Dimensionamento impianti di terra

Università degli Studi di Padova

Corso di PROGETTAZIONE DI SISTEMI

ELETTRICI INDUSTRIALI

DIMENSIONAMENTO IMPIANTI DI TERRA

Prof: Turri Roberto

GRUPPO: Ardillica Daniele

Baldo Gabriele

Galzenati Fabio

Vianini Marco

ANNO ACCADEMICO 2010/2011

Sommario

Introduzione ....................................................................................................................................... 9

Funzioni di un impianto di terra ......................................................................................................... 9

Capitolo 2 ......................................................................................................................................... 11

Definizioni e Generalità .................................................................................................................... 11

2.1 Classificazione dei sistemi elettrici in relazione alla messa a terra ........................................ 11

2.1.1 Sistema TT ....................................................................................................................... 11

2.1.2 Sistema TN ....................................................................................................................... 11

2.1.3 Sistema IT ........................................................................................................................ 12

2.2 Classificazioni dei sistemi elettrici in relazione alla tensione ................................................. 12

2.3 Tensione totale di terra .......................................................................................................... 13

2.4 Tensione di contatto e di passo ............................................................................................. 13

2.5 Curva di sicurezza ................................................................................................................... 16

2.6 Le masse ................................................................................................................................. 16

2.7 Massa estranea ...................................................................................................................... 16

Capitolo 3 ......................................................................................................................................... 19

Correnti di guasto a terra ................................................................................................................. 19

3.1 Impianti con propria cabina o stazione di trasformazione .................................................... 19

3.1.1 Alimentazione in MT ....................................................................................................... 19

3.1.2 Alimentazione AT ............................................................................................................ 20

3.2 Percorso e alimentazione della corrente di guasto................................................................ 20

3.3 I circuiti di ritorno ................................................................................................................... 21

3.4 Messa a terra MT all’interno di un impianto industriale ....................................................... 22

3.4.1 Rete a neutro isolato ....................................................................................................... 22

3.4.2 Rete con neutro a terra tramite impedenza ................................................................... 22

Capitolo 4 ......................................................................................................................................... 25

Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra ....................................................................... 25

4.1 Generalità ............................................................................................................................... 25

4.2 Funi di guardia ........................................................................................................................ 25

4.3 Guaine metalliche dei cavi ..................................................................................................... 26

4.4 Masse estranee ...................................................................................................................... 26

4 Sommario

4.4.1 Tubazioni metalliche fuori terra ...................................................................................... 26

4.4.2 Tubazioni metalliche interrate ........................................................................................ 26

4.4.3 Binari ferroviari di servizio ............................................................................................... 26

4.4.4 Recinzioni metalliche interne o esterne .......................................................................... 26

Capitolo 5 ......................................................................................................................................... 31

Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne ................................................... 31

5.1 Pali delle linee aeree di II e III categoria ubicati nell’area dell’impianto utilizzatore. ............ 31

5.1.1 Palo di linea aerea che alimenta l’impianto utilizzatore ................................................. 31

5.1.2 Palo di linea aerea che non alimenta l’impianto utilizzatore (linea passante) ............... 31

Capitolo 6 ......................................................................................................................................... 33

Il dispersore in impianti di I categoria .............................................................................................. 33

6.1 Il dispersore ............................................................................................................................ 33

6.2 Dispersore magliato, o a griglia .............................................................................................. 34

6.3 Resistenza di un dispersore verticale, o picchetto ................................................................. 34

6.4 Altri dispersori ........................................................................................................................ 35

6.5 La resistività del terreno ......................................................................................................... 35

6.6 Metodi per migliorare la conducibilità del terreno ................................................................ 36

6.7 Dimensionamento termico del dispersore a griglia ............................................................... 36

6.8 Dimensionamento termico dei conduttori di terra ................................................................ 37

Capitolo 7 ......................................................................................................................................... 39

Impianto di terra disperdente di II categoria ................................................................................... 39

7.1 Generalità ............................................................................................................................... 39

7.1.1 Funzione disperdente ...................................................................................................... 39

7.1.2 Funzione di conduzione ................................................................................................... 40

7.2 Limiti di sicurezza ................................................................................................................... 40

7.3 Dati di progetto ...................................................................................................................... 40

7.3.1 Corrente di guasto e tempo d’intervento delle protezioni ............................................. 40

7.3.2 Resistività del terreno ..................................................................................................... 40

7.4 Formule utili nella progettazione ........................................................................................... 41

7.5 Metodologia di progetto ........................................................................................................ 41

Capitolo 8 ......................................................................................................................................... 43

Impianto di terra disperdente di III categoria .................................................................................. 43

8.1 Generalità ............................................................................................................................... 43

8.2 Limiti di sicurezza ................................................................................................................... 43

5 Sommario

8.3 Dati di progetto ...................................................................................................................... 43

8.3.1 Corrente di guasto e tempo d’intervento delle protezioni ............................................. 43

8.3.2 Resistività del terreno ..................................................................................................... 44

8.3.3 Superficie disponibile ...................................................................................................... 44

8.4 Parametri di progetto ............................................................................................................. 44

8.4.1 Profondità di interramento della rete ............................................................................. 44

8.4.2 Perimetro della rete ........................................................................................................ 44

8.4.3 Lato di maglia .................................................................................................................. 45

8.4.3.1 Formule per il calcolo delle tensioni di contatto, di passo e della resistenza di terra . 45

8.5 Metodologia di progetto ........................................................................................................ 47

8.5.1 Equipotenzialità ............................................................................................................... 48

8.5.2 Recinzioni ........................................................................................................................ 48

8.5.3 Ferri d’armatura .............................................................................................................. 49

Capitolo 9 ......................................................................................................................................... 50

Impianto di terra di conduzione in II e III categoria ......................................................................... 50

9.1 Conduttori di terra e di protezione ........................................................................................ 52

9.1.1 Sistemi di II e III categoria ............................................................................................... 52

Capitolo 10 ....................................................................................................................................... 53

Impianto di terra di protezione delle cabine MT/BT ........................................................................ 53

10.1 Generalità ............................................................................................................................. 53

10.2 Strutture da mettere a terra ................................................................................................ 54

10.3 Messa a terra del neutro BT ................................................................................................. 55

10.4 Criteri generali di progettazione .......................................................................................... 55

