si basa sull’utilizzo di una combinazione di relè di terra molto sensibili e di
relè direzionali. Facendo riferimento all’esempio precedente si era calcolato quanto segue:
-corrente capacitiva di guasto a terra sull’utenza guasta
Ic = 15,6 A
-
-massima corrente capacitiva delle utenze sane
Ic2 = 1,2 A
-
-corrente capacitiva della linea di alimentazione
Ic1 = 8,4 A
ett
oi
-
Le possibili soluzioni sono le seguenti:
a) installare un relè di terra su tutte le utenze e sulla linea di alimentazione tarati a 10 A,
inferiore alla corrente capacitiva dell’utenza guasta (Ic), ma superiore alla massima
corrente capacitiva delle linee sane(Ic2);
og
b) installare un relè di terra solo sulle utenze tarati a 2A ( inferiore alla corrente capacitiva di
guasto (Ic), ma superiore alla massima corrente capacitiva delle fasi sane (Ic2) ed
installare un relè direzionale di terra sulla linea di alimentazione (corrente Ic1 e rivolto
verso il quadro principale).
L’installazione del relè direzionale di terra risulta necessario quando esistono utenze molto
lontane dal quadro dove il loro contributo in termini di corrente capacitiva supera quello delle
linee di alimentazione al quadro stesso.
Pr
Un secondo metodo per facilitare la ricerca del punto di guasto consiste nel collegare
temporaneamente ad una resistenza di terra, tramite un contattore, il centro stella del
Progetto
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53
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
trasformatore , come indicato in Figura 20. Questo metodo non dipende dalla valutazione
preventiva delle correnti capacitive di guasto e dalla lunghezza delle singole linee di
alimentazione
La presenza di un guasto a terra può essere fatta solo rilevando l’incremento di tensione dal
valore di fase a quello concatenato, mediante una terna di trasformatori di tensione monofasi
con il secondario connesso a triangolo aperto con inserito il relè di massima tensione
omopolare 59Vo (vedi Figura 20).La conseguente chiusura ritardata del contattore per un
periodo di pochi secondi (al fine di evitare un secondo guasto a terra), permette il rilevamento
del guasto tramite dei normali relè di massima corrente e di conseguenza provocare l’apertura
del circuito guasto o darne una semplice segnalazione. La presenza della resistenza
impedisce l’inserzione del contattore su un’elevata corrente di guasto;
Dopo la localizzazione del guasto oppure dopo il periodo stabilito il contattore deve essere
riaperto
hie
sta
Questo metodo presenta il vantaggio di evitare la perdita dell’utenza per guasti a terra
transitori dovuti in esempio a formazione di condensa o per sbilanci di corrente durante
l’avviamento di motori elettrici
Esempi
Ci si riferisca all’esempio di Figura 21 dove la media tensione interna ad uno stabilimento
viene ottenuta dall’alimentazione del DOS tramite una trasformazione MT/MT1 e dove si
presume che la rete a MT1 non sia molto estesa ed a neutro isolato. (Tipico caso in cui si può
impiegare la messa terra tramite tre trasformatori monofasi con triangolo aperto (vedi punto
7.6 ).
ett
oi
ni
nc
Questo sistema, ipotizzando che la corrente di guasto a terra non superi una decina di
ampere, può essere impiegato per mantenere in esercizio l’impianto utilizzatore per un certo
tempo in presenza di un contatto a terra di una fase: sarebbero infatti tollerabili i danni ai
componenti ed alle apparecchiature provocati dal guasto (ai cavi, ai trasformatori, ai quadri ed
ad eventuali macchine rotanti).
Figura 21 - Esempio di schema di cabina dell’utilizzatore con distribuzione in MT
diversa da quella del DOS
Pr
og
In queste condizioni però, se per ragioni di continuità di esercizio non è prevista l’interruzione
automatica del circuito al primo guasto a terra, l’impianto di terra (per guasto a terra sulla rete
a MT) viene dimensionato, dal punto di vista termico, per la corrente di doppio guasto a terra.
Questa situazione di guasto, peraltro, non ha generalmente rilevanza agli effetti delle tensioni
di contatto: infatti, solo una piccola parte della corrente di guasto viene dispersa nel terreno,
mentre la maggior parte percorre i conduttori metallici dei dispersori intenzionali e di fatto
Progetto
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54
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Esempio 1
Si faccia riferimento allo schema di Figura 22 dove si ipotizza che la rete interna di uno
stabilimento sia completamente separata da quella del DOS e che il sistema sia del tipo a
neutro isolato. Si suppone, inoltre, che all’interno dello stabilimento vi siano tre cabine tra loro
molto lontane o fuori dalla rete magliata equipotenziale dello stabilimento, ma comunque tra
di loro intenzionalmente connesse, a mezzo di conduttori o anche semplicemente con guaine
di cavi e/o con funi di guardia
In questo caso le tensioni di contatto, a seguito di un guasto a terra, possono assumere valori
non trascurabili e richiedono particolare attenzione.
Ogni singola cabina infatti presenta una propria resistenza di terra R E che dipende dal
parallelo dato dalla resistenza di terra del dispersore locale e delle impedenze dei conduttori
di ritorno ad essa allacciati (schermi, armature o conduttori di protezione).
hie
sta
In questi casi la resistenza longitudinale dei conduttori di terra (di ritorno) non può più essere
trascurata e le c.d.t. che ne derivano, allorché essi vengano attraversati da una quota parte
della corrente I F , (la rimanente I E viene dispersa dalla rete di terra locale della cabina
interessata al guasto) devono essere o calcolate o misurate ai fini delle tensioni di passo e di
contatto
Si raccomanda, pertanto, di valutare anche la necessità di eseguire la misura delle RE di
impianti tra di loro interconnessi ma distanti, iniettando la I M (corrente di misura)
alternativamente in ogni area così individuata.
In queste condizioni infatti si potrebbero avere le seguenti condizioni come indicato nel
paragrafo 5.4.3 della norma CEI-EN-50522
1) U E ≤ 2 U Tp oppure
2) U E ≤ 4 U Tp oppure
nc
3) U E > 4 U Tp .
Nel 1° caso il progetto dei dispersori risulta essere corretto
ni
Nel 2° caso occorre prevedere l’utilizzo dei provvedimenti speciali di tipo M come indicati
nell’Allegato E della norma CEI-EN-50522 nei punti dove si prevedono incrementi di potenziali
pericolosi dal calcolo
Nel 3° caso occorre procedere alla misura delle tensioni di contatto come indicato nel
paragrafo 5.4.1 della norma CEI-EN-50522
ett
oi
Noti i valori delle singole resistenze di terra di cabina R E e le impedenze longitudinali tipiche
delle guaine MT, e si abbia:
Tensione nominale del sistema = 20 kV;
•
I F = I C = I E = 100 A
•
Tempo t F = 0,5 s;
•
U Tp = 220 V; (da tabella B3 della norma CEI EN 50522)
•
Z E massima = 2*U TP /I E che risulta Z E = 2*220/100=4,4Ω da non superare presso ogni
singola cabina.
og
•
In nessuna cabine delle 3 cabine illustrate in Figura 22 si ha pertanto l’obbligo di prevedere
provvedimenti aggiuntivi
Pr
Nel caso invece che il valore dell’impedenza fosse stata superiore a 4,4 Ω ma inferiore a
8,8 Ω (compresi), sarebbero stato necessario adottare i provvedimenti aggiuntivi di tipo M.
Progetto
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55
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Le misure sarebbero state necessarie nel caso che l’impedenza di un collegamento tra due
cabine fosse stato superiore a 8,8 Ω.
Risulta quindi fondamentale che la scelta della sezione dei cavi di alimentazione alle varie
cabine e degli eventuali conduttori di terra di ritorno siano dimensionati anche tenendo della
massima resistenza ammessa.
Esempio 2
Sempre facendo riferimento alla disposizione delle 3 cabine di Figura 22, si supponga ora che
esse facciano parte di un impianto utilizzatore allacciato alla rete MT del DOS con tensione
20 kV a neutro isolato e che la estensione della rete in cavo dell’impianto utilizzatore sia tale
da avere una corrente capacitiva di 3 A (corrente data dai 750 m di collegamento in cavo e
calcolata secondo la formula di 7.3.1)
Il DOS dichiara che la corrente di guasto a terra nel punto di consegna è di 50 A e che il
tempo di eliminazione del guasto è > di 10 s.
L’utilizzatore deve dimensionare il proprio impianto di terra per una corrente totale di 53 A.
hie
sta
Il questo caso la Z E massima da non superare in ogni cabina sarebbe di:
Z E =2 x 80/53 = 3 Ω
Da cui risulta che gli impianti di terra delle cabine B e D sono correttamente dimensionati,
mentre quello della cabina F necessita dei provvedimenti aggiuntivi di tipo M.
ZLE
ZLC
A
RE1
ni
C
RE3
nc
B
RE2
Legenda
ett
oi
E
D
A: fornitura MT a neutro isolato del DOS o
da rete interna di stabilimento
B: rete di terra locale della cabina n° 1 con
RE1 = 8 Ω e ZE1 = 2,72 Ω
C: linea in cavo di lunghezza 150 m con
ZLC = 0,45 Ω
D: rete di terra locale della cabina n° 2 con
RE2 = 5 Ω e ZE2 = 2,56 Ω
E: linea in cavo di lunghezza 600 m con
ZLE = 1,8 Ω
F: rete di terra locale della cabina n° 3 con
RE3 = 12 Ω e ZE3 = 3,50 Ω
F
Figura 22 - Esempio di schema di cabina dell’utilizzatore con distribuzione in MT
diversa da quella del DOS
Per impianti più articolati, la situazione si presenta ancora più complessa e le differenze tra le
resistenze di terra delle singole cabine può essere valutata solamente con misure in sito.
Dette differenze sono legate principalmente a:
numero e caratteristiche delle connessioni intenzionali e di fatto;
•
stato di conservazione delle connessioni;
•
distanza tra le cabine;
•
resistività del suolo;
•
resistenza propria di ogni singolo impianto di terra locale.
Pr
og
•
Progetto
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56
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
L’esecuzione di misure di R E in ogni cabina, evidenzia la possibile inefficacia, delle
interconnessioni, verso le rimanenti installazioni, difetti solitamente non riscontrabili con la
semplice verifica della continuità.
Nella Figura 23 sotto riportata, l’ohmmetro legge un valore dato, in prima approssimazione,
dalla serie delle due resistenze di terra R E1 ed R E2 . Il valore di 0,35 ohm, portato ad esempio,
non permette di esprimere una conclusione affidabile.
Ω
E
A
B
hie
sta
D
Legenda
C
nc
A: rete di terra di stabilimento e cabina di trasformazione con RE1 = 0,2 Ω
B: rete di terra della cabina di ricezione cliente con RE2 = 0,15 Ω
C: schermo del cavo del DOS
D: punto d’interruzione della connessione tra gli impianti di terra delle due cabine
E: indicazione dell’ohmmetro ≤ 0,35 Ω
Figura 23 - Schema del circuito di prova
ni
Le misure delle resistenze R E , se eseguite con il metodo di iniezione di corrente I M di valore
elevato, permettono inoltre di:
4) quantificare il drenaggio offerto dalle conduttanze allacciate al dispersore sotto prova che
può essere utile nel caso di adeguamento impiantistico;
ett
oi
5) misurare le differenze di potenziale rispetto ad altri punti significativi della rete di terra
facente parte del medesimo sito, allo scopo di avere un quadro sull’equipotenzialità di
quest’ultimo
6) misurare le tensioni che si manifestano sui sistemi utilizzatori in bassa tensione
entranti/uscenti dalla cabina, onde verificare se dette tensioni superano o meno il limite
indicato al capitolo 8 quando si presume la presenza di apparecchiature con ridotta
tenuta dielettrica.
7.3.2
Sistemi MT con messa a terra risonante
Pr
og
In questi sistemi, nel caso si verifichi un guasto monofase a terra, l’induttanza costituita da
una bobina di Petersen, posta tra il neutro del trasformatore di alimentazione della rete e la
terra, fa sì che nel punto di guasto si determini una corrente induttiva che, per sua natura, si
oppone alla corrente capacitiva di guasto della rete. La corrente di guasto, pertanto, può
essere ridotta a piacere tenendo conto dei limiti di convenienza costo/benefici.
Progetto
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hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 24 - Schema tipico di messa a terra risonante con resistenze in parallelo
nc
Le bobine possono essere tali da poter variare l’induttanza in modo continuo oppure a gradini,
cioè per le quali si può variare la reattanza per valori discreti che possono essere
inseriti/disinseriti a vuoto.
ni
In linea generale, le prime possono essere utilizzate in reti la cui evoluzione può cambiare in
modo continuo o comunque molto spesso e rapidamente, le seconde possono essere indicate
per reti il cui assetto ed evoluzione sono quasi statici.
ett
oi
Indipendentemente dal tipo di bobine, se la loro reattanza è identica a quella omopolare
(reattanza capacitiva) della rete su cui sono inserite, nel punto di un eventuale guasto a terra
di quest’ultima si può affermare che non circolerà alcuna corrente (si trascura cioè la
conduttanza verso terra della rete). In questo caso (ma anche quando le due reattanze
suddette non siano del tutto identiche), se il guasto non è permanente, di fatto si
autoestingue. Inoltre, è alquanto improbabile che, al contrario dei sistemi a neutro isolato, si
determini un secondo guasto a terra.
Le bobine di Petersen, peraltro, hanno il pregio di eliminare i guasti intermittenti in quanto
sono capaci di estinguere gli archi elettrici verso terra.
og
Contrariamente ai sistemi con neutro isolato, nei sistemi con messa a terra risonante non è
possibile rilevare in modo selettivo la linea soggetta a guasto se non ricorrendo a relè
sensibili alla tensione omopolare e al transitorio di corrente che interessa la linea affetta da
guasto per pochi periodi.
Pr
Le bobine di Petersen non sono particolarmente adatte all’interno di sistemi industriali in
quanto la relativa scarsa estensione delle reti (e di conseguenza un alto valore di reattanza
capacitiva) comporterebbe l’utilizzo di bobine con valori di reattanza induttiva molto elevate,
di difficile costruzione.
La corrente di guasto a terra, in questi sistemi, secondo la Norma CEI EN 50522 è
Progetto
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58
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
I F = I RES = (I C – I L ) + I H
Dove:
I F = corrente di guasto a terra
I RES = corrente residua di guasto a terra,
I C = corrente capacitiva di guasto a terra
I L = somma delle correnti delle bobine di soppressione d’arco in parallelo
I H = corrente armonica
La combinazione dei sistemi di cui in 7.3.2 e 7.3.3 fa sì che vengano esaltati i pregi di
ciascuno dei sistemi eliminandone i difetti maggiori.
hie
sta
La risonanza della bobina di Petersen con la capacità delle linee aeree o dei cavi si ha
quando risultano soddisfatte le seguenti relazioni
X c = X pc
ω L pc = 1/(3 ω C)
L pc = 1/(3 ω2 C)
Esempio
Si consideri di voler determinare i dati caratteristici di una bobina di Petersen di un sistema di
media tensione posto all’interno di un impianto industriale separato dalla sorgente mediante
un trasformatore triangolo-stella non messa a terra ed avente i seguenti dati
Tensione nominale
•
Frequenza
•
Massima lunghezza totale circuiti di MT
10 km
•
Minima lunghezza totale circuiti di MT
5 km
•
Capacità (solo cavi interrati)
0,6 μF/km
ni
nc
•
11 kV
50 Hz
a) configurazione massima
C = 0,6*10 = 6 μF
2
-6
ett
oi
L = 1/ (3*314 *6)*10 = 0 57 H
X L = 314*0,57 = 177 Ω
b) configurazione minima
C = 0,6*5 = 3 μF
2
6
L=1/ (3*314 *3)*10 = 1,12 H
X L = 314*1,12 = 353 Ω
og
Considerando un margine di ± 20%, Il campo di regolazione della bobina di Petersen deve
variare tra 0 45 H e 1,35 H.
Le bobine di Petersen sono in genere equipaggiate con uno o più resistenze poste in parallelo
mediante contattori creando così dei sistemi “ibridi” come indicato in Figura 24
Questi sistemi infatti assicurano i seguenti pregi:
Pr
7) limitare la corrente di guasto monofase a terra rispetto ai sistemi a neutro isolato;
Progetto
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59
8) individuare la linea guasta con relè direzionali
9) limitare le sovratensioni di origine interna
dimensionamento dell’isolamento della rete.
7.3.3
e
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
quindi
rendere
meno
gravoso
il
Sistemi MT con propria cabina di trasformazione e con neutro a terra tramite
resistenza
nc
hie
sta
Questi sistemi di messa a terra prevedono l’utilizzo di una propria cabina di trasformazione
posta sul punto di connessione del DOS.
Pr
og
ett
oi
ni
Figura 25 - Schema tipico di messa a terra con resistenza
Progetto
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60
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 26 –Modalità di connessione dei resistori di terra in un impianto utilizzatore
di media tensione
nc
In questi sistemi il neutro di almeno un trasformatore o di un generatore che alimenta la rete
dell’utilizzatore viene connesso a terra attraverso una resistenza il cui valore risulta essere
molto superiore al valore dell’impedenza omopolare del trasformatore o del generatore
associato. Ciò limita la corrente di guasto a terra a valori compresi tra qualche decina di
ampere a poche centinaia di ampere
ni
Per questo metodo di messa a terra occorre prevedere l’istallazione di dispositivi atti ad
eliminare il guasto.
Per valori di corrente di guasto a terra limitata superiore a 10A, l’impedenza Z G diventa
puramente resistiva e viene pertanto denominata come resistenza limitatrice R G
ett
oi
La resistenza di messa a terra del neutro, elimina gli archi elettrici intermittenti verso terra.
Inoltre, si ottiene il beneficio di smorzare le sovratensioni di origine interna e di ridurre
notevolmente la probabilità che si verifichi un secondo guasto a terra.
Le resistenze vengono in genere poste all’interno di custodie metalliche complete di
dispositivi di sezionamento e di trasformatori di corrente
Tutto il complesso viene denominato come “resistore di messa a terra”
Pr
og
In caso di N resistori permanentemente in parallelo, la resistenza limitatrice totale R Gt e la
corrente limitata risultano essere
Progetto
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RGt =
RG
N
I F = U n /(√3 x R Gt )
61
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Nei sistemi dove il centro stella è accessibile il resistore di terra può essere inserito
direttamente fra il centro stella dei trasformatori o dei generatori e la terra oppure sul
secondario di un trasformatore monofase inserito fra centro stella e terra.
I trasformatori monofase vengono usato per limitate la corrente di guasto a terra a valori
inferiori a10 A. In questo caso non si parla più di resistenza di terra ma di impedenza di terra.
Nei sistemi in cui il centro stella non sia accessibile o non sia previsto, occorre realizzare un
centro stella fittizio (neutro), per poter realizzare il sistema di messa a terra del neutro tramite
resistore.
Una possibile soluzione consiste nell'impiego di un reattore, inserito sul sistema di MT,
collegato a zig-zag per formare il centro stella e di collegare poi il resistore tra il centro stella
e la terra. Anche in questo caso il resistore è un componente di MT.
Il valore della resistenza di messa a terra R G per sistemi di media tensione alimentati da
trasformatori è scelto secondo due criteri diversi, in relazione ai diversi aspetti protettivi che si
vogliono privilegiare:
resistenza di basso valore, atta a ridurre la corrente di guasto a terra a valori di alcune
centinaia di ampere (in genere 400A)
•
resistenza di alto valore, atta a limitare la corrente di guasto a terra a valori compresi tra
qualche decina di ampère (normalmente 50A) e poche centinaia di ampere ( in genere mai
superire a 200A) .
•
impedenza di altissimo valore, atta a limitare la corrente di guasto a terra a valori non
superiori a 10 A.da utilizzare per grandi generatori (vedi paragrafo 7.3.5
hie
sta
•
Il primo criterio, privilegia la robustezza dei componenti (resistenza) e la semplicità dei
dispositivi di protezione differenziale di zona e di terra ristretta che hanno una sensibilità di
intervento superiore al 15% della corrente nominale dell’ utenza o della linea protetta che
possono essere del tipo usato per la protezione contro le sovracorrenti;
nc
Con questo criterio il potenziale del sistema risulta saldamente vincolato a terra ed è ridotto al
minimo il pericolo di sovratensioni transitorie, sia di origine interna che esterna, in misura
confrontabile con quanto avviene per i sistemi con neutro direttamente a terra. Si privilegia la
protezione contro le sovratensioni a scapito di quella contro le sovracorrenti.
ni
Questa soluzione è particolarmente adatta in caso di più alimentazioni poste in parallelo e di
sistemi di distribuzione molto estese e complesse.
In caso di più alimentazioni in parallelo, la corrente limitata tende ad aumentare in quanto i
vari resistori risulterebbero in parallelo tra loro con una resistenza equivalente molto bassa.
ett
oi
Si raccomanda di non avere valori molto elevati di corrente di guasto a terra in quanto tale
corrente potrebbe provocare danni sui circuiti di terra dei quadri elettrici o sugli avvolgimenti
dei generatori.
In caso di più trasformatori in parallelo la massima corrente limitata da ogni resistore deve
essere adeguatamente ridotta in accordo alle prescrizioni dei costruttori dei generatori.
Se ciò non fosse possibile, si consiglia di adottate un trasformatore a zig-zag come indicato al
paragrafo 7.4.4.
og
Il secondo criterio privilegia la protezione contro i danni conseguenti alle elevate correnti,
nelle macchine rotanti e nei trasformatori e, non meno importante, nei quadri, non solo dovuti
al primo guasto, ma soprattutto all’evolversi di questo. Tanto minore è il pericolo (e i danni)
dovuti alla corrente, tanto maggiore è l’attitudine del sistema ad essere sede di sovratensioni
di varia origine (oscillazioni per guasto a terra, risonanza fra cavi e riduttori di tensione, ferrorisonanza).
Pr
Questa soluzione risulta molta adatta per piccoli impianti utilizzatori dove le linee elettriche
non sono particolarmente lunghe e numerose.
Progetto
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62
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Questa soluzione non risulta invece adatta quando si prevede l’utilizzo di protezioni
differenziali di zona o dei protezioni di terra ristretta.
In caso di più trasformatori in parallel, i relè devono essere di tipo direzionale e inoltre capaci
di discriminare fra la componente capacitiva e quella attiva, dovuta quest’ultima
prevalentemente alla resistenza di messa a terra; inoltre, al decrescere della corrente di
guasto, è necessario adottare trasformatori di corrente (TA) di tipo toroidale.
Qualunque sia il valore della resistenza di messa a terra, applicando il metodo delle
componenti simmetriche, la corrente di guasto monofase a terra è data da :
I F =√3 x U N /(Z 1 + Z 2 + Z 0 + 3Z g )
dove:
U N = tensione nominale della rete
Z G =impedenza nominale della messa a terra della rete MT
hie
sta
Poiché le impedenze di sequenza diretta, inversa e omopolare Z 1 , Z 2 , Z o sono di solito piccole
rispetto a Z G , per verifiche rapide si può ricorrere all’espressione approssimata
IF =
Un
3 ⋅ RG
Per esempio, per una rete a 6 kV, messa a terra attraverso un solo resistore di terra avente
R G pari a 40 Ω , si avrebbe una corrente approssimata di guasto di:
6000
3 ⋅ 40
= 86A
nc
IF =
Viceversa, se si conosce il valore della corrente da limitare, la formula diventa come segue:
R G = U n x N/(√3 x I F )
ni
U n = tensione nominale della rete
I F = valore della corrente di guasto a terra limitata
N = numero di resistori o alimentazioni in parallelo
ett
oi
Per esempio, per una rete a 6 kV messa a terra attraverso un solo resistore (N = 1) in grado
di limitare la corrente di guasto a terra I F a 100 A il valore R G risulta pari a 34,64 Ω.
Per una rete a 11 kV con tre alimentazioni esterne in parallelo, ciascuna messa a terra con
una propria resistenza di terra (N = 3), per avere una corrente di guasto a terra totale I F
limitata a 400 A il valore di ciascuna resistenza R G risulta pari a 47,63 Ω
7.3.4
Sistemi MT con messa a terra mediante un trasformatore a zig-zag
og
Questi sistemi di messa a terra prevedono l’utilizzo di una propria cabina di trasformazione
posta sul punto di connessione del DOS .
Questo sistema prevede l'impiego di 6 impedenze fortemente induttiva connesse due a due a
ciascuna della tre fasi del sistema elettrico di M.T. collegato a zig-zag per formare il centro
stella (denominato anche neutro artificiale) e di collegarlo a terra direttamente o mediante un
resistore di terra come indicato nella Figura 27
Pr
Questo tipo di costruzione viene denominato trasformatore a zig-zag o trasformatore di messa
a terra.
Progetto
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pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Per realizzare questo tipo di collegamento risulta sufficiente utilizzare un trasformatore con un
solo avvolgimento primario senza prevedere un avvolgimento secondario a tensione ridotta.
nc
hie
sta
Trasformatori a zig-zag con doppio avvolgimento sono utilizzati laddove esista la necessità di
prevedere contemporaneamente un centro stella artificiale e un sistema locale di distribuzione
dell’energia elettrica.
Figura 27 - Schema tipico di messa a terra con trasformatore a zig-zag
ni
Grazie al collegamento a zig-zag tra le polarità opposte tra la parte inferiore del primo
avvolgimento e la parte superiore del secondo avvolgimento, il trasformatore presenta un
basso valore di impedenza alla sequenza zero e quindi verso il centro stella mentre presenta
una elevata impedenza verso la sequenza positiva.
Pertanto solo la corrente omopolare può fluire attraverso il trasformatore corrispondente alla
corrente di I F
ett
oi
Come indicato nella Figura 28, la corrente di guasto I F si divide in tre parti uguali lungo le tre
gambe centrali del trasformatore.
Pr
og
Si precisa che anche la corrente di dispersione dell’impianto si ripartisce in modo uguale nei
tre rami del trasformatore.
