01 Guida per il dimensionamento degli impianti di terra

N O R M A
I T A L I A N A
Progetto
Data Scadenza Inchiesta
C. 862
30-04-2003
CEI
Data Pubblicazione
2003-...
Classificazione
Fascicolo
11-37
Titolo
PROGETTO
Guida per l’esecuzione degli impianti di terra di impianti utilizzatori in cui
sono presenti sistemi con tensione maggiore di 1 kV
Title
P R O GET T O
P ROGETTO
NORMA TECNICA
IMPIANTI E SICUREZZA DI ESERCIZIO
COMITATO
ELETTROTECNICO
ITALIANO
CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE • AEI ASSOCIAZIONE ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA ITALIANA
Si attira 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
PREMESSA...........................................................................................................................................................1
INDICE ..................................................................................................................................................................2
1.
Scopo.............................................................................................................................................................4
2.
Norme di riferimento..................................................................................................................................4
3.
Definizioni ....................................................................................................................................................4
4.
Simboli e indici ............................................................................................................................................4
5.
generalità dell’impianto di terra...............................................................................................................5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
6.
La corrente di guasto a terra ripartizione e percorso..........................................................................15
6.1
6.2
6.3
6.4
7.
Finalità .....................................................................................................................................................5
Tensione totale di terra............................................................................................................................5
Tensioni di contatto e di passo ................................................................................................................5
Rilevanza delle tensioni di contatto e di passo (UT e US).....................................................................12
Effetti connessi alla presenza di un impianto di terra globale ............................................................12
Protezione contro le scariche atmosferiche..........................................................................................14
Drenaggio delle cariche elettrostatiche................................................................................................14
Premessa Modalità di alimentazione dei distributori pubblici............................................................15
Definizioni delle correnti che si determinano nei guasti a terra .........................................................15
Percorso e alimentazione della corrente di guasto ..............................................................................15
Contributo delle funi di guardia e degli schermi metallici dei cavi - I circuiti di ritorno..................19
Valutazione delle correnti di guasto nelle diverse tipologie di alimentazione ..................................25
7.1 Alimentazione in BT...............................................................................................................................25
7.2 Impianti utilizzatori con propria stazione di trasformazione alimentati da una rete di distribuzione
in MT o in AT ...................................................................................................................................................25
7.2.1
Sistemi MT o AT con neutro isolato...........................................................................................25
7.2.1.1 Esempi.....................................................................................................................................27
7.2.2
Sistemi MT o AT con messa a terra risonante............................................................................32
7.2.3
Sistemi MT o AT con neutro a terra tramite resistenza..............................................................33
7.2.3.1 Esempi di rete con neutro a terra tramite resistenza o impedenza ........................................33
7.2.4
Sistemi MT o AT con neutro a terra tramite impedenza (bobina di Petersen // resistenza) .....38
7.2.5
Sistemi AT con neutro efficacemente a terra..............................................................................38
8.
Collegamento a terra del neutro BT dell'impianto utilizzatore..........................................................40
9.
Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra...........................................................................46
9.1
9.2
9.3
9.4
Generalità ..............................................................................................................................................46
Funi di guardia ......................................................................................................................................47
Schermi metallici dei cavi......................................................................................................................48
Masse estranee.......................................................................................................................................48
10. Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne ......................................................55
Progetto
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Si attira 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
11.
Proprietà diverse; interfaccia con il Distributore Pubblico ................................................................57
12.
Il dispersore in impianti con tensione maggiore di 1 kV .....................................................................57
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
Generalità .........................................................................................................................................57
Dispersore magliato .........................................................................................................................58
Resistenza di terra di un dispersore a maglia .................................................................................58
Resistenza di un dispersore verticale (picchetto) ............................................................................59
Altri dispersori ..................................................................................................................................60
La resistività del terreno...................................................................................................................60
Dimensionamento termico del dispersore .......................................................................................60
Dimensionamento termico dei conduttori di terra ..........................................................................61
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1.
SCOPO
Scopo della presente Guida è di dare semplici indicazioni ai progettisti ed 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
distributore pubblico, è opportuno prendere accordi tra le parti, secondo le
indicazioni che verranno date al Cap. 11.
2.
NORME DI RIFERIMENTO
Vedere Allegato A della presente Guida.
3.
DEFINIZIONI
Ai fini della presente Guida valgono le definizioni delle Norme CEI 11-1 e 64-8,
inoltre, per “Media Tensione (abbreviazione MT)”, si intende un sistema di
Categoria II.
Per “dispersore semplice” si intende un qualsiasi dispersore di tipo non magliato.
4.
SIMBOLI E INDICI
Ove non specificato nel testo, i simboli e gli indici sono uniformati a quelli della
Norma CEI 11-1 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 11-1 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.
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5.
GENERALITÀ DELL’IMPIANTO DI TERRA
5.1
FINALITÀ
Le principali finalità dell’impianto di terra sono:
a ) vincolare (mediante collegamento diretto o tramite impedenza, per lo più
puramente resistiva) 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;
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
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 UE, 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 considerato (vedi definizione di “terra di
riferimento (terra lontana)” al punto 2.7.2 della Norma CEI 11-1).
L’andamento del potenziale ϕ sulla superficie del terreno sovrastante un dispersore
a maglia regolare è rappresentato a titolo di esempio in Fig. 1; in Fig. 2, per un
dispersore a maglie irregolari (vedi parte superiore della figura).
Fatto 100% il valore di UE, i valori di UST% sono dati dalla relazione:
UST % = 100 – ϕ %
Dove ϕ % è il valore del potenziale sulla superficie del terreno espresso in percento
della tensione totale di terra UE.
5.3
TENSIONI DI CONTATTO E DI PASSO
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
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piedi alla distanza di 1 m dalla proiezione verticale della massa.
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.
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Lunghezza dei lati di maglia
Fig. 1 - Andamento del potenziale ϕ sulla superficie del terreno e della UST per un dispersore a maglia
U E%
ϕ%
80
U%
UST%
LEGENDA
a)
Diagonale
b)
Mediana
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Fig. 2 - Andamento del potenziale ϕ sulla superficie del terreno e della UST, lungo l’asse A-B
41%
U%
U ST%
U E%
ϕ%
Lunghezza dei lati di maglia
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Fig. 3 - Tensione di contatto UT e di passo US Tensione di contatto UST e di passo USS a vuoto
RE
UT
UST
UE
ϕ
US
U SS
UT
ZB
Ra
UST
UE
RE
UE
1/2 Ra
RE
USS
ZB
US
Ra
UT
US
LEGENDA
UST, USS
Tensioni di contatto e di passo a vuoto
U T, U S
Tensioni di contatto e di passo applicate alla persona
RE
Resistenza di terra del dispersore
ZB
Impedenza del corpo umano
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
ϕ
= Potenziale sulla superficie del terreno
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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. La Fig. 3 chiarisce 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, l’inizio della curva del potenziale sulla superficie del terreno
si sposterebbe semplicemente dalla massa ai suoi piedi; 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. La resistenza totale della persona si compone della somma della sua
resistenza 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).
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.
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.
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 UT.
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
(circa tre volte) rispetto a quelli mano-piedi.
Nella Fig. 4 che segue sono indicati i limiti posti dalla Norma CEI 11-1, punto
9.2.4.1 per gli impianti elettrici con tensione maggiore di 1000 V e nella Tab. 1
successiva gli stessi limiti vengono forniti in valore numerico.