10.5 Progettazione dell’impianto di terra per cabine di tipo 1 .................................................... 55

10.5.1 Tensione totale di terra superiore ai limiti ammessi .................................................... 58


10.6.1 Tensione totale di terra inferiore ai limiti ammessi ...................................................... 61

10.6.2 Tensione totale di terra superiore ai limiti ammessi .................................................... 61


10.8 Progettazione dell’impianto di terra del posto di trasformazione su palo .......................... 63

Capitolo 11 ....................................................................................................................................... 67

Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo .................................................................... 67

11.1 Determinazione delle UC e UP ............................................................................................... 67

11.2 Rimedi, provvedimenti correttivi ......................................................................................... 67

6 Sommario

11.3 Esecuzione dell’impianto di terra ......................................................................................... 68

11.3 Protezione contro la corrosione ........................................................................................... 70

11.4 Interferenze ad alta frequenza ............................................................................................. 71

11.5 Altri aspetti esecutivi ............................................................................................................ 71

Capitolo 12 ....................................................................................................................................... 73

Contatti indiretti con e senza impianto di terra ............................................................................... 73

Capitolo 13 ....................................................................................................................................... 77

Dimensionamento ed esecuzione dell’impianto di terra nella sezione di I categoria di installazione

industriale con propria cabina di trasformazione ............................................................................ 77

13.1 Dimensionamento termico di impianto di tipo TT ............................................................... 77

13.2 Dimensionamento termico di impianto di tipo TN .............................................................. 77

13.3 Protezione contro i contatti indiretti ................................................................................... 78

13.3.1 Sistema TT ..................................................................................................................... 78

13.3.2 Sistema IT ...................................................................................................................... 78

13.3.3 Sistema TN ..................................................................................................................... 79

13.4 Esecuzione dell’impianto di terra ......................................................................................... 80

13.4.1 Impianto forza motrice .................................................................................................. 80

13.4.2 Impianto prese .............................................................................................................. 80

13.4.3 Impianto luce ................................................................................................................. 81

13.4.4 Conduttori di protezione ............................................................................................... 81

13.4.5 Conduttori equipotenziali ............................................................................................. 81

13.4.6 Messa a terra del centro stella del lato bassa tensione dei trasformatori di

distribuzione ............................................................................................................................. 81

Capitolo 14 ....................................................................................................................................... 83

Compatibilità tra impianti di terra di sistemi elettrici a tensione inversa........................................ 83

Capitolo 15 ....................................................................................................................................... 85

Prescrizioni particolari ...................................................................................................................... 85

15.1 Impianti di illuminazione stradale interna ........................................................................... 85

15.2 Drenaggio cariche elettrostatiche ........................................................................................ 85

15.3 Messa a terra di autocisterne............................................................................................... 86

15.4 Provvedimenti particolari nei luoghi con pericolo di esplosione o incendio ....................... 86

15.4.1 Conduttore di neutro .................................................................................................... 86

15.4.2 Limitazioni termiche ...................................................................................................... 87

15.4.3 Pozzetti di terra ............................................................................................................. 87

15.4.4 Zona AD di divisione zero dei luoghi di classe 1 ............................................................ 87

7 Sommario

15.4.5 Equipotenzialità ............................................................................................................. 87

15.5 Messa a terra di impianti fotovoltaici e solare termico ....................................................... 87

15.6 Impianti di terra per piscine e fontane ................................................................................ 89

15.7 Impianto di terra di cantieri ................................................................................................. 91

15.7.1 Gruppi elettrogeni ......................................................................................................... 92

15.7.2 Ponteggi......................................................................................................................... 92

15.8 Circuiti di telecomunicazione e periferiche remote ............................................................. 92

15.8.1 Elevate correnti di dispersione ...................................................................................... 93

15.8.2 Disturbi di terra ............................................................................................................. 93

15.9 Uso di strutture metalliche come conduttore di terra o di protezione ............................... 93

Capitolo 16 ....................................................................................................................................... 95

Misure sul posto ............................................................................................................................... 95

16.1 Misure della resistività del terreno ...................................................................................... 95

16.2 Misura della resistenza totale di terra ................................................................................. 96

16.2.1 Metodo della caduta di tensione mediante utilizzo di un misuratore di terra ............. 96

16.2.2 Criterio dell’iniezione di corrente (classico voltamperometrico) ................................. 97

16.3 Misura delle tensioni di contatto e di passo ........................................................................ 99

16.4 Misura dell’impedenza dell’anello di guasto ..................................................................... 100

16.5 Prova di continuità ............................................................................................................. 101

Appendice 1.................................................................................................................................... 103

Terra Globale .................................................................................................................................. 103

A1.1 Requisiti degli impianti di terra inseriti in un impianto di terra globale ............................ 104

A1.2 Certificazione di un impianto di terra globale ................................................................... 104

Appendice 2.................................................................................................................................... 105

Dimensionamento degli impianti di terra con metodi numerici.................................................... 105

A2.1 Generalità .......................................................................................................................... 105

A2.2 Software commerciali ........................................................................................................ 105

A2.3 Approccio ........................................................................................................................... 105

A2.3.1 Metodo agli elementi finiti ......................................................................................... 108

A2.3.2 Principio delle immagini elettriche ............................................................................. 109

A2.4 Programma di simulazione GSA ......................................................................................... 109

A2.4.1 Dati richiesti dal programma ...................................................................................... 111

A2.4.2 Risultati forniti dal programma ................................................................................... 111

A2.5 Programma di simulazione CDEGS ..................................................................................... 113

8 Sommario

A2.6 Programma di simulazione GEO......................................................................................... 115

Bibliografia...................................................................................................................................... 117

Fonti ................................................................................................................................................ 117

Introduzione

Funzioni di un impianto di terra

Un impianto di terra, nel modo più comune, costituisce un mezzo per disperdere correnti elettri-

che nel terreno e per ridurre i rischi di elettrocuzione.

Un impianto di messa a terra o più semplicemente un impianto di terra, deve svolgere le seguenti

principali funzioni:

Vincolare (mediante collegamento diretto o tramite impedenza) il potenziale di determi-nati punti (in generale il centro stella naturale o artificiale) dei sistemi elettrici (di alcuni o di tutti) esistenti nell’area dell’impianto considerato;

Costituire un mezzo per disperdere correnti elettriche nel terreno in modo che, in caso di guasto, esse non influiscano in modo grave sulla continuità del servizio. Si deve tenere conto che in occasione di guasti alcuni componenti dell’impianto possono essere soggetti a sollecitazioni termiche, dielettriche o elettrodinamiche, causa di inefficienze;

Proteggere dal rischio di elettrocuzione le persone e gli animali che si trovino in vicinanza dell’impianto stesso, si deve osservare che la presenza di un impianto di terra è condizio-ne necessaria ma non sufficiente a garantire la sicurezza;

Disperdere nel terreno le correnti degli impianti di protezione contro le scariche atmosfe-riche;

Alcune condizioni e parametri che possono influire sull’efficacia di un impianto di terra sono le se-

guenti:

Valore delle correnti di guasto in rapporto alle dimensioni ed alle caratteristiche dell’impianto;

Durata del fenomeno; Valore della resistenza del suolo e sua disuniformità; Rischi di contatto tra punti che possono assumere potenziali diversi.