Progetto
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64
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 28 –Percorso della corrente di guasto nei sistemi di messa a terra con
trasformatore a zig-zag e con eventuale resistore
nc
L’utilizzo del trasformatore a zig-zag con o senza resistore di messa a terra è raccomandato
nei seguenti casi:
a) Nei sistemi in cui il centro stella non sia accessibile.
ni
b) Nei sistemi dove ci siano più sorgenti in parallelo , messe terra con bassa impedenza che
potrebbero creare una elevata corrente di guasto a terra, si consiglia di realizzare un
unico centro stella fittizio per poter realizzare il sistema di messa a terra tramite resistore.
La Figura 29 illustra i due possibili sistemi di connessione dei trasformatori a zig zag in un
sistema di distribuzione
ett
oi
Per il caso a) il trasformatore a zig-zag viene collegato ai terminali di uscita di ciascun
trasformatore di potenza e di distribuzione.
Pr
og
Per il caso b) il trasformatore a zig-zag viene collegato al quadro di media tensione mediante
interruttore.
Progetto
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65
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura 29 –Modalità di connessione dei trasformatori a zig-zag in un impianto
utilizzatore in media tensione
nc
Le soluzioni indicate nella Figura 29 devono essere ripetute per ogni sbarra che può essere
esercita singolarmente.
Con riferimento alla soluzione b), risulta fortemente raccomandato l’utilizzo di un
trasformatore a zig-zag di riserva da inserire in caso di guasto o di fuori servizio del
trasformatore normalmente funzionante.
7.3.5
ni
L’Allegato F illustra come dimensionare il trasformatore a zig-zag ed alcuni esempi.
Collegamento a terra di generatori MT di tipo termico (turbine e motori diesel)
I generatori di media tensione saranno collegati a terra mediante resistenza oppure isolati in
accordo alle prescrizioni del costruttore (vedere Figura 30).
ett
oi
In genere, si prevedono due tipi di connessione dei generatori alla rete elettrica:
a) mediante trasformatore elevatore con gruppo vettoriale triangolo-stella con il triangolo
verso il generatore;
b) direttamente al quadro di distribuzione senza trasformatori.
Il caso a) si applica a generatori di elevata potenza associati a trasformatori per alimentare
sistemi di distribuzione a tensione superiore a 15 kV.
Questo sistema viene denominato anche “a terre separate”.
og
L’inserimento del trasformatore può anche dipendere dalla necessità di limitare le correnti di
cortocircuito trifase sui quadri di distribuzione.
Pr
In ogni caso questo trasformatore presenta verso il generatore un avvolgimento a triangolo
formando così un sistema di terra associato al generatore completamente isolato dal sistema
di terra dell’impianto di distribuzione e dai sistemi di terra degli altri generatori.
Progetto
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pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
nc
hie
sta
Ogni generatore ha il centro stella collegato a terra mediante un trasformatore di messa a
terra avente un alto valore d’impedenza di sequenza zero in grado di limitare le corrente di
guasto a terra entro valori non superiori a 5 A.
Figura 30 - Connessione centro stella dei generatori di media tensione con
trasformatore di interposizione
Il caso b) si applica invece a generatori di piccola potenza
ni
1) Messa a terra individuale di ogni generatore con resistenza limitatrice di valore pari al 25
A come consigliato da molti costruttori di generatori elettici
2) Tale valore deve essere ridotto in caso di generatori funzionanti in parallelo.;
ett
oi
3) Messa terra comune in caso di più generatori in parallelo mediante un resistore in grado
di limitare la corrente a 25 A La connessione può essere realizzata mediante un
contattore installato tra ogni centro stella ed il resistore comune
4) Solo una connessione rimane chiusa nel caso di più generatori in parallelo
5) Messa terra comune in caso di più generatori in parallelo utilizzando un trasformatore tipo
zig-zag per ogni sbarra del quadro di distribuzione con la resistenza limitatrice da 25 A
Per tutti i tre casi indicati sopra l’utilizzo di protezioni di terra di tipo direzionale risulta
necessario.
Pr
og
L’utilizzo di sistemi di messa a terra del tipo isolato o mediante bobina di Petersen risulta
molto problematico per via della difficoltà di individuate il punto di guasto.
Progetto
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7.3.6
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Sistemi MT con messa a terra mediante tre trasformatori monofase
ni
nc
hie
sta
Negli impianti utilizzatori industriali dotati di propria cabina, in genere le correnti di guasto
sono molto più ridotte data la loro scarsa estensione In reti poco estese e con centro stella
non accessibile si può creare una messa a terra artificiale tramite un sistema costituito da tre
trasformatori monofase con primario collegato a stella direttamente a terra (o eventuale R1) e
i secondari a triangolo aperto con inserita una opportuna resistenza R2. L’insieme si comporta
come un sistema con elevata resistenza di terra e con il vantaggio di poter scegliere una
qualsiasi tensione secondaria. (vedere Figura 31).
Pr
og
ett
oi
Figura 31 - Caso tipico in cui si può impiegare la messa terra tramite tre
trasformatori monofasi con triangolo aperto
Progetto
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68
8
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Collegamento a terra del neutro BT dell'impianto utilizzatore
La Norma CEI EN 50522, raccomanda un impianto di terra comune per tutti i livelli di tensione
presenti all’interno dei sistemi utilizzatori e ammette, sotto determinate condizioni, che il
neutro del sistema BT possa essere collegato o al dispersore di cabina o al dispersore
dell’impianto utilizzatore; nella Tabella 2 indica i requisiti minimi per l’interconnessione di
impianti AT e BT.
I casi possibili sono due:
a) i dispersori della cabina e quello di stabilimento sono comuni, connessi tra loro ed il
neutro è messo a terra su detto dispersore (paragr. 8.1).
b) i dispersori di cabina e quello di stabilimento sono separati ed il neutro può essere messo
terra su uno o sull’altro (paragr. 8.2)
Si precisa che in uno stabilimento dove coesistono diversi livelli di tensione, la separazione
dei dispersori per ogni livello di tensione risulta molto difficile e poco giustificabile in quanto:
•
la corrente di guasto risulta molto bassa e di
tensione di terra
•
due dispersorsi separati ma non adeguatemene distanziati si influenzano reciprocamente
come se fossero collegati
•
In genere il distanziamento tra i dispersori non risulta praticabile per problemi di spazio
•
l’interruzione di tutte le masse metalliche che uniscono le aree dei dispersori risulta molto
difficile e soprattutto non garantita ed affidabile nel tempo
hie
sta
8.1
conseguenza si hanno bassi valori di
I dispersori della cabina e quello di stabilimento sono comuni
Questa configurazione si riferisce al caso in cui la cabina di trasformazione si trova all’interno
dell’area dello stabilimento oppure quando la cabina di trasformazione alimenta
contemporaneamente utenze in media tensione ed in bassa tensione poste nella stessa area.
nc
Questa configurazione si applica anche alle cabine di trasformazione poste all’interno di
edifici o nelle immediate vicinanze dove risulta impossibile distinguere il dispersore della
cabina di trasformazione da quella dell’edificio.
ni
Nel caso sia previsto un dispersore comune, il sistema di distribuzione in bassa tensione
maggiormente utilizzato in Italia risulta essere il sistema TNC.
Altri sistemi di messa a terra (neutro a terra con resistenza o isolato) sono scarsamente
utilizzati.
ett
oi
Le Figure 32A e 32B illustrano due esempi di sistema TN. Tutte le masse (compresi gli
schermi dei cavi) e le masse estranee, sia della cabina che dello stabilimento indicate nel
paragr. 413.1.2.1 della Norma CEI 64-8, ed anche il neutro del sistema di bassa tensione,
sono messe a terra sul dispersore unico. Per guasto sul sistema di bassa tensione, l’impianto
di terra deve soddisfare i requisiti della Norma CEI 64-8/4 paragr. 413.1.3.
Per guasto sul sistema di alta tensione e di media tensione l'impianto di terra deve soddisfare
i requisiti indicati nella Tabella 2 della Norma CEI EN 50522 , dove sono indicati i valori limite
che non devono essere superati dalle tensioni di contatto né nello stabilimento, né all’esterno
di questo ed i valori di tenuta delle sovratensioni temporanee sui componenti di bassa
tensione.
og
All’atto delle eventuali verifiche, pertanto, le misure delle tensioni di contatto e di passo
devono essere estese anche allo stabilimento, soprattutto nei punti che possono essere più
critici, come in periferia, nei depositi all’aperto, ecc. I controlli devono inoltre essere estesi
alle tensioni trasferite da tubazioni, binari ed altri (vedere più oltre l’art. 9).
Pr
Il criterio è lo stesso sia che l’impianto utilizzatore sia alimentato in alta tensione sia che sia
alimentato in media tensione. Cambiano solo le correnti e di conseguenza le eventuali
difficoltà di restare dentro i limiti ammessi per le tensioni di contatto.
Progetto
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69
Legenda
a) Cabina MT/BT - b) Stabilimento
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
ni
nc
Figura A - Sistema TN-S
Legenda
a) Cabina MT/BT - b) Stabilimento
Figura B- Sistema TN-C
Figura 32 – Sistemi con unica messa a terra
Dispersori della cabina e quello di stabilimento sono separati
og
8.2
Questa configurazione si riferisce al caso in cui la cabina di trasformazione si trova all’esterno
dell’area dello stabilimento o dell’edificio ed alimenta solamente utenze in bassa tensione.
Pr
Questa configurazione si applica sia al sistema TT che al sistema TN.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
70
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Esempi tipici possono essere impianti distanti ed isolati come una stazione di pompaggio
oppure una foresteria ma alimentati in bassa tensione dall’impianto principale dove si trova la
cabina di trasformazione.
Le masse della cabina di trasformazione, relative sia al sistema in alta tensione (od in media
tensione) che al sistema in bassa tensione, sono connesse al dispersore della cabina; le
masse dello stabilimento sono messe a terra sul dispersore dello stabilimento, Figura 33A e
33B.
In pratica, la separazione delle messe a terra di cabina e di stabilimento è possibile solo se i
due impianti sono distanti tra loro.
Per la messa a terra del neutro lato bassa tensione del trasformatore, il problema diventa un
poco più complesso.
hie
sta
Se il neutro del sistema in bassa tensione fosse messo a terra in cabina di alta tensione, in
caso di guasto in cabina esso trasferirebbe nello stabilimento la tensione totale di terra della
cabina in maniera non dissimile da quanto avviene per le tensioni trasferite. Questa tensione
si ritroverebbe tra il conduttore di neutro e l’impianto di terra dello stabilimento, come
sopraelevazione di tensione del centro stella del sistema in bassa tensione rispetto alle
masse dello stabilimento. Se questa tensione fosse rilevante, sommata alla tensione di fase
del sistema, potrebbe produrre una scarica verso terra nell’impianto utilizzatore in bassa
tensione.
La Norma CEI EN 50522 pone dei limiti a questa sovratensione, specificando che nel sistema
TT è consentita la messa a terra del neutro del sistema in bassa tensione in cabina, solo se la
tensione totale di terra della cabina per guasto sull’alta tensione non supera 1200 V o 250 V
rispettivamente per guasti di durata ≤ 5 s o > 5 s (Figura 33A).
I valori della tensione totale di terra sono stati scelti in modo da garantire l’isolamento delle
apparecchiature dell’impianto utilizzatore in bassa tensione.
nc
Infatti se si somma la massima tensione totale di terra che può assumere il neutro del sistema
di bassa tensione (1200 V) alla tensione di fase (circa 250 V) si arriva rispettivamente a circa
1450 V.
ni
In genere le apparecchiature nuove hanno una tensione di isolamento pari a 2000 V e che
tale valore, tuttavia, potrebbe degradare in modo significativo durante l’esercizio a causa, ad
es., di sollecitazioni termiche oltre i limiti previsti.
ett
oi
Si deve sottolineare che nella Norma CEI 64-8 la tensione totale di terra ammessa per i
sistemi TT per durata del guasto ≤ 5 s è 500 V e non 1200 V come suddetto. Se il valore
limite di 500 V è superato, pertanto, la messa a terra del neutro per la bassa tensione che
alimenta impianti utilizzatori deve essere fatta all’esterno del perimetro 1 della terra della
cabina MT/BT.
og
Pur in presenza di distribuzione TT, il neutro del sistema in bassa tensione può essere messo
a terra all’interno di uno stabilimento, ad esempio, per formare un Sistema TN come illustrato
in Figura 33B.
Pr
———————
1 Ad esempio ad una distanza superiore a 20 m per tensioni MT con U < 50 kV.
N
Progetto
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71
L egenda
a) Cabina MT/BT - b) Stabilimento
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
ett
oi
ni
nc
Figura A - Sistema TT
L egenda
a) Cabina MT/BT - b) Stabilimento
Figura B - Sistema TN-C
Pr
og
Figura 33 - Impianti di terra di cabina e di stabilimento separati
Progetto
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72
8.2.1
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Alcune considerazioni in caso di U ECabina > 1200 V
È il caso di ricordare che quando il neutro del sistema di bassa tensione fosse messo a terra
nello stabilimento, con tensione totale di terra della cabina (U ECabina ) maggiore di 1200 V (o
250 V), sarebbe necessario verificare che l’avvolgimento di bassa tensione del trasformatore
e tutti i componenti del sistema di bassa tensione nella cabina soddisfino alla relazione:
U P > U ECabina + U 0
dove:
U P = tensione di prova verso terra per un minuto a frequenza industriale del sistema di bassa
tensone;
U ECabina = tensione totale di terra della cabina;
U 0 = tensione nominale verso terra del sistema di bassa tensione.
hie
sta
Quando i due dispersori di cabina e di stabilimento sono separati, è necessario fare
attenzione che non vengano poi collegati da altri conduttori metallici, come schermi di cavi,
tubazioni, passerelle, binari ecc. Tutti questi conduttori vanno interrotti, e l’interruzione deve
essere garantita nel tempo, ferma restando la prescrizione generale che, per guasto sulla AT,
non devono verificarsi in nessun punto dello stabilimento tensioni di contatto e di passo
superiori ai limiti ammessi.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Il caso più generale è quello rappresentato in Figura 34.
Progetto
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73
ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
Cabina MT/BT
b)
Terra di cabina
og
a)
Figura 34 - Cabina MT/BT con terra esterna, U ECabina > 1200 V sistema TT (t F ≤ 5s)
Pr
Se la tensione U E supera il valore limite adottato (1200 V), il neutro del sistema di bassa
tensione deve essere messo a terra al di fuori della terra di cabina, ad una distanza tale che il
neutro della bassa tensione, che alimenta impianti utilizzatori, non possa assumere un valore
di tensione maggiore di 500 V per guasto nella cabina MT/BT.
Progetto
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74
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
A titolo orientativo questa distanza può essere stimata ≅ 5 D, dove D è la dimensione
trasversale massima cioè il diametro o la diagonale massima della rete di terra della cabina
MT/BT (o eventualmente della stazione AT/MT/BT) con un minimo di ≅ 20 m, come
suggerisce la pratica.
Sarebbe opportuno evitare che linee in bassa tensione escano direttamente da stazioni o da
stabilimenti industriali perché con le correnti di guasto di una rete con neutro a terra, come
nei sistemi in alta tensione, la tensione totale di terra è quasi sempre superiore a 1200V. Ma
se le linee in bassa tensione dovessero uscire dall’ambito del dispersore principale, per es.
per alimentare un carico esterno isolato, tale carico dovrebbe essere alimentato attraverso un
trasformatore di isolamento, rapporto unitario (1:1),
Tale trasformatore deve avere un isolamento rinforzato tra gli avvolgimenti primario e
secondario e tra gli avvolgimenti e la terra che sia in grado di sostenere una tensione di prova
U p a frequenza industriale per 1 min, risultante dalla relazione già ricordata:
UP = UE + U 0
hie
sta
dove:
U E = Tensione totale di terra dell’impianto di terra;
U 0 = Tensione nominale verso terra di BT.
In alternativa le apparecchiature devono avere un isolamento adeguatamente maggiorato.
Per reti in alta tensione dove le correnti di guasto sono molto più alte e di conseguenza anche
la tensione totale di terra, può essere invece necessario connettere a terra il centro stella del
sistema di bassa tensione all’esterno della cabina ad adeguata distanza.
9.1
Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra
Generalità
nc
9
ni
Le differenze di tensioni che si possono manifestare tra l’impianto di terra locale e il neutro
della BT sono un caso particolare del caso più generale delle tensioni trasferite all’esterno
dell’impianto di terra da una qualsiasi massa o massa estranea. Tali masse possono essere
guaine di cavi o funi di guardia, quando siano collegate alla terra locale; le masse estranee,
invece, possono essere tubazioni di vario genere, binari, strutture metalliche, ecc. Con
riferimento all’art. 6 della Norma CEI EN 50522 si possono applicare i seguenti provvedimenti
per evitare tensioni di contatto pericolose dovute a tensioni trasferite:
separazione, cioè interruzione della continuità metallica;
•
aumento della resistività superficiale del terreno nella zona circostante, si raccomanda la
ricopertura del terreno con uno strato di pietrisco di almeno 10 cm di spessore oppure 5
cm di asfalto, oppure uno strato di asfalto steso su di una adeguata base di pietrisco,
oppure un manto di materiale isolante quale plastica o gomma di 2,5 mm di spessore,
oppure una pedana isolante equivalente, non igroscopica. La zona isolata sarà estesa
quanto basta perché non sia possibile toccare le masse pericolose da una posizione
esterna alla zona isolata; con riferimento all’uomo, una distanza di almeno 1,25 m è
ritenuta sufficiente;
•
controllo del gradiente di potenziale sulla superficie del terreno circostante. Ciò può
essere realizzato mediante l’impiego di un dispersore supplementare, a maglia o ad
anelli concentrici, interrato ad una profondità non maggiore di 0,5 m, che si estende fino
ad una distanza di circa 1 m dalla massa pericolosa; questo dispersore supplementare va
collegato al dispersore principale se la massa da proteggere è all’interno del perimetro del
dispersore principale, va separato se la massa è all’esterno del perimetro;
og
ett
oi
•
segregazione, cioè protezione della zona pericolosa.Tale segregazione può essere
realizzata con barriere o parapetti che impediscano l’accesso alla zona stessa. Come
distanza minima tra le barriere-ostacoli e le masse si considera sempre, come minimo,
Pr
•
Progetto
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75
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
1,25 m (uomo col braccio proteso). Queste barriere-ostacoli devono sempre portare
cartelli monitori. L’accesso a tali aree può essere consentito solo a personale PES
(Persona esperta) e PAV (Persona avvertita) (vedi Norma CEI 11-27).
9.2
Funi di guardia
Del funzionamento delle funi di guardia come circuiti di ritorno si è già detto all’art. 6. Risulta
evidente che le funi di guardia, se collegate ad entrambi gli estremi ai dispersori di stazione,
drenano una consistente quota della corrente di guasto a terra verso la sorgente di
alimentazione, cioè il centro stella del trasformatore di rete o di un generatore, riducendo di
detta quota il dispersore di stazione nel suo compito di rispettare i valori ammissibili per le
tensioni di contatto. Dove questo collegamento è possibile, il contributo delle funi di guardia
può essere considerato nel progetto dell’impianto di terra dell’impianto utilizzatore. Questo
coinvolgimento delle funi di guardia nel ritorno della corrente di guasto a terra comporta
ovviamente anche l’obbligo di controllare la sicurezza dei primi pali delle linee entranti nella
stazione, nei riguardi delle tensioni di contatto. Vale a dire che la verifica per le tensioni di
contatto deve essere estesa ai primi pali fuori della stazione o impianto industriale. I
dispersori dei primi sostegni devono essere adeguatamente migliorati, se, ad una verifica, le
tensioni di contatto risultassero superiori ai limiti.
hie
sta
In alternativa potrebbe essere adottato qualcuno dei provvedimenti elencati al par. 9.1
precedente, comportanti tutti impegni economici molto ridotti. Un altro rimedio potrebbe
essere quello di isolare la fune di guardia sul sostegno in difficoltà, trasferendo il problema
ma attenuato, sui pali più lontani ove, peraltro, non sia possibile la presenza di persone o
animali; rimedio più laborioso, se non previsto fin dall’inizio in sede di costruzione della linea.
9.3
nc
Comunque sia, lo scopo dichiarato di un collegamento totale di tutti gli impianti di terra della
rete si può assimilare ad una prestazione di mutuo soccorso: ogni guasto a terra in un punto
qualsiasi della rete si ripercuote su tutti gli elementi della rete, ma con intensità minore e
facilmente controllabile. Se l’arco a terra nella stazione coinvolge anche i primi sostegni delle
linee, facenti capo alla stazione o all’impianto utilizzatore, è anche vero che gli stessi
sostegni, quando interessati a loro volta da una scarica a terra, si possono avvantaggiare
della vicinanza di un dispersore di resistenza inferiore d’un ordine di grandezza a quello del
sostegno stesso.
Schermi e guaine metalliche dei cavi
ni
Se gli schermi e le guaine metalliche dei cavi (incluse le armature) sono collegate a terra a
entrambe le estremità e se non sono interrotte, si tratterà solo di verificare che, per guasto ad
una delle estremità non si producano, nell’altra, tensioni di contatto superiori ai valori
ammessi e viceversa come già precisato al par: 7.2
Quanto detto si applica anche nel caso di cavi uscenti da una cabina ed alimentanti una
utenza elettrica in media tensione.
ett
oi
Poiché i cavi hanno normalmente una guaina isolante protettiva esterna non metallica, non ci
saranno tensioni di passo o di contatto lungo il percorso; i rivestimenti metallici dei cavi si
comportano in tal caso come dei conduttori di terra isolati che collegano impianti di terra
separati. È necessario quindi verificare la tenuta dielettrica della guaina esterna non metallica
e il dimensionamento termico degli schermi, come previsto nell’Allegato C della presente
Guida.
Pr
og
Se invece, per qualche motivo, per esempio una protezione catodica nell’impianto, i
rivestimenti metallici dei cavi dovessero venire interrotti – di solito alla periferia dell’impianto
di terra – il pozzetto dove viene realizzata l’interruzione sarà munito di una sua messa a terra
separata e i rivestimenti metallici dei cavi ivi interrotti saranno adeguatamente protetti: per
esempio sarà messa a terra una guaina metallica e l’altra sarà isolata per la tensione totale di
terra della corrispondente cabina. Adeguati provvedimenti dovranno essere presi per tutelare
la sicurezza del personale durante i lavori di manutenzione, come richiesto dalla norma CEI
EN 50522.
Progetto
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76
9.4
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Masse estranee
Qui di seguito si danno alcuni esempi di masse estranee e dei relativi rimedi contro le tensioni
trasferite.
•
Tubazioni metalliche fuori terra: se la tubazione è appoggiata su sellette, una
possibilità di separazione e isolamento è rappresentata in Figura 35.
-
Alla periferia della rete di terra, la tubazione è interrotta da due flange isolanti a
cavallo della prima sella di appoggio all’esterno del dispersore, isolata da terra.
-
Se il fluido convogliato è acqua o altra sostanza poco conduttrice, il tratto di
tubazione compreso fra le flange isolanti è a sua volta provvisto di un isolamento
interno ottenuto con bitumazione o vernice adeguata, onde impedire che il fluido
anche parzialmente conduttore cortocircuiti le flange isolanti.
-
La resistività dell’acqua dell’acquedotto è circa 20 ÷ 25 Ω m, vale a dire 20 M Ω
mm2/m contro una resistività del ferro di 0,2 Ω mm2/m cioè la resistività dell’acqua
è 108 volte maggiore di quella del ferro. Rispetto a questo l’acqua quindi è
praticamente un isolante; il valore di ρ = 25 Ω m è circa quello di un terreno
torboso o acquitrinoso. L’acqua è tanto meno conduttrice quanto più è povera di
minerali; quella di ghiacciaio è assai meno conduttrice dell’acqua dell’acquedotto;
l’acqua distillata, come la neve appena caduta, è isolante.
hie
sta
•
Tubazioni metalliche interrate: l’interruzione si può fare come illustrato in Figura 36.
L’inserzione del tratto isolante si fa di solito subito fuori della periferia del dispersore
locale, per una lunghezza di una decina di metri. Se il decadimento del potenziale è
lento, come succede quando la resistività del terreno è elevata, sarà forse necessario
ripetere l’interruzione per un’altra decina di metri un po’ più a valle. Al giorno d’oggi,
peraltro, è frequente l’impiego di tubazioni isolanti, per cui tutto il tratto
dell’approvvigionamento idrico potrebbe convenientemente essere fatto in tubazione
isolante. Anche tubazioni che non entrano nell’impianto industriale, o nella stazione,
ma che transitano in prossimità di queste, possono raccogliere tensioni considerevoli,
e dovranno quindi essere interrotte nello stesso modo.
nc
NOTA: quando non sia possibile inserire tratti di tubazione in materiale isolante per ragioni di pressione, di
temperatura o di tipo di fluido, si possono adottare in alternativa gli altri provvedimenti indicati al paragrafo 9.1.
Binari ferroviari di servizio: come masse estranee, saranno messi a terra sull’impianto,
e pertanto saranno interrotti in corrispondenza dei giunti, fuori della periferia del
dispersore, con inserti isolanti nei giunti, più canotti e rondelle isolanti per i bulloni, per
un tratto lungo come il treno, ad evitare che i vagoni cortocircuitino i giunti isolanti,
Figura 37. Esistono in commercio anche giunti isolanti monolitici da saldare alle loro
estremità. Quanto sopra vale per trazione non elettrica; se la trazione è elettrica,
opportuni accordi devono essere presi con il gestore della ferrovia.