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e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Fig. 4
Fig.9.1 della Norma CEI 11-1 Tensioni di contatto ammissibili UTp per correnti di breve durata
V
1000
9
8
7
6
5
4
Tensione di contattoUTp
3
2
100
9
8
7
6
5
4
0,05
0,1
0,2
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
Tab. 1
Tab. C-3 della Norma CEI 11-1 completata con i valori di tF più comuni
Tempo
(s)
0,04
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)
800
758
700
660
577
500
444
398
335
289
248
213
Tempo
(s)
0,55
0,60
0,65
0,70
0,80
0,90
0,95
1,00
3,00
5,00
7,00
10,00
U TP
(V)
185
166
144
135
120
110
108
107
85
82
81
80
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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 11-1 consideri, in linea
generale, le sole tensioni di contatto.
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 C della Norma CEI 11-1).
5.4
RILEVANZA DELLE TENSIONI DI CONTATTO E DI PASSO (UT E US)
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
UE 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:
UE = IE x ZE = 10 x 0,5 = 5 kV
dove:
UE = tensione totale di terra in kV;
IE = corrente di terra in kA;
ZE = impedenza di terra in Ω.
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 Fig. 1.
Ricerche teoriche e l’esperienza quasi secolare autorizzano peraltro a ritenere, sulla
base di criteri molto cautelativi, che se la tensione totale di terra non supera del
50% le tensioni di contatto ammesse UTp, queste ultime sono rispettate in qualsiasi
punto dell’impianto (vedi Norma CEI 11-1, punto 9.2.4.2 oltre alla Fig. 4 e alla
Tab. 1 della presente Guida).
5.5
EFFETTI CONNESSI ALLA PRESENZA DI UN IMPIANTO DI TERRA GLOBALE
Nel caso che l’impianto utilizzatore sia collocato all’interno di un “impianto di
terra globale” (vedere definizione nella Norma CEI 11-1 punto 2.7.14.5), la
progettazione del dispersore di impianti AT ed MT, pur essendo in condizioni
semplificative, richiede comunque particolare attenzione riguardo alle modalità di
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messa a terra del neutro del sistema BT.
Anche nel caso suddetto, prima di tutto, valgono i criteri generali di
dimensionamento definiti al punto 9.2.1 nei commi a), b), c) e d) della Norma CEI
11-1 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 11-1 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).
La Norma suddetta, peraltro, afferma che, nel caso l’impianto dell’utilizzatore sia
completamente compreso in un “impianto di terra globale”, il criterio di cui al
comma d) del punto 9.2.1 , relativo alla sicurezza delle persone, è soddisfatto a
priori.
La Norma CEI 11-1 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 tra le forme semplici di Fig. 3 dell'Allegato B, rispettando le
dimensioni minime indicate nell’Allegato A della stessa Norma.
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 distributore
pubblico ed agli impianti degli utilizzatori alimentati in AT e MT inclusi nell’area
equipotenziale e che, tenuto conto della sua definizione, solo il distributore
pubblico è in grado di dichiararne l’esistenza e l’estensione.
Per detta dichiarazione, quindi, possono rivolgersi al distributore sia gli utilizzatori
con forniture in AT ed MT sia quelli con fornitura in BT.
Gli imprescindibili criteri generali a cui deve soddisfare l’impianto di terra, 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 distributore pubblico nel punto di consegna
dell’energia che degli utilizzatori), facenti parte di un “impianto di terra
globale”, rispettano le condizioni previste dalla Norma CEI 11-1 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
(sia del distributore pubblico che 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 distributore e quello dell’utilizzatore ed in particolare verificare che:
• tale connessione sia visibile, accessibile e sezionabile solo con attrezzo ad
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entrambe le estremità;
• l’energia specifica passante massima sia sopportabile dal conduttore e dalle
relative connessioni (cautelativamente può essere assunta la piena IF);
• 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 7.2.1.1).
E’ importante, inoltre, che il distributore sia in grado di comunicare
all’utilizzatore il valore della UE nel punto di consegna dell’energia elettrica per
consentire all’utilizzatore di poter valutare l’assenza dei pericoli di cui al punto
9.3.3, sesto comma della CEI 11-1: “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”.
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
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 UE 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 81-1.
5.7
DRENAGGIO DELLE CARICHE ELETTROSTATICHE
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 31-33).
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6.
LA CORRENTE DI GUASTO A TERRA
RIPARTIZIONE E PERCORSO
6.1
PREMESSA
MODALITÀ DI ALIMENTAZIONE DEI DISTRIBUTORI PUBBLICI
Quando gli impianti utilizzatori sono alimentati da una rete del distributore, questa
alimentazione può avvenire nei seguenti modi:
1. in BT con il sistema TT;
2. in MT con neutro isolato;
3. in MT con neutro risonante (bobina di Petersen)
4. in MT con neutro messo a terra tramite resistenza;
5. in MT con messa a terra con impedenza (bobina di Petersen in parallelo ad una
resistenza);
6. in AT, con tensione minore o uguale a 100 kV, con sistemi di messa a terra
simili a quelli in MT;
7. in AT, con tensione maggiore di 100 kV, con neutro francamente a terra.
Naturalmente, la diversificazione della tensione di alimentazione dipende dalla
potenza richiesta e dalla posizione dell’impianto utilizzatore rispetto alla rete di
alimentazione del distributore. Tutti questi fattori hanno influenza sulle correnti di
6.2 e definite nella Norma CEI 11-1.
6.2
DEFINIZIONI DELLE CORRENTI CHE SI DETERMINANO NEI GUASTI A TERRA
La Norma CEI 11-1 (punto. 2.7.15 e Fig. 2.2) distingue tra:
6.3
IF, definita “ corrente di guasto a terra”;
IE, definita “corrente che fluisce verso terra tramite l’impedenza collegata a
terra”. 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.);
IRS, definita “corrente nella resistenza di terra del dispersore considerato”.
PERCORSO E ALIMENTAZIONE DELLA CORRENTE DI GUASTO
Qualunque sia il tipo di alimentazione, non sempre tutta la corrente di guasto a terra
viene dispersa dal dispersore di stazione.
La corrente di terra IRS è quella determinante per la valutazione delle tensioni di
contatto.
Si consideri ad esempio il guasto in un impianto utilizzatore come indicato nelle
Fig. 5a e 5b.
In Fig. 5a l’impianto utilizzatore è alimentato da un trasformatore con neutro a terra
lontano (alimentazione da una sorgente esterna all’impianto utilizzatore).
Progetto
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Si attira 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
Ipotizzando per semplicità l’assenza di funi di guardia, la corrente di guasto si
richiude tutta attraverso il terreno tramite il dispersore, e quindi IF = IE.
Se l’alimentazione avviene invece da una sorgente interna all’impianto utilizzatore,
la corrente di guasto si chiude tramite il dispersore all’interno dell’impianto
utilizzatore stesso (con stazione elettrica interna) come indicato in Fig. 5b. Come si
vede chiaramente nella figura, il percorso della corrente tra il punto di guasto ed il
neutro del trasformatore interessa solamente il collegamento metallico
rappresentato dall’impianto di terra (PE compresi) e non vi è corrente dispersa
apprezzabile nel terreno. In questo caso è quindi IE = 0.
Procedendo nell’esame dei casi possibili, sempre nell’ipotesi di assenza delle funi
di guardia, l’impianto utilizzatore può essere alimentato da due sorgenti
contemporaneamente, una esterna ed una interna, ad esempio nel caso che ci sia
un’autoproduzione come indicato in Fig. 6a. In questo caso, le due situazioni di
Fig. 5 coesistono e la corrente di guasto si divide in due rami, uno rappresentato
dalla corrente di terra IE che corrisponde al contributo della sorgente esterna, un
altro rappresentato dalla IF – IE che corrisponde al contributo dell’autoproduzione.
Solo la corrente IE è determinante nei riguardi delle tensioni di contatto e di passo.