Per impianto di terra si intende l’insieme dei:

Dispersori;

Conduttori di terra;

Conduttori di protezione;

Conduttori equipotenziali.

Nel caso l’impianto di terra sia comune a più sistemi elettrici deve essere tale da garantire la sicu-

rezza alle persone per un guasto a terra in uno qualsiasi dei sistemi elettrici e potrebbe svolgere

entrambe le funzioni. L’aspetto legato alle problematiche della sicurezza, riguarda anche il rispet-

to di leggi e norme ufficiali appositamente emanate. Le caratteristiche degli impianti in oggetto

sono quindi da sottoporre a validazione tecnica e formale da conseguire in base alle leggi vigenti.

Capitolo 2

Definizioni e Generalità

2.1 Classificazione dei sistemi elettrici in relazione alla messa a terra

In relazione allo stato del neutro e alla situazione delle masse, i sistemi elettrici sono individuati

con due lettere. La prima lettera indica lo stato del neutro:

T : neutro collegato a terra;

I : neutro isolato da terra, o a terra tramite un’impedenza.

La seconda lettera indica la situazione delle masse:

T : masse collegate a terra;

N : masse collegate al neutro del sistema.

2.1.1 Sistema TT

Il sistema elettrico TT ha il neutro messo a terra direttamente e le masse collegate ad un impianto

di terra indipendente da quello del neutro.

Il sistema è ritenuto TT anche quando l’impianto di terra del neutro non è elettricamente indi-

pendente da quello delle masse, come in genere avviene quando la cabina MT/BT del distributore

è inglobata nello stesso edificio degli impianti utilizzatori.

Figura 1: Schema sistema elettrico TT.

2.1.2 Sistema TN

Il sistema elettrico TN ha il neutro messo direttamente a terra e le masse dell’installazione con-

nesse a quel punto per mezzo del conduttore di protezione.

Si distinguono i seguenti tipi di sistemi TN, secondo che i conduttori di neutro e di protezione sia-

no separati o meno:

TN-S : i conduttori di neutro e di protezione sono separati; TN-C : le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in un solo conduttore (PEN);

12 Capitolo 2

TN-C-S : le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in un solo condutto-re e in parte separate.

Figura 2: Schema sistema elettrico TN-C, TN-S.

2.1.3 Sistema IT

Il sistema IT ha il neutro isolato o a terra tramite un’impedenza, mentre le masse sono collegate a

terra.

Figura 3: Schema sistema elettrico IT.

2.2 Classificazioni dei sistemi elettrici in relazione alla tensione

Per sistema elettrico si intende il complesso delle macchine, delle apparecchiature, delle sbarre e

delle linee aventi una determinata tensione nominale.

La tensione nominale di un sistema è il valore della tensione con il quale esso viene denominato

ed al quale sono riferite le sue caratteristiche. Per i sistemi trifasi si considera come tale la tensio-

ne concatenata.

Un sistema elettrico è individuato oltre che dalla propria tensione nominale, anche dalla tensione

nominale verso terra. Essa dipende dallo stato del neutro del sistema stesso.

In base al più elevato tra i due valori di tensione nominale e tensione nominale verso terra, i si-

stemi sono codificati nel seguente modo:

Sistemi di categoria 0 (zero): tensione minore o uguale a 50 V se a corrente alternata o a 120 V se a corrente continua (bassissima tensione);

Sistemi di I categoria: tensione oltre a 50 V fino a 1000 V compreso se a corrente alterna-ta, o da oltre 120V e fino a 1500 V compreso se a corrente continua (bassa tensione);

13 Definizioni e Generalità

Sistemi di II categoria: tensione nominale oltre 1000 V se a corrente alternata e oltre 1500 V se a corrente continua fino a 30000 V compreso (media tensione);

Sistemi di III categoria: tensione nominale maggiore di 30000 V (alta tensione).

2.3 Tensione totale di terra

Il dispersore ha una resistenza verso terra che dipende dalle sue dimensioni e dalle caratteristiche

del terreno nel quale è posto.

Il prodotto della corrente dispersa per la resistenza di terra è la tensione totale di terra cioè, la

tensione che l’impianto di terra, e quindi tutte le masse ad esso collegate, assume verso il terreno

a distanza infinita (a potenziale nullo):

2.4 Tensione di contatto e di passo

La tensione di contatto è la differenza di potenziale tra la parte metallica (massa) di una apparec-

chiatura, messa in tensione da un guasto, ed il terreno dove potrebbero trovarsi i piedi di un ope-

ratore già in contatto con la massa stessa. Tenendo presente che la tensione della massa è prati-

camente uguale a quella del dispersore al quale è elettricamente collegata, si può anche dire che

la tensione di contatto è uguale alla differenza di potenziale tra il dispersore ed il terreno nel pun-

to in cui si posano i piedi dell’operatore.

Per tensione di contatto , si intende convenzionalmente la tensione mano-piedi, con i piedi alla

distanza di un metro dalla proiezioni verticale della massa in guasto. Ne consegue che, detta

la resistenza terreno-piede, nello schema relativo alla tensione di contatto , la resistenza dei

due piedi in parallelo è .

L’uomo che tocca la massa in tensione, cortocircuita un metro 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 dell’uomo si risolve in 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

dell’uomo si compone della somma della sua resistenza interna di 1000 Ω, più la resistenza tra

piedi e terreno. Quest’ultima dipende dalla resistività dello strato superficiale del terreno, e ciò

spiega perché uno dei provvedimenti principali per limitare la corrente nel corpo umano, sia pro-

prio quello di aumentare la resistività dello strato superficiale del terreno.