•
Recinzioni metalliche completamente all’interno di un dispersore magliato: all’interno
di un dispersore superficiale esteso, quale può essere una rete magliata interrata,
difficilmente si potranno riscontrare delle tensioni di contatto maggiori dei valori
ammessi, perché un dispersore siffatto garantisce una buona equipotenzialità (esso
può essere integrato da dispersori naturali (ausiliari) quali fondazioni in cemento
armato, ecc.), vedere Allegato F della CEI EN 50522 ed anche l’art. 10 della presente
Guida.
ett
oi
ni
•
•
Recinzioni metalliche non completamente all’interno di un dispersore magliato:
i punti critici sono quelli in cui la recinzione coincide con il bordo del dispersore o
si allontana da quest’ultimo. Altri punti critici possono essere quelli dove sono
presenti cancelli, porte metalliche, sostegni per l’illuminazione, ecc. In questi casi
si può ricorrere alle raccomandazioni riportate nell’Allegato G della CEI EN 50522.
Se ad esempio un cancello ricade nell’ambito del dispersore e la recinzione nella
quale il cancello è inserito è collegata allo stesso dispersore, allora sarà sufficiente
proteggere la zona di ingresso con un isolamento superficiale maggiorato (asfalto
ecc.). Se invece il cancello è lontano dalla rete di terra locale, ed è per di più
alimentato elettricamente (apriporta, citofono, illuminazione ecc.) allora può essere
necessario ricorrere ad un trasformatore di isolamento per l’alimentazione elettrica
Pr
og
-
Progetto
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77
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
del cancello stesso, perché esso, in questo caso, è messo a terra su un dispersore
separato della recinzione (vedi Figura 38 e 39).
Recinzioni isolanti: ai fini della sicurezza sono da considerarsi isolanti le seguenti
recinzioni
-
in muratura di mattoni;
-
in conglomerato cementizio armato e non;
-
in pannelli di calcestruzzo prefabbricato;
-
in rete metallica plastificata 1 sorretta da montanti metallici plastificati o da
montanti isolanti;
-
in materiali totalmente isolanti.
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
•
Pr
———————
1 I tiranti di detta recinzione dovrebbero essere interrotti elettricamente ad opportuni intervalli.
Progetto
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78
ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
Periferia del dispersore
b)
Flange isolanti
c)
Selle isolate da terra
d)
Isolamento interno
Pr
og
a)
Figura 35 - Separazione su tubazione fuori terra
Progetto
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79
ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
Recinzione
b)
Dispersore
c)
Acquedotto
d)
Tratto in materiale isolante, ~10 m
e)
Picchetto periferico
og
a)
Pr
Figura 36 - Interruzione dell’acquedotto con un tratto di materiale isolante
Progetto
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80
Legenda
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
a)
Piastra di fissaggio
b)
Spessore isolante (Bachelite, Fibra o altro materiale duro) spess. circa 10 mm profilo uguale alla rotaia
c)
Traversine fissaggio e supporto rotaie
d)
Piastre isolanti
e)
Canotto isolante
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Figura 37 - Interruzione della continuità elettrica delle rotaie
Progetto
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81
ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
Area asfaltata
b)
Recinzione in muratura
c)
Eventuale corda di terra – separata – per la messa a terra della recinzione metallica
d)
Recinzione metallica
e)
Dispersore di stazione
Pr
og
a)
Figura 38 - Cancello elettrico interno alla terra di stazione
Progetto
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82
Legenda
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Area asfaltata
b)
Armadio manovra cancello
c)
Alimentazione con trasformatore d’isolamento rapp. 1/1 Up = 10 kV
d)
Eventuale corda di terra – separata – per la messa a terra della recinzione metallica
e)
Recinzione metallica
nc
a)
ni
Figura 39 - Cancello elettrico esterno alla terra di stazione
10 Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne
ett
oi
Si è già visto negli art. precedenti che tensioni trasferite possono essere riscontrate anche in
tubazioni, binari o altri conduttori metallici che non siano metallicamente collegati con
l’impianto di terra, ma che transitino solamente in prossimità del dispersore. In tali casi si può
parlare di interferenza dell’impianto di terra su conduttori metallici esterni.
Una tubazione metallica (acquedotto, oleodotto, gasdotto ecc.), che lungo il suo tracciato si
trovi a passare in prossimità di un dispersore, ne attraversa la sua zona di influenza cioè
quella zona del terreno che viene messa in tensione dal dispersore in caso di guasto a terra.
Poiché la tubazione stessa, supposta di lunghezza infinita, è a potenziale zero, tra di essa e il
terreno circostante si viene a creare una differenza di potenziale, e quindi una tensione di
contatto o di passo, che può arrivare ad una parte rilevante della tensione totale di terra.
og
Se queste tensioni di contatto o di passo superano i valori ammessi, bisognerà ricorrere ai
rimedi già descritti, cioè inserzioni di giunti o tratti isolanti nelle tubazioni. Le modalità di
esecuzione di tali interventi saranno concordate tra i gestori rispettivamente dell’impianto
elettrico e della tubazione.
Pr
Un problema analogo può sorgere in una ferrovia che transiti in prossimità del dispersore. Il
provvedimento di interrompere la continuità metallica dei binari con degli inserti isolati, non
può evidentemente essere preso se la ferrovia è elettrificata. Nei passaggi a livello il rimedio
più immediato sarà l’aumento della resistività superficiale. Per il resto la comune massicciata
ferroviaria in pietrisco spezzato dà buone garanzie di isolamento lungo tutto il tracciato.
Progetto
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83
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Un caso particolare può essere quello di recinzioni o ringhiere estranee all’impianto, ma poste
entro la sua zona di influenza, in direzione radiale, come indicato nelle Figure 38 e 39.
La continuità metallica della ringhiera fa sì che tutti e tre i paletti di Figura 40 siano alla
stessa tensione, quindi la corrente drenata dal paletto più interno sarà scaricata nel terreno
dai paletti più esterni.
ni
nc
hie
sta
In Figura 41 la ringhiera è lunga quanto basta a portarla fuori della zona di influenza del
dispersore, quindi a potenziale zero. La tensione di contatto sul primo paletto, sarà prossima
alla tensione totale di terra. Il rimedio di questi casi potrebbe essere quello di interrompere
per settori la continuità metallica con paletti o mancorrenti in materiale isolante e la
ricopertura di tutta la ringhiera con strati protettivi isolanti (pittura o plasticatura).
Pr
og
ett
oi
Figura 40- Recinzione metallica lunga 40 m, ortogonale al dispersore, sostenuta da
tre paletti metallici interrati nella zona d’influenza di una maglia di terra; andamento
della tensione ϕ % sulla superficie del terreno a partire dal centro del dispersore,
nella direzione indicata, in percento della tensione totale di terra della maglia
Progetto
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84
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
nc
Figura 41- Recinzione metallica, ortogonale al dispersore che si estende anche al di
fuori della zona di influenza del dispersore, sostenuta da paletti metallici interrati
nella zona d’influenza di una maglia di terra; andamento della tensione ϕ % sul
terreno a partire dal centro della maglia, nella direzione indicata, in percento della
tensione totale di terra della maglia
ni
11 Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne – Accordi tra
le parti e responsabilità
ett
oi
Spesso l’impianto utilizzatore e la rete di alimentazione appartengono a proprietà diverse. In
questo caso i rapporti di interfaccia sono regolati da accordi tra le parti: in particolare se
l’installazione dell’utilizzatore è alimentata dal DOS questo chiederà al cliente il rispetto delle
sue normative usuali in casi del genere. Per quanto riguarda il dimensionamento del suo
impianto di terra, l’utilizzatore chiederà al DOS, in accordo alla norma CEI 0-16:
•
il valore della corrente di guasto a terra della rete di alimentazione nel punto di
consegna
•
il tempo di eliminazione del guasto
•
se ricorrono le condizioni di un “impianto di terra globale”.
L’utilizzatore resta comunque esclusivo proprietario ed unico responsabile del predetto
impianto di terra, anche per la verifica, per la manutenzione e per l’esercizio futuri.
Pr
og
Si tenga presente che, nel caso si colleghino, per ovvie ragioni, impianti di terra utilizzatori
esistenti con quelli di nuovi utilizzatori sorti in attiguità o in vicinanza, i proprietari esistenti
modificano, di fatto, i rispettivi impianti di terra. Generalmente in questi casi, le correnti di
terra aumentano o comunque si modificano: è necessario, quindi, che i proprietari esistenti
verifichino, sotto la loro responsabilità, gli impianti di terra modificati nelle condizioni di
normale esercizio (collegati con quelli vicini) e provvedano alle incombenze amministrative
previste dalla legislazione in materia. In questi casi, pertanto, si raccomanda che vi sia un
costante scambio di informazioni tra i diversi proprietari interessati.
Progetto
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85
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
12 Il dispersore in impianti con tensione maggiore di 1 kV
12.1
Generalità
La Norma CEI EN 50522, punto 3.4.3 definisce il dispersore e le parti come segue
•
Dispersore: parte conduttiva che può essere annegata in uno specifico mezzo
conduttore, es. nel calcestruzzo o carbone, in contatto elettrico con il terreno (Terra).
La Norma distingue quindi tra dispersori intenzionali, installati per precipui motivi elettrici, e
dispersori ausiliari, o di fatto, che possono essere utilizzati ad integrazione del dispersore
intenzionale, al quale in tal caso devono essere collegati tramite conduttori di terra.
Tipici dispersori ausiliari o di fatto possono essere le armature del cemento armato delle
fondazioni, pali di fondazione, e tutti gli altri elementi metallici di uno stabile in contatto
elettrico con il terreno.
Il contributo dei dispersori ausiliari di fondazione alla riduzione della resistenza totale di terra
può essere determinante.
hie
sta
Le modalità di collegamento dei ferri di armatura sono indicate dettagliatamente nella Guida
CEI 64-12. Qui ricordiamo soltanto che il collegamento dell’impianto di terra ai ferri di
armatura si esegue il più vicino possibile al terreno su cui insiste la fondazione utilizzata a
tale scopo.
Nell’ambito di un impianto utilizzatore è opportuno che i singoli dispersori dei vari impianti
vengano collegati fra di loro a mezzo di conduttori di terra o maglia con dispersori orizzontali
in modo da realizzare in pratica per l’intero impianto un unico dispersore, traendone notevoli
vantaggi dal punto di vista della resistenza totale di terra, con conseguente riduzione delle
tensioni di contatto.
12.2
Dispersore magliato
nc
Il dispersore è costituito essenzialmente da una maglia interrata alla profondità che varia da
50 cm ÷ 80 cm, curando che il terreno intorno ai conduttori non sia di pietrisco. Il materiale è
rame o acciaio zincato a caldo, in forma di conduttore cordato, bandella o tondino. La scelta
del materiale dipenderà dall’intensità di corrente, dalla resistenza meccanica e dalla
resistenza alla corrosione chimica ed elettrochimica.
ni
In terreni corrosivi, in presenza di composti ammoniacali, cioè basici, può essere opportuno
l’impiego di rame stagnato, o ricoperto di piombo, o di acciaio zincato a caldo, a seconda
della convenienza tecnico-economica.
L’acciaio zincato è sconsigliato in terreni acidi (Ph < 4).
ett
oi
L’alluminio come dispersore non è ammesso perché tende a ricoprirsi di uno strato di ossidi
isolanti.
Le dimensioni delle maglie dipendono generarlmete dalla necessità di mantenere il più
uniforme possibile l’andamento del potenziale Ф sulla superficie del terreno.
Dimensioni ridotte della maglie tra 5 e 15 metri si possono usare nelle zone in cui sono
presenti le masse da collegare a terra.
og
Con riferimento al contenimento delle tensioni di contatto, non è detto che le maglie debbano
essere quadrate, in quanto è dimostrato che conduttori paralleli (maglie rettangolari a parità di
lunghezza di conduttore interrato) realizzano analoghe condizioni (vedere 13.1).
12.3
Resistenza di terra di un dispersore a maglia
Un dispersore esteso, come quello a maglia, può essere assimilato ad un elettrodo a piastra.
Pr
La resistenza di terra di un dispersore a piastra circolare è data da:
Progetto
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RE =
ρ
4
π
A
dove:
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
ρ = resistività del terreno alla profondità corrispondente al raggio del cerchio equivalente
avente la stessa area del dispersore a maglia.
A = area della piastra circolare equivalente a quella del dispersore a maglia.
Poiché in tal caso, detto D il diametro del cerchio equivalente,
A=
π D2
4
si ha che:
ρ
4π
ρ
=
2D
2
πD
hie
sta
RE =
4
In alternativa a questa espressione si può usare l’espressione:
RE =
2ρ
p
dove “p” è il perimetro della rete di terra.
Quest’ultima espressione è più cautelativa ma soprattutto è di valutazione più immediata.
12.4
nc
Come si vede, la resistenza di un dispersore a maglia, purché con un numero di maglie
elevato, dipende solo dalle sue dimensioni esterne, e non dalle dimensioni delle maglie;
queste ultime hanno solo una funzione equipotenziale, cioè quella di ridurre le tensioni di
contatto e di passo, come si vedrà in seguito.
Resistenza di un dispersore verticale (picchetto)
ni
La resistenza di un dispersore verticale di lunghezza L e di diametro d, infisso in un terreno di
resistività ρ è data da:
ett
oi
RE =
ρ
4 ⋅L
⋅ ln
2π ⋅ L
d
Se il rapporto L/d è grande, e cioè > 100, come nel caso di un vero picchetto, la formula si
può semplificare in
RE =
ρ
L
Nel caso invece, per esempio, di pali di fondazione sia trivellati che battuti, la semplificazione
non è più valida, e bisogna ricorrere alla formula intera.
og
I picchetti vengono talvolta impiegati a complemento del dispersore a maglia, infissi alla sua
periferia, all’esterno del conduttore periferico, ed a questo collegati.
Pr
I picchetti profondi possono anche essere utili quando il terreno in profondità abbia resistività
molto minore della resistività del terreno in superficie. I picchetti in tal caso dovranno avere
una lunghezza tale da interessare gli strati profondi più conduttivi.
Se i picchetti sono più di uno, ad evitare mutue influenze, dovranno essere piantati ad una
distanza tra loro pari almeno alla loro lunghezza, meglio ancora al doppio della loro
Progetto
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87
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
lunghezza. In queste condizioni la resistenza dei picchetti sarà uguale alla resistenza in
parallelo di tutti i picchetti supposti uguali tra loro
La resistenza di terra di un dispersore formato solamente da numerosi picchetti collegati tra
loro con conduttori isolati formanti una maglia od un anello deve essere calcolata come
indicato nei paragr. 12.3 e 12.5.
NOTA: La resistenza totale di un dispersore complesso (maglia + picchetti) si può determinare con appositi
programmi di calcolo offerti dal mercato.
12.5
Altre tipologie di dispersori
La resistenza di terra di un conduttore orizzontale interrato e di lunghezza L è data da:
RE =
ρ
2 ⋅L
⋅ ln
π ⋅L
d
dove d è il diametro del conduttore se in corda, oppure la metà della larghezza se in bandelle.
hie
sta
La resistenza di terra di un dispersore ad anello è:
RE =
ρ
2⋅ π ⋅D
⋅ ln
2
d
π ⋅D
Dove: D è il diametro dell’anello e d come sopra.
12.6
La resistività del terreno
La resistività del terreno ρ è un fattore comune a tutte le formule della resistenza di un
dispersore. Il valore della resistività ρ - in Ω m – varia sensibilmente con il tipo di terreno, la
granulometria, la densità e l’umidità. Valori medi sono dati nell’Allegato J della Norma CEI
EN 50522.
nc
Nei riguardi dell’aumento della resistività superficiale del terreno riveste considerevole
importanza la resistività ρ di strati di pietrisco dello spessore da 10 cm ÷ 15 cm.
Misure dirette della resistività ρ del terreno possono essere fatte con il metodo
Allegato E.
Dimensionamento termico del dispersore
ni
12.7
descritto in
Una volta nota la corrente nel dispersore, come indicato agli art. 6 e 7, la sezione dei
conduttori interrati viene calcolata con la formula dell’Allegato D della Norma CEI EN 50522,
basata sul riscaldamento adiabatico dei conduttori.
ett
oi
Per agevolare il lettore, si riportano:
•
nell’Allegato D della presente Guida, l’Allegato D della Norma CEI EN 50522, senza
alcuna modifica;
•
nell’Allegato C della presente Guida, la Tabella 1 della Norma CEI EN 50522, senza
alcuna modifica.
og
La Norma non fissa valori limiti per la temperatura finale di un conduttore interrato ma
prescrive che esso debba sopportare, da un punto di vista termico, le più elevate correnti di
guasto prevedibili (generalmente determinate mediante calcolo) Per la presenza di giunzioni e
per l’affidabilità dell'impianto si ritiene cautelativo non superare il valore di 400 °C.
Se ad esempio si assume per temperatura iniziale quella ambiente di 20 °C e si verifica che il
conduttore può raggiungere i 400 °C, il coefficiente K è 226 per il rame e 78 per l’acciaio
zincato.
Pr
La corrente di dimensionamento termico del dispersore è la corrente di guasto a terra I F ,
perché la suddivisione tra i vari circuiti di ritorno avviene più a valle, nei loro punti di
connessione al dispersore stesso.
Progetto
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pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Nel valutare la corrente che percorre il singolo conduttore interrato, si può tener conto della
ripartizione della corrente di guasto nei diversi rami del dispersore: se il conduttore di terra è
collegato con morsetto a un conduttore del dispersore che si estende in due direzioni, la
corrente di guasto in ciascun conduttore del dispersore si riduce alla metà; se il conduttore di
terra è connesso sempre ad un nodo della maglia, si riduce ad un quarto.
In ogni caso valgono le sezioni minime, con riguardo alla resistenza meccanica e alla
corrosione, prescritte dall’Allegato A della Norma CEI EN 50522 e della Norma CEI 64-8,
art. 54.
12.8
Dimensionamento termico dei conduttori di terra
La formula per il calcolo della sezione è la stessa del dispersore, ma cambiano sia il valore di
K sia il valore della corrente, come da Tabella 9-1 della Norma CEI EN 50522. Il valore di K
dipende dalla temperatura finale ammessa per il conduttore di terra, cioè 400 °C per i
conduttori nudi resi inaccessibili; per i conduttori isolati, la temperatura finale varia a seconda
dell’isolante, e verrà desunta dalla Norma CEI EN 50522 sulle linee in cavo.
hie
sta
Con riferimento all’Allegato B della Norma CEI EN 50522, riportato nell’Allegato C della
presente Guida, la corrente di dimensionamento è la corrente di guasto I F , ma se i conduttori
di terra di una stessa massa sono più di uno, la I F si può considerare ripartita sui diversi
conduttori.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Nelle reti con neutro isolato, per le ragioni già dette al punto 6.4, è necessario considerare la
corrente di doppio guasto a terra I” KEE .
Progetto
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89
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
13 Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo
13.1
Determinazione delle U VT e U VS
La tensione di contatto a vuoto è data dalla differenza tra il potenziale di terra del dispersore
ed il potenziale rispetto alla terra di riferimento del punto della superficie del suolo situato a
1 m di distanza dalla verticale del punto di contatto sul conduttore interrato; la tensione di
passo è data dalla differenza tra due punti della curva della tensione di terra, distanti tra loro
1 m. I valori di solito sono dati in % della tensione di terra U E .
Si può dimostrare che la rete di terra a maglie quadrate non è la migliore; a parità di
lunghezza di conduttore interrato, maglie lunghe e strette, cioè una rete impostata solo su file
parallele, danno minori tensioni di maglia (e quindi anche di contatto e di passo), soprattutto
alla periferia della rete di terra. I collegamenti trasversali, sotto questo punto di vista, non
dovrebbero essere estesi oltre la necessità di collegamento a terra delle masse.
hie
sta
Ciò significa, in altre parole, che al fine di definire la U VT contano solo i conduttori paralleli in
una sola direzione, avendo gli altri conduttori in direzione perpendicolare solo la funzione di
connessione delle masse al dispersore.
Per una maglia di 100 m x 50 m, con 10 conduttori paralleli interrati, la tensione di contatto
valutata sulla periferia della maglia è compresa tra il 10% e il 20% della tensione di terra,
verso l’interno della maglia, e tra il 20% e il 25% verso l’esterno. Nelle maglie all’interno della
magliatura, i valori sono più bassi.
Analoghe ricerche condotte all’elaboratore elettronico relative a impianti di terra magliati di
stazioni AT, in terreno omogeneo, hanno condotto ai seguenti valori di U VS indicativi espressi
in % della tensione totale di terra (tensioni di passo a vuoto all’esterno del perimetro della
maglia):
•
U VT :
5% ÷ 13%
dall’interno alla periferia;
•
U VS :
1% ÷ 5%
dall’interno alla periferia e 4% ÷ 8% all’esterno del perimetro.
nc
Picchetti di alcuni metri di lunghezza (per es. 4 m ÷ 10 m) distribuiti all’esterno del perimetro
della maglia pressappoco dimezzano la tensione di passo periferica U VS .
I programmi di calcolo conducono a valori approssimati delle U VT perché le variabili in gioco
sono molteplici, quali ad esempio:
resistività del terreno non omogenea né in direzione verticale né in direzione
orizzontale;
•
resistività del terreno
preliminarmente;
•
presenza di dispersori naturali che alterano in modo non prevedibile il campo elettrico
in superficie quali fondazioni metalliche o in calcestruzzo armato, tubazioni interrate,
binari, schermi di cavi, cunicoli, fosse e trincee, ecc.;
•
tipo di pavimentazione e sua finitura-umidità del terreno e condizioni ambientali
durante le operazioni di verifica strumentale;
•
campo elettrico disturbato, per la presenza della richiesta resistenza di 1000 Ω,
durante le operazioni di verifica a mezzo delle tensioni di passo e di contatto;
•
manufatti e reti di terra altrui, nelle immediate vicinanze, che generano interferenze ed
accoppiamenti resistivi;
•
incognite legate alle caratteristiche di drenaggio reali, dei conduttori di ritorno.
ni
•
riempimento
diversa
da
quella
locale,
misurata
og
ett
oi
di
Pr
Inoltre, con i programmi di calcolo, si possono simulare terreni a più strati nella sola direzione
verticale, mentre in realtà potrebbero esserci delle stratificazioni anche nella direzione
orizzontale. Possono inoltre sfuggire dalla analisi di progetto, alcune strutture e/o masse
aggiunte solo successivamente alle elaborazioni, oppure modifiche apportate in corso
d’opera.
Progetto
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90
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Parimenti dispersori dalla forma tridimensionale articolata, non possono essere valutati
Perciò per installazioni complesse, le verifiche sul posto sono in pratica necessarie al fine di
accertare che non si localizzino tensioni di contatto e di passo maggiori di quelle ammesse.
13.2
Rimedi, provvedimenti correttivi
Qualora il calcolo o le misure sul posto mettessero in evidenza alcuni luoghi o punti nei quali
la U VT > U Tp , dove la U Tp sia la tensione di contatto ammessa, si consiglia di ricorrere ai
seguenti provvedimenti correttivi:
controllo locale del potenziale infittendo localmente le maglie del dispersore a maglia
ove possibile; oppure, per esempio nei posti di lavoro o di manovra, disponendo una
maglia supplementare metallica di equipotenzialità in superficie o ad una profondità
inferiore a 0,5 m, estesa fino a ca. 1,25 m dalla massa relativa, naturalmente da
collegare a questo elettrodo supplementare; quest’ultimo deve essere a sua volta
collegato in più punti al dispersore principale;
•
aumento della resistività superficiale del terreno nella zona circostante il luogo critico,
mediante ricopertura del terreno con pietrisco ecc. come detto al punto 9.1; oppure,
per esempio nei posti di lavoro o di manovra, isolamento del luogo con pedane isolanti
di dimensioni minime 1 m x 1 m.
•
segregazione, cioè protezione della zona pericolosa con barriere o parapetti che
impediscano l’accesso alla zona pericolosa ad altri che non siano persone autorizzate
e quindi adeguatamente equipaggiate.
13.3
hie
sta
•
Schema a blocchi
La sequenza delle operazioni da eseguire per il dimensionamento dell’impianto di terra nei
riguardi delle tensioni di contatto, può essere condensata in uno schema a blocchi, o schema
sequenziale, come riportato in Figura 42.
Sulla base dei dati fondamentali di partenza si elabora innanzi tutto un progetto base.
nc
I dati fondamentali di partenza sono:
la corrente di guasto I F ;
•
il tempo di durata del guasto t F ;
•
la resistività presunta o misurata del terreno ρ;
•
le dimensioni principali dell’installazione e la sua configurazione geometrica per quel
che possa essere rilevante nei confronti dell’impianto di terra;
•
lo schema elettrico dell’alimentazione e della distribuzione;
•
eventuali vincoli esterni, come ferrovie, tubazioni interrate e fuori terra, e altre masse
estranee di rilevante estensione.
ett
oi
ni
•
Il progetto base consiste nel disegno di prima approssimazione dell’impianto di terra
comprensivo di dispersori intenzionali, quali la maglia principale e gli eventuali altri elettrodi
supplementari come picchetti ecc.; e di dispersori di fatto già prevedibili in fase di progetto,
quali le fondazioni in cemento armato, eventuali pali di fondazione ed altre strutture
metalliche interrate di rilevante estensione.
Per i dispersori intenzionali si procede al dimensionamento termico e quindi alla definizione
delle sezioni come indicato ai punti 12.7 e 12.8.
og
Sulla base dello schema elettrico di alimentazione, e cioè: autoproduzione, centro stella dei
trasformatori di alimentazione collegati all’impianto di terra, nonché accordi con autorità
esterne che permettano eventualmente di valersi di conduttori di ritorno nel sistema elettrico
esterno di alimentazione, si può definire la corrente di terra I E .
Pr
Con queste premesse si può calcolare in via preliminare la resistenza di terra presunta R ES
dell’impianto, e la sua tensione di terra U E :
Progetto
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U E = I RS × R ES
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
(avendo trascurato le funi di guardia si ha che I F = I E = I RS )
Per il calcolo della R ES , si può fare affidamento alle formule riportate all’art. 12.
Quindi si procede nelle sequenze dello schema a blocchi.