Nel caso di Fig. 6a questa è appunto la corrente di guasto prodotta dalla sorgente
esterna; ma se il guasto avviene all’esterno dell’impianto utilizzatore, per esempio
su un palo di linea e le due sorgenti sono in parallelo, come in Fig. 6b, la corrente
IE2 che attraversa il dispersore dell’impianto utilizzatore può essere anche maggiore
della corrente IE di Fig. 6a, se è preminente il contributo dell’autoproduzione.
L’impianto di terra utilizzatore deve in ogni caso esser dimensionato per la
maggiore tra le correnti che è chiamato a disperdere nel terreno.
Progetto
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Si attira 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
RES
IE
IF
IF
IE
=
IF
RES
IF
IE
c
c
IF
IF
IE
R
ES
=0
IF
Fig. 5 - Schema di principio e andamento quantitativo delle correnti per guasto a terra di un impianto utilizzatore
senza autoproduzione
LEGENDA
a)
Stazione elettrica esterna
b)
Impianto utilizzatore
c)
Terra di riferimento (CEI 11-1, punto 2.7.2)
CT
Conduttore di terra
CN
Conduttore di neutro del trasformatore
IF
Corrente di guasto
IE
Corrente di terra
RES Resistenza di terra dell’impianto utilizzatore
E
Dispersore
Progetto
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Si attira 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
Fig. 6 - Schema di principio e andamento qualitativo delle correnti per guasto unipolare a terra nell’ipotesi che
l’impianto utilizzatore sia dotato di autoproduzione:
a) guasto entro l’impianto utilizzatore
b) guasto fuori dell’impianto utilizzatore (per es. in linea)
IE
IF
IF - IE
IE
IE
R ES
a) guasto entro
l'impianto utilizzatore
R ES
IE
IF
IE2
IE1
IE2
IE1
R ES1
b) guasto fuori
dell'impianto utilizzatore
IE1
R ES
RES2
IF
LEGENDA
a)
Stazione elettrica esterna
b)
Impianto utilizzatore
c)
Terra di riferimento (CEI 11-1, punto 2.7.2)
CT
Conduttore di terra
CN
Conduttore di neutro del trasformatore
IF
Corrente di guasto
IE
Corrente di terra
RES Resistenza di terra dell’impianto utilizzatore
E
Dispersore
Progetto
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Si attira 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
6.4
CONTRIBUTO DELLE FUNI DI GUARDIA E DEGLI SCHERMI METALLICI DEI
CAVI - I CIRCUITI DI RITORNO
In una rete con neutro a terra si intendono per circuiti di ritorno quegli elementi che
collegano direttamente gli impianti di terra, o semplicemente il punto di guasto con
il centro stella del trasformatore che alimenta il guasto stesso, e consentono a una
parte della corrente di guasto di tornare alla sorgente di alimentazione senza
interessare il terreno. In Fig. 5b il circuito di ritorno è il dispersore stesso che in
questo caso, a dispetto del nome, non disperde corrente nel terreno, ma la convoglia
direttamente al neutro del trasformatore.
Anche nel caso più generale di sorgente esterna all’impianto considerato vi possono
essere circuiti metallici di ritorno, e questi sono tipicamente le funi di guardia delle
linee aeree e gli schermi o le guaine metalliche dei cavi che, se collegati agli
impianti di terra delle stazioni o degli impianti utilizzatori, si comportano come
conduttori di protezione PE.
Anche nelle reti con neutro isolato ci possono essere collegamenti metallici tra
differenti impianti di terra, come appunto gli schermi dei cavi, se connessi a terra
ad entrambe le estremità. In questo caso non rivestono più l’aspetto di veri circuiti
di ritorno, quanto piuttosto quello di conduttori di terra che adempiono alla
funzione di mettere tra loro in parallelo diversi impianti di terra. In tal modo una
certa parte degli impianti di terra interconnessi sono coinvolti nel guasto ovunque
esso sia, ma la corrente dispersa nell’impianto in cui avviene il guasto viene
corrispondentemente ridotta e così anche la sua tensione di terra.
Ciascuno degli impianti di terra contribuisce alla dispersione della corrente di
guasto IF in modo differente poiché:
le resistenze di terra RE 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, in modo numericamente e
qualitativamente variabile, le succitate conduttanze.
Si noti, pertanto, che il contributo dei dispersori lontani potrebbe risultare
trascurabile.
In una rete con neutro a terra, la fune di guardia o lo schermo dei cavi adempie a
due funzioni.
La prima funzione, che vale solo per le funi e le guaine di linee che alimentano il
guasto, è quella di drenare 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.
Grazie al contributo di accoppiamento, il compito del dispersore suddetto può
essere notevolmente alleggerito.
Progetto
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Si attira 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 ogni linea che alimenta il guasto si definisce infatti il fattore di riduzione ri il
rapporto tra la corrente di terra IEi, cioè l’aliquota di corrente immessa nel terreno
attraverso il dispersore, e la corrente di guasto monofase a terra 3I0i fornita dalla
linea stessa, cioè:
ri =
I Ei
3I 0i
Il termine 3 I0i, 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.
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 resistività del terreno.
Il metodo di calcolo del fattore r si trova nella pubblicazione IEC 60909-3, mentre
nell’All. J della Norma CEI 11-1 sono riportati alcuni valori tipici.
Le guaine 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.
Sia nel caso di funi di guardia che nel caso di guaine metalliche di cavi, la corrente
nel dispersore è espressa da:
IRS = r IF = r 3I0
se il guasto è alimentato da una linea, e da:
IRS = r1 3I01 + r2 3I02
se le linee alimentanti il guasto sono due, dove r1 e r 2, e rispettivamente I01 e I02
sono i fattori di riduzione e le correnti omopolari delle due linee.
Corrispondentemente, le correnti nelle funi di guardia divengono rispettivamente:
IEW = IF – IRS = (1-r) 3I0
IEW1 = (1-r1) 3I01;
IEW2 = (1-r2) 3I02
Nel caso di cavi occorre verificare che la corrente drenata dallo schermo metallico
sia inferiore a quella ammissibile nello schermo stesso. Per informazioni conviene
rivolgersi al costruttore, tenendo presente che il termine generico di schermo
metallico comprende le eventuali armature metalliche.
La seconda funzione è quella di ridurre l’impedenza di terra mediante il
collegamento di più dispersori tra loro, essa è esplicata dalle funi di guardia e dalle
guaine metalliche di tutte le linee in arrivo o in partenza, anche da quelle che non
alimentano il guasto, o sono fuori tensione.
La fune di guardia si può schematizzare con un circuito equivalente costituito da
una successione di bipoli in cascata formati dalle impedenze delle diverse campate
e dalle impedenze dei dispersori, intenzionali o di fatto, dei sostegni di linea. Questi
bipoli sono in parallelo al dispersore in esame.
L’impedenza equivalente del complesso dei bipoli Z∞ della catena supposta di
lunghezza infinita, ovvero Zp se di lunghezza finita, come rappresentato in Fig.7, si
pone in parallelo alla resistenza del dispersore.
Progetto
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Si attira 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
Definendo:
RET
la resistenza di terra di un sostegno
Zw
l’impedenza omopolare di una campata di fune di guardia
nell’ipotesi semplificativa che tutti i valori di RET siano costanti almeno per i primi
pali in partenza dall’impianto utilizzatore o dalla stazione, e che le corrispondenti
campate abbiano una lunghezza costante, il valore dell’impedenza di ingresso di
una fune di guardia è dato da:
Zp =
Z2
1
Z w + Z w ?RET + w
2
4
Poiché in genere il valore di Zw è piccolo rispetto a quello di R ET, la precedente
relazione si può anche semplificare in:
Zp =
1
Z w + Z w ?RET
2
Formule per il calcolo di Zw e Zp si possono trovare nella IEC 60909-3.