La tensione di passo è la differenza di potenziale fra due punti del terreno posti alla distanza di un

passo (convenzionalmente pari ad un metro) e corrispondente alla differenza di potenziale tra le

due linee equipotenziali affioranti dal terreno nei due punti considerati. L’uomo cortocircuita un

tratto di terreno, provocando una riduzione della differenza di potenziale sulla superficie del ter-

reno tra questi due punti, nell’ipotesi naturalmente che l’uomo si sposti radialmente rispetto alla

massa. Poiché i due punti del terreno tendono a portarsi allo stesso potenziale, il piede più vicino

alla massa provoca un abbassamento della curva del potenziale, e il piede più lontano corrispon-

dentemente un rialzo. Nel circuito relativo alla tensione di passo, i piedi sono tra loro in serie,

quindi la resistenza terreno-piede è eguale , vale a dire quattro volte maggiore che nel caso

della .

Per tensione nominale dell’impianto superiore a 1000 V non si fa più distinzione tra tensione di

contatto e tensione di passo data la maggiore pericolosità della corrente nel corpo umano

14 Capitolo 2

nel percorso mano-piedi che nel percorso piede-piede. In effetti il pericolo per le persone dipende

sostanzialmente dalla corrente e dalla sua durata, cioè dall’energia liberata durante il suo passag-

gio.

Limiti di tensione di passo e contatto imposti dalla norma CEI 11-8:

Tempo eliminazione guasto (s) Tensione di contatto e di passo Uc e Up (V)

≥2 50

1 70

0,8 80

0,7 85

0,6 125

≤0,5 160

I limiti di sicurezza sono stati stabiliti per la frequenza industriale di 50-60 Hz, ma possono essere

impiegati fino a 1 kHz ed estesi in termini di sicurezza anche alla corrente continua (a riguardo

meno pericolosa).


Figura 4: Tensione di contatto UC e di passo UP a carico; Tensione di contatto UCO e di passo UPO a vuoto.

16 Capitolo 2

2.5 Curva di sicurezza

Per curva di sicurezza corrente-tempo si intende la curva che individua il tempo per il quale è sop-

portabile un transito di corrente. Una volta stabilita la curva di sicurezza corrente-tempo si può

risalire alla curva di sicurezza tensione-tempo attraverso la resistenza del corpo umano per quan-

to riguarda la tensione di contatto .

Figura 5: Curva di sicurezza tensione-tempo.

Figura 6: Curva di sicurezza corrente-tempo.

2.6 Le masse Per massa si intende una parte conduttrice, facente parte dell’impianto elettrico, non in tensione

in condizioni ordinarie di funzionamento, ma che può portarsi ad un potenziale pericoloso in caso

di cedimento dell’isolamento principale, e che può essere toccata.

Una parte conduttrice fa parte dell’impianto elettrico quando è ipotizzabile un contatto di tale

parte con una parte attiva dell’impianto elettrico stabilmente prossima. Una parte conduttrice

che può andare in tensione solo perché in contatto con una massa, non è da considerarsi una

massa.

La dizione “che può essere toccata” non ha alcun riferimento spaziale, ma si riferisce all’assenza di

barriere di isolamento, o alla possibile rimozione delle stesse senza l’ausilio di appositi attrezzi.

La normativa infine vieta il collegamento a terra di componenti dell’impianto o apparecchi utiliz-

zatori con isolamento doppio, rinforzato, o ad isolamento totale.

2.7 Massa estranea

Parte conduttrice non facente parte dell’impianto elettrico, suscettibile ad introdurre un potenzia-

le, generalmente il potenziale di terra.

Si tratta di parti metalliche accessibili in buon collegamento elettrico con il terreno, esse sono in

genere costituite da tubazioni facenti parte di reti estese ed interrate, come quelle

dell’acquedotto pubblico e del gas, le quali presentano appunto una bassa resistenza verso terra.

In termini di potenziale si dice che la massa estranea introduce nell’ambiente il potenziale zero

della terra lontana. Può essere costituita anche da una parte metallica isolata verso terra, ma in

grado di immettere un potenziale elevato nel locale, derivante da un guasto esterno al locale stes-

so.


La persona che entra in contatto simultaneamente con una massa e una massa estranea, è sog-

getta alla tensione totale, occorre per tanto collegare all’impianto di terra le masse estranee e ta-

le collegamento viene definito come collegamento equipotenziale principale.

Nei sistemi di I categoria si adotta una sezione metà di quella del conduttore di protezione più

grande dell’impianto con un minimo di 6 mm2 ed un massimo di 25 mm2 in rame. Nei luoghi a

maggiore rischio elettrico è richiesto un collegamento equipotenziale supplementare, cioè una

ripetizione del collegamento equipotenziale con un conduttore di sezione non inferiore a 4 mm2

in rame.

Nei sistemi di II e III categoria la sezione del conduttore equipotenziale deve essere uguale a quel-

la del conduttore di terra.

Capitolo 3

Correnti di guasto a terra

La normativa CEI 11-8 distingue due correnti di guasto a terra:

corrente di guasto : massima corrente di guasto monofase a terra del sistema elettrico;

corrente di terra : quota parte della corrente di guasto che l’impianto disperde nel ter-

reno.

3.1 Impianti con propria cabina o stazione di trasformazione

All’interno di uno stabilimento alimentato in MT o in AT, l’utilizzatore può avere una distribuzione

unica in BT, oppure una distribuzione in MT per l’alimentazione di motori o carichi maggiori, e in

BT per la restante parte costituente l’utenza. La distribuzione in MT può essere alla stessa tensio-

ne di alimentazione, oppure ad un valore diverso opportunamente scelto.

3.1.1 Alimentazione in MT

In Italia generalmente le reti MT sono a 15 kV o 20 kV e sono gestite con neutro isolato. In tali reti

il circuito di guasto si chiude attraverso le capacità verso terra della rete di alimentazione.

Figura 7: Correnti capacitive di guasto a terra in una rete con neutro isolato.

20 Capitolo 3

Poiché le capacità verso terra di una rete, sia aerea che in cavo, sono un parametro distribuito, la

corrente di guasto è funzione, oltre che della tensione, anche dell’estensione della rete ed è

quindi tanto più alta quanto più è estesa la rete. La corrente di guasto è data da:

dove:

: corrente di guasto in A;

: tensione nominale della rete in kV;

: lunghezza delle linee aeree, in km;

: lunghezza delle linee in cavo, in km.