Progetto Tipo
Determinazione di
IE e ZE da cui
UE = IE x ZE
UE ≤ 2 UTp
NO
UE ≤ 4 UTp
SI
nc
NO
N.B. Per gli impianti utilizzatori
in BT, la relazione diviene
UE ≤ 1,5 Utp
Vedere Norma CEI 64-8
hie
sta
SI
La IE è di Tabella 1 della CEI
EN 50522
Per ZE vedere L.3 della
CEI EN 50522
Determinazione di
Provvedimenti
aggiuntivi
ni
UT o IB
Provvedimenti M
specificati e
riconosciuti
ett
oi
NO
UT ≤ UTp
oppure
IB ≤ IBp
SI
Procedimento
corretto ai fini di UTp
Figura 42 - Progetto di un impianto di terra, che non fa parte di un impianto di terra
globale, con riguardo alla tensione di contatto ammissibile U Tp in relazione alla
tensione totale di terra U E o alla tensione di contatto U T
Esecuzione dell’impianto di terra
og
13.4
13.4.1
Dispersore
Pr
Per la messa a terra di un edificio, il dispersore orizzontale ad anello od a maglia viene
posato abitualmente a livello delle fondazioni. In terreno aperto, il dispersore orizzontale
viene posato in uno scavo profondo da 50 cm a 80 cm come detto al par. 12.2. Il conduttore
orizzontale a maglia non deve essere esposto a sollecitazioni meccaniche, quali trazione o
compressione. Se il terreno di posa è ghiaioso o pietroso, si raccomanda di posare il
Progetto
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92
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
conduttore su di un letto di terriccio e di ricoprirlo per un certo spessore adeguato dello stesso
terriccio.
13.4.2
Conduttore di terra
Il percorso del conduttore di terra deve essere il più breve possibile. Quando il conduttore di
terra è nudo nella parte di percorso fuori terra, se è esposto a danneggiamenti meccanici, può
essere protetto con un tubo protettivo di plastica dura, oppure può essere impiegato
conduttore isolato.
13.4.3
Giunzioni
Le giunzioni, sia del dispersore sia del conduttore di terra, devono essere scelte in modo che
la resistenza meccanica e il riscaldamento per effetto della corrente non siano rispettivamente
inferiore e superiore a quelli del conduttore. Deve inoltre essere accertata la loro rispondenza
alle caratteristiche elettriche e meccaniche richieste e deve essere verificato che la messa in
opera segua le istruzioni del costruttore.
13.5
Protezione contro la corrosione
hie
sta
Il dispersore e il conduttore di terra non devono dar luogo a coppie elettrolitiche (vedere
anche la Guida CEI 64-12, App. C).
La scala galvanica dei metalli, riferita all’elettrodo d’idrogeno, è la seguente di Tabella 2
(limitata ai metalli impiegati in elettrotecnica):
Tabella 2 - Potenziali elettrochimici
Metallo
Litio
Sodio
Potenziale elettrochimico
(Volt)
- 3,02
- 2,72
Magnesio
- 1,80
- 1,45
- 1,10
Zinco
- 0,77
nc
Alluminio
Manganese
- 0,56
Ferro
- 0,43
ni
Cromo
Cadmio
- 0,42
Nichel
- 0,20
Stagno
- 0,14
Piombo
- 0,13
0,0
+ 0,2
Rame
+ 0,35
ett
oi
Idrogeno
Antimonio
Argento
+ 0,80
Mercurio
+ 0,86
Platino
+ 0,87
Oro
+ 1,5
Pr
og
Quando due metalli di potenziale elettrochimico diverso sono tra loro in contatto, in ambiente
umido, il metallo di segno negativo si corrode tanto più rapidamente quanto più sono distanti
tra loro i due metalli nella scala galvanica. Pertanto è da evitarsi, per esempio,
l’accoppiamento diretto rame-alluminio e rame-zinco, e a tal uopo il morsetto di rame verrà
stagnato, o zincato, o nichelato, o cadmiato; oppure tra i due metalli verrà interposta una
lamina di materiale anticorrosione (elettrocupal). In alternativa il giunto può essere del tipo a
saldatura alluminotermica o essere adeguatamente protetto dall’ambiente mediante
verniciatura, catramatura, nastratura o applicazione di apposite resine. Quando nell’impianto
industriale siano previste protezioni catodiche, le corrispondenti Norme UNI e UNI CEI
devono essere rispettate.
Progetto
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93
13.6
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Interferenze ad Alta Frequenza
L’impianto di terra per la protezione contro i contatti indiretti è dimensionato alle correnti di
guasto a terra a frequenza industriale, cioè 50 Hz. Ma interferenze ad Alta Frequenza sono
possibili soprattutto a causa di scariche atmosferiche (fulmini) e di sovratensioni di manovra,
originate dalla apertura e chiusura di interruttori e sezionatori, e dall’intervento degli
scaricatori. I transitori di corrente prodotti da tali sovratensioni possono interferire con il
corretto funzionamento dei circuiti di comando e controllo e, più in generale, con tutti i circuiti
elettronici.
I problemi relativi alle interferenze rientrano nel quadro più generale della Compatibilità
Elettromagnetica, per la quale si rimanda alle Norme dell’apposito CT 210.
hie
sta
Ma nella misura in cui la riduzione dei disturbi in alta frequenza si può ricondurre ad un
problema di equipotenzialità dell’impianto di terra, non solo a frequenza di rete ma anche a
frequenze più elevate, ci si limiterà in questa sede a considerare i provvedimenti che si
possono prendere in fase di progetto dell’impianto di terra al fine di ridurre l’impedenza dei
collegamenti. Tali accorgimenti sono economicamente di modesta rilevanza se presi in fase di
progetto, ma possono essere onerosi se dovessero rendersi necessari come interventi
successivi.
I principali provvedimenti sono i seguenti:
percorsi dei conduttori di terra i più corti possibili;
•
infittire le maglie del dispersore a maglia in corrispondenza delle aree più esposte ai
transitori di corrente, in particolare scaricatori, riduttori di corrente e di tensione,
sezionatori;
•
aumentare il numero dei conduttori di terra di una stessa massa, opportunamente
distanziati tra loro, allo scopo di ridurre l’impedenza del collegamento. Ad esempio,
2
due conduttori di terra da 63 mm distanziati tra loro di circa 0,5 m hanno minore
2
impedenza di un conduttore unico da 120 mm ;
•
fare in modo che i conduttori interrati della maglia siano posati parallelamente e il più
vicino possibile ai cunicoli cavi di comando e controllo; oppure posare nel cunicolo
stesso un conduttore di terra supplementare parallelo ai cavi e collegato in 2 o più
punti alla rete principale di terra, alla quale verranno collegati gli eventuali schermi dei
cavi stessi; tale conduttore supplementare rileverà parte della corrente transitoria che
altrimenti avrebbe caricato gli schermi della cavetteria di comando e controllo, se
questi fossero stati messi a terra ad entrambe le estremità;
•
collegare all’impianto di terra le armature del cemento armato in più punti, al fine di
sfruttarne l’effetto schermante.
ni
Altri aspetti esecutivi
ett
oi
13.7
nc
•
Le masse e le masse estranee devono essere messe a terra. Spesso però queste masse
sono costituite da strutture complesse, supporti, tralicci, tubazioni, passerelle e simili,
composte da elementi diversi connessi meccanicamente tra loro in diversi modi. Se queste
connessioni sono fisse, tali che togliendole verrebbe ad essere compromessa la funzione
stessa della struttura, non è evidentemente necessario mettere a terra singolarmente tutti i
suoi componenti. Per altre masse che non hanno funzione statica ma per lo più funzione di
barriere di protezione, il criterio per discriminare la messa a terra è quello della possibilità di
asportare un componente solo con l’ausilio di appositi utensili.
og
Per entrambi i criteri è condizione indispensabile che la continuità metallica sia sempre
assicurata.
Pr
Come esempio del primo criterio si può fare riferimento ad un portale a traliccio per supporto
di apparecchiature elettriche o amarro di conduttori. Evidentemente non si metteranno a terra
individualmente tutte le aste del traliccio, bensì la struttura nel suo insieme verrà messa a
terra alla sua base, in quanto tutte le tralicciature dei sostegni e della trave sono tra loro
connesse saldamente a mezzo di bulloni o saldature. Il portale viene messo a terra alla base
dei sostegni una sola volta per sostegno, salvo il dimensionamento alla corrente del
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
94
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
conduttore di terra, come specificato al capitolo precedente. Se l’equipaggiamento elettrico è
supportato da una struttura a cavalletto, la base metallica dell’apparecchiatura o dell’involucro
o della carcassa di un motore, può essere messo a terra sul cavalletto, e questo sarà poi
messo a terra alla sua base. Se invece si preferisce collegare la massa, vale a dire la
carcassa del motore o il basamento dell’apparecchiatura elettrica, direttamente al dispersore
tramite il conduttore di terra, allora non è più necessario mettere a terra il cavalletto alla sua
base, poiché in questo caso non è più una massa, in accordo con la definizione di massa
delle Norme CEI EN 50522 e CEI 64-8. Questo non significa che non si possa mettere a terra
entrambi, è soltanto inutilmente oneroso.
Gli scaricatori in Media e Alta Tensione possono essere messi a terra sul supporto, se
metallico naturalmente, e questo viene poi messo a terra alla base. Però spesso gli
scaricatori vengono messi a terra direttamente con un conduttore di terra apposito, per
permettere l’inserzione di un contaimpulsi o di un amperometro per la misura della corrente di
fuga; allora a rigore non è più necessaria la messa a terra del supporto. Ma se lo scaricatore
è isolato dal supporto da piedini isolanti, per l’inserzione per es. di uno spinterometro
immagine, allora anche il supporto deve essere messo a terra alla base.
hie
sta
Come esempio del secondo criterio si può fare riferimento ad una barriera metallica di
protezione contro i contatti diretti, costituita per esempio da telai a rete sostenuti da sostegni
metallici ai quali sono rigidamente imbullonati; la barriera deve essere messa a terra almeno
in due punti estremi, ma non occorre che siano messi a terra individualmente tutti i telai, se
per rimuovere i bulloni che li fissano ai sostegni si deve far uso di una chiave (Figura 43). Se
invece i telai sono metallici ma i sostegni sono isolanti, questi devono essere cavallottati, per
ristabilire la continuità metallica lungo tutta la protezione; oppure questa volta tutti i telai
devono essere messi a terra individualmente.
ni
nc
Parti metalliche che non siano né masse né masse estranee, possono, ma non devono,
essere messe a terra. Per esempio una porta metallica inserita in una parete in muratura, se
non porta né lampade né strumenti né altra apparecchiatura di segnalazione elettrica, non è
una massa e non c’è bisogno che venga messa a terra, anzi è sconsigliabile, specialmente se
la porta si trova nei pressi e/o sul bordo della maglia di terra; così anche telai metallici degli
edifici, finestre, inferriate, griglie ecc. Recinzioni metalliche che delimitano aree all’interno di
stabilimenti, ringhiere, corrimano, guard-rail, paletti metallici con cartelli indicatori, e qualsiasi
altra parte metallica che non sia supporto di circuiti elettrici di categoria I, II e III, non è una
massa e quindi non è necessaria la sua messa a terra. Anzi, se la recinzione di un sistema di
AT (III categoria) è in comune con altre utenze, di MT o BT (II o I categoria) ed è stata
collegata a terra da entrambe le proprietà, detto collegamento contribuisce al trasferimento
dei potenziali di terra, in zone ove probabilmente non vi sono garanzie di sufficiente
equipotenzialità, e comunque costituisce elemento di rischio indebito nei confronti altrui.
Pr
og
ett
oi
Queste considerazioni non sono contraddette dalla eventualità che si possa appendere ad
una di queste parti metalliche una lampada portatile o un qualsiasi altro utensile elettrico, se
questo è correttamente isolato in classe II.
Progetto
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ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Legenda
a)
Particolare collegamento alla rete di terra
Figura 43 - Messa a terra di una barriera metallica di protezione
Accessibilità, visibilità, ispezionabilità
og
13.8
Per ispezioni e verifiche devono essere sempre disponibili la pianta generale dell’impianto di
terra e i disegni di dettaglio dei conduttori e dei giunti, sia del dispersore che dei conduttori di
terra, in modo da poter verificare sia la correttezza del dimensionamento termico, sia la
tenuta alla corrosione.
Pr
La parte fuori terra delle connessioni di terra è ispezionabile a vista. Per la parte interrata, ivi
comprese le giunzioni tra elementi del dispersore e tra i conduttori di terra e il dispersore,
Progetto
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96
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
fanno fede i disegni ed eventuale documentazione fotografica presa durante l’installazione.
Anche per le connessioni tra dispersore a maglia e le teste dei picchetti supplementari, che
spesso sono a profondità maggiori della maglia stessa, fanno fede i disegni di dettaglio.
Se ci sono ragionevoli dubbi su possibile corrosione, dopo lungo tempo dall’installazione (es.
5 anni) può essere opportuna un’indagine a campione scavando in corrispondenza di un
giunto fino a scoprirlo onde verificarne lo stato di conservazione.
Devono poter essere verificabili a vista i rimedi usati nei punti critici per ricondurre la tensione
di contatto entro i limiti ammessi, quali controllo del gradiente, aumento della resistività
superficiale, segregazione e interruzione della continuità dei corpi metallici fuori terra, contro
le tensioni trasferite. Per le interruzioni delle tubazioni interrate fanno fede i disegni e le
relative misure delle tensioni di contatto.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Per le connessioni tra dispersore intenzionale e i ferri di armatura delle fondazioni in cemento
armato, si rimanda alle indicazioni contenute nella Guida CEI 64-12. Si raccomanda che
l’esecuzione di tali connessioni, nel corso dei lavori di installazione, sia concordata con un
esperto di impianti elettrici.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
97
Allegato A
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- Riferimenti normativi -
Pubblicazione CEI 64 fasc. 4985 R. Effetti della corrente attraverso il corpo umano.
IEC TR 60479-1. Effects of current on human beings and livestock - Part 1: General aspects.
IEC TR 60479-2. Effects of current on human beings and livestock -Part 2: Special aspects Chapter 4: Effects of alternating current with frequencies above 100 Hz - Chapter 5: Effects of
special waveforms of current - Chapter 6: Effects of unidirectional single impulse currents of
short duration.
Norma CEI EN 61936-1 (CEI 99-2) Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in c.a.
Norma CEI EN 50522 (CEI 99-3). Messa a terra degli impianti elettrici con tensione superiore
a 1 kV in c.a..
hie
sta
Norma CEI 64-8. Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in
corrente alternata e a 1500 V in corrente continua.
Norma CEI EN 62305 (CEI 81-10). Protezione di strutture contro i fulmini.
Norma CEI 0-16. Regola tecnica di riferimento connessione di Utenti attivi e passivi alle reti
MT e AT delle imprese distributrici di energia elettrica.
Norma CEI EN 60079-14 (CEI 31-33). Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la
presenza di gas – Parte 14: Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione per la
presenza di gas (diversi dalle miniere).
Guida CEI 64-12. Guida per l’esecuzione dell’impianto di terra negli edifici per uso
residenziale e terziario.
nc
Guida CEI 64-14. Guida alle verifiche degli impianti elettrici utilizzatori.
Norma CEI EN 60909-0. Correnti di cortocircuito nei sistemi trifasi in corrente alternata –
Parte 0: calcolo delle correnti.
ni
IEC TR 60909-1. Short-circuit current calculation in three-phase a.c. systems - Part 1: Factors
for the calculation of short-circuit currents in three-phase a.c. systems according to IEC 909.
Pr
og
ett
oi
IEC TR 60609-3. Short-circuit current calculation in three-phase a.c. systems - Part 3:
Currents during two separate simultaneous single phase line-to-earth short circuits and partial
short-circuit currents flowing through earth.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
98
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Allegato B
- Dimensionamento di dispersori di forma semplice B.1
Generalità
Con questa dizione si intendono quei dispersori caratterizzati da geometrie semplici e
precisamente ad anello e ad anello quadrato, quest’ultimo eventualmente integrato con
conduttori interrati orizzontalmente lungo le diagonali (sbracci).
Le geometrie sopraccitate sono quelle generalmente utilizzate per realizzare il dispersore di
strutture aventi modeste dimensioni in pianta (pochi metri) e nelle quali siano da temere
eventuali tensioni di contatto solo all’esterno della struttura stessa.
Esse sono infatti normalmente utilizzate per realizzare i dispersori di cabine particolarmente
di sistemi di II categoria (MT).
hie
sta
Il piano di calpestio interno alla cabina stessa è realizzato con calcestruzzo armato con reti
metalliche che, essendo connesse al dispersore, garantiscono l’equipotenzialità.
Tuttavia, al fine di consentire la completa caratterizzazione dei dispersori considerati, sono
qui riportati i grafici degli andamenti della resistenza di terra -R ES - , della tensione di maglia a
vuoto -U m- e della tensione di contatto esterna a vuoto –U VT - in funzione delle dimensioni
(raggio o lato) del dispersore stesso quando esso sia interrato ad una profondità da 0,5 m a
0,8 m.
Gli andamenti sono stati valutati sulla base dei risultati ottenuti con appositi programmi di
calcolo: le grandezze caratteristiche (R ES - U m – U VT ) sono espresse con riferimento ad un
suolo anisotropo avente resistività omogenea pari ad 1 Ω m ed a una corrente -I RS - impressa
nel dispersore (e da questo dispersa nel terreno) pari ad 1 A.
Dispersori ad anello
nc
B.2
0,25
0,15
0,1
ett
oi
RES [ Ω/(Ω m ) ]
ni
0,2
RES = 0,229 r - 0,8294
0,05
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
raggio r (m)
Pr
og
Figura B.1 a) – Dispersore ad anello
Andamento della resistenza di terra, R ES , in funzione del raggio dell’anello
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
99
10
0,1
0,09
0,08
U m [V/(A Ω m)]
0,07
0,06
0,05
0,04
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
U m = 0,1466 r - 1,0288
0,03
0,02
0,01
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
hie
sta
raggio r (m)
Figura B.1 b) – Dispersore ad anello
Andamento della tensione di maglia a vuoto, U m , in funzione del raggio dell’anello
0,1
nc
0,06
0,04
0,02
0
1
2
3
ett
oi
0
ni
U ST [V/(A Ω m)]
0,08
4
U ST = 0,092 r - 0,7205
5
6
7
8
9
10
raggio r (m)
Pr
og
Figura B.1 c) – Dispersore ad anello
Andamento della tensione di contatto a vuoto, U VT , all’esterno del dispersore in
funzione del raggio dell’anello Ω
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
100
10
B.3
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Dispersori ad anello quadrato
RES [Ω/(Ω m)]
1,000
0,100
S/L = 0
S/L = 0,5
S/L = 1
hie
sta
S/L = 2
0,010
1
S/L = 4
10
Lato del quadrato L (m)
Figura B.2 a) – Dispersore ad anello quadrato
Andamento della resistenza di terra, R ES , in funzione del lato del quadrato L per
diverse lunghezze degli sbracci, di lunghezza S, posizionati lungo le diagonali
Il valore di resistenza di terra -R ES - può essere determinato con una incertezza compresa
entro il ± 3 %, mediante la relazione:
dove:
A = 0,381 (S/L + 1)
– 0,823
–B
nc
R ES = A * L
2
ni
B = 0,825 + 0,015 S/L – 0,001 (S/L)
Le funzioni utilizzate per determinare i cinque tracciati della Figura B.2A sono:
per S/L = 0
R ES = 0,381 L
– 0,825
R ES = 0,2729 L
– 0,8298
per S/L = 1
R ES = 0,2154 L
– 0,834
per S/L = 2
R ES = 0,1543 L
– 0,841
per S/L = 4
R ES = 0,1013 L
– 0,849
Pr
og
ett
oi
per S/L = 0,5
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
101
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
U m [V/(A Ω m)]
1,000
0,100
S/L = 0
S/L = 0,5
S/L = 1
S/L = 2
0,010
S/L = 4
0,001
1
10
hie
sta
Lato del quadrato L (m)
Figura B.2 b) – Dispersore ad anello quadrato
Andamento della tensione di maglia a vuoto, U VT, in funzione del lato del quadrato L
per diverse lunghezze degli sbracci, di lunghezza S, posizionati lungo le diagonali
Il valore della tensione di maglia a vuoto – U VT - può essere determinato con una incertezza
compresa entro il ± 13 %, mediante la relazione:
U VT = α * L
α = 0,142 (S/L + 1) -1,2969
β = 0,7115 - 0,0191 S/L
nc
dove:
–β
per S/L = 1
ni
Le funzioni utilizzate per determinare i cinque tracciati della Figura B.2B sono:
U VT = 0,0599 L
– 0,7077
per S/L = 2
U VT = 0,0325 L
– 0,6224
per S/L = 4
U VT = 0,0176 L
– 0,6519
per S/L = 0
– 0,693
U VT = 0,0906 L
– 0,7389
Pr
og
ett
oi
per S/L = 0,5
U VT = 0,1335 L
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
102
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
U STMEDIANA [V/(A Ω m)]
1,000
0,100
S/L = 0
S/L = 0,5
S/L = 1
0,010
S/L = 2
S/L = 4
0,001
1
10
hie
sta
Lato del quadrato L (m)
Figura B.2 c) – Dispersore ad anello quadrato
Andamento della tensione di contatto a vuoto, U VT mediana , all’esterno del dispersore
in corrispondenza delle mediane in funzione del lato del quadrato L per diverse
lunghezze degli sbracci, di lunghezza S, posizionati lungo le diagonali
Il valore della tensione di contatto a vuoto in corrispondenza delle mediane -U STmediana - può
essere determinato con una incertezza compresa entro il ± 12 %, mediante la relazione:
dove:
λ = 0,2871 (S/L + 1) -1,3091
ni
γ = 1,0508 - 0,002 S/L
– γ
nc
U ST MEDIANA = λ * L
Le funzioni utilizzate per determinare i cinque tracciati della Figura B.2C sono:
U STmediana = 0,2871 L
– 1,0508
U STmediana = 0,1689 L
– 1,0507
per S/L = 1
U STmediana = 0,1159 L
– 1,0506
per S/L = 2
U STmediana = 0,0681 L
– 1,0504
per S/L = 4
U STmediana = 0,0349 L
– 1,05
per S/L = 0
ett
oi
per S/L = 0,5
B.4
Dispersori ad anello quadrato integrato da sbracci e/o picchetti
og
Sono stati considerati i dispersori rappresentati in Figura B.3.
Pr
Per ciascun dispersore sono stati calcolati, a titolo di esempio, i massimi valori di corrente I RSmax - che il dispersore può disperdere nel terreno, senza che siano superati i valori di U VT
ammessi dalla Norma CEI EN 50522, nei casi siano previsti tempi di interruzione della
corrente di guasto -t F - pari a 1s, 0,6s, 0,5s e 0,3s. I corrispondenti valori massimi di tensione
di contatto a vuoto –U VT - ammessi dalla Norma suddetta risultano rispettivamente pari a
117 V, 166 V, 220 V, 398 V.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
103
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
I più elevati valori delle tensioni di contatto, per la configurazione priva di sbracci e picchetti
(a) e per quelle che prevedono picchetti ai vertici (b e c), si localizzano in corrispondenza dei
vertici del dispersore. Per le configurazioni che prevedono sbracci ai vertici (tutte le rimanenti)
i più elevati valori delle tensioni di contatto si localizzano in corrispondenza delle mediane del
dispersore.
I massimi valori di corrente -I RSmax- sono stati calcolati con riferimento ad un terreno avente
resistività uguale a 100 Ω m e sono riportati nella Tab I unitamente al valore di resistenza di
terra -R ES - che ciascun dispersore presenta con tale resistività.
Nella tabella è riportato inoltre il più elevato valore di tensione di contatto a vuoto –U VTpmaxche caratterizza il dispersore considerato: detto valore è espresso come rapporto con la
tensione di terra -U E (quindi in p.u. di quest’ultima).
Tabella I
ρ
Caratteristiche dispersore
Configurazio
ne
terreno Geometrica
(Ω)
a
10,1
b
8,2
c
7,1
d
7,0
e
6,7
f
5,3
g
5,1
h
i
l
=
U VTp
=
U VTp
166 V
=
220 V
U VTp
=
398 V
(p. u.)