In Tab. 2 sono riportati alcuni valori dell’impedenza d’ingresso (modulo e fase) per
funi di guardia singole di diverso materiale e per due valori della resistenza di terra
RET dei sostegni di linea.
La lunghezza della campata è supposta di 300 m.
Tab. 2
Analoga funzione è esplicata dagli schermi dei cavi se sono collegati a terra a
entrambi gli estremi. In tal caso l’impedenza Zp è uguale alla somma
dell’impedenza omopolare dei tre schermi tra loro in parallelo e della resistenza di
terra del dispersore della stazione contigua all’impianto utilizzatore, che risulta
collegata in serie agli schermi.
Lo schema della distribuzione della corrente di guasto in una stazione o
nell’impianto utilizzatore alimentato in entra-esce da due linee ad AT in rete con
neutro a terra e con autoproduzione locale, o comunque con trasformatore con
neutro messo a terra in stazione, si presenta come in Fig.8.
La corrente di guasto monofase a terra risulta:
IF = 3 I0 + ITr
La corrente che interessa il dispersore dell’impianto utilizzatore e i dispersori di
fatto nel loro complesso (Fig.8) risulta:
Progetto
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Si attira 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
IE = r (IF – ITr)
dove:
r
= fattore di riduzione della linea che alimenta il guasto;
ITr
= corrente di guasto monofase del trasformatore;
IE
= corrente di terra che interessa il complesso disperdente.
L’impedenza di terra della stazione con i dispersori di guardia collegati è:
ZE =
1
1
1
+n
RES
Zp
La tensione di terra è:
UE = IE ZE
La corrente che fluisce a terra dal solo dispersore dell’impianto utilizzatore (Fig.8)
è:
I RS = I E
ZE
RES
Tale corrente è presa in considerazione per la determinazione delle tensioni di
contatto e di passo.
Fig.7 - Catena composta dalla impedenza Zw delle funi e dalla resistenza di terra RET dei sostegni posti a distanze
uguali dT
Zp = Impedenza di ingresso della fune di guardia
LEGENDA
a)
Fune di guardia
b)
Terra
Progetto
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22
Si attira 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
Fig.8 - Ripartizione della corrente di guasto a terra per guasto all’interno dell’impianto utilizzatore
Linea 1
Linea 2
IF
ITR
RET
RET
RES
UE
IRS
Linea 2
Linea 1
I TR
IF
ITR
IE
UE
Zp2
R ES
Zp1
I RS
LEGENDA
a)
Terra di riferimento
b)
Conduttore di fase
c)
Autoproduzione
d)
Circuito equivalente
e)
Fune di guardia
f)
Dispersore
ITr
=
Corrente di guasto nel neutro del trasformatore
IF
=
Corrente di guasto
IE
=
Corrente di terra = IF – [ ITr + (1-r) 3I0 ]
NOTA - (IE non può essere misurata direttamente, ma solo calcolata secondo la differenza indicata)
IRS
=
Corrente dispersa nel terreno
RET =
Resistenza di terra del sostegno
RES =
Resistenza di terra del dispersore
Zp
=
Impedenza di ingresso della fune di guardia-terra, vista dall’impianto utilizzatore
UE
=
Tensione totale di terra
Progetto
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Si attira 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
In Fig.9 sono forniti alcuni abachi per la lettura del fattore di riduzione r nel caso di
linea con una o due funi di guardia, in funzione del valore della resistenza di terra
RET dei sostegni di linea e per alcuni valori della resistenza di terra R ES del
dispersore della stazione. In presenza di sostegni di linea di piccola resistenza di
terra, la corrente drenata dalle funi di guardia può essere notevolmente maggiore
dei contributi indicati nella Norma CEI 11-1.
Fig. 9– Andamento della corrente percentuale nel dispersore di stazione per guasto a terra alimentato da una sola
linea provvista di una o due funi di guardia, in funzione della resistenza di terra dei sostegni RET per alcuni valori
della resistenza di terra della stazione
LEGENDA
a)
RET (Ω) per due funi
b)
RET (Ω) per una fune
Progetto
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24
Si attira 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.
VALUTAZIONE DELLE CORRENTI DI GUASTO NELLE DIVERSE
TIPOLOGIE DI ALIMENTAZIONE
7.1
ALIMENTAZIONE IN BT
I distributori alimentano gli impianti utilizzatori in bassa tensione secondo lo
schema TT. Gli impianti di terra per questi impianti utilizzatori sono regolati dalla
Norma CEI 64-8.
Agli impianti di terra relativi ad applicazioni residenziali e terziarie, è dedicata
l’apposita Guida CEI 64-12.
7.2
IMPIANTI UTILIZZATORI CON PROPRIA STAZIONE DI TRASFORMAZIONE
ALIMENTATI DA UNA RETE DI DISTRIBUZIONE IN MT O IN AT
Quando sia alimentato in MT o in AT, l’utilizzatore può avere distribuzione
interna:
•
soltanto in BT;
•
in MT per i carichi maggiori e in BT per quelli minori.
La distribuzione in MT può essere alla stessa tensione di alimentazione del
distributore, oppure ad un valore diverso MT1 opportunamente scelto tra quelli
normalizzati.
7.2.1
SISTEMI MT O AT CON NEUTRO ISOLATO
Nelle reti con neutro isolato, il circuito di guasto può chiudersi soltanto attraverso
le capacità verso terra della rete stessa (Fig. 10).
Poiché le capacità verso terra di una rete, sia aerea che in cavo, sono un parametro
distribuito, la corrente di guasto IF è funzione, oltre che della tensione, anche
dell’estensione della rete ed è quindi tanto più alta quanto più è estesa la rete.
La Norma CEI 11-1, nel Cap. 9 sugli impianti di terra, riporta alla Tab. 9.1 la
formula per valutare la corrente di terra in reti con neutro isolato:
IE = r IF
dove:
IF = IC (vedi Fig. 2-3 della Norma CEI 11-1)
IC = corrente capacitiva di guasto in Ampere e calcolata con la formula
approssimata
IC = Un (0,003 L1 + 0,2 L2)
con
Un = tensione nominale della rete in kV
L1 = lunghezza delle linee aeree, in km
L2 = lunghezza delle linee in cavo, in km
r
= fattore di riduzione (per linee aeree con funi di guardia, cavi muniti di
Progetto
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Si attira 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
schermo e determinato in accordo con l’All. J informativo della CEI 11-1).
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.
L’apporto dei cavi è, dunque, circa 67 volte quello delle linee aeree, a causa della
maggiore capacità dei cavi verso terra. Il coefficiente 0,2 della formula già detta,
Un (0,003 L1 + 0,2 L2), si riferisce a cavi con isolamento in carta impregnata. Per
cavi con isolamento solido, è opportuno riferirsi al costruttore per ottenere dati più
attendibili.
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.
Fig. 10 - Correnti capacitive di guasto a terra in una rete con neutro isolato
IF
Progetto
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26
Si attira 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 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:
IF = 15 x (0,003 x 80 + 0,2 x 6) = 21,6 A
In sostanza nelle reti a MT con neutro isolato, la corrente di guasto a terra va da
poche decine di ampere, per reti prevalentemente aeree, a qualche centinaio di
ampere per reti prevalentemente in cavo come quelle urbane. La Norma CEI 11-1
(Tab. 9.1) 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 IE che l’impianto può essere chiamato a disperdere nel terreno.
Nelle reti con neutro isolato, se una fase va a terra, la tensione verso terra delle altre
due fasi sane sale alla tensione concatenata. Il corrispondente isolamento verso
terra viene allora sollecitato a regime da una tensione 3 volte maggiore e dalle
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.