La corrente di guasto a terra negli impianti a neutro isolato dipende quindi dall’estensione della

rete al momento del guasto ed è indipendente dal punto di guasto .In genere va da poche decine

di ampere per le reti prevalentemente aeree a qualche centinaio di ampere per le reti prevalen-

temente in cavo. La Norma CEI 11-8 prescrive che l’impianto di terra in reti con neutro isolato sia

dimensionato, per quanto riguarda la sicurezza delle persone, con riferimento quindi alla tensione

di terra e alle conseguenti tensioni di contatto, per la massima corrente di guasto monofase a ter-

ra che l’impianto può essere chiamato a disperdere nel terreno. Nelle reti con neutro isolato, pe-

rò, se una fase va a terra la tensione verso terra delle altre due fasi sane sale alla tensione conca-

tenata. Il corrispondente isolamento verso terra viene allora sollecitato a regime da una tensione

volte maggiore e dalle sovratensioni transitorie che hanno origine 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 attraver-

so la terra e la corrente assume un valore conseguentemente più elevato in funzione

dell’impedenza del circuito di guasto.

La Norma CEI 11-8 prescrive che il conduttore di terra, nelle reti ove non sia predisposta

l’apertura automatica del circuito per primo guasto a terra, sia dimensionato per la corrente di

doppio guasto monofase a terra. La corrente di doppio guasto a terra è una corrente di cortocir-

cuito bifase, il cui valore dipende quindi dalla distanza tra i due punti di scarica su fasi diverse.

3.1.2 Alimentazione AT

Il neutro della rete AT è efficacemente a terra e quindi ogni guasto a terra è un cortocircuito mo-

nofase a terra, con valori dell’ordine dei kA. Il valore di questa corrente di cortocircuito dipende

unicamente dalla potenza dell’alimentazione e dall’impedenza del circuito di guasto. Ne consegue

che la corrente di guasto non dipende dall’estensione della rete, ma dal punto di guasto e dalla

configurazione della stessa al momento del guasto.

3.2 Percorso e alimentazione della corrente di guasto

La corrente che determina le tensioni di contatto e di passo è la . Si possono verificare varie si-

tuazioni. Di seguito ne considereremo alcune.

21 Correnti di guasto a terra

Figura 8: Schema di principio e andamento quantitativo delle correnti per guasto unipolare a

terra di un’installazione industriale senza autoproduzione. a) Officina elettrica esterna; b) Stabilimento industriale; c) Utilizzatore; d) Terra; CT) Conduttore di terra; CN) Conduttore di neutro del trasformatore; IG) Corrente di guasto; IT)

Corrente di terra; RT) Resistenza di terra dell’impianto industriale; E) Dispersore di terra.

Nel caso della figura soprastante, lo stabilimento industriale è alimentato da un trasformatore con

neutro a terra lontano (alimentazione da una sorgente esterna allo stabilimento industriale). Tra-

scurando per semplicità la presenza delle funi di guardia, la corrente di guasto rientra tutta attra-

verso il terreno tramite il dispersore, e quindi .

Se l’alimentazione avviene invece da una sorgente interna allo stabilimento industriale, il percorso

della corrente di guasto si chiude tramite il dispersore all’interno dello stabilimento stesso. Il per-

corso della corrente tra il guasto ed il neutro del trasformatore interessa solamente il collegamen-

to metallico rappresentato dalla griglia di terra e non vi è corrente dispersa nel terreno. In questo

caso è quindi .

Lo stabilimento può anche essere alimentato contemporaneamente da due sorgenti, una esterna

e una interna allo stabilimento stesso.

3.3 I circuiti di ritorno

In una rete con neutro a terra si intendono per circuiti di ritorno quegli elementi che collegano di-

rettamente gli impianti di terra, o semplicemente il punto di guasto, con il centro stella del tra-

sformatore che alimenta il guasto e consentono a una parte della corrente di guasto di tornare al-

la sorgente di alimentazione senza interessare il terreno.

Ma 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 armature metalliche dei cavi, se collegati agli impianti di terra delle stazioni o degli

stabilimenti industriali. Anche nelle reti con neutro isolato ci possono essere collegamenti metalli-

ci tra differenti impianti di terra, come appunto gli schermi dei cavi, se connessi a terra ad en-

trambe le estremità. In questo caso non rivestono più l’aspetto di veri circuiti di ritorno, quanto

22 Capitolo 3

piuttosto quello di conduttori di terra che adempiono la funzione di mettere tra loro in parallelo

diversi impianti di terra. In tal modo tutti gli impianti di terra interconnessi sono coinvolti nel gua-

sto ovunque esso sia, ma la corrente dispersa nell’impianto in cui avviene il guasto viene conse-

guentemente ridotta e così anche la sua tensione di terra. In una rete con neutro a terra, la fune

di guardia o lo schermo dei cavi adempiono a due funzioni:

Vale solo per le funi e gli schermi di linee che alimentano il guasto, ed è quella di drenare una notevole percentuale della corrente di guasto stessa, sottraendola al dispersore di stabilimento. Grazie al contributo di tali circuiti di ritorno, il compito del dispersore dello stabilimento può essere notevolmente alleggerito.

La seconda funzione è esplicata dalle funi di guardia e dagli schermi metallici di tutte le li-nee in arrivo o in partenza, anche da quelle che non alimentano il guasto, o addirittura sono fuori tensione purché con funi di guardia e schermi collegati all’impianto di terra del-lo stabilimento industriale. Tale funzione deriva dal fatto che la successione di celle in ca-scata formate dalle campate di una fune di guardia e dai dispersori di terra dei sostegni di linea costituisce un circuito disperdente (dispersore ausiliario) in parallelo al dispersore principale dello stabilimento. L’impedenza di ingresso della catena della catena si pone in parallelo alla resistenza del dispersore.

3.4 Messa a terra MT all’interno di un impianto industriale Per la distribuzione in media tensione all’interno dell’impianto industriale si possono seguire due

sistemi:

rete a neutro isolato; rete con neutro a terra attraverso impedenza.

3.4.1 Rete a neutro isolato

Il caso più frequente è quello di stabilimento industriale alimentato in MT da una rete esterna,

con distribuzione interna propria, ad una MT intermedia. In questo caso, l’utente è libero di sce-

gliere il criterio che crede per quel che riguarda l’intervento delle protezioni e quindi, in particola-

re, il funzionamento per tempi lunghi con una fase a terra. In queste condizioni però, se non è

prevista l’interruzione automatica del circuito al primo guasto a terra (per ragioni di continuità di

esercizio), l’impianto di terra per il guasto a terra sulla rete a MT intermedia è dimensionato per la

corrente di doppio guasto a terra. Il problema riguarda più che altro i conduttori di terra, mentre

non ha nessuna rilevanza agli effetti delle tensioni di contatto, in quanto nessuna corrente di gua-

sto viene dispersa nel terreno, ma percorre prevalentemente conduttori metallici dei dispersori

intenzionali e di fatto.