(t F = 1 s)
0,57
20
29
38
69
0,52
27
39
52
93
0,42
39
55
74
133
0,44
38
54
71
129
0,45
39
55
73
132
0,27
82
115
150
278
0,31
74
104
139
252
(t F >0,6 s) (t F = 0,5 s) (t F = 0,3 s)
4,5
0,25
104
147
196
354
5,0
0,28
84
118
157
284
4,1
0,24
119
168
224
404
3,5
0,22
152
214
286
517
ni
m
U VTp
117 V
(Figura 1)
100
U VTpmax
nc
(Ω m)
R ES
hie
sta
del
I RS max (A)
Il massimo valore di corrente -I RSmax - che il dispersore considerato può essere chiamato a
disperdere nel suolo senza superare il valore di tensione di contatto a vuoto indicato dalla norma
può essere determinato per qualsivoglia tempo di interruzione della corrente di guasto -t Fx - (a
cui corrisponde -U VTpx -) e per qualsivoglia resistività del terreno -ρ x - mediante la relazione:
ett
oi
I RSmax = U VTp x / (R ES 100 * U VTpmax * ρ x / 100)
dove:
R ES100
è il valore della resistenza di terra con suolo avente ρ = 100 Ω m (terza colonna
U VTpmax
è il valore, espresso in p. u., della massima tensione di contatto che caratterizza il
della Tab I)
Pr
og
dispersore (quarta colonna della Tabella I)
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
104
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
5m
0,5 m
0,5 m
5m
Profondità
5m
hie
sta
Profondità
5m
3m
b) dispersore come a) con due picchetti sulla diagonale
a) dispersore senza picchetti
3m
5m
0,5 m
0,5 m
5m
3m
3m
nc
Profondità
Profondità
5m
5m
3m
c) dispersore come a) con quattro picchetti ai vertici
ni
3m
d) dispersore come a) con quatto sbracci ai vertici
6m
5m
3m
0,5 m
5m
Profondità
3m
ett
oi
Profondità
0,5 m
5m
e) dispersore come d) con sbracci non complanari al quadrato
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
6m
5m
6m
f) dispersore come e) con sbracci di 6 m
105
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
3m
5m
Profondità
3m
1,6 m
1,6 m
hie
sta
Profondità
0,5 m
0,5 m
5m
6m
6m
5m
5m
1,6 m
1,6 m
h) dispersore come g) con sbracci da 6 m
g) dispersore come e) con picchetti al vertice di ciascuno sbraccio
3m
5m
3m
3m
Profondità
3m
nc
0,5 m
Profondità
3m
0,5 m
5m
ett
oi
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
6m
5m
6m
l) dispersore come g) con picchetti da 6 m
ni
i) dispersore come g) con picchetti da 3 m
3m
106
5m
pu
bb
l
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale
può subire modifiche, anche sostanziali
3m
5m
3m
hie
sta
Profondità
0,5 m
5m
9m
9m
m) dispersore come g) con picchetti da 9 m
ett
oi
ni
nc
Figura B.3 – Dispersori semplici con o senza sbracci e picchetti
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
107
Allegato C
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- Tabella 1 e relative note della Norma CEI EN 50522 C.1
Valori di corrente da utilizzare per la progettazione di impianti di terra
Tabella 1
Modo di messa a terra del
neutro del sistema di alta
tensione
Con riferimento
alle
sollecitazioni
1)
termiche
Disper
sore
-
Sistemi con neutro isolato
Stazioni elettriche con
bobine di soppressione
d’arco
Condutto
re di
terra
6)
I”kEE
9)
IE = r
hie
sta
Impianti
con
messa
a terra
risonant
e
Con riferimento alla
tensione totale di
terra ed alle tensioni
di contatto
-
6)
I”kEE
3)
In stazioni elettriche nelle
quali il neutro è messo a
terra temporaneamente
terra
tempor
anea
del
neutro
con
bassa
impede
nza
In
tutte
le
altre
stazi
oni
elett
riche
I”k1
4)
ni
con bobine di
soppressione
d’arco
I”k1
4)
I”k1
2
L + I RES
2)
IE = r IRES
8)
IE = r
-
2
I
I”k1
nc
Impianti
con
messa
a terra
risonant
ee
messa
a
7)
9)
Stazioni elettriche senza
bobine di soppressione
d’arco
Impianti con messa a terra del neutro
con bassa impedenza
IE = r Ic
6)
I”kEE
I
IE
5)
IE
5)
2
2
L + I RES
2)
3)
____________________
_____
oi
___________
______
senza bobine
di
soppressione
d’arco
IE = r IRES
og
ett
1) Si devono prendere in considerazione le sezioni minime dell’Allegato A normativo.
2) Solo per impianti ben compensati. Si deve considerare inoltre la componente reattiva della corrente residua
per sistemi considerevolmente fuori risonanza.
3) Le correnti nominali delle bobine di estinzione d’arco devono essere prese in considerazione anche quando
si progettano i loro conduttori di messa a terra.
4) Se sono possibili molti percorsi di corrente, per la progettazione del sistema dei dispersori si può
considerare la distribuzione risultante della corrente.
5) Nessuna formula generale disponibile (vedere per esempio la Figura 2-2).
6) Le sezioni minime dell’Allegato A normativo sono sufficienti.
Pr
7) Se negli impianti locali di alta tensione, per esempio in impianti industriali, è probabile che un guasto verso
terra si protragga per un periodo considerevole, per esempio parecchie ore, si raccomanda di prendere in
considerazione I” kEE .
8) Se I” kEE . è maggiore di I” k1 si deve prendere in considerazione il valore maggiore.
Progetto
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108
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
9) Se il tempo di eliminazione del guasto verso terra è inferiore a 1s, si può usare I C o I Res.
L egenda della T abella 9-1:
Ic Corrente capacitiva del guasto verso terra calcolata o misurata
I RES Corrente residua del guasto verso terra (vedere la Figura 2-3b). Se il valore
esatto non è disponibile, si può assumere che sia il 10% di I C.
I L Somma delle correnti nominali delle bobine di estinzione d’arco in parallelo nella
relativa stazione elettrica.
I”kEE Corrente di doppio guasto verso terra calcolata in accordo con la Norma CEI EN
60909-0 (per I” kEE può essere usato, come valore massimo, l’85% della corrente
iniziale simmetrica di cortocircuito trifase)
I”k1 Corrente iniziale simmetrica di cortocircuito per un cortocircuito linea-terra,
calcolata in accordo con la Norma CEI EN 60909-0.
I E Corrente verso terra (vedere Figura 2.2 )
r Fattore di riduzione (vedere Allegato J)
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Se le linee ed i cavi uscenti dalla stazione elettrica hanno diversi fattori di riduzione, si
deve determinare la relativa corrente (in accordo con l’Allegato N).
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
109
Allegato D
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- (Allegato D della CEI EN 50522) (normativo) - Calcolo della corrente nominale dei conduttori di terra e dei
dispersori -
In caso di correnti di guasto che vengano interrotte in meno di 5 s, la sezione del conduttore
di terra o del dispersore deve essere calcolata con la seguente formula D.1 (vedere
IEC 60949:1988):
A
=
I
t
K
+β
In
Θi + β
f
(D.1)
Θf
Dove:
è la sezione in mm².
I
è la corrente del conduttore in ampere (valore efficace).
tf
è la durata in secondi della corrente di guasto.
K
è una costante che dipende dal materiale del componente percorso dalla
corrente; la Tabella D.1 indica i valori per i materiali più comuni assumendo una
temperatura iniziale di 20 °C.
ß
è il reciproco del coefficiente di temperatura della resistenza del componente
percorso dalla corrente a 0 °C (vedere la Tabella D.1).
Θi
è la temperatura iniziale in gradi Celsius. I valori possono essere rilevati dalla
IEC 60287-3-1. Se nelle tabelle nazionali non è indicato alcun valore, si
dovrebbe adottare, come temperatura del terreno alla profondità di 1 m, quello
di 20 °C.
Θf
è la temperatura finale in gradi Celsius.
nc
hie
sta
A
Tabella D.1 – Costanti dei materiali
Materiale
ni
Rame
Alluminio
Acciaio
β in °C
K in
234,5
228
202
A ⋅ s / mm 2
226
148
78
oi
In condizioni ordinarie dove il conduttore di terra è in aria ed il dispersore è nel terreno, il
valore della densità della corrente di cortocircuito G (= I / A) può essere rilevata dalla
Figura D.1 con temperature iniziali di 20 ° C e temperature finali fino a 300 ° C.
Pr
og
ett
Per correnti di guasto che fluiscono per un periodo più lungo (come in impianti con neutro
isolato o con messa a terra risonante) le correnti ammissibili sono riportate nella Figura D.2.
Se si sceglie una temperatura finale diversa da 300 ° C (vedere le Figure D.2a e D.2b,
linee 1, 2 e 4), la corrente può essere calcolata con un fattore scelto nella Tabella D.2. Ad
esempio, temperature finali minori sono raccomandate per conduttori isolati e conduttori
immersi nel calcestruzzo.
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Tabella D.2 - Fattori di conversione per correnti permanenti dalla temperatura finale
di 300 °C ad un’altra temperautra finale
Fattore di conversione
400
350
300
250
200
150
100
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
ni
nc
hie
sta
Temperatura finale
°C
Le linee 1, 3 e 4 si riferiscono ad una temperatura finale di 300 °C, la linea 2 a
oi
quella di 150 °C.
Rame, nudo o con rivestimento di zinco
2
Rame, rivestito di stagno o con guaina di piombo
3
Alluminio, solo per conduttori di terra
4
Acciaio zincato
og
ett
1
Pr
Figura D.1 – Densità della corrente G di cortocircuito per conduttori di terra in aria e
per dispersori in funzione della durata della corrente di guasto t f
Progetto
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111
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Le linee 1, 2 e 4 si riferiscono ad una temperatura finale di 300 °C, la linea 3 a quella
di 150 °C. La Tabella D.2 contiene fattori per la conversione ad altre temperature
finali.
2
3
4
Rame, nudo o con rivestimento di zinco
ni
1
Alluminio
Rame, con rivestimento in stagno o con guaina di piombo
Acciaio zincato
Pr
og
ett
oi
a) Corrente permanente I D per conduttori di terra con sezione circolare (A)
Progetto
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hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Le linee 1, 2 e 4 si riferiscono ad una temperatura finale di 300 °C, la linea 3 a quella
di 150 °C. La Tabella D.2 contiene fattori per la conversione ad altre temperature
finali.
1
Rame, nudo o con rivestimento di zinco
2
Alluminio
3
Rame, con rivestimento in stagno o con guaina di piombo
4
Acciaio zincato
nc
b) Corrente permanente I D per conduttori di terra con sezione rettangolare rispetto
al prodotto della sezione trasversale per la sezione circolare (A * s)
Pr
og
ett
oi
ni
Figura D.2 – Corrente permanente I D per conduttori di terra
Progetto
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113
Allegato E
- Misure in campo E.1
Premessa
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Scopo delle misure è accertare l'affidabilità dell'impianto di terra con particolare riguardo:
•
alla fedeltà al progetto;
•
alla sicurezza delle persone;
•
alla resistenza meccanica ed alla corrosione (anche in termini di verifica dell'integrità della
maglia);
•
al buon funzionamento dei componenti elettrici (in termini di un corretto dimensionamento
elettrico e termico).
hie
sta
L'integrità della maglia di terra viene confermata con esami a vista, le misure di potenziale, la
misura della resistenza totale di terra e la prova di continuità elettrica: nel caso, la maglia va
ispezionata con scavi in punti scelti.
Per quanto attiene alle misure della resistenza di terra di dispersori di piccole dimensioni
(dove l’impianto utilizzatore è alimentato da cabina MT/BT) può essere adottato il metodo
della caduta di tensione descritto nella Guida CEI 64-14. Molte delle cause che possono
essere fonti di errore, quando si utilizzi il metodo suddetto, sono individuate nella Guida
CEI 0-11 ed in particolare nell’art.B1.
Nel presente Allegato, i metodi di misura descritti, sono afferenti ad impianti di terra
particolari, come ad esempio quelli molto estesi, sia MT che AT, o impianti MT con più cabine
collocate a grande distanza tra loro e con situazioni del suolo tra loro molto diverse dove è
necessario che le misure in campo corrispondano il più possibile ai valori veri della resistenza
di terra dei relativi dispersori: ciò per evitare di eseguire opere di ampliamento degli stessi
alquanto dispendiose ancorché non necessarie.
nc
Indipendentemente dal metodo utilizzato è conveniente, per misurare la tensione totale di
terra, prendere come riferimento non lo stesso punto della maglia di terra dove si esegue
l’iniezione della corrente, ma un altro punto vicino al precedente evitando così di includere
nella misura anche la resistenza di contatto.
E.2
ni
Si noti, inoltre, che le tecniche di misura del presente Allegato richiedono particolari situazioni
ambientali tipiche di impianti generalmente non presenti in aree urbane.
Misura della resistività del terreno
oi
Tra i diversi metodi di misura della resistività del terreno ρ si ricorda quello dei quattro
picchetti illustrato nella Figura E.1. Con questo metodo può essere determinata la resistività
del terreno ρ a diverse profondità dello stesso, variando la distanza “a” tra i picchetti disposti
per la misura.
og
ett
La resistività, nel caso di picchetti aventi analoga interdistanza, è data dalla relazione:
ρ=2πaR
dove R è la resistenza misurata all’ohmmetro e a è la distanza tra i picchetti.
In questa relazione la resistività ρ è quella degli strati del terreno fino alla profondità “a”.
Nei casi in cui non si disponga di informazioni relative agli strati profondi del terreno, se
possibile, è utile estendere la distanza “a” tra i picchetti fino alla dimensione almeno pari al
diametro equivalente del dispersore in progetto.
Pr
Poiché per impianti molto estesi, dell’ordine dei centinaia di metri, ciò potrebbe risultare
particolarmente ostico, si possono adottare interdistanze minori, ma solo dopo aver valutato
l’andamento della resistività in funzione della profondità e quindi elaborare considerazioni
specifiche in fase progettuale.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
114
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
hie
sta
Figura E.1 - Schema del circuito usato per la misura della resistività del terreno
Questa misura è considerata sufficientemente approssimata nella maggior parte dei casi,
tuttavia, quando si debbano progettare dispersori di grande estensione, quali sono in genere
quelli per stazioni elettriche o impianti utilizzatori connessi a sistemi ad alta tensione, è
opportuno che tale misura sia approfondita per tener conto della non omogeneità del suolo.
Scelta l’area in cui verrà installato il dispersore, conviene eseguire numerosi sondaggi elettrici
sia orizzontali che verticali per poter posizionare le sonde in modo da simulare una profondità
almeno pari alla massima diagonale del dispersore in esame, ad esempio utilizzando il
metodo dei quattro picchetti nelle due disposizioni di Wenner e di Schlumberger
opportunamente integrate.
nc
Si ricorda che nel caso di utilizzo di uno strumento misuratore a quattro morsetti (ohmmetro),
al fine di ridurre le resistenze dei circuiti di prova e di quella delle sonde, può essere
opportuno inumidire la zona di infissione.
ni
Superate certe distanze, la prestazione strumentale generalmente non è sufficiente a
generare segnali di tensione che possano essere acquisiti con affidabilità dallo strumento;
diviene pertanto necessario disporre di adatti generatori in corrente alternata,
milliamperometri e voltmetri ad alta impedenza (≥ 10 MΩ).
Si consiglia di tenere i conduttori amperometrici e voltmetrici il più distante possibile tra loro.
oi
Nel caso di stendimenti di modesta estensione, la profondità di infissione delle sonde non
supera 1/20 della loro reciproca distanza, per evitare reciproche interferenze e deformazioni
del campo elettrico al suolo.
og
ett
I risultati di tali misure vengono poi accuratamente interpretati con l’ausilio di abachi (presenti
in qualsiasi testo di geofisica di livello universitario) che riportano le diverse resistività del
suolo in relazione alle tipologie del terreno al fine di individuare la resistività equivalente che
il progettista potrà utilizzare per determinare le caratteristiche del dispersore.
Nel caso di dispersori estesi, si raccomanda di eseguire numerosi sondaggi in punti diversi
dell’area interessata. Ciò allo scopo di evidenziare eventuali disomogeneità della resistività
del terreno.
Dove si evidenzino variazioni di resistività, è molto utile ruotare di 90° il quadripolo di misura
e ripetere le indagini.
E.3
Presenza di tensioni di disturbo negli impianti di terra
Pr
Come dimostra l’esperienza secolare di misure, sugli impianti di terra, si manifestano delle
tensioni di disturbo sia in alternata e sia in continua che, se non debitamente sceverate,
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
possono indurre errori sistematici e significativi nelle letture strumentali, talvolta di entità così
alta da invalidare i riscontri.
I suddetti disturbi, che sono variabili nel tempo, sono generati da una miriade di sorgenti e
fenomeni, i più ricorrenti dei quali sono:
Ripetuta messa a terra del conduttore di neutro in bassa tensione, da parte dei
Distributori, in modalità simili al “PEN”: la corrente di utilizzo delle utenze diviene in
parte corrente “dispersa” e va quindi ad interessare terreno ed altri impianti sul
percorso di ritorno; idem per impianti eserciti con sistema TN-C.
-
Correnti alternate circolanti sugli schermi dei conduttori MT e/o AT interrati che
inducono, nel suolo e nei materiali ferromagnetici paralleli, correnti che si richiudono
alle loro estremità, tramite impianti di messa a terra.
-
Nei conduttori PE stesi parallelamente accanto ai conduttori attivi: questo
accoppiamento è particolarmente intenso nelle polifore, nei canali portacavo e nei
cunicoli, ossia in tutte le casistiche di forte vicinanza.
-
Correnti disperse a terra da SPD, dagli isolamenti dei conduttori attivi e dai
condensatori.
-
Correnti indotte a terra dai conduttori nudi di linee aeree, che sono da un punto di
vista geometrico asimmetrici e lontani tra loro: oltretutto queste correnti percorrono
anche le funi di guardia e quindi i sottostanti tralicci ed il terreno tra di loro frapposto.
-
Correnti condotte a terra dai “filtri” di apparecchiature elettroniche ed in generale da
grossi centri di calcolo, UPS, inverter e convertitori statici di frequenza.
-
Correnti “vaganti” prodotte dai circuiti di ritorno di linee di trazione elettrica,
metropolitane, tranviarie che non sono mai solo continue, ma anche “livellate” ossia
con componenti alternate ricche di armoniche.
-
Idem dicasi per il sistema elettrico delle linee TAV a 25 kV, dove il terreno si pone in
parallelo alle conduttanze intenzionali e metalliche di ritorno alle SSE.
-
Interferenze elettromagnetiche nella più vasta accezione, generate da tutti i circuiti in
corrente alternata, trasformatori (isolati in aria o in resina ancor di più), reattanze,
forni ad arco, forni ad induzione.
-
Messa a terra dei centro stella dei trasformatori elevatori nelle Centrali di produzione
elettrica, che dato l’inevitabile squilibrio delle correnti trifasi, danno luogo a risultanti
che percorrono il terreno.
-
Segnalamento ferroviario e circuiti di binario, che funzionano con le più disparate
frequenze e tensioni d’esercizio.
-
Impianti di protezione catodica con drenaggi forzati in corrente continua, impianti
galvanici.
-
Impianti che utilizzano il terreno come conduttore di ritorno (ad esempio per
connessioni marittime isolane o intercontinentali).
-
Per l’eliminazione degli errori indotti, si applicano i metodi descritti nel seguito, tratti
dalla letteratura specialistica e suffragati da una lunghissima esperienza applicativa in
campo.
oi
ni
nc
hie
sta
-
og
ett
Si evidenzia che generalmente un disturbo pari al 20% del valore del segnale U di lettura,
permette di evitare la depurazione vettoriale; tuttavia siccome il disturbo varia da punto a
punto e nel tempo, si ha che la sua acquisizione diviene in pratica, sempre obbligatoria.
E.4
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 riguarda dunque tutti i collegamenti equipotenziali e tutti i conduttori di
terra delle sezioni AT e MT.
Pr
La prova di continuità (continuità elettrica di tutti i collegamenti equipotenziali e di tutti i
conduttori di terra) va sempre eseguita, e per prima, sia all'attivazione che durante la verifica
periodica: massiva e senza campionamento.
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Nelle cabine non ancora in servizio la prova di continuità viene preceduta da un accurato
controllo a vista dello stato dei conduttori e dei giunti, con particolare attenzione alle eventuali
corrosioni; nel caso invece dei controlli periodici, la verifica a vista viene eseguita in
contemporanea.
La prova consiste nell'accertare la continuità dei conduttori di terra (e di tutte le parti
metalliche accessibili) e non deve dare alcun valore di resistenza particolare, peraltro
comunque significativo.
È opportuno utilizzare una sorgente in grado di erogare una corrente di 10 A in corrente
alternata o continua, con tensione a vuoto minore od uguale a 25 V.
Non dovendo misurare alcuna resistenza viene utilizzato il metodo di misura a due fili
collegando il primo ad un nodo ed il secondo alla massa da verificare.
E.5
Misura di resistenza di terra e di impedenza di terra
Il metodo più comunemente adottato è quello Voltamperometrico che viene realizzato
secondo due criteri applicativi che utilizzano strumentazione diversa.
hie
sta
Limitatamente alle linee AT è disponibile il metodo della misura ad alta frequenza della
resistenza di terra dei singoli sostegni.
Nel seguito tre esempi di metodi di misura e tipo di strumenti adatti:
E.5.1
Metodo della caduta di tensione
nc
Questo metodo utilizza un misuratore della resistenza di terra ed è adottato per il rilievo della
resistenza totale di terra di elettrodi di modeste dimensioni (es. singolo picchetto o
combinazione di picchetti, dispersori per tralicci di linee aeree, dispersori per piccoli impianti
in MT o BT quali cabine elettriche, impianti con superficie sino a 20.000 m 2 , pozzi artesiani,
centraline idroelettriche fino a 5 MVA). Si raccomanda che la frequenza di alimentazione del
circuito di misura non superi i 150 Hz: date le caratteristiche di reattanza induttiva o
capacitiva degli impianti che ne variano la lettura, a priori non valutabile, è preferibile
utilizzare strumenti che eroghino correnti di prova a più frequenze, per valutare l’influenza di
cui sopra, e che permettano di eseguire la media delle letture in automatico.
A questo proposito si precisa che:
gli impianti di terra non sempre hanno solo componente resistiva, ma specialmente in
quelli di medie ed ampie dimensioni, la componente reattiva non è trascurabile. Più
aumenta, pertanto, la frequenza della corrente di prova iniettata sul dispersore in prova,
più il valore letto dallo strumento si discosta da quello effettivo a 50 Hz: ciò non dovrebbe
essere accettato in quanto inutilmente restrittivo (es. far concludere di rilevare le tensioni
di passo e di contatto, di inserire "traslatori telefonici" sulle linee di telecomunicazione
entranti, ecc.);
•
a causa delle variazioni nel tempo delle tensioni di disturbo quasi sempre presenti tra
l'impianto in esame e le sonde, la misura deve essere ripetuta più volte: strumenti che
effettuano da soli la media delle misure rendono meno incerta la definizione del valore da
utilizzare.
og
ett
oi
ni
•
Pr
La configurazione da adottare prevede il posizionamento della sonda di tensione e
dell’elettrodo ausiliario di corrente lungo direttrici geometriche diverse, preferibilmente in
opposizione tra loro rispetto all’impianto da provare, come in Figura E.2.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
117
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Srumento di misura
pu
bb
lic
a
a) Vista planimetrica del circuito di misura della
R E con le sonde disposte in opposizione
Ω
I1
V1
V2
I2
4xD
Nodo Collettore
Sonda ausiliaria
amperometrica
Sonda ausiliaria
voltmetrica
hie
sta
Dispersore in prova
D
Diametro del cerchio di area equivalente
a quella del dispersore in prova
b) Vista planimetrica del circuito di misura della
R E con le sonde disposte a triangolo
Sonda ausiliaria
amperometrica
Ω
nc
4xD
Srumento di misura
I1
V2
I2
Nodo Collettore
ni
Angolo tra le sonde
V1
og
ett
oi
Sonda ausiliaria
voltmetrica
Dispersore in prova
D
Diametro del cerchio di area equivalente
a quella del dispersore in prova
Pr
Figura E.2 - Posizionamento della sonda di tensione e dell’elettrodo ausiliario di
corrente lungo direttrici geometriche diverse
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
118
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Questa disposizione permette di renderle più indipendenti tra loro; in tal modo, inoltre, viene
eliminato il problema del mutuo accoppiamento elettromagnetico dei conduttori di prova
causato dal loro parallelismo e capace di introdurre notevoli errori nelle letture.
Si deve accertare che la resistenza delle sonde rimanga nel campo previsto dal costruttore
dello strumento e che le connessioni siano effettivamente continue (eseguendo una prova di
continuità sul circuito di misura allestito).
Si registrano, inoltre, con voltmetro avente elevata impedenza di ingresso, le tensioni
alternate e continue applicate a cavallo dei morsetti dello strumento, sempre al fine di
verificare che esso lavori nel campo nominale stabilito dal costruttore.
Si collega lo strumento nelle zone dove può avvenire il guasto a terra (in cabina MT): non si
dovrebbero ritenere accettabili altri punti che, a causa delle resistenze trasversali e della
differente ripartizione della corrente di prova, porterebbero a risultati di variabilità
incontrollata.
La distanza della sonda di corrente dall’impianto in prova è indicativamente pari almeno a 4
volte il diametro del cerchio di area equivalente all’impianto stesso 7.
hie
sta
La sonda di tensione deve essere ripetutamente allontanata dall’impianto in prova, allo scopo
di misurare valori di resistenza di terra R E , che tendano a stabilizzarsi con l’aumentare della
distanza. Più precisamente, le variazioni dei valori letti si accentuano in prossimità
dell’impianto a causa della maggiore ripidità del gradiente di tensione, mentre a grandi
distanze, esse si attestano su valori asintotici, come meglio raffigurato nell’esempio di
Figura E.3 e Tabella E.3 (caso reale di impianto con dispersore di forma quadrilatera con
diagonale di circa 50 m).
Si ritengono accettabili variazioni di lettura modeste, ad es. non superiori al 4% ogni 100 m di
spostamento della sonda di tensione, oppure, per impianti di piccole dimensioni, al 1% ogni
25 m di spostamento.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Al raggiungimento delle letture da ritenere accettabili, lo scambio tra loro delle sonde
amperometrica e voltmetrica non dà luogo a variazioni di lettura; si raccomanda di adottare
questo artificio per valutare se le sonde e l'impianto di terra non interferiscano tra loro.
7
———————
Le distanze minime di 40 m, ammesse dalla CEI EN 50522 si riferiscono a dispersori elementari singoli.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
119
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura E.3
Tabella E.3
(Ohm)
Distanza sonda Variazione % della
resistenza letta
voltmetrica dal
bordo impianto
di terra
(% ogni X metri)
(m)
0,76
0,89
Accettabilità
della variazione
di lettura
(m)
14
NO
14,4
30
NO
6,4
50
NO
4,0
100
SI
1,1
100
SI
0,6
100
SI
0,9
100
SI
50
100
0,99
200
1,00
300
og
ett
20,3
20
oi
0,95
Incremento
della distanza
6
ni
0,60
nc
Lettura
strumento R E
1,00
400
1,01
500
E’ il caso di ricordare che il valore esatto della resistenza di terra si può acquisire solamente
con entrambe le sonde poste a grandi distanze: questo metodo, perciò, porta ad attribuire un
valore di R E leggermente più basso dell’impianto in prova rispetto a quello reale.