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 IEC 60909-3 dà le
formule generali e quelle relative ai casi più frequenti. Al limite però, poiché non si
può escludere che il secondo guasto avvenga nelle immediate vicinanze della stessa
cabina del primo, 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 11-1, è:
I" KEE = 0,85 I" K
dove I”KEE e I”K sono rispettivamente le correnti iniziali simmetriche di c.c. bifase
e c.c. trifase.
7.2.1.1
ESEMPI
Esempio 1
Ci si riferisca all’esempio di Fig. 11 dove la media tensione interna ad uno
stabilimento viene ottenuta dall’alimentazione del distributore tramite una
trasformazione MT/MT1 e dove si presume che la rete a MT1 non sia molto estesa
ed a neutro isolato.
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).
Progetto
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Si attira 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
Fig. 11 - Esempio di schema di cabina dell’utilizzatore con distribuzione in MT1
diversa da quella del distributore
MT a tensione del distributore
MT1 6kV
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 il guasto a terra sulla rete a MT1) 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
(vedere schema di Fig. 5b, nel quale però la distribuzione avviene con rete a neutro
isolato invece che con neutro a terra come ivi indicato).
Esempio 2
Ci si riferisca all’esempio di Fig. 12 dove si ipotizza che la rete interna ad uno
stabilimento sia alla stessa tensione di quella fornita dal distributore. 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 RE che dipende
dal parallelo dato dalla resistenza di terra del dispersore locale e delle impedenze
dei conduttori di ritorno ad essa allacciati.
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 IF, (la rimanente IE 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 IM (corrente di
misura) alternativamente in ogni area così individuata.
Progetto
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Si attira 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
In queste condizioni infatti si potrebbero avere UE > 1,5 UTp oppure UT > UTp.
Nel 1° caso (U E > 1,5 U Tp) ci si riferisce al “progetto tipo” di cui all’art. 9.2.4.2.
della CEI 11-1, allo scopo di verificare la necessità di procedere ai rilievi diretti
delle tensioni di contatto.
Nel 2° caso (U T > U T p), dopo aver rilevato i valori delle tensioni di passo e di
contatto, si dovrà procedere all’applicazione dei provvedimenti M, elencati
nell’Allegato normativo D della Norma CEI 11-1.
Nel caso di impianti aventi numerose cabine elettriche, che rientrano nelle
condizioni di installazione sopra dette, questo modo di procedere porta alla
necessità di eseguire i rilievi delle tensioni di contatto, soltanto per quelle cabine e
per quelle zone di impianto ad esse associate, che rientrano nelle due condizioni
elencate sopra (U E > 1,5 U T p oppure U T > U T p) e non alla totalità delle cabine
presenti.
Si conoscano i valori delle singole resistenze di terra di cabina RE e le impedenze
longitudinali tipiche delle guaine MT, e si abbia:
IF = 80 A;
Tensione nominale del sistema = 20 kV;
IC (corrente capacitiva dovuta alla lunghezza delle linee in cavo utente) = 3 A;
IE = IF + IC = 83 A
Tempo tF = 0,6 s;
UTp = 165 V;
ZE massima =
ZE =
1,5 ?U Tp
IE
=
1,5 ?165
= 2,98 Ω
83
da non superare presso ogni singola
cabina;
l’obbligo di eseguire le misure delle tensioni di contatto, in questo esempio, è
limitato alla sola cabina n° 3, avendo questa una ZE pari a 3,50 ohm (maggiore,
cioè, di 2,98 ohm).
Progetto
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Si attira 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
Fig. 12 - Schema equivalente della rete interna allo stabilimento
ZLE
ZLC
A
RE1
RE2
RE3
B
C
E
D
F
LEGENDA
A: fornitura MT in linea aerea del distributore pubblico
B: rete di terra locale della cabina n° 1 di ricezione 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
Progetto
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30
Si attira 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 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.
L’esecuzione di misure di RE in ogni cabina, evidenzia la possibile inefficacia, delle
interconnessioni, verso le rimanenti installazioni, difetti solitamente non
riscontrabili con la semplice verifica della continuità.
Nella Fig. 13 sotto riportata, l’ohmmetro legge un valore dato, in prima
approssimazione, dalla serie delle due resistenze di terra RE1 ed R E2. Il valore di
0,35 ohm, portato ad esempio, non permette di esprimere una conclusione
affidabile.
Fig. 13 - Schema del circuito di prova
Ω
E
A
B
D
C
LEGENDA
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 distributore pubblico
D: punto d’interruzione della connessione tra gli impianti di terra delle due cabine
E: indicazione dell’ohmmetro ≤ 0,35 Ω
Progetto
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Si attira 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 di R E, se eseguite con il metodo di iniezione di corrente IM di valore
elevato, permettono inoltre di:
1) quantificare il drenaggio offerto dalle conduttanze allacciate al dispersore sotto
prova che può essere utile nel caso di adeguamento impiantistico;
2) 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;
3) 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 di 250 V o di 500 V di cui alla Tab. 9-2 della CEI 11-1.
Esempio 3
Un altro esempio è tipico dell’alimentazione esterna fornita dal distributore
pubblico, con autoproduzione interna all’impianto. Per l’esercizio in parallelo delle
due reti, l’utente deve prendere accordi con il distributore, conformemente alle
prescrizioni della Norma CEI 11-20. Il dispersore di terra deve essere dimensionato
per la corrente capacitiva di guasto a terra prodotto solamente dalla rete MT del
distributore, in quanto quella prodotta dall’autoproduzione si chiude attraverso i
conduttori metallici come nell’esempio 1 precedente.
7.2.2
SISTEMI MT O AT CON MESSA A TERRA RISONANTE
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.
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.
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.
Indipendentemente dal tipo di bobine, se la loro reattanza è identica a quella
omopolare 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.
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.
Progetto
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Si attira 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 corrente di guasto a terra, in questi sistemi, secondo la Norma CEI 11-1 è
IF = IRES = (IC – IL) + IR + IH
dove
IF = corrente di guasto a terra
IRES = corrente residua di guasto a terra
IC = corrente capacitiva di guasto a terra
IL = somma delle correnti delle bobine di soppressione d’arco in parallelo
IR = corrente di dispersione
IH = corrente armonica
7.2.3
SISTEMI MT O AT CON NEUTRO A TERRA TRAMITE RESISTENZA
In questi sistemi il neutro del trasformatore che alimenta la rete viene messo a terra
attraverso una resistenza il cui valore può essere convenientemente maggiore
dell’impedenza omopolare del trasformatore e della rete. Ciò limita la corrente di
guasto a terra a quella di cortocircuito iniziale simmetrica per un cortocircuito
verso terra I”k1 monofase e comunque ad una percentuale (solitamente non più del
10%) della corrente di cortocircuito trifase.
La corrente di guasto monofase a terra risulta tuttavia maggiore di quella che si
avrebbe nella stessa rete a neutro isolato. Per questo motivo, al fine di garantire
l’autoestinzione dei guasti, questi sistemi vengono utilmente adottati in reti la cui
estensione è alquanto limitata.
La resistenza di messa a terra del neutro, come per i sistemi a neutro risonante,
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.
In questi sistemi, la resistenza di messa a terra determina la presenza di una
componente attiva della corrente omopolare soltanto nella linea guasta; detta
componente, se di valore sufficiente, potrebbe permettere l’individuazione di una
linea aerea guasta mediante semplici relè amperometrici. Nel caso di una rete in
cavo, per individuare la linea guasta è più conveniente utilizzare relè wattmetrici
per evitare di dover aumentare eccessivamente la componente attiva già detta.