3.4.2 Rete con neutro a terra tramite impedenza

In questo sistema il neutro della rete MT all’interno dello stabilimento è collegato a terra attra-

verso una resistenza o reattanza limitatrice della corrente di guasto. Il valore dell’impedenza di

messa a terra è scelto secondo due criteri diversi, in relazione ai diversi aspetti protettivi che si

vogliono privilegiare:

impedenza di basso valore, atta a ridurre la corrente di guasto a terra a valori compresi tra la corrente nominale del trasformatore di alimentazione e alcune centinaia di ampere; privilegia la robustezza dei componenti e la semplicità dei dispositivi di protezione. Il po-tenziale del sistema risulta saldamente vincolato a terra ed è ridotto al minimo il pericolo di sovratensioni transitorie, 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;

23 Correnti di guasto a terra

impedenza di alto valore, atta a limitare la corrente di guasto a terra a valori dell’ordine della decina di ampere o meno. si avvicina molto al sistema a neutro isolato e privilegia la protezione contro i danni conseguenti alle elevate correnti. Tanto minore è il pericolo per corrente, tanto maggiore è l’attitudine del sistema ad essere sede di sovratensioni di varia origine.

L’impianto di terra viene dimensionato per la maggiore tra le correnti di guasto monofase a terra

sulla MT e sulla BT. 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. La maglia di terra in

questo caso ha una mera funzione equipotenziale.

Capitolo 4

Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra

4.1 Generalità

Le differenze di tensione 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 estranea o struttura metallica (tubazioni, binari, ecc.), o da com-

ponenti del circuito elettrico che siano messi a terra localmente (guaine di cavi, funi di guardia) e

che si estendano all’esterno del perimetro dell’impianto di terra.

Alcuni provvedimenti, elencati nella Norma CEI 11-8, per evitare tensioni di contatto pericolose

dovute a tensioni trasferite possono essere:

Separazione, interruzione della continuità metallica; Aumento della resistività superficiale del terreno nella zona circostante usando un ade-

guato spessore di pietrisco o asfalto, oppure un manto o una pedana di materiale isolan-te. La zona isolata sarà estesa quanto basta perché non sia possibile toccare le masse pe-ricolose stando all’esterno della zona stessa (per quanto riguarda l’uomo si considera suf-ficiente una distanza tra la massa potenzialmente pericolosa e il terreno di 1,25 metri);

Controllo del gradiente sulla superficie del terreno circostante per mezzo di un dispersore supplementare, a griglia o ad anelli concentrici, interrato ad una profondità non superiore a 0,5 metri, esteso fino ad una distanza di circa 1 m dalla massa pericolosa. Questo dispo-sitivo supplementare va collegato al dispersore principale se la massa da proteggere è all’interno del perimetro del dispositivo principale, va separato se la massa è all’esterno del perimetro;

Segregazione, protezione della zona pericolosa con barriere o parapetti che ne impedi-scono l’accesso, con distanza minima tra le barriere e le masse sempre di 1,25 metri. Le barriere devono sempre portare cartelli monitori e possono essere oltrepassate solamen-te da personale addestrato.

4.2 Funi di guardia

Le funi di guardia, se collegate ad entrambi i terminali alle terre di stazione, drenano una consi-

stente quota della corrente di guasto a terra verso la sorgente di alimentazione (verso il centro

stella del trasformatore di rete), rendendo più facile rispettare i limiti di tensione di contatto sul

dispersore di stazione. Dove questo collegamento è possibile, il contributo delle funi di guardia

può essere considerato nel progetto dell’impianto di terra dello stabilimento industriale, vale a

dire che la verifica per la tensione di contatto deve essere estesa ai primi pali fuori dalla stazione.

La messa a terra dei primi sostegni dovrebbe essere adeguatamente incrementata, oppure si an-

drebbero ad adottare i provvedimenti sopra citati se ad una verifica le tensioni di contatto risulta-

no fuori dei limiti. Un altro rimedio potrebbe essere quello di isolare la fune di guardia sul soste-

gno che non rientra nei parametri di sicurezza trasferendo il problema ma attenuato sui pali più

lontani.

26 Capitolo 4

4.3 Guaine metalliche dei cavi

Per le guaine metalliche dei cavi, se queste sono collegate a terra a entrambe le estremità e se

non sono interrotte, 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. Poiché i cavi

hanno normalmente una guaina isolante protettiva anticorrosione esterna, non ci saranno tensio-

ni 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.

Se invece, per qualche motivo, i rivestimenti metallici dei cavi dovessero venire interrotti (di solito

alla periferia dell’impianto di terra) i pozzetti dell’interruzione saranno muniti di una loro messa a

terra separata e i rivestimenti metallici dei cavi interrotti saranno adeguatamente protetti, per

esempio una guaina metallica sarà messa a terra e l’altra isolata per la tensione di terra della cor-

rispondente cabina. Adeguati provvedimenti dovranno essere presi per tutelare la sicurezza del

personale durante i lavori di manutenzione.

4.4 Masse estranee

4.4.1 Tubazioni metalliche fuori terra

Se la tubazione poggia su sellette, alla periferia della rete di terra la tubazione è interrotta da due

flange isolanti a cavallo della prima sella di appoggio all’esterno della rete di terra, isolata da ter-

ra. Se il fluido convogliato è acqua o altra sostanza anche parzialmente conduttrice, il tratto di tu-

bazione compreso tra le flange isolanti è a sua volta provvisto di un isolamento interno ottenuto

con bitumazione o vernice adeguata, onde impedire che il fluido cortocircuiti le flange. Per il resto

il trasferimento di tensione avviene attraverso il tubo metallico, miglior conduttore rispetto

l’acqua.

4.4.2 Tubazioni metalliche interrate

L’inserzione del tratto isolante si fa di solito subito fuori dalla periferia della rete di terra locale,

per una lunghezza di una decina di metri. Se il decadimento del potenziale è lento, come succede

quando la resistività del terreno è bassa, sarà forse necessario ripetere l’interruzione per un’altra

decina di metri un po’ più a valle.

Va però ricordato che al giorno d’oggi è consuetudine usare tubazioni isolanti anche se non en-

trano in impianti industriali o nelle sottostazioni elettriche, ma transitano in prossimità di queste,

in quanto possono raccogliere tensioni considerevoli.