Pr
In ambito urbano, quando possibile, si consiglia di aumentare le distanze di cui si parla:
l’estensione dell’impianto in esame, infatti, potrebbe essere aumentata dal non prevedibile
parallelo con altri impianti di terra o con conduttori di terra limitrofi.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
120
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
pu
bb
lic
a
Sono sempre consigliabili allontanamenti maggiori dei minimi ritenuti adeguati in prima
istanza: potrebbe accadere, infatti, che la presenza di masse conduttrici interrate, interferenti
con l’impianto di terra in esame oppure la connessione diretta a dispersori di altri impianti,
possa modificare l’andamento del gradiente di tensione, come nell’esempio di Figura E.4 e
Tabella E.4 (caso reale di impianto con dispersore di forma complessa avente diagonale di
circa 200 m) in cui viene evidenziato come non sia sufficiente fermarsi con la sonda di
tensione alla distanza 75 m, (ove sono state fatte due letture con variazione minore del 1,1%
ogni 25 m di spostamento), ma occorre proseguire oltre 400 m per raggiungere una buona
precisione di misura.
Progetto
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121
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura E.4
Tabella E.4
(Ohm)
distanza sonda variazione % della
voltmetrica dal
resistenza letta
bordo impianto
di terra
(m)
(% ogni X metri)
0,153
0,201
Accettabilità
della variazione
di lettura
(m)
23,9
23
NO
23,6
25
NO
1,1
25
SI
3,3
25
NO
26,3
50
NO
6,3
50
NO
10,2
100
NO
18,0
100
NO
2,0
100
SI
0,4
100
SI
2,1
100
SI
1,2
100
SI
50
75
0,275
100
0,373
150
oi
0,266
0,398
200
0,443
300
0,540
400
0,551
500
0,553
600
0,565
700
0,572
800
og
ett
Pr
incremento
della distanza
25
ni
0,263
2
nc
Lettura
strumento RE
Progetto
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122
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Le connessioni tra strumento di misura ed elettrodo di prova si realizzano con due conduttori,
uno voltmetrico e uno amperometrico, affinché le resistenze di contatto non si sommino al
valore proprio di R E e non vi si aggiunga la resistenza del conduttore amperometrico; ciò è
particolarmente importante per impianti che presentano resistenze di terra contenute, ossia di
decimi o centesimi di ohm .
ni
nc
hie
sta
Un altro metodo, ossia quello che prevede sonde di corrente e di tensione allineate lungo la
medesima direttrice e nella stessa direzione, come da Figura E.5, mira al raggiungimento del
punto di flesso, inteso come zona del terreno ove lo stesso non è perturbato dall’area di
influenza né dell’impianto di terra né della sonda di corrente.
Figura E.5 – Strumento di misura
la succitata disposizione circuitale porta ad attribuire valori più elevati di quelli
reali, legati alla lunghezza del tratto di parallelismo dei due conduttori e quindi
della loro mutua induzione, circolando nel circuito una corrente alternata: più è
lungo il tragitto comune e maggiore la loro vicinanza, tanto maggiore è l’errore in
eccesso che si commette;
Pr
og
ett
-
oi
I principali ostacoli che s’incontrano per individuare esattamente il punto di flesso sono i
seguenti:
-
se la ricerca del flesso viene eseguita su impianti di terra alquanto estesi, non è
affatto agevole trovare la disposizione delle sonde di Figura E.5 che conduce
all’individuazione del flesso.
-
Si consideri, infatti, la retta, condotta sulla superficie del terreno, congiungente il
dispersore in esame e la sonda di corrente. Detta congiungente è la zona del
terreno attraversata dalla massima corrente di prova erogata dallo strumento.
-
Il terreno, peraltro, presenta una resistività sempre diversa da zero e quindi
consideriamone la caduta di tensione dovuta al passaggio della corrente di prova
che si somma vettorialmente a quella presente sui conduttori di prova paralleli tra
loro. È evidente che a seconda della direzione della congiungente scelta, ovvero
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
della disposizione sul terreno della sonda di corrente, si otterranno somme
vettoriali diverse e quindi valori misurati diversi. Pertanto, la decisione di quale di
dette misure sia quella più attendibile risulta piuttosto difficile;
-
in ambito urbano, ma non solo, le deformazioni del campo elettrico presente
nell’area di misura possono generare ripetuti “flessi” di difficile interpretazione
(vedere Figura E.4 e Tabella E.4); perturbazioni importanti sono introdotte da
schermi dei cavi MT, conduttori di ritorno nudi e interrati, recinzioni metalliche,
impianti di illuminazione pubblica e semaforica, tubazioni idriche, antincendio,
impianti di terra interconnessi, sistemi di protezione catodica, cunicoli e polifore
cavi, rotaie, fondamenta e massicciate, messa a terra neutro del DOS della rete
pubblica.
-
Ricorrere al "valore medio" delle letture, peraltro, non può essere d’aiuto per
l’impossibilità di poter stabilire a priori quale "range" dei valori misurati in campo
debba essere utilizzato nel calcolo di verifica.
Concludendo, il metodo del “punto di flesso” non permette una sufficiente attendibilità dei
risultati, è legato alla interpretazione dell’operatore ed è vincolato a molteplici cause di errore,
di aleatoria quantificazione.
Metodo della misura ad alta frequenza.
hie
sta
E.5.2
Questo metodo utilizza un generatore ad alta frequenza e permette la misura della resistenza
di terra di un singolo sostegno senza che la fune di guardia venga scollegata. La frequenza
della corrente di misura deve essere tanto elevata che la catena di impedenze, costituita dalla
fune di guardia e dai sostegni vicini, aumenti fino a costituire un’impedenza in parallelo
elevata rispetto alla resistenza di terra del singolo sostegno e costituisca quindi una
derivazione verso terra trascurabile per la corrente di misura.
E.5.3
Metodo di iniezione di corrente di valore elevato (classico voltamperometrico).
Questo metodo utilizza un generatore a frequenza di rete ed è particolarmente usato per la
misura dell’impedenza totale di terra di dispersori aventi dimensione estesa.
nc
Esso consiste nell’applicazione di una tensione alternata, alla frequenza di rete, tra il
dispersore in esame ed un altro elettrodo ausiliario di corrente allo scopo di fare circolare una
corrente di prova I M nel dispersore in esame. Tale corrente produce un incremento del
potenziale del dispersore in prova che può essere rilevato mediante l'utilizzo di un voltmetro
TRMS ad alta impedenza di ingresso e con blocco di correnti continue.
ni
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.
Pr
og
ett
oi
L'andamento dei potenziali nel terreno corrisponde alla distribuzione delle resistenze
elementari.
Progetto
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124
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura E.6 - Curva della distribuzione delle resistenze elementari
Nel caso di utenze aventi più cabine, tra di loro distanti (ad esempio poste sui lati opposti di
uno stabilimento) e comunque fuori dalla rete di terra magliata, si consiglia di eseguire la
misura per ciascuna cabina. L’esecuzione della misura deve essere fatta nelle normali
condizioni operative dell’impianto, cioè lasciando collegate eventualmente le funi di guardia
delle linee o gli schermi dei cavi normalmente collegati.
nc
Questa impedenza di terra tiene conto quindi dei vari fattori di riduzione “ r ” offerti dai
conduttori di ritorno e di quelli collegati alla rete di terra che, essendo in parallelo,
contribuiscono alla diminuzione della suddetta impedenza.
Il valore dell’impedenza totale di terra è dato dalla relazione:
dove:
ni
ZE =
UEM
IM
IM
oi
U EM = tensione misurata tra il dispersore in prova e la sonda di tensione posta in area a
potenziale nullo (terra lontana) in volt;
= corrente iniettata nella rete di terra in ampere;
Pr
og
ett
NOTA - 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 R E
Progetto
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125
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
hie
sta
L egenda
IM
Corrente di prova (generalmente si determina solo il modulo della tensione e della corrente)
I EM
Corrente di terra durante le misure (in questo caso non misurabile direttamente)
R ES
Resistenza di terra del dispersore a maglie
R ET
Resistenza di terra del sostegno
U EM
Tensione di terra durante le misure
UT
Tensione di contatto durante le misure
Figura E.7 – Esempi di determinazione dell’impedenza di terra con il metodo di
iniezione di corrente di valore elevato
nc
Dal punto di vista pratico, il principale problema che si presenta in queste misure è
sostanzialmente quello legato alla distanza di posa dell’elettrodo ausiliario di corrente e della
sonda di tensione.
ni
Le distanze dell’elettrodo di corrente e della sonda di tensione, dipendono dalle dimensioni
del dispersore soggetto alla verifica.
oi
La Norma CEI EN 50522 suggerisce, per l’elettrodo ausiliario di corrente, una distanza pari ad
almeno 4 volte la dimensione massima del dispersore in esame: il che vuol dire che per
impianti di dimensioni ragguardevoli (grandi stabilimenti industriali) tale distanza può arrivare
a qualche chilometro. Pertanto, per questo collegamento è particolarmente utile ricorrere alle
linee in alta o media tensione fuori servizio. L’elettrodo ausiliario di corrente è costituito dal
dispersore della stazione di partenza di tale linea.
Pr
og
ett
Se esiste la fune di guardia sulla linea utilizzata come conduttore amperometrico, ed è
connessa a terra ad entrambe le estremità, questa introduce un errore, in quanto la corrente
di prova I M induce sulla fune una corrente di verso contrario, che chiameremo I’ M la quale
deve sottrarsi alla prima per poter determinare l’effettiva corrente di prova che viene dispersa
dall’impianto di terra.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
126
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura E.8 - Corrente dispersa dalla fune di guardia
hie
sta
L'azione disperdente dei tralicci AT si manifesta sui primi sostegni della linea (quelli per cui
vengono eseguite le misure di contatto e passo) e si può ritenere praticamente esaurita entro
alcuni chilometri di distanza dalla cabina sede del guasto.
La fune di guardia dei tralicci della linea AT utilizzata quale sonda amperometrica può
interferire con la misura: per linee corte e con la fune di guardia collegata da ambo i lati si
può avere una riduzione del contributo alla dispersione della corrente di guasto, questo è
comunque a favore della sicurezza.
nc
Se invece si utilizza una linea in cavo, il coefficiente di riduzione r è talmente elevato da
introdurre un errore inaccettabile: in pratica avviene che la maggior parte della I M ritorna
attraverso gli schermi del cavo, generando un valore della tensione di terra più contenuto,
ossia a svantaggio della sicurezza. In tal caso si deve sconnettere, ad una estremità, la
guaina del cavo.
L’impedenza di terra Z E , in tal caso, corrisponderà alla resistenza di terra R E .
ni
Nel caso di cabine AT o MT alimentate con un solo cavo, avente guaina utilizzata quale
conduttore di ritorno, l’uso del cavo stesso, come conduttore del circuito amperometrico,
diviene problematico e comunque fortemente sconsigliabile a causa dell’indeterminatezza dei
risultati: la corrente di guasto reale viene ripartita sulle conduttanze in modo diverso da quello
che si realizza con l’assetto del circuito di prova allestito.
oi
Nei casi in cui non sia possibile l’utilizzo di linee esterne, si deve provvedere alla posa
temporanea di un cavo unipolare di sezione adeguata, steso per la lunghezza necessaria e
facente capo ad un dispersore realizzato con più picchetti in parallelo per consentire la
circolazione della corrente iniettata per la prova.
og
ett
Quando risulti 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 8 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 sull’asse A-B e nullo sui bordi
del suddetto settore.
Pr
———————
8 U.Grasselli, G.Parise: "Misura delle tensioni di contatto e di passo con sonda ausiliaria a distanza ridotta" - Energia Elettrica,
Nov. '93
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
127
Figura E.9
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
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, si possono
allora infiggere tre dispersori ausiliari B1, B2, B3 posti a distanza ravvicinata, disposti a 120°
tra loro.
hie
sta
L’apparecchiatura di prova deve essere dotata di tutti gli accorgimenti atti a garantire una
misura in condizioni di sicurezza, ad esempio relè di minima corrente o relè a massima
impedenza del circuito, per evitare che un’accidentale rottura del cavo amperometrico
determini un rischio improprio per l’operatore.
Anche nel caso dell'impianto di terra della Cabina MT utilizzato come dispersore ausiliario, si
deve controllare che le tensioni di contatto, in fase di prova, siano entro i limiti ammessi,
oppure interdire l’accesso all’area pericolosa.
nc
Infatti, ad esempio, abbiamo che la situazione di contatto con una parte metallica collegata a
terra, quale la porta o una griglia di aerazione della Cabina MT, è simile a quella del contatto
diretto con parti accessibili in tensione in condizioni ordinarie, anche se il tempo di
esposizione al rischio è limitato al tempo necessario per la prova. Questa tensione è il limite
di sicurezza per un contatto diretto 9, poiché l'elettrodo ausiliario è in tensione in condizioni
ordinarie (non occorre un guasto!).
Per quanto possibile è bene non portare fuori dalla maglia alcun potenziale e limitare tempo e
spazio per l'esecuzione della prova vera e propria.
ni
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.).
Pr
og
ett
oi
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.
———————
9 La Norma CEI 64-8 indica tensione a vuoto massima di 25 V se non si adottano precauzioni.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
128
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
-
la sezione del filo è piccola;
-
il tempo di posa è limitato;
-
pu
bb
lic
a
La sonda ausiliaria di tensione pone problemi analoghi a quelli della sonda di corrente, anche
se di minore entità, poiché:
alla sua estremità si collega una semplice sonda, che può essere infissa
agevolmente.
La misura della tensione (U EM ) deve essere effettuata in diversi punti, a distanza in
progressivo aumento a partire dalla periferia del dispersore in prova verso una direzione che
sia diversa da quella della sonda di corrente.
Circa la disposizione circuitale della sonda di tensione, rispetto a quella di corrente, valgono
le medesime considerazioni esposte per l’utilizzo dello strumento misuratore (ohmmetro).
Peraltro, con sonde disposte a 180° o comunque non allineate nella medesima direzione, è
più agevole evitare l’influenza del flusso della corrente: ciò facilità la misura e specialmente la
costruzione ed interpretazione dell’andamento della tensione.
hie
sta
Con i punti così rilevati, si costruisce la curva dell’andamento della tensione, allo scopo di
verificare che i valori misurati del potenziale del terreno possano tendere ad un valore nullo
rispetto a quello del dispersore in prova: si possono ritenere accettabili valori che si
discostano meno del 4% ogni 100 m di allontanamento della sonda di tensione.
La corrente di prova da iniettare nel circuito deve permettere di rilevare valori della tensione
totale di terra di gran lunga superiori a quelli che possono derivare da interferenze o disturbi
normalmente rilevabili nel terreno. Un valore di almeno 50 A in reti con neutro a terra assicura
generalmente le condizioni di un elevato rapporto segnale/disturbo. Ciò non può sempre
essere vero nel caso di installazioni particolarmente disturbate e laddove lo stesso disturbo
sia continuamente variabile nel tempo come ad esempio:
in ambito o nei pressi di impianti di trazione elettrica ferroviaria;
-
in installazioni aventi impianti di tipo TN-C, ossia laddove la corrente di utilizzo
delle utenze attraversi i conduttori PEN e perciò anche la rete di terra;
-
impianti con presenza di forni ad induzione e/o forni ad arco.
nc
-
ni
In questi casi, si raccomanda di aumentare oltre i 50 A il valore della corrente di prova ed
eventualmente e, se necessario, di inserire una batteria di condensatori in serie al generatore
di corrente.
Ciascun rilievo deve essere inoltre depurato dalle tensioni di disturbo, di tipo isofrequenziale
con il segnale impresso, sempre presenti nel terreno.
oi
Si precisa che la depurazione vettoriale (detta anche di Erbacher) è valida solamente nel
caso 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. Se ciò non avviene, è sufficiente ripetere le
tre letture.
og
ett
La Norma CEI EN 50522, all’Allegato informativo L (punto L.4) specifica la relazione da
utilizzare per determinare il reale valore della tensione prodotta dalla corrente impressa,
attraverso il criterio dell’inversione di polarità.
Per ciascun punto di misura, perciò, è necessario il rilevamento di tre valori di tensione:
U d = valore della tensione rilevata in assenza di corrente;
U a = valore della tensione rilevata durante l’iniezione di corrente;
U b = valore della tensione rilevata con corrente invertita di 180°.
Pr
L’applicazione della relazione seguente:
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
129
U=
U a2 + U b2
− U d2
2
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
fornirà il valore reale della tensione prodotta dalla corrente impressa.
Nel caso in cui la differenza vettoriale tra U a ed U b sia maggiore di 2 volte U d è necessario
ripetere le tre letture.
Di norma, se si omette la depurazione deve essere considerato il valore di tensione che renda
il rischio minore ovvero il valore misurato massimo.
Questo è un criterio generale che semplifica la campagna di misura: una volta individuato lo
stato più gravoso si può proseguire con corrente (diretta o inversa) invariata.
Non appena la misura si fa "leggibile" è imperativo provvedere al rilievo completo (normale, a
vuoto, con corrente invertita).
E.6
Rilievo dell'andamento del potenziale sulla superficie del terreno
hie
sta
Il rilievo dell'andamento del potenziale è necessario nel caso si voglia verificare l'integrità
della rete magliata e per avere un'indicazione a riguardo dei potenziali trasferiti fuori maglia:
dall'analisi dei grafici della caduta di tensione lungo le direttrici principali dell'impianto in
prova si possono individuare possibili punti critici riguardo le tensioni di passo e contatto
(vedere Figura E.10).
Nella verifica periodica è vantaggioso e per nulla impegnativo eseguire il rilievo lungo la
direttrice della sonda voltmetrica e sovrapporlo per confronto allo storico.
Durante la verifica di primo impianto (ed in occasione di rifacimenti o modifiche alla rete di
terra) viene eseguito il rilievo completo lungo le principali direttrici così da avere:
in futuro la possibilità di un riscontro in caso insorgessero anomalie
-
nel presente la verifica puntuale dell'estensione ed interezza della maglia.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
-
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
130
V / kA
V / kA
DIREZIONE A
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
locale MT
0
0
10
20
30
40
50
70
salto
cinta
0
80
10
20
30
40
50
60
70
80
Metri
Metri
DIREZIONE C
V / kA
DIREZIONE B
traliccio n°2
0
60
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
V / kA
600
DIREZIONE D
500
hie
sta
600
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0
0
10
20
30
40 50
Metri
60
70
80
0
10
20
30
40 50
Metri
60
70
80
Figura E.10 - Rilievo dell'andamento del potenziale
Misura delle tensioni di passo e di contatto
nc
E.7
La misura delle tensioni di passo e di contatto viene realizzata, anch’essa, mediante il criterio
dell’iniezione di corrente di valore elevato descritto per la misura della Z E (vedi Figura E.11).
oi
ni
I valori delle tensioni di passo e di contatto possono essere misurati mediante un voltmetro
TRMS ad alta impedenza interna; in parallelo al suo ingresso si collega una resistenza di
1 kΩ a simulazione della resistenza del corpo umano. Può essere utile eseguire anche alcune
misure con la resistenza di 1 kΩ disinserita, (tensione indisturbata) allo scopo di valutare la
resistività dello strato superficiale del terreno.
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.
og
ett
È buona regola che il verificatore prenda nota anche dei valori delle tensioni a vuoto con la
resistenza di 1 kΩ disinserita, depurate dei disturbi: ciò costituisce un buon punto su cui
basare la valutazione delle aree potenzialmente critiche o da tenere sotto osservazione, nelle
successive verifiche, oltre a garantire la qualità delle misure eseguite.
È opportuno ricordare, inoltre, che talora si rivelano delle notevoli tensioni di contatto a vuoto
in corrispondenza di parti metalliche a potenziale libero (inferriate e reti in metallo, specie se
ossidate, serramenti, ecc.); la loro natura spesso è di derivazione elettrostatica come si può
facilmente accertare "caricando" la misura con la resistenza in parallelo (simulante le parti
interessate del corpo umano) che conduce al loro pratico annullamento.
Pr
Ammettendo la relazione di proporzionalità, le tensioni misurate si riportano alla massima
corrente di terra che l’impianto è chiamato a disperdere.
Progetto
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131
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
La tensione di contatto deve essere misurata fra la parte metallica sotto esame e due elettrodi
ausiliari connessi in parallelo di superficie unitaria di 200 cm 2 , posti alla distanza di 1 m e
premuti contro il suolo con forza di almeno 250 N ciascuno.
La tensione di passo deve essere misurata tra i due elettrodi ausiliari disposti ad 1 m di
distanza l’uno dall’altro premuti, anch’essi, contro il suolo con forza di almeno 250 N
ciascuno.
Non sono richieste forze maggiori di quelle previste dalle norme, tuttavia forze maggiori di
250 N danno luogo a valori di tensione prudenziali (più elevati).
La misura si fa dopo aver bagnato abbondantemente il suolo: così facendo la misura risentirà
in minima parte delle condizioni climatiche.
In alternativa, sul terreno nudo, possono essere usati picchetti infissi per almeno 20 cm.
Una buona misura è quella ripetibile e non influenzata dalla stagione: la verifica deve valere
per tutte le condizioni normali di esercizio pertanto, anche nei giorni di pioggia e di neve, le
condizioni di sicurezza devono essere soddisfatte puntualmente.
hie
sta
I rilievi si eseguono nelle zone, che per la loro ubicazione, si possono considerare
statisticamente più pericolose.
In misure successive è sufficiente eseguire misure a campione se non si evidenziano
variazioni significative dell'impedenza di terra misurata rispetto allo storico ed anche rispetto
ad altri punti precedentemente analizzati. Si raccomanda che tali misure siano precedute
dalla prova di continuità elettrica di tutti i collegamenti equipotenziali e di tutti i conduttori di
terra.
I punti di prova possono essere determinati con il metodo della reticolazione per le superfici
libere: su una planimetria del sito in esame, si suddivide l’area in zone di forma
quadrangolare in cui si individuano tutti gli elementi che potrebbero determinare un potenziale
pericolo per le persone.
nc
Lo scopo è quello di non dimenticare alcuna delle aree da controllare ai fini della sicurezza
per le persone e nello stesso tempo di individuare le eventuali aree omogenee su cui, qualora
fosse necessario, intervenire con provvedimenti di bonifica dello stesso tipo.
ni
Le misure di contatto vengono normalmente effettuate in corrispondenza delle strutture
metalliche esistenti all'interno dell'area di pertinenza e nell'intorno, con particolare attenzione
alla sezione AT, al bordo maglia, alle masse estranee, ai servizi (acqua, luce, gas e telefono),
all'illuminazione delle aree pubbliche, ai guardrail, alle recinzioni ed ai cancelli, ai tralicci delle
linee AT.
oi
In particolare l’indagine “tipo” delle Cabine AT comprende le apparecchiature nel piazzale
all’aperto, i quadri di media tensione, i pali metallici dell’illuminazione, gli idranti, i ganci dei
carri ponte e delle gru, i quadretti, i rubinetti, le prese elettriche, le tubazioni e le
canalizzazioni, i tralicci, le tettoie, le grandi masse metalliche, i macchinari, i cancelli e le
recinzioni.
og
ett
Sta all'esperienza e all'abilità del verificatore, tenuto conto del valore della tensione totale di
terra, valutare fin dove sia ragionevole e sicuro estendere le misure. In altri termini, è
giustificato che le verifiche debbano essere estese sino alla “zona d’influenza” ossia fin dove
il potenziale del terreno supera di due volte il valore massimo ammissibile della U E .
Diverso è il caso dei potenziali trasferiti: se la tensione totale di terra U E supera il valore di
U Tp , occorre sempre verificarne l'assenza
Pr
La scelta se collegare o meno le funi di guardia delle linee AT e gli schermi dei cavi MT
all'impianto di terra della Cabina va considerata fin dalla stesura del progetto: il drenaggio per
altra via di una consistente quota della corrente di guasto a terra non modifica l'andamento
del diagramma collinare, ma riduce in proporzione la corrente drenata dalla maglia di terra di
cabina e quindi la tensione totale di terra.
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Questo coinvolgimento delle funi di guardia nel drenaggio a terra della corrente di guasto
comporta, ovviamente, anche l’obbligo di controllare la sicurezza dei tralicci delle linee
entranti nella cabina: la verifica per le tensioni di contatto (e di passo se necessario)
dev'essere estesa ai primi pali fuori della cabina.
Non si può stabilire a priori una distanza oltre la quale cessa ogni pericolo; così il verificatore
non può fermarsi al primo palo che in genere è sì il più critico, ma non è detto che sia il solo.
Operativamente s'inizia col verificare le tensioni al primo palo in uscita dalla cabina e si
prosegue fino ad avere due/tre sostegni consecutivi senza misure potenzialmente pericolose.
Infatti può capitare che la fune di guardia, per scelta o a causa dell'ossidazione dei morsetti di
fissaggio agli angolari, risulti scollegata in uno o più sostegni.
Gli schermi dei cavi delle linee MT in uscita dalla Cabina AT, se risultano collegati a terra ad
entrambe le estremità e se non sono interrotti da giunti d'isolamento, drenano una consistente
quota della corrente di guasto a terra, alleggerendo di detta quota l'impianto di terra della
Cabina Primaria.
hie
sta
Il coinvolgimento degli schermi nel ritorno della corrente di guasto a terra comporta l’obbligo
di verificare la sicurezza delle prime Cabine Secondarie afferenti le linee MT in uscita dalla
Cabina Primaria ed è inoltre necessario verificare che la corrente drenata dallo schermo
metallico sia inferiore a quella ammissibile nello schermo stesso.
Operativamente, e con riferimento alla topografia del territorio servito dalla Cabina Primaria in
prova, si vanno a verificare le tensioni di contatto presso tutte le prime Cabine MT con
particolare riguardo a quelle poste più lontano o in aree poco urbanizzate, ai Posti di
Trasformazione su Palo: non si può stabilire a priori una distanza dalla Cabina AT oltre la
quale cessa ogni pericolo (non è applicabile l'equivalenza col dispersore ideale semisferico),
così il verificatore può aver ragione nel proseguire lungo la linea MT oltre la prima Cabina
Secondaria ad esempio fino ad un palo di amarro.