La corrente di guasto a terra, in questi sistemi, secondo la Norma CEI 11-1 è
IF = I”K1
dove IF e I”K1 hanno i significati già detti.
7.2.3.1
ESEMPI DI RETE CON NEUTRO A TERRA TRAMITE RESISTENZA O IMPEDENZA
In questi sistemi il neutro della rete MT all’interno dell’impianto utilizzatore è
collegato a terra attraverso un resistore (o reattore) al fine di limitare la corrente di
guasto, rispetto ad un sistema con neutro franco a terra.
Nei sistemi dove il centro stella è accessibile il resistore 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.
Nel primo caso il resistore diventa un componente di Media Tensione mentre nel
secondo caso è un componente di Bassa Tensione.
Nei sistemi in cui il centro stella non sia accessibile o non sia previsto, occorre
Progetto
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Si attira 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
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 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
compresi tra la corrente nominale di un trasformatore di alimentazione e alcune
centinaia di ampere;
resistenza di alto valore, atta a limitare la corrente di guasto a terra a valori
dell’ordine della decina di ampère o meno.
Il primo criterio, privilegia la robustezza dei componenti (resistenza) e la semplicità
dei dispositivi di protezione, che possono essere del tipo usato per la protezione
contro le sovracorrenti; 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. Per contro, tanto più elevate sono le correnti di terra, tanto
maggiori sono i danni di un guasto a terra. Come detto, si privilegia la protezione
contro le sovratensioni a scapito di quella contro il cortocircuito.
Il secondo criterio si può considerare simile a quello con neutro isolato e 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).
Ancora in relazione al valore delle correnti di guasto a terra (praticamente
indipendente dal punto di guasto) 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:
IF =
3 ?U n
Z 1 + Z 2 + Z 0 + 3Z G
dove
Un = Tensione nominale della rete;
ZG = Impedenza nominale di messa a terra della rete di MT.
Poiché le impedenze di sequenza diretta, inversa e omopolare Z1, Z2, Z 0 sono di
solito piccole rispetto a Z G, per verifiche rapide si può ricorrere all’espressione
approssimata:
Progetto
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Si attira 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
IF =
Un
3 ?Z G
Per esempio, per una rete a 6 kV, messa a terra attraverso una resistenza sul neutro
di 40 Ω, si avrebbe una corrente approssimata di guasto di:
IF =
6000
3 ?40
= 86A
L’impianto di terra viene dimensionato per la maggiore tra le correnti di guasto
monofase a terra lato MT e BT.
Se il neutro e le masse dell’impianto in media tensione sono collegate alla stessa
rete di terra magliata, si può assumere che l’insieme sia sufficientemente
equipotenziale, Fig. 14.
Per guasto a terra sulla media tensione, la corrente di guasto ritorna al neutro
dell’avvolgimento attraverso la maglia di terra senza disperdersi nel terreno. Il
dispersore in questo caso ha una mera funzione equipotenziale.
Se però il neutro e le masse sono collegate a dispersori lontani e distinti, anche se
fra loro interconnessi, la situazione si presenta come nelle Fig. 15a e 15b.
Questo può succedere quando l’impianto dell’utilizzatore comprende gruppi di
impianti satelliti discretamente lontani fra loro, con propria rete di terra
interconnessa alla rete di terra principale, con conduttori di terra di
interconnessione (AB in Fig. 15a). In sede di progetto si tratta di dimensionare tali
conduttori in modo tale da evitare situazioni di pericolo.
Con riferimento alla Fig. 15a, se la caduta di tensione U i = Z i × IF sul conduttore
AB al passaggio della corrente di guasto IF è minore di 1,5 volte i valori della Fig. 4
o della Tab.1 della presente Guida, non è necessario fare la verifica delle tensioni di
contatto nell’impianto di terra satellite interconnesso, perché sono sicuramente
inferiori ai valori ammessi. Se invece la tensione Ui è maggiore dei valori suddetti,
tale verifica è necessaria.
Se il conduttore in rame è installato in tubo protettivo di materiale non
ferromagnetico l’impedenza Zi del conduttore di ritorno può essere calcolata con la
formula seguente:
2
ì 1
d
+ ln √ ?L2
Zi = R + ω ? 0
2∂ 4
r↵
2
i
2
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;
µ 0 = permeabilità dell’aria = 4 π 10–7 H/m.
Progetto
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Si attira 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
Fig. 14 - Il neutro e le masse in media tensione sono collegate ad un unico dispersore
LEGENDA
a)
Massa in media tensione
ZG = Impedenza di messa a terra della rete di MT
Progetto
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Si attira 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
Fig. 15a - Il neutro e le masse sono collegati a dispersori lontani e distinti, ma tra loro interconnessi
LEGENDA
ZG
=
Impedenza di messa a terra della rete di MT
Zi
=
Impedenza del conduttore interconnessione dei dispersori
Fig. 15b - Schema equivalente del circuito di guasto
IF
I RSB
IRSB
R ESA
IF - I RSB
R ESB
LEGENDA
RESA =
Resistenza di terra del dispersore principale
RESB =
Resistenza di terra del dispersore satellite
Zi
=
Impedenza del conduttore di interconnessione dei dispersori
IF
=
Corrente di guasto a terra
IRSB =
Corrente nell’impianto di terra satellite
Progetto
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37
Si attira 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
Si è supposto fin qui che tutta la corrente di guasto IF passi nel conduttore AB, e
che questo sia isolato dal terreno. In realtà una parte della corrente IF ritorna alla
sorgente attraverso il terreno e la somma delle due resistenze di terra R ESB
dell’impianto satellite e RESA dell’impianto principale come indicato in Fig. 15b.
Solo la parte I F – I RSB della corrente di guasto percorre il conduttore AB di
impedenza Zi.
Una volta che RE S A e R ESB siano note, il partitore di corrente costituito
dall’impedenza Zi in parallelo con RESA + RESB permette di trovare la corrente IRSB
che interessa l’impianto di terra satellite di resistenza RESB e quindi anche la
corrente IF – IRSB che percorre realmente il conduttore. Si ha:
I RSB = I F
Zi
Z i + RESA + RESB
Se il collegamento di impedenza Zi non è isolato, ma è costituito da un conduttore
nudo interrato, che a sua volta disperde corrente nel terreno, il ragionamento sarà
ancora valido ma più cautelativo.
Se poi i satelliti fossero più d’uno, e tutti tra loro interconnessi, il ragionamento si
complicherebbe ancora, ma allora ci si avvicinerebbe sempre di più ad una
configurazione prossima a quella costituita da una unica rete di terra generale,
soprattutto quando si consideri la presenza dei dispersori naturali o di fatto, come
tubazioni, binari, schermi dei cavi, armature del cemento armato delle fondazioni
ecc., elementi tutti che, in aggiunta ai dispersori intenzionali, concorrono a formare
un’unica rete di terra.
7.2.4
SISTEMI MT O AT CON NEUTRO A TERRA TRAMITE IMPEDENZA
(BOBINA DI PETERSEN // RESISTENZA)
La combinazione dei sistemi di cui in 7.2.2 e 7.2.3 fa sì che vengano esaltati i pregi
di ciascuno dei sistemi eliminandone i difetti maggiori.
Con questi sistemi “ibridi” infatti, si può:
7.2.5
limitare la corrente di guasto monofase a terra rispetto ai sistemi a neutro
isolato;
individuare la linea guasta con relè wattmetrici;
limitare le sovratensioni di origine interna e quindi rendere meno gravoso il
dimensionamento dell’isolamento della rete.
SISTEMI AT CON NEUTRO EFFICACEMENTE 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 od 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 11-1 Tab. 4.2).