4.4.3 Binari ferroviari di servizio

Come masse estranee, saranno messi a terra sull’impianto, e pertanto saranno interrotti in corri-

spondenza dei giunti, fuori della periferia della rete di terra, con inserti isolanti nei giunti, più ca-

notti e rondelle isolanti per i bulloni, per un tratto lungo come il treno, ad evitare che i vagoni cor-

tocircuitino i giunti isolanti. Nel caso di binari che servono la trazione elettrica opportuni accordi

devono essere presi con l’ente ferroviario.

4.4.4 Recinzioni metalliche interne o esterne

All’interno di un dispersore superficiale esteso, quale può essere una rete magliata interrata, diffi-

cilmente si potranno riscontrare delle tensioni di contatto superiore ai valori ammessi, ma punti

critici possono invece trovarsi alla periferia della rete, in particolare sulle recinzioni, sulle porte

delle cabine in muratura, e sui cancelli, sempre se metallici.

27 Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra

Figura 9: Separazione su tubazione fuori terra.

28 Capitolo 4

Figura 10: Interruzione dell’acquedotto con un tratto di materiale isolante.

29 Tensioni trasferite all’esterno dell’impianto di terra

Figura 11: Interruzione continuità elettrica delle rotaie.

Capitolo 5

Interferenze tra impianto di terra e strutture metalliche esterne

Si è già visto nei capitoli precedenti che tensioni trasferite possono essere riscontrate anche in tu-

bazioni, binari o altri conduttori metallici che non siano galvanicamente collegati con l’impianto di

terra, ma che transitino solamente in sua prossimità. In tali casi si può parlare di interferenza

dell’impianto di terra su conduttori metallici esterni.

Una massa estranea (tubazione o binario) che lungo il suo percorso attraversa la zona di influenza,

può essere messa in tensione dal dispersore durante un guasto a terra. E’ possibile supporre che il

potenziale di questa massa estranea sia nullo, tanto che tra essa e il terreno circostante si viene a

creare una tensione di contatto che può arrivare a una frazione rilevante della tensione totale di

terra.

5.1 Pali delle linee aeree di II e III categoria ubicati nell’area dell’impianto utiliz-

zatore.

Le condizioni da svolgere sono diverse secondo che la linea aerea alimenti o meno l’impianto uti-

lizzatore.

5.1.1 Palo di linea aerea che alimenta l’impianto utilizzatore

L’impianto di terra dell’utente è già dimensionato per la corrente che può stabilirsi verso terra a

causa di un guasto a terra sul palo. Il collegamento del palo all’impianto di terra locale, migliora

pertanto le condizioni di sicurezza sul palo in caso di guasto a terra sul palo e sull’impianto utiliz-

zatore per guasto sull’impianto stesso. Restano tuttavia da verificare, per entrambi i casi, che sul

palo non si stabiliscano condizioni pericolose.

In alternativa il palo deve essere recintato, in modo da evitare il contatto delle persone e tensioni

di passo pericolose e la distanza della recinzione dal palo deve essere stabilita mediante appunto

la misura delle tensioni di passo.

5.1.2 Palo di linea aerea che non alimenta l’impianto utilizzatore (linea passante)

Non deve essere possibile toccare contemporaneamente il palo e una massa collegata

all’impianto di terra dell’utente nelle normali condizioni di esercizio.

Inoltre per un guasto a terra sul palo non devono verificarsi tensioni di contatto e di passo perico-

lose.

Le norme di legge non richiedono la sicurezza contro i contatti indiretti sui pali delle linee aeree

esterne, ma il Distributore se interessato non deve rifiutare una collaborazione per migliorare le

condizione di sicurezza (asfaltatura, recinzione, anello di terra).

Non converrà collegare il palo all’impianto di terra utente, se la linea aerea presenta una corrente

di guasto a terra maggiore della corrente per la quale è dimensionato l’impianto.

32 Capitolo 5

Figura 12: Esempio connessione a terra del palo.

Capitolo 6

Il dispersore in impianti di I categoria

6.1 Il dispersore

Il dispersore è composto da un corpo metallico o da un complesso di corpi metallici, posto in inti-

mo contatto elettrico con il terreno e utilizzato intenzionalmente o di fatto, per disperdere cor-

renti elettriche.

Si distingue tra dispersori intenzionali, installati per principali motivi elettrici, e dispersori ausiliari

che possono essere utilizzati ad integrazione del dispersore intenzionale, al quale in tal caso de-

vono essere collegati tramite conduttori equipotenziali. Il contributo dei dispersori ausiliari di

fondazione alla riduzione della resistenza totale di terra può essere determinante.

Nell’ambito di uno stabilimento è opportuno che i singoli dispersori dei vari impianti vengano col-

legati fra di loro a mezzo di conduttori di terra in modo da realizzare in pratica per l’intero stabili-

mento un unico grande dispersore, traendone notevoli vantaggi dal punto di vista della resistenza

globale di terra, con conseguente riduzione delle tensioni di contatto e di passo ai bordi della gri-

glia.

Figura 13: Dimensioni minime degli elementi di un dispersore intenzionale.

34 Capitolo 6

6.2 Dispersore magliato, o a griglia

Il dispersore è costituito essenzialmente da una griglia interrata alla profondità di 50 - 80 cm, cu-

rando che il terreno intorno ai conduttori sia sciolto e non pietroso. Il materiale è rame o acciaio

zincato a caldo, in forma di conduttore cordato, bandella o tondino. La scelta del materiale dipen-

derà dall’intensità di corrente, dalla resistenza meccanica e dalla resistenza alla corrosione chimi-

ca ed elettrochimica. 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 ma-

glie è compresa tra i 6 m e i 12 m circa, nelle zone dove le masse da collegare a terra sono adden-

sate, ma può essere molto maggiore nelle zone in cui le masse sono più rarefatte.

Un dispersore esteso come quello a griglia può essere assimilato ad un elettrodo a piastra.

La resistenza di terra di un dispersore a piastra circolare è data da:

dove:

: resistività del terreno alla profondità corrispondente al raggio del cerchio equivalente avente la stessa area del dispersore a griglia;

A : area della piastra circolare equivalente all’area del dispersore a griglia.

Essendo l’area del cerchio equivalente , si ha che:

Indicando con p il perimetro della rete di terra, in alternativa si può usare l’espressione:

Come si vede, la resistenza di un dispersore a griglia, purché sufficientemente magliata, dipende

solo dalle sue dimensioni esterne, e non dalle dimensioni delle maglie; quest’ultime hanno solo

una funzione equipotenziale, cioè quella di ridurre le tensioni di contatto e di passo.