L’elettrodo a punta per la simulazione della mano, deve essere in grado di forare con certezza
un rivestimento di vernice (non l’isolamento).
nc
In presenza di recinzioni o parti metalliche plastificate, in cui il rivestimento plastico è efficace
(in assenza di screpolature o parti metalliche scoperte) non si deve eseguire alcuna verifica.
ni
Come già accennato al punto 9.4 della presente Guida, si raccomanda un riguardo particolare
alle recinzioni metalliche plastificate, del tipo a rombi semplici, perché anche se citate nei
provvedimenti M dell’Allegato E della Norma CEI EN 50522, i loro tiranti di sostegno
orizzontali, anch’essi realizzati con filo di acciaio plastificato, possono essere insidiosi ai fini
del trasferimento di potenziali pericolosi anche a grandi distanze dal bordo della rete di terra
e quindi fuori dalla zona equipotenziale: un rimedio accettabile consiste nel sezionarli
elettricamente a tratti regolari.
Pr
og
ett
oi
E’ necessario verificare che le linee e le installazioni telefoniche, non possano essere veicolo
di trasmissione dei potenziali pericolosi (per persone e per cose) all’esterno delle
installazioni: esistono in Italia direttive del Ministero P.T. risalenti agli anni ’70, ancora
applicabili. Si suggerisce, comunque, di adottare anche le raccomandazioni ITU (ex CCITT)
quale ad esempio le “Directives concerning the protection of telecommunication lines against
harmful effects from electric power and electrified railway lines” volume VI edizione 2008
Danger, damage and disturbance ed anche le Direttive serie K.68 (04/2008).
Progetto
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L egenda
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
=
Variatore di tensione
TR
=
Trasformatore
IB
=
Invertitore bipolare
TA
=
Riduttore di corrente
A
=
Amperometro TRMS
Tp
=
Impianto di terra in esame
Ta
=
Elettrodo ausiliario di corrente
Tv
=
Sonda di tensione
L1
=
Distanza dell’elettrodo ausiliario di corrente, usato per misurare la resistenza di terra
L2
=
Distanza della sonda di tensione
VT
=
S
=
Sv
=
ni
nc
VT
Voltmetro TRMS
Struttura metallica nell’area dello stabilimento
oi
Elettrodi ausiliari di tensione, usati per il rilievo delle tensioni di contatto e di passo
V
=
Voltmetro TRMS usato con resistenza da 1000 Ω in parallelo.
Figura E.11 - Circuito utilizzato per le misure dell’impedenza totale di terra e delle
tensioni di contatto e di passo
Misura della corrente di guasto drenata dagli elementi metallici
og
ett
E.8
Scopo della misura è la determinazione del rapporto tra il valore della corrente di prova
immessa nell’impianto a terra e quello della corrente circolante negli “elementi metallici”
collegati all’impianto di terra in esame.
Misurata l'impedenza totale di terra Z E si devono misurare 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 e quella dei dispersori profondi.
Pr
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.
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
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 di rete (ad esempio funi
di guardia e schermi cavi MT).
È comodo esprimere la corrente di guasto drenata dai vari dispersori in percentuale rispetto a
I F e riportare il tutto in tabella indicando anche il valore effettivo della corrente dispersa, così
da averne immediato il peso (per la verifica termica).
Per la misura delle correnti drenate dai dispersori profondi e dai cavi MT si possono utilizzare
trasformatori di corrente a nucleo apribile, ma per la misura delle correnti drenate dalle funi di
guardia e dai cavi AT è di fatto necessario l'utilizzo di captatori flessibili con bobina di
Rogosky, collegati in modo opportuno.
Per ottenere dati omogenei è preferibile utilizzare una sola strumentazione, lasciandone
inalterata la selezione della portata.
E.9
Criteri delle verifiche periodiche
hie
sta
La Norma CEI EN 50522 recita testualmente: "È sufficiente eseguire tali misure (ndr: tensioni
di contatto) come prove di campionatura".
La verifica mira, infatti, ad acquisire sufficienti dati tali da poter considerare l’impianto di terra
ancora efficiente, come lo era all’atto della installazione.
nc
Per fare prove di campionatura il verificatore deve esplicitarne i criteri e dichiararli in
relazione: misure a bordo maglia, punti significativi individuati dalle precedenti relazioni,
nuove strutture, punti che il tecnico in base alla sua esperienza ritiene significativi (non è
detto che debbano risultare pericolosi o quasi: un palo di illuminazione pubblica in fronte ad
una Cabina Primaria o utenza in Alta tensione è da verificare sempre e comunque, perché la
proprietà dall'ultima verifica, potrebbe aver rinnovato l'impianto non più a doppio isolamento,
lo stesso dicasi per l'attacco del contatore gas col frontista che potrebbe, nel frattempo, aver
reso efficiente il suo impianto di terra).
ni
Un criterio di individuazione dei punti da ripetere nella campionatura, potrebbe essere quello
di ricontrollare i valori che nella precedente indagine abbiano raggiunto almeno il 50% del
valore della tensione di contatto ammissibile U TP , o ripetere almeno il 30% delle posizioni
precedenti, scelte tra le più significative.
Vale la pena rammentare che tutti i valori precedenti, devono essere riconsiderati per i nuovi
parametri inerenti il guasto a terra (I F e t F ) da richiedere, al DOS, fatto salvo i casi di rete
esercita con neutro compensato, dove i valori rimangono immutati nel corso degli anni.
oi
Le variazioni delle U TP sono legate principalmente a questi fattori:
Grado di umidità superficiale – questo parametro è il più influente sulle U TP ed è legato
alla resistività.
•
La resistenza invece ne risente meno, poiché i dispersori naturali, di fondazione e di fatto,
sono posti anche a notevoli profondità, dove la situazione geo idrica rimane più stabile nel
tempo.
og
ett
•
•
Cambio della finitura superficiale.
Combinando gli effetti di cui sopra si ha che:
•
Le tensioni di contatto e di passo (a maggior ragione) peggiorano con il terreno umido –
bagnato;
•
La resistenza di terra migliora con il terreno umido – bagnato.
Pr
La temperatura ha un’influenza minore, fatto salvo che le misure delle U TP e delle U S sono da
evitare quando lo strato superficiale ghiaccia o è presente uno strato di neve.
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Invece le variazioni strutturali / impiantistiche sono assai frequenti e non di rado incognite
all’operatore che deve intervenire durante le verifiche periodiche, ad esempio:
•
Sostituzione di elementi isolanti, con altri conduttivi o viceversa;
•
Pali luce, che possono essere sostituiti con altri di classe II. Parimenti motori di barriere
motorizzate, cancelli scorrevoli, semafori, telecamere perimetrali di sorveglianza;
•
Aggiunta/rimozione di linee elettriche dotate di fune di guardia, lo stesso dicasi per quello
che riguarda i cavi MT e i relativi schermi;
•
Contatti accidentali e impropri di masse (collegate a terra) con strutture metalliche che
prima non lo erano, per rinforzi strutturali, modifiche di edifici, impianti elettrici provvisori,
impianti antintrusione e di illuminazione montati su recinzioni, ponti radio, muri e
fondamenta in cemento armato.
•
Installazione di nuovi manufatti.
•
Rifacimento dei servizi pubblici interrati e non.
In tutti questi casi la verifica periodica, assume anche il concetto di verifica “straordinaria”,
imponendo quindi un criterio d’indagine più mirato e puntuale.
hie
sta
Vi sono da prendere in considerazioni anche situazioni d’interventi di revamping impiantistico,
su reti di terra preesistenti e quindi con o senza modifica della geometria dei dispersori
esistenti e già verificati.
Ipotizzando che le attività non abbiano modificato la geometria e le caratteristiche elettriche /
meccaniche di un dispersore progettato e verificato (di fatto è stato soltanto ripristinato il
collegamento al dispersore primario delle cime emergenti), si ritiene che siano sufficienti
prove finalizzate a certificare che l’intervento sia stato eseguito a “regola d’arte”, ovvero
prove di continuità elettrica su tutte le cime emergenti dalla maglia, nuove e non.
nc
Nel caso di interventi sulla maglia gli scavi hanno di fatto modificato la geometria della rete di
terra primitiva. Anche ritenendo che i collegamenti interrotti possano essere stati ripristinati
nella loro interezza, rimane il dubbio che l’efficienza sia rimasta immutata; non dobbiamo
trascurare il fatto che gli sbancamenti ed i riporti di terreno vegetale possano contribuire ad
una modifica della capacità di dispersione della rete e comunque ad una alterazione dei
potenziali di superficie.
ni
I dati e le misure precedenti, anche se eventualmente resi disponibili, fotografano una
situazione che era pregressa rispetto all’intervento, ma non possono in alcun modo
legittimare l’attuale assetto: occorre ripetere integralmente le prove di terra.
Infine vi sono gli ampliamenti delle reti di terra, con molteplici situazioni da valutare.
og
ett
oi
Nel caso generale di una rete di terra con fornitura in media tensione, dove il valore della R E
era già coordinato con i valori di I F e t F , l’ampliamento rappresenta una condizione
migliorativa: in questo caso è sufficiente una prova di continuità eseguita in modo affidabile,
tra la terra preesistente e quella nuova, per dichiararne la sua efficacia. Una attenzione
particolare va posta nel caso che l’aggiunta sia riferita ad una nuova cabina realizzata lontano
dalla maglia generale, come riportato sull’esempio di Figura 22, che indica i criteri da seguire
in questa situazione.
Nel caso invece l’aggiunta riguardi una rete di terra per la quale sussiste l’obbligo dei rilievi
delle tensioni di passo e di contatto, si possono avere almeno queste due situazioni:
Con un importante ampliamento della rete di terra, l’impianto riduce la sua resistenza di
terra R E a valori così bassi che non è più necessario eseguire i rilievi diretti delle tensioni
di contatto e di passo. Quindi una misura della nuova resistenza di terra R E e prove di
continuità sono sufficienti.
•
Nonostante l’aumento della superficie del dispersore, rimane comunque l’obbligo di
eseguire i suddetti rilievi. In tal caso è sufficiente controllare le nuove parti e zone
limitrofe, con dedicata attenzione ai potenziali trasferiti nelle vicinanze di altri impianti.
Trattasi di una verifica assimilabile a nuova installazione.
Pr
•
Progetto
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Allegato F
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- Dimensionamento di trasformatori di messa a terra di tipo a zig-zag L’impedenza verso terra del centro stella dei trasformatori è data dalla seguenti formule
Z0Z = R0Z + x0Z
2
2
Zg = (R0Z + Rr )2 + x0Z
(F1)
2
(F2)
dove
=
impedenza totale del centro stella del trasformatore verso terra
Z 0z
=
impedenza omopolare del trasformatore a zig-zag
R 0Z
=
resistenza omopolare del trasformatore a zig-zag
X 0Z
=
reattanza omopolare del trasformatore a zig-zag
Rr
=
valore resistenza del resistore di terra
hie
sta
Zg
I trasformatori a zig-zag per la messa a terra hanno generalmente una potenza non elevata e
pertanto l’impedenza omopolare Z 0 può essere così elevata da non rendere necessaria
l’installazione di un resistore di messa a terra.
La procedura di calcolo della potenza del trasformatore a zig-zag e del resistore di terra è la
seguente:
6) Valutazione dell’ impedenza totale di terra Zg
7) Valutazione della potenza del trasformatore a zig-zag in regime permanente
nc
8) Calcolo dell’impedenza omopolare del trasformatore a zig-zag Z 0Z
9) Se Z 0Z ≤ 0,8*Z g occorre calcolare il valore della resistenza integrativa Rr
10) Se 0,8* Z g < Z 0Z < 0,9* Z g si può aumentare l’ impedenza di corto circuito del
trasformatore a zig-zag del valore della resistenza integrativa Rr
ni
11) Se 0,9* Z g ≤ Z 0Z ≤ 1,1* Z g si può considerare corretto il dimensionamento del
trasformatore a zig-zag
12) Se Z 0Z > 1,1* Z g occorre aumentate la potenza del trasformatore a zig-zag
oi
La definizione del valore totale della resistenza verso terra viene eseguita seguendo gli stessi
criteri indicati al capitolo 7.3.3
og
ett
Tale valore può essere ottenuto mediante il solo utilizzo dell’ impedenza del trasformatore a
zig-zag. Nel caso che ciò non sia sufficiente occorre inserire tra il centro stella del
trasformatore a zig-zag ed il dispersore un resistore di valore pari alla differenza tra il valore
richiesto e la quota coperta dall’ impedenza interna del trasformatore a zig-zag stesso.
La potenza istantanea che il trasformatore a zig-zag deve garantire durante il guasto senza
superare i limiti di temperatura risulta definita dalla seguente formula
Pzi =
U r ⋅ Ig
;
3
(F3)
dove:
=
potenza istantanea del trasformatore durante il guasto;
Ur
=
tensione nominale concatenata della rete;
=
corrente di guasto a terra della singola sorgente di media tensione;
Pr
P zi
Ig
Progetto
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Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
La corrente di guasto risalente da terra tende a ripartirsi in tre parti uguali negli avvolgimenti
del trasformatore e pertanto occorre inserire il fattore correttivo pari a 1/3.
Dato che il guasto in generale non dura più di 3 secondi sulla base dell’esperienza la potenza
termica del trasformatore a zig-zag in regime permanente (P zn ) risulta data dalla seguente
formula
Pzi
Pzn = K
(F4)
dove il parametro k risulta uguale al valore empirico di 4,7 definito da molti costruttori di
trasformatori per un tempo di durata di guasto pari ad 1 minuto.
Considerando l’impedenza omeopolare dei trasformatori uguale a quella diretta e
considerando la tensione di corto circuito Vcc % l’impedenza omopolare risulta dalle seguenti
formule:
P ⋅ 100
zn
;
Pcc =
V %
cc
UN
Se la seguente relazione
2
hie
sta
Z0Z =
(F5)
PCC
; Ur
2
(F6 )
0,9*Z g ≤ Z 0Z ≤1,1* Z g
risulta soddisfatta non occorre installare un resistore aggiuntivo tra il centro stella del
trasformatore a zig-zag ed il dispersore.
nc
Se Z 0Z >1,1 *Zg occorre aumentare la potenza del trasformatore a zig-zag alla taglia
superiore e calcolare nuovamente l’impedenza omopolare.
Se si ottiene
0,8* Z g ≤ Z 0Z < r 0,9* Z g
ni
potrebbe essere sufficiente aumentare l’impedenza di corto circuito del trasformatore pur
rimanendo nei limiti tecnicamente possibili.
oi
Se Z 0Z < 0,8 * Z g la differenza tra l’impedenza totale di terra e l’impedenza omopolare deve
essere compensata con l’aggiunta di un resistore di terra collegato tra il centro stella del
trasformatore a zig-zag e il dispersore.
og
ett
Assumendo che siano
R 0Z = 0,1 Z 0Z
X 0Z = 0,994 Z 0Z
allora, il valore della residenza aggiuntiva R gz risulta data dalla seguente formula:
2
2
R r = Z g - X 0Z - R 0Z
(F7)
Se non si desidera utilizzare un resistore aggiuntivo occorre che l’impedenza interna del
trasformatore a zig-zag Z 0z sia uguale all’ impedenza di guasto Z g
Pr
L‘ impedenza interna del trasformatore espressa in termini percentuali ( impedenza o
tensione di corto circuito) risulta data dalla seguente relazione:
Progetto
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138
Zcc % = Vcc % = 100 ⋅
3 ⋅ Zn ⋅ In
Un
;
dove:
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
(F8)
Z g = impedenza totale del centro stella del trasformatore verso terra
Ur = tensione nominale concatenata della rete
In = corrente nominale del trasformatore
Esempio 1
Si consideri di voler determinare i dati caratteristici di un trasformatore a zig-zag di un
sistema di media tensione avente i seguenti dati
- Tensione fase-fase
33 kV
- Corrente limitata
400 A
Z g = 33000 / (√3* 400) = 47,7 Ω
hie
sta
L’ impedenza totale verso terra deve essere pari a
La potenza istantanea P zi del trasformatore durante il guasto risulta essere pari a:
P zi = √3 *33* 400 / 3 = 7621 kVA
La potenza nominale P z n del trasformatore risulta essere pari a:
P zn = 7621 / 4,7 = 1621 kVA approssimato a 1600 kVA
nc
Assumendo una impedenza di corto circuito pari al 6% risulta come segue:
P cc = 1600 * 100 / 6 = 27 MVA
Z 0Z = 33 / 27 = 40,3 Ω
2
ni
Dato che si ha 0,8 *Z g < Z 0Z < 0,9 * Z g si può aumentare il valore dell’impedenza di
cortocircuito del trasformatore al 7%
P cc = 1600 * 100 / 7 = 22,8 MVA
Z 0Z = 33 / 22.8 = 47,76 Ω
oi
2
Esempio 2
og
ett
Si consideri di voler determinare i dati caratteristici di un trasformatore a zig-zag di un
sistema di media tensione avente i seguenti dati
- Tensione fase-fase
6 kV
- Corrente limitata
100 A
L’ impedenza totale verso terra deve essere pari a:
Z g = 6000/(√3*100) = 34,7 Ω
La potenza istantanea P zi del trasformatore durante il guasto risulta essere pari a:
Pr
P zi = 1,73 * 6 * 100 / 3 = 346 kVA
La potenza nominale Pzi del trasformatore risulta essere pari a:
Progetto
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139
P zn = 346 / 4,7 = 73,6 kVA approssimato a100 kVA
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Volendo utilizzare un trasformatore con potenza pari a 250 kVA con una impedenza di corto
circuito pari al 4% risulta come segue:
P cc = 250*100/4 = 6250 KVA
Z 0Z = 6 / 6,25 = 5,78 Ω
2
Dato che Z 0Z < 0,8 * Z g in maniera rilevante occorre inserire un resistore aggiuntivo ,
calcolato secondo la formula semplificata F8 e di valore pari a
R 0z = 0,578 Ω
X 0z = 5,75 Ω
Rr
= 33,64 Ω arrontondato a 34 Ω
hie
sta
Esempio 3
Si consideri di voler determinare i dati caratteristici di un trasformatore a zig-zag di un
sistema di media tensione avente i seguenti dati
- Tensione fase-fase
11 kV
- Corrente limitata
400 A
L’ impedenza totale verso terra deve essere pari a:
Z g = 11000 / (1,73 * 400) = 15,9 Ω
La potenza istantanea Pzi del trasformatore durante il guasto risulta essere pari a:
nc
P zi = 1,73 * 11 * 400 / 3 = 2543 kVA
La potenza nominale Pzn del trasformatore risulta essere pari a:
ni
P zn = 2543 / 4,7 = 541 kVA
Assumendo un trasformatore con potenza pari a 800 kVA e non volendo utilizzare un
resistore aggiuntivo, l’impedenza di corto circuito di tale trasformatore deve essere pari a:
In = 42 A
oi
Z cc % = V cc % = 100 * (1,73 * 15,9 * 42) / 11000 = 10,5 %
Questo valore implica però la realizzazione di un trasformatore speciale.
og
ett
Esempio 4
Si abbia una rete di stabilimento poco estesa e si voglia determinare le caratteristiche di un
trasformatore di terra con secondario a triangolo aperto su resistenza.
2
Rete 6 kV a neutro isolato distribuita in cavo di sezione 95mm con capacità di 0,33 µF/km ed
estensione di 5km.
In occasione di un guasto a terra la corrente capacitiva assume il valore di
I c = √3*ω*C*V*L
I c = √3*314*0,33*10 *6000*5= 5 A
-6
Pr
Si voglia dimensionare la resistenza di terra per un valore di corrente
I r = 3I c
I r = 15 A
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
140
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
Il trasformatore di messa a terra risulta costituito da un insieme di 3 trasformatori monofasi
collegati a stella e con neutro a terra e le tensioni nominali siano V 1 =6000/√3 e V 2 =220/3 V
con rapporto di trasformazione K = 6000/√3 *3/220 = 47
La corrente secondaria nel triangolo aperto risulta data da I Δ = I r / 3*K
I Δ =15/3*47=235 A
La resistenza R Δ assume il valore di R Δ = V Δ /I Δ
Dove V Δ = 220 V
2
R Δ = 220 / 235 = 0,94Ω
2
R’ = R Δ *K / 9
La potenza del resistore R Δ
risulta P RΔ = R Δ *I Δ
2
R’ = 0,94*47 / 9
P RΔ = 0,94*235
La potenza di ogni trasformatore monofase diventa
P TR = V 1 *I R / 3
P TR = 6000*15/3
2
R’=231Ω
P RΔ = 51900 W
P TR = 30000 VA
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Tenuto conto del coefficiente 4,7 in quanto si tratta di funzionamento di breve durata , la
potenza necessaria risulta di circa 6400 VA e la taglia prossima del trasformatore monofase
sarebbe di 7,5 KVA.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
141
Allegato G
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- Esempio di progetto di un dispersore di terra -
G.1
Procedura per l’esecuzione del progetti dell’ impianto di terra
Sulla base dello schema a blocchi indicato nel capitolo 14.3, Il progetto di un dispersore di
messa a terra si può suddividere nelle seguenti fasi temporali:
Fase 1 - Raccolta dei dati fondamentali del progetto
•
Fase 2 - Determinazione delle tensioni di contatto ammissibili
•
Fase 3 - Disegno del dispersore e calcolo della resistenza di terra R ES
•
Fase 4 - Determinazione delle correnti di terra I E e I RS
•
Fase 5 - Calcolo del potenziale totale di terra U E ed applicazione dello schema a
blocchi indicato nel capitolo 14.3 della presente guida
•
Fase 6 - Elaborazione dei profili di tensione di contatto utilizzando adeguati
sistemi di calcolo ed individuazione delle zone di pericolo ed utilizzazione dei
metodi di protezione addizionali
•
Fase 7 - Calcolo termico dei conduttori di terra e formati la maglia
•
Fase 8 - Adozione di sistemi atti ad impedire il trasferimento del potenziale
hie
sta
•
La scelta della geometria del dispersore a maglia (Fase 3) viene ottenuta mediante iterazioni
successive eseguendo di volta in volta l’elaborazione dei profili di tensione (Fase 6).
Normalmente si inizia adottando maglie rettangolari molto larghe per poi ridurle gradualmente
in accordo ai risultati ottenuti per ogni geometria.
nc
Le altre fasi incluso, il calcolo delle resistenza del dispersore magliato (R ES ) sono
indipendenti dalla geometria del dispersore e quindi devono essere effettuate una volta sola.
Nel presente esempio sono utilizzate, dove opportuno, le seguenti abbreviazioni:
tensione di contatto a vuoto effettiva
UvTP
tensione di contatto ammissibile a vuoto
UTP
tensione di contatto ammissibile
G.2
ni
UvT
Raccolta dei dati fondamentali per il progetto
oi
La raccolta dei dati fondamentale del progetto si divide come segue:
a) Dati dell’area e del terreno
1) Dimensioni dell’area.
og
ett
2) Presenza di una fascia di rispetto al di fuori dell’ area in esame.
3) Tipo del terreno.
4) Resistività del terreno.
5) Resistività superficiali (ir ad esempio presenza di ghiaia.,asfalto e materiali
simili).
6) Presenza di inquinati chimici.
b) Dati delle strutture interne e delle recinzioni
Pr
Presenza di edifici con i piani interrati.
Tipo di rivestimento del pavimento a contatto con il terreno.
Tipo di recinzione (metallica o non metallica).
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
142
Movimento dei cancelli (verso l’interno o verso l’esterno).
Presenza di guardanie nelle vicinanze dei cancelli.
c) Dati sul sistema elettrico utilizzatore
Tipo di utilizzatore (attivo o passivo).
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Schema elettrico dell’ impianto e i centri stella dei vari livelli di tensione.
Sistemi elettrici secondari posti all’esterno dell’impianto ma alimentati sistema elettrico
principale.
d) Dati della alimentazione esterne
Corrente di guasto a terra IF e tempo di intervento.
Tipo di alimentazione esterna (aerea o in cavo).
Numero di linee elettriche aeree entranti ed uscenti.
Tipo della fune di guardia adottata.
Valore delle resistenza Z∞ dei tralicci esterni.
Numero e tipo di tubazioni.
hie
sta
e) Dati sulle masse metalliche uscenti o entranti nell’ area
Numero di collegamenti ferroviari con l’esterno.
Tipo di strutture metalliche uscenti dall’ impianto (ad esempio telai di sostegno nastri
trasportatori sistemi di supportazione tubazioni).
Presenza di cavi schermati o armati entranti o uscenti dall’impianto.
Si consideri uno stabilimento industriale alimentato da una linea elettrica esterna molto lunga
con tensione pari a 132 kV con il neutro collegato direttamente a terra
Le dimensioni dell’impianto all’interno della recinzione sono 150 x 260 metri.
og
ett
oi
ni
nc
La planimetria semplificata dello stabilimento è indicato nella Figura G1.
Pr
Legenda
1
Sottostazione di arrivo in alta tensione di tipo in aria
2
Cabina elettrica con fondazioni a pali rialzata rispetto al terreno circostante
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
143
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Primo edificio amministrativo con piano interrato avente pavimento rivestito in ceramica
4
Secondo edificio amministrativo con piano interrato avente pavimento in ceramica
5
Capannone di produzione con fondazioni a pali senza piano interrato con pavimento in cemento
6
Zona dedicate alle lavorazioni all’aperto o sotto tettoie con pavimentazione realizzata in cemento
7
Guardianie poste in corrispondenza degli ingressi
pu
bb
lic
a
3
Figura G1 - Planimetria semplificata
Il terreno è del tipo argilloso con resistività omogenea di 150 Ωm privo di elementi inquinanti
in misura rilevante.
Il cemento, soprattutto quando è bagnato, assume una resistività paragonabile a quella del
terreno e quindi le zone con pavimento in cemento sono considerate come terreno argilloso.
La resistività della ceramica usata per i pavimenti è pari a 10000 Ωm
Sono presenti alcune zone asfaltate intono agli edifici indicati con i numeri 3,4 e 5
hie
sta
Inoltre si prevede che il personale operi nelle zone aperte non asfaltate con scarpe avanti una
resistenza di 1000 Ω.