Il neutro della rete AT oltre 100 kV è messo efficacemente a terra (CEI 11-1 punto
3.1.1), 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,
Progetto
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Si attira 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 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 c.c., 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.
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”).
Progetto
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Si attira 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
8.
COLLEGAMENTO A TERRA DEL NEUTRO BT DELL'IMPIANTO
UTILIZZATORE
La Norma CEI 11-1, pur raccomandando un impianto di terra comune, ammette,
sotto determinate condizioni, che il neutro di BT possa essere collegato al
dispersore di cabina o al dispersore dell’impianto utilizzatore.
Si consideri il caso di uno stabilimento industriale, cioè di un utilizzatore con
cabina elettrica di alimentazione in AT o MT.
I casi possibili sono due:
a) I dispersori di cabina e quello di stabilimento sono comuni connessi tra loro ed
il neutro è messo a terra su detto dispersore.
Sul lato bassa tensione si ha in tal caso un sistema TN. Nelle Fig. 16a e 16b
sono indicati 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
par. 413.1.2.1 della Norma CEI 64-8, ed anche il neutro della BT, sono messe a
terra sul dispersore unico. Per guasto sul sistema di BT, l’impianto di terra deve
soddisfare i requisiti della Norma CEI 64-8/4 par. 413.1.3. Per guasto sul
sistema di AT e MT l'impianto di terra deve soddisfare i requisiti della Norma
CEI 11-1 punto 9.2.4.2, dove sono indicati i limiti che le tensioni di contatto
non devono superare né nello stabilimento, né all’esterno di questo.
All’atto delle necessarie 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 il Cap. 9).
Il criterio è lo stesso sia che l’impianto utilizzatore sia alimentato in AT sia che
sia alimentato in MT. 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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40
Si attira 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
Fig. 16 - Dispersore unico
Fig. 16a - Sistema TN-S
LEGENDA
a)
Cabina MT/BT
b)
Stabilimento
Fig. 16b - Sistema TN-C
LEGENDA
a)
Cabina MT/BT
b)
Stabilimento
Progetto
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41
Si attira 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
b) i dispersori di cabina e quello di stabilimento sono separati ed il neutro di BT è
messo a terra in cabina o in stabilimento, in tal caso si possono avere sia il
sistema TT che TN.
Le masse della cabina di trasformazione, relative sia alla AT (o MT) che alla
BT, sono connesse al dispersore della cabina; le masse dello stabilimento sono
messe a terra sul dispersore dello stabilimento, Fig. 17a e 17b.
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 BT del trasformatore, il discorso diventa un
po’ più complesso.
Se il neutro della BT fosse messo a terra in cabina AT, 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 della BT
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 BT.
La Norma CEI 11-1 si è preoccupata di porre dei limiti a questa sovratensione,
specificando che nel sistema TT è consentita la messa a terra del neutro della
BT in cabina, solo se la tensione totale di terra della cabina per guasto sulla AT
non supera 500 V1 o 250 V rispettivamente per guasti di durata ≤ 5 s o > 5 s
(Fig. 17a).
Se questo valore è superato, la messa a terra del neutro della BT deve essere
fatta all’esterno del perimetro2 della terra della cabina AT /BT. Per esempio, in
questo caso, può essere fatta sul dispersore dello stabilimento formando così di
nuovo, all’interno di questo, un sistema TN (Fig. 17b).
Tali valori di tensione totale di terra sono stati scelti in modo da garantire
l’isolamento dell’impianto utilizzatore BT. Infatti se si somma la massima
tensione totale di terra che può assumere il neutro della BT (500 V) alla
tensione di fase (circa 250 V) si arriva a circa 750 V, che è la tenuta
dell’isolamento a frequenza industriale che ci si può attendere in
apparecchiature anche obsolete in bassa tensione, quando siano state provate,
quando erano nuove, a 2000 V.
1
2
Il valore di 500 V rappresenta una deroga valida solo per l’Italia – Il valore CENELEC è di 1200 V.
Ad esempio ad una distanza superiore a 20 m per tensioni UN < 50 kV
Progetto
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42
Si attira 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
Fig. 17 - Impianti di terra di cabina e di stabilimento separati
Fig. 17a - Sistema TT
LEGENDA
a)
Cabina MT/BT
b)
Stabilimento
Fig. 17b - Sistema TN-C
LEGENDA
a)
Cabina MT/BT
b)
Stabilimento
Progetto
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43
Si attira 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
Se quindi il neutro della BT fosse messo a terra nello stabilimento, perché la
tensione totale di terra della cabina (U ECabina) è > 500 V (o 250 V), sarebbe
necessario verificare che l’avvolgimento BT del trasformatore e tutti i componenti
della BT nella cabina soddisfino alla relazione:
UP > UECabina + U0
dove:
UP
= tensione di prova verso terra per un minuto a frequenza
industriale della BT;
UECabina
= tensione totale di terra della cabina;
U0
= tensione nominale verso terra della BT.
Se 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.
La separazione dei due dispersori in uno stabilimento con cabina propria alimentata
in MT, data la bassa corrente di guasto a terra cui si tende nelle reti a MT, potrebbe
essere solo giustificata in casi particolari.
Il problema però può presentarsi in maniera più perentoria se l’alimentazione
avviene in AT.
Il caso più generale è quello rappresentato in Fig. 18.
Progetto
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44
Si attira 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
20
Fig. 18 - Cabina MT/BT con terra esterna, UECabina > 500 V sistema TT (tF ≤ 5s)
LEGENDA
a)
Cabina MT/BT
b)
Terra di cabina
Progetto
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45
Si attira 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
Se la UECabina di terra della cabina MT/BT supera 500 V, il neutro della BT deve
essere messo a terra al di fuori della terra di cabina, ad una distanza tale che il
neutro della BT non possa assumere una tensione di terra > 500 V per guasto nella
cabina MT/BT.
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.
Sarebbe opportuno evitare che linee in BT escano direttamente da stazioni o da
stabilimenti industriali. È chiaro infatti che con le correnti di guasto di una rete con
neutro a terra, come appunto nell’AT, la tensione di terra è quasi sempre > 500 V.
Ma se le linee in BT dovessero uscire dall’ambito della rete locale, per es. per
alimentare un carico esterno isolato, come potrebbe essere una stazione pompe, una
foresteria ecc., tale carico va alimentato attraverso un trasformatore di isolamento,
rapporto 1:1, isolato tra primario e secondario, e verso terra, per una tensione di
prova Up a frequenza industriale per 1 min, risultante dalla relazione già ricordata:
U P = UE + U0
dove:
UE = tensione totale di terra dell’impianto di terra;
U0 = tensione nominale verso terra di BT.
In alternativa può essere isolato con isolamento maggiorato tutto il carico esterno
alimentato da quella linea; deve essere adottata di volta in volta la soluzione
economicamente più conveniente, tenuto conto dell’opportunità o meno di
impiegare equipaggiamento in BT in esecuzione particolare.
9.
TENSIONI TRASFERITE ALL’ESTERNO DELL’IMPIANTO DI
TERRA
9.1
GENERALITÀ
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. La Norma CEI 11-1 ammette
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, cioè
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
Progetto
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46
Si attira 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
riferimento all’uomo, una distanza di almeno 1,25 m è ritenuta sufficiente;
9.2
controllo del gradiente di potenziale sulla superficie del terreno circostante per
mezzo 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;
segregazione, cioè protezione della zona pericolosa con barriere o parapetti che
impediscano l’accesso alla zona stessa. Come distanza minima tra le barriereostacoli e le masse si considera sempre, come minimo, 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 CEI 11-27/1).
FUNI DI GUARDIA
Del funzionamento delle funi di guardia come circuiti di ritorno si è già parlato al
Cap. 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, alleggerendo di detta quota il dispersore di stazione nel suo compito di
rispettare i valori ammissibili per le tensioni di contatto (vedere Fig. 2.2 della CEI
11-1). 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.
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.
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.
Progetto
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Si attira 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
9.3
SCHERMI METALLICI DEI CAVI
Per gli schermi metallici dei cavi, se questi sono collegati a terra a entrambe le
estremità e se non sono interrotti, si tratterà solo di verificare che, per guasto in una
delle due cabine, non si producano nell’altra tensioni di contatto superiori ai valori
ammessi e viceversa come già precisato al punto 7.2.3.1. Poiché i cavi hanno
normalmente una guaina isolante protettiva anticorrosione esterna, non ci saranno
tensioni di passo o di contatto lungo il percorso; i rivestimenti metallici dei cavi si
comportano in tal caso come dei conduttori di terra isolati che collegano impianti di
terra separati. È necessario quindi verificare la tenuta dielettrica e il
dimensionamento termico degli schermi, come previsto dalla Norma CEI 11-1,
Allegato B riportato nell’Allegato C della presente Guida.
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 11-17.
9.4
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 Fig. 19.
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.
Tubazioni metalliche interrate: l’interruzione si può fare come illustrato in Fig.
20. 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
Progetto
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Si attira 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
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.
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, Fig. 21. 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 11-1 ed anche
il Cap. 10 della presente Guida.
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 ricorrerre alle raccomandazioni
riportate nell’Allegato D della CEI 11-1. 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 del cancello stesso, perché esso, in questo caso, è messo a terra su un
dispersore separato della recinzione (vedi Fig. 22 e 23).
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.
(1)
NOTA: i tiranti di detta recinzione dovrebbero essere interrotti elettricamente ad opportuni intervalli.
Progetto
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e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
Fig. 19 - Separazione su tubazione fuori terra
LEGENDA
a)
Periferia del dispersore
b)
Flange isolanti
c)
Selle isolate da terra
d)
Isolamento interno
Progetto
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Si attira 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
Fig. 20 - Interruzione dell’acquedotto con un tratto di materiale isolante
LEGENDA
a)
Recinzione
b)
Dispersore
c)
Acquedotto
d)
Tratto in materiale isolante, ~10 m
e)
Picchetto periferico
Progetto
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Si attira 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
Fig. 21 - Interruzione della continuità elettrica delle rotaie
LEGENDA
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 (es. Bachelite)
e)
Canotto isolante
Progetto
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52
Si attira 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
Fig. 22 - Cancello elettrico interno alla terra di stazione
LEGENDA
a)
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
Progetto
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53
Si attira 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
Fig. 23 - Cancello elettrico esterno alla terra di stazione
LEGENDA
a)
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
Progetto
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Si attira 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
10.
INTERFERENZE TRA IMPIANTO DI TERRA E STRUTTURE
METALLICHE ESTERNE
Si è già visto nei capitoli 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.
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.
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.
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 Fig. 24 e 25.
La continuità metallica della ringhiera fa sì che tutti e tre i paletti di Fig. 24 siano
alla stessa tensione, quindi la corrente drenata dal paletto più interno sarà scaricata
nel terreno dai paletti più esterni.
In Fig. 25 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).
Progetto
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Si attira 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
Fig. 24 - 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
ϕ%
Dispersore a maglia
Fig. 25 - 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
ϕ%
Dispersore a maglia
Progetto
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i1
i2
i3
56
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e come tale può subire modifiche, anche sostanziali
11.
PROPRIETÀ DIVERSE; INTERFACCIA CON IL DISTRIBUTORE
PUBBLICO
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 distributore
pubblico, questo chiederà al cliente il rispetto delle sue normative usuali in casi del
genere. Per quanto riguarda il dimensionamento del suo impianto di terra, il cliente
chiederà al distributore pubblico il valore della corrente di guasto a terra della rete
di alimentazione e il tempo di eliminazione del guasto e se ricorrono le condizioni
di un “impianto di terra globale”.
Il cliente resta comunque esclusivo proprietario ed unico responsabile del predetto
impianto di terra, anche per la verifica, per la manutenzione e per l’esercizio futuri.
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.
12.
IL DISPERSORE IN IMPIANTI CON TENSIONE MAGGIORE DI 1
KV
12.1
GENERALITÀ
La Norma CEI 11-1, punto 2.7.3, definisce il dispersore e le parti come segue:
Dispersore: conduttore in contatto elettrico con il terreno, o conduttore
annegato nel calcestruzzo a contatto con il terreno attraverso un’ampia
superficie (per esempio una fondazione).
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.
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.
Progetto
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Si attira 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
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 (CEI 11-1, punto 2.7.9.1) 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
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.
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.
L’alluminio come dispersore non è ammesso perché tende a ricoprirsi di uno strato
di ossidi isolanti.
La dimensione delle maglie è generalmente compresa tra i 5 m e i 15 m circa nelle
zone in cui sono presenti le masse da collegare a terra, ma può essere molto
maggiore nelle altre zone.
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.
La resistenza di terra di un dispersore a piastra circolare è data da:
RE =
ρ
4
π
A
dove:
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=
Progetto
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π ?D2
4
58
Si attira 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
si ha che:
RE =
ρ 4π
ρ
=
4 π D2 2 D
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.
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.
12.4
RESISTENZA DI UN DISPERSORE VERTICALE (PICCHETTO)
La resistenza di un dispersore verticale di lunghezza L e di diametro d, infisso in un
terreno di resistività ρ è data da:
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.
I picchetti vengono talvolta impiegati a complemento del dispersore a maglia,
infissi alla sua periferia, all’esterno del conduttore periferico, ed a questo collegati.
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 lunghezza. In queste condizioni la resistenza dei picchetti sarà uguale alla
resistenza in parallelo di tutti i picchetti supposti uguali tra loro.
NOTA: La resistenza totale di un dispersore complesso (maglia + picchetti) si può determinare con
appositi programmii di calcolo offerti dal mercato.
Progetto
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Si attira 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
12.5
ALTRI 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.
La resistenza di terra di un dispersore ad anello è:
RE =
2 ?π ?D
ρ
?ln
d
π ?D
2
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 K della Norma CEI 11-1.
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
descritto in Allegato E.
12.7
DIMENSIONAMENTO TERMICO DEL DISPERSORE
Una volta nota la corrente nel dispersore, come indicato ai Cap. 6 e 7, la sezione dei
conduttori interrati viene calcolata con la formula dell’Allegato B della Norma CEI
11-1, basata sul riscaldamento adiabatico dei conduttori.
Per agevolare il lettore, si riportano:
nell’Allegato D della presente Guida, la Tab 9-1 della Norma CEI 11-1, senza
alcuna modifica;
nell’Allegato C della presente Guida, l’Allegato B della Norma CEI 11-1, senza
alcuna modifica.
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.
Progetto
C. 862:2003-02 – Scad. 30-04-2003
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Si attira 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
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.
La corrente di dimensionamento termico del dispersore è la corrente di guasto a
terra IF, perché la suddivisione tra i vari circuiti di ritorno avviene più a valle, nei
loro punti di connessione al dispersore stesso.
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 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 11-1 e della Norma CEI
64-8, Cap. 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 Tab. 9-1 della Norma CEI 11-1. 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
11-17 sulle linee in cavo.
Con riferimento all’Allegato B della Norma CEI 11-1, riportato nell’Allegato C
della presente Guida, la corrente di dimensionamento è la corrente di guasto IF, ma
se i conduttori di terra di una stessa massa sono più di uno, la IF si può considerare
ripartita sui diversi conduttori.
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.
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