La zona esterne alla recinzione consistono in:
-
un parcheggio aziendale asfaltato lungo il bordo a sinistra;
-
una strada pubblica con marciapiede asfaltato lungo il bordo superiore e lungo il
bordo di destra dell’impianto;
-
una zona di campagna lungo il lato inferiore dell’impianto.
La recinzione è costruita con pannelli calcestruzzo prefabbricato isolante lungo i lati verso le
strade e verso la campagna mentre è realizzata in metallo lungo il lato verso il parcheggio
aziendale.
nc
Sono previsti tre cancelli di ingresso, ognuno dotato di una guardiania con pavimento in
ceramica.
i cancelli sono del tipo automatico con movimento verso l’interno
ni
Lo schema elettrico dello stabilimento previde quanto segue.
Un trasformatore 132/11,5 kV in arrivo ubicato nella stazione di arrivo con:
un livello di distribuzione in media tensione 11 kV con il centro stella collegato a
terra sul dispersore dell’impianto con un resistore in grado di limitare la corrente a
400 A;
-
un livello di distribuzione in media tensione a 6 kV con il centro stella collegato a
terra sul dispersore dell’impianto con un resistore in grado di limitare la corrente a
100 A;
un livello di distribuzione in bassa tensione a 400 V con il centro stella collegato
direttamente a terra sul dispersore dell’impianto (sistema TN-S).
og
ett
-
oi
-
Tutti i trasformatori hanno gruppo vettoriale Dyn 11
Non sono previsti impianti secondari alimentati dallo stabilimento posti al di fuori della
recinzione
Pr
Lo stabilimento è un utilizzatore passivo (senza generatori posti all’interno) ed è alimentato
da una sola linea elettrica aerea avente i seguenti dati che sono comunicati dal DOS:
-
corrente di guasto a terra 3 I 0
-
tempo di interruzione del guasto
-
fune di guardia
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
16000 A;
0,5 s;
2
tipo ACSR 300/50 mm .
144
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
il valore dell’impedenza non risulta di facile determinazione in quando le caratteristiche delle
linee elettriche aeree (lunghezza della linea aerea, distanza tra i tralicci,numero dei
tralicci.,tipo di dispersore dei tralicci e resistività del terreno in corrispondenza dei tralicci)
non sono note al progettista dei sistemi di terra degli utilizzatori
In base alla letteratura si può assumere per l’impedenza Z ∞ un valore di 10 Ω con angolo
zero.
Sono presenti tubazioni metalliche di varie dimensioni entranti dall’esterno.
Non sono previsti sistemi elettrici secondari alimentati dal sistema elettrico principale ed
ubicati all’ esterno dall’impianto né sono previsti cavi schermati o armati uscenti dall’impianto
stesso.
Non sono presenti rotaie o altre strutture metalliche portanti uscenti o entranti nell’impianto.
G.3
Calcolo della tensione di contatto ammissibile U vTP
hie
sta
Sulla base della Tabella 4 della guida la tensione di contatto ammissibile ( U TP ) per un tempi
di 0.5 secondi considerando solo la resistenza del corpo umano è pari a 220V
Occorre però considerare la resistenza del terreno e le varie resistenze aggiuntive che
variano da zona a zona.
Sulla base dell’Allegato B della Norma CEI-EN-50522,l’effettiva tensione di contatto
ammissibile a vuoto risulta dalla seguente formula
𝑈𝑣𝑇𝑃 = 𝑈𝑇𝑃 + ( 𝑅𝐹1 + 𝑅𝐹2 + 1,5𝜌) 𝑥 𝐼𝐵
dove
U TP
Tensione di contatto ammissibile data dalla Tabella 4 pari a 220 V
•
R F1
Resistenza delle scarpe pari a 1000 Ω
•
R F2
10000 Ω
Resistenza aggiuntiva dei pavimenti in ceramica o dell’ asfalto pari a
•
ρ
Resistività del terreno pari a 150 Ωm
•
Corrente ammissibile del corpo umano a 0.5 secondi pari a 0,2 A (Tabella B1
IB
della norma CEI-EN-50522)
ni
nc
•
oi
Con riferimento alla Figura G1, nelle zone aperte non asfaltate, nella stazione di arrivo
(numero 1), sotto la cabina elettrica (numero 2), nel capannone (numero 5) e nell’area
indicata con il numero 6, si ha
UvTP = 220 + (1000 + 1,5 x 150) x 0,2 = 465 V
og
ett
Sempre con riferimento alla figura G1, nelle zone asfaltate, negli edifici amministrativi (numeri
3 e 4) e nelle guardanie (numero 7) si ha trascurando la resistenza delle scarpe:
G.4
UvTP = 220 + (10000 + 1,5 x 150) x 0,2 = 2265 V
Geometria e resistenza del dispersore
Pr
Come base di partenza si è considerato un dispersore composto da maglie con lato di 20 x 10
metri come indicato nella Figura G2.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
145
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura G2 - Geometria del dispersore a maglia (primo tentativo)
Questo dispersore viene installato nelle zone aperte e sotto gli edifici (Numero 2 e 5 che
hanno fondazioni a palo senza piani e locali interrati
Per gli edifici amministrativi indicati con in numeri 3 e 4, la maglia viene interrotta all’ esterno
su d un anello chiuso posto intorno agli edifici ad una distanza di circa 1 metro dai muri
nc
Tale anello viene anche previsto per gli edifici indicati con i numeri 2 e 5 ed hanno la funzione
di dispersore delle scariche atmosferiche come indicato nella norma CEI-EN-62305-3
La resistenza del dispersore a maglia e data dalla formula seguente
𝑅𝐸𝑆 =
ni
dove
𝜌 𝜋
�
4 𝐴
ρ = resistività del terreno in Ωm
-
A = Area occupata dal dispersore ossia 150 m x 260 m = 39 000 m
oi
-
2
og
ett
Si ha quindi:
𝑅𝐸𝑆 =
Applicando la formula alternativa si ha:
150 3,14
�
= 0,3364 Ω
4 39000
𝑅𝐸𝑆 =
𝜌
2𝐷
ove D è il diametro del cerchio di area equivalente all’area del dispersore uguale a:
Pr
Si ha pertanto
𝐷 = 2 𝑥�
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
150 𝑥 260𝜋
= 222,8
3,14
146
𝑅𝐸𝑆 =
150
= 0,3364 Ω
2 𝑥 222,8
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
La resistenza totale di terra R E si ricava considerando l’impedenza totale Z ∞ dei tralicci della
linea elettrica che sono collegati in parallelo al dispersore stesso mediante la fune di guardia.
Utilizzando la formula delle resistenze in parallelo con una sola linea aerea si ha come segue:
𝑍𝐸 =
E sostituendo
G.5
𝑍𝐸 =
𝑅𝐸𝑆 x Z∞
𝑅𝐸𝑆 +Z∞
0,3364 x 10
= 0,3254 Ω
0,3364+10
Valutazione della corrente di terra I E e I RS
La norma CEI-EN-50522, stabilisce che la corrente di terra I E è data dalla seguente formula:
hie
sta
𝐼𝐸 = 3𝐼0 𝑥 𝑟𝐸
L’impiego della fune di guardia sulla linea elettrica entrante consente di introdurre un fattore
di riduzione r E pari a 0,61 secondo l’allegati I della norma CEI- EN 50522.
Sapendo che la corrente di guasto 3I 0 è uguale a 16000 A, si ha pertanto:
𝐼𝐸 = 16000 𝑥 0,61 = 9 760 𝐴
La corrente che passa attraverso il dispersore e è data dalle seguente formula
𝐼𝑅𝑆 =
𝐼𝑅𝑆 =
9760 x 10
= 9 442,3 𝐴
0,3364 +10
Valutazione del potenziale totale di terra U E
ni
G.6
nc
E sostituendo
𝐼𝐸 x Z∞
𝑅𝐸𝑆 +Z∞
Il potenziale (o tensione) totale di terra U E è data dalla seguente formula
oi
oppure
𝑈𝐸 = 𝑍𝐸 𝑥 𝐼𝐸 = 9760 𝑥 0.3254 = 3 176 V
𝑈𝐸 = 𝑅𝐸𝑆 𝑥 𝐼𝑅𝑆 = 9442 𝑥 0.3364 = 3 176 V
og
ett
Con riferimento allo schema a blocchi illustrato nel paragrafo 14.3 della guida ed indicando
con U vTP la tensione di contatto ammissibile a vuoto, si ha che:
a) per le zone aperte non asfaltate, UE è maggiore di 4 volte la UvTP, ossia
3 176 V > 4 x 465 V
3 176 V > 1 860 V
b) per le zone asfaltate o all’ interno degli edifici amministrativi, UE è minore di due volte la UvTP,
ossia
3 176 V < 2 x 2 265 V
3 176 V < 4 530 V
Pr
Sulla base del medesimo diagramma a blocchi il progetto risulta già corretto per le aree
asfaltate ed all’interno degli edifici amministrativi ed all’interno delle guardianie mentre per le
altre aree risulta necessario eseguire ulteriori calcoli, oppure eseguire misure in campo per
individuare le zone a maggior rischio.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
147
G.7
Valutazione dei profili di tensione di contatto
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
La norma CEI EN 50522 non definisce le modalità di esecuzione dei calcoli e la tipologia dei
risultati da ottenere.
Poiché risulta che
UE > UvTP
3 176 V > 465 V
si deduce che esistono aree verso la periferia del dispersore in corrispondenza della
recinzione dove si possono avere tensioni di contatto a vuoto pericolose.
Come premesso nel paragrafo 14.1 il valore delle tensioni di contatto a vuoto che si verificano
per tutta l’estensione del dispersore, possono essere calcolate nei vari punti solo usando
specifici programmi di calcolo disponibili in commercio.
La tensione di contatto U VT viene calcolata come segue
UvT = UE - Φ
hie
sta
dove:
UE
Tensione totale di terra
Φ
Potenziale di superficiale del terreno
Un andamento qualitativo della tensione superficiale del terreno Φ è data nella Figura 2 della
presente guida.
L’ andamento effettivo della tensione superficiale viene ottenuta dai programma di calcolo
adottato sulla base della resistività del terreno e del passo di maglia adottato.
nc
La Figura G3 riporta i profili delle tensione superficiali e della tensione di contatto U vT
all’interno dell’impianto lungo la diagonale maggiore insieme alle rette indicanti il potenziale
totale di terra e le tensioni di contatto ammissibili U vTP
Pr
og
ett
oi
ni
I limiti destro e sinistro del grafico corrispondono a due angoli oppositi del dispersore posti in
corrispondenza della recinzione.
Figura G3 - Profili di tensione all’ esterno dell’dispersore (maglia 20 x 10 m)
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
148
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
L egenda
(1)
(2)
(3)
(4)
Potenziale totale di terra UE = 3170 V
Potenziale di superficie Φ (dispersore con maglia 20 x 10 m)
Tensione di contatto a vuoto UvT = UE – Φ
Tensione di contatto ammissibile per zone non asfaltate o pavimentate in ceramica
UvTP = 465 V
(5) Tensione di contatto ammissibile per zone asfaltate o pavimentate in ceramica UvTP = 2265 V
Dal grafico di Figura G3, risulta che i valori della tensione di contatto U vT della curva 3,
risultano sempre inferiori a quelli della tensione di contatto U vTP definita per le zone asfaltate
o pavimentate linea 5, pertanto queste zone sono da considerarsi sicure.
I punti della curva 3 (U vT ) del grafico di Figura G3 che risultano superiori a quelli della linea 4
(U vTP ), indicano invece zone non asfaltate o non pavimentate con ceramica che sono
pericolose ai fini della sicurezza della persona.
hie
sta
Tali zone si estendono per circa 60 metri dagli angoli opposti della recinzione verso l’interno
lungo la diagonale del dispersore fino ai punti di intersezione della curva 3 con la linea 4 del
grafico di Figura G3.
Sul medesimo grafico si può anche rilevare il valore massimo della tensione di contatto U vT
pari a 950 V come calcolato dal programma all’interno del dispersore.
og
ett
oi
ni
nc
La Figura G4 indica con tratteggio l’estensione all’interno dell’impianto delle zone pericolose
dove la tensione di contatto a vuoto U vT risulta maggiore della tensione di contatto U vTP pari
a 465 V.
Figura G4 - Estensione delle zone pericolose con dispersore con maglie 20 x 10 m
Le zone pericolose interessano la stazione di arrivo in alta tensione, la cabina elettrica
interna, il capannone indicato con il numero 5 e l’area di lavoro all’aperto indicata con il
numero 6.
Pr
La zona compresa tra gli edifici amministrativi (numeri 3 e 4) e la zona tra l’edificio
amministrativo numero 3 ed il limite della sottostazione di arrivo in alta tensione (numero 1)
Progetto
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149
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
pu
bb
lic
a
possono essere facilmente asfaltate ottenendo così che la relativa tensione di contatto U vTP
(2265 V) risulti superiore alla massima tensione di contatto U vT (950 V)
All’interno della sottostazione di arrivo in alta tensione e sotto la cabina elettrica risulta facile
applicare una strato di ghiaia con uno spessore di 100 mm. (vedi Appendice E della norma
CEI-EN-50522)
Dato che la ghiaia ha una resistività di circa 5000 Ωm, applicando le formule del paragrafo G3
considerando anche le scarpe degli operatori, si ha:
U vTP = 220 + (1000 + 5000 + 1,5 x150) x 0,2 = 1 465 V
Così facendo si ottiene un valore della tensione di contatto U vTP superiore alla U vT ed anche
queste zone sono da considerarsi verificate ai fini della sicurezza delle persone.
Per le altre zone a rischio, l’applicazione di ghiaia o di asfalto non risulta praticabile in quanto
sono già pavimentate per la maggior parte in cemento, né si possono prevedere limitazioni di
accesso data la loro estensione.
oi
ni
nc
hie
sta
Risulta quindi necessario cambiare la geometria del dispersore riducendo le dimensioni delle
maglie del dispersore a 10 x 5 metri come indicato in Figura G5.
og
ett
Figura G5 - Geometria del dispersore a maglia (secondo tentativo)
Pr
Rimanendo invariati tutti gli altri parametri in particolare la resistenza di terra del dispersore
R ES ,i nuovi profili delle tensioni all’interno dell’impianto lungo la diagonale maggiore sono
riportati nella Figura G6.
Progetto
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150
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
L egenda
Potenziale totale di terra UE = 3 170 V
Potenziale di superficie Φ (dispersore con maglia 10 x 5 m)
Tensione di contatto a vuoto UvT = UE – Φ
Tensione di contatto ammissibile per zone non asfaltate o pavimentate in ceramica
UvTP = 465 V
(5) Tensione di contatto ammissibile per zone asfaltate o pavimentate in ceramica
UvTP = 2265 V
nc
(1)
(2)
(3)
(4)
ni
Figura G6 - Profili di tensione all’ esterno dell’dispersore (maglia 10 x 5 m)
Con questa nuova geometria del dispersore, la situazione migliora nettamente in quanto dalla
Figura G5 risultano molto meno estese le zone dove la curva 3 (U vT ) è superiore alla linea 4
(U vTP ) relativa alle zone non asfaltate o non pavimentate con ceramica.
oi
Tali zone si estendono ora solo per circa 9 metri dagli angoli opposti della recinzione verso
l’interno lungo la diagonale del dispersore fino ai punti di intersezione della curva 3 con la
linea 4 del grafico di Figura G6.
Pr
og
ett
La Figura G7 indica con tratteggio le zone pericolose dove la tensione di contatto a vuoto U vT
risulta maggiore della tensione di contatto a vuoto ammissibile U vTP pari a 465 V.
Progetto
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151
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura G7 - Estensione delle zone pericolose con dispersore con maglie 10 x 5 m
Le zone pericolose non coinvolgono più la cabina elettrica, il capannone e le aree di lavoro
all’aperto come nel caso precedente..
Con questa geometria del dispersore, i provvedimenti da adottare (come indicato nel
paragrafo 14.2) rimangono i seguenti:
nc
1) Copertura con uno strato di 100 mm di ghiaia di tutta l’area della sottostazione di arrivo in
alta tensione identificata con il numero 1 come già citato precedentemente.
2) Applicazione di una fascia di asfalto di larghezza di almeno 9 metri lungo la parte interna
della recinzione non inclusa nella sottostazione di arrivo di alta tensione.
ni
Al fine di ottimizzare i costi di installazione, si può considerare di adottare la soluzione di
installare una maglia con passo 20 x 10 m al centro del dispersore fino a quasi al limite delle
zone pericolose indicate nella Figura G4 e, da qui, installare una maglia con passo 10 x 5 m
fino alla recinzione.
oi
Il grafico di Figura G8 mostra l’andamento dei potenziali e delle tensioni partendo da150 metri
dall’impianto, fino ad un metro di distanza dalla recinzione. Verso l’esterno, la presenza di
strade e di parcheggi asfaltati, evita situazioni di pericolo in quanto la curva 3 della tensione
di contatto U vT rimane ancora inferiore alla linea 5 della tensione di contatto ammissibile U vTP
relativa alle aree asfaltate.
og
ett
Una situazione di pericolo si potrebbe invece avere lungo il lato esterno dell’impianto
prospicente la campagna, dove la curva 3 della tensione di contatto U vT è sempre inferiore
alla curva 4 relativa alla tensione di contatto U vTP relativa alle aree non asfaltate.
La recinzione lungo questo lato è però realizzata con pannelli di calcestruzzo prefabbricato
isolante e quindi non è una massa estranea, che andata in tensione possa creare pericolo
alla persona che accidentalmente ne venga in contatto, transitando lungo l’esterno
dell’impianto lato campagna.
Pr
Di conseguenza anche lungo questo lato non ci sono situazione di pericolo.
Progetto
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152
hie
sta
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Figura G8 - Andamento dei potenziali e delle tensioni all’esterno dell’impianto
G.8
Dimensionamento termico dei conduttori
Il dispersore viene realizzato con conduttori in rame nudo composto da fili elementari di
diametro 1,8 mm
La sezione minima del conduttore risulta dalla seguente formula
𝐼𝐹
𝐾 �
nc
𝐴=
𝜃𝑓 + 𝛽
𝜃𝑖 + 𝛽
ni
dove
𝑙𝑛
𝑡
IF
corrente di guasto a terra più elevata
t
tempo di intervento della protezione posta sulla linea in alta tensione
oi
K
costante termica del rame nudo definito nella Tabella D1 della Norma CEI EN 50522
pari a 226
β
coefficiente caratteristico del rame dato nella Tabella D1 della norma CEI EN 5022
pari a 234,5
temperatura finale del conduttore pari a 300 C
θI
temperatura iniziale del conduttore pari a 20 C
og
ett
θf
0
0
Per guasti a terra sui sistemi in media tensione, le correnti di guasto a terra sono limitate ad
un massimo di 400 A, per la presenza di resistori sui centri stella.
Pr
Per i guasti a terra nei sistemi TN-S di bassa tensione, il dispersore non deve essere
dimensionato per la corrente di guasto a terra, poiché si utilizza il conduttore di protezione
PE come circuito di ritorno al centro stella dei sistemi in bassa tensione invece del dispersore
di terra (vedi CEI 64-8 art 41 e art. 54).
Di conseguenza la corrente di guasto I F più elevata da considerare è quella associata alla
linea di arrivo in alta tensione cioè pari a 16 000 A
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
153
Si ha pertanto:
𝐴=
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
16000
0,5
= 58, 11𝑚𝑚2
�
300
+ 234,5
226
𝑙𝑛
20 + 234,5
La sezione sarà quindi arrotondata al valore normalizzato di 70 mm
2
Questo valore risulta superiore alle sezioni minime richieste dalle seguenti norme:
2
in assenza di aggressivi chimici nel
2
in assenza di aggressivi chimici nel
CEI EN 50222
terreno
Allegato C
25 mm
CEI 64-8
terreno
Tabella 54A
25 mm
CEI EN 62305-3
Tabella 6
50 mm
Adozione dei sistemi atti ad impedire il trasferimento del potenziale
hie
sta
G.9
2
Il grafico di Figura G8 evidenzia come ad una certa distanza dal dispersore la curva 3 relativa
alla tensione di contatto U vT superi sia la linea 4 sia la linea 5 relative alle tensione di contatto
U vTP .
Come indicato nell’art. 11 della presente guida, tale tensione di contatto viene trasferita
all’esterno del dispersore mediante la continuità metallica delle tubazioni metalliche.
Per evitare questo trasferimento, la continuità metallica delle tubazioni entranti o uscenti dal
dispersore deve essere interrotta mediante l’inserimento di tronchetti isolanti in grado di
resistete alla tensione totale di terra pari a 3 170 V quindi devono avere una tensione di
isolamento almeno pari a 4 000 V.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
Questi tronchetti isolanti (vedi Figura 35 della guida) devono essere installati in pozzetti
ispezionabili in corrispondenza dei punti di ingresso delle tubazioni nell’ impianto.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
154
Allegato H
pu
bb
lic
a
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
- Considerazioni relative ai posti di trasformazione su pali (PTP) H.1
Premessa
In tutte le norme tecniche che hanno preceduto la pubblicazione della CEI EN 61936-1 e della
CEI EN 50522, i PTP non sono stati considerati quali “cabine elettriche” vere e proprie.
Ad esempio, nella Norma CEI 11-1 era presente la Nota 2 del campo di applicazione che
recitava: “ Le installazioni su palo di trasformatori, di apparecchiature di sezionamento e di
condensatori fanno parte delle linee aeree. ”
Con l’entrata in vigore delle norme europee sopra citate, questo concetto non è stato ripreso
e giustamente gli operatori del settore elettrico si chiedono se vale ancora l’assegnazione
indicata nella CEI 11-1 o se, invece, occorre ripensare i BTP come vere e proprie cabine di
trasformazione.
H.2
Definizioni della CEI EN 61936-1
hie
sta
Il campo di applicazione della norma definisce a quali impianti elettrici si applichino le
prescrizioni in essa contenute.
Nella stessa norma viene definito cosa si intenda per Cabina elettrica e cioè, si cita:
“Parte di un sistema di potenza, concentrata in un dato luogo, comprendente soprattutto terminali di linee di
trasmissione o distribuzione, apparecchiature, alloggiamenti e che può comprendere anche trasformatori.
Generalmente comprende dispositivi necessari per la sicurezza e controllo del sistema (es. dispositivi di
protezione)
NOTA A seconda della natura del sistema in cui è inserita la cabina, essa viene qualificata
da un suffisso.
nc
ESEMPIO Cabina di trasmissione (di un sistema di trasmissione), cabina di distribuzione,
cabina a 400 kV, cabina a 20 kV.”
La stessa definizione viene ripresa dalla Norma CEI EN 50522.
Deduzioni in base alla Norma CEI EN 50522
ni
H.3
A chiarire se un impianto quale il BTP sia o meno una cabina si deve far riferimento
all’Allegato G (normativo), paragrafo G.4 della CEI EN 50522 che recita:
Posti di trasformazione e/o di sezionamento su palo
oi
In generale tutti i trasformatori montati su palo, abbinati o non ad apparecchiature di
sezionamento, devono essere messi a terra.
og
ett
Nei casi in cui sul palo è installato il solo trasformatore, un impianto di terra semplice (ad
esempio un picchetto, un dispersore ad anello o la stessa base del palo, se metallico)
soddisfa le prescrizioni per la messa a terra del trasformatore.
In generale, le apparecchiature di manovra e sezionamento montate su pali in acciaio od in
altro materiale conduttore o in cemento armato devono essere collegate a terra. Sull’area del
posto di manovra la tensione di contatto ammissibile deve essere in accordo al punto 5.4. Ciò
può essere soddisfatto ad es. da:
progetto dell’impianto di terra, oppure
•
collegamento equipotenziale per mezzo di un tappetino di terra, oppure
•
isolamento del posto di manovra, oppure
•
uso di apparecchiature isolanti (es. attrezzi isolanti, guanti o tappetini) quando si esegue
la manovra,
Pr
•
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
155
Si richiama l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente
sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
combinazione tra le misure descritte.
pu
bb
lic
a
•
Le apparecchiature montate su pali di materiale non conduttore non necessitano di messa a
terra. Se non è presente la messa a terra, devono essere installati isolatori meccanicamente
affidabili (ad esempio isolatori a corpo unico) sulle aste di manovra, al di fuori della normale
portata di mano. Essi devono essere dimensionati per la tensione nominale del sistema. La
parte delle aste che può essere toccata dal terreno deve essere messa a terra per dissipare
possibili correnti di dispersione. Allo scopo è sufficiente un picchetto di almeno 1 m di
lunghezza od un dispersore ad anello intorno al palo ad una distanza di circa 1 m. I dispersori
e i conduttori di terra devono avere le sezioni minime conformi all’Allegato C, punti 5.2 e 5.3.”
H.4
Conclusioni
Si dovrebbe concludere che, stante la trattazione della Norma europea CEI EN 50522, i BTP
non possano essere considerati come cabine elettriche.
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Ricordiamo, tuttavia, che è necessario assumere particolari accorgimenti per i BTP quando
essi insistano in aree nelle quali si suppone possano sostare o transitare persone o animali,
in relazione al possibile manifestarsi di valori elevati delle tensioni di passo e di contatto.
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
156
PROGETTO
pu
bb
lic
a
La presente Norma è stata compilata dal Comitato Elettrotecnico Italiano e
beneficia del riconoscimento di cui alla legge 1° Marzo 1968, n. 186.
Editore CEI, Comitato Elettrotecnico Italiano, Milano – Stampa in proprio
Autorizzazione del Tribunale di Milano N. 4093 del 24 Luglio 1956
Direttore Responsabile: Ing. R. Bacci
Comitato Tecnico Elaboratore
CT 99 – Impianti elettrici di potenza con tensioni nominali superiori a 1 kV in corrente alternata
Pr
og
ett
oi
ni
nc
hie
sta
Altre norme di possibile interesse sull’argomento
Progetto
C. 1155:2015-04 – Scad. 18-05-2015
Totale Pagine 158
€ _
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