6.3 Resistenza di un dispersore verticale, o picchetto

La resistenza di un dispersore verticale è data da:

dove:

L : lunghezza del picchetto;

d : diametro picchetto;

: resistività terreno.

35 Il dispersore in impianti di I categoria

La formula si semplifica in:

se il rapporto è grande, cioè >100, come in realtà succede per un vero picchetto.

I picchetti profondi possono anche essere utili quando il terreno in profondità abbia resistività

molto inferiore alla 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 distan-

za 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 e, se i

picchetti sono un complemento del dispersore a griglia, la resistenza totale può essere valutata in

prima approssimazione come risultante dalle resistenze in parallelo della griglia e dei picchetti:

6.4 Altri dispersori

La resistenza di terra di un conduttore orizzontale interrato e di lunghezza L è data da:

dove d è il diametro del conduttore.

La resistenza di terra di un dispersore ad anello è:

dove D è il diametro dell’anello e d è il diametro del conduttore.

6.5 La resistività del terreno

La resistività del terreno è un fattore comune a tutte le formule della resistenza di un disperso-

re. Il valore della resistività , in Ωm, varia sensibilmente con il tipo di terreno, la granulometria, la

densità, l’umidità ed il contenuto di sali. Valori medi sono dati nella tabella seguente.

Tipo di terreno Resistività terreno ρE (Ωm)

Terreno paludoso da 5 a 40

Terriccio, argilla, humus da 20 a 200

Sabbia da 200 a 2500

Ghiaietto da 2000 a 3000

Pietriccio generalmente inferiore a 1000

Arenaria da 2000 a 3000

Granito fino a 50000

Morena fino a 30000

Asfalto ≥50000

36 Capitolo 6

La misura della resistività del terreno, a diverse profondità, può essere fatta direttamente attra-

verso il metodo di Wenner o dei quattro picchetti.

6.6 Metodi per migliorare la conducibilità del terreno

Quando un impianto di terra deve essere realizzato in un terreno ad alta resistività, può risultare

conveniente agire sul terreno stesso anziché aumentare la consistenza o il numero dei dispersori.

Con gli interventi descritti nel seguito si possono conseguire effetti benefici sulle resistenza totale

di terra, sulle tensioni di passo e contatto e sulla stabilità dei valori di resistenza.

Per ridurre la resistività elettrica del terreno si possono usare due tecniche:

Sostituzione del terreno circostante i dispersori: rappresenta il provvedimento concet-tualmente più semplice e consiste nel prevedere durante la posa dei dispersori la sostitu-zione del terreno circostante a questi ultimi con altro di tipo organico che in certi casi può semplicemente riempire i volumi vuoti tra i sassi. In questo modo si migliora il comporta-mento del dispersore aumentando la superficie di contatto con il terreno e riducendo la resistività di quest’ultimo. Recentemente è stato proposto il ricorso alla bentonite, un’argilla fortemente igroscopica che si trova in natura ed è di origine vulcanica. Essa pre-senta un valore di resistività pari a 2,5 Ωm con il 300% di umidità, non è corrosiva ed è chimicamente stabile. La bassa resistività risulta dal processo elettrolitico tra acqua, so-dio, magnesio, potassio e calcio. Con l’aggiunta di acqua aumenta di ben 13 volte il suo volume a secco e aderisce fortemente alle superfici con le quali viene in contatto. Se e-sposta al sole, tende ad essiccarsi in superficie ed a formare una crosta che previene l’essiccazione degli strati più profondi. Da quanto detto sopra, la bentonite necessita di acqua per ottenere le caratteristiche richieste. Una volta iniettata nel terreno, essa tende a trattenere l’umidità e le sue prestazioni iniziali. In terreni estremamente aridi questo equilibrio viene lentamente perso per cui è necessaria l’irrorazione periodica.

Trattamento del terreno: Si ricorre a soluzioni di cloruro di sodio e solfato di rame versati nel terreno, specie in corrispondenza dei dispersori a picchetto. L’efficacia di questi trat-tamenti è però limitata in quanto i sali vengono dispersi nel terreno in caso di pioggia. In commercio sono presenti prodotti studiati allo scopo che una volta immessi nel terreno producano precipitati conduttori in grado di trattenere l’acqua. Si utilizzano due diverse soluzioni saline che reagendo tra loro formano una massa gelatinosa con diverse dirama-zioni capillari. L’azione del prodotto è meno influenzata dalle variazioni stagionali del con-tenuto di umidità nel terreno e dalle piogge. Il metodo può essere applicato facilmente sia alle prese di terra nuove sia a quelle esistenti e a qualsiasi forma di elettrodo ad eccezione di pozzi tubolari immersi nelle falde freatiche. A parità di condizioni la riduzione relativa della resistenza della presa di terra dopo il trattamento è tanto maggiore quanto più la re-sistenza iniziale è elevata per cui i risultati migliori si hanno nei terreni più difficili. Con trattamenti di questo tipo si ottengono riduzioni della resistenza di terra che vanno dal 25% all'80% ed anche oltre. Ciò significa che quando sono necessari più elettrodi in paral-lelo, il loro numero può essere ridotto.

6.7 Dimensionamento termico del dispersore a griglia

Una volta nota la corrente nel dispersore, dai calcoli effettuati per la corrente di guasto a terra, e

il relativo percorso di richiusura, la sezione dei conduttori interrati viene calcolata con la seguente

formula basata sul riscaldamento degli stessi:

dove:

37 Il dispersore in impianti di I categoria

A : sezione (mm2);

I : corrente che percorre l’elemento del dispersore (A);

t : tempo di eliminazione del guasto (s);

K : coefficiente dipendente dal materiale e dalle temperature iniziali e finali ammesse.

La Norma limita la temperatura finale di un conduttore interrato a 400 °C. Se per temperatura ini-

ziale si assume quella ambiente di 30 °C, il coefficiente K è 229 per il rame e 78 per l’acciaio zinca-

to.

La corrente di dimensionamento termico del dispersore è la corrente di guasto a terra , perché

la suddivisione tra i vari circuiti di ritorno avviene più a valle, nei loro punti di connessione alla gri-

glia stessa.

6.8 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. Il valore di K cambia perché diminuisce la temperatura finale ammessa per

il conduttore di terra, cioè 200 °C per i conduttori nudi. Per i conduttori isolati la temperatura fi-

nale varia a seconda dell’isolante.

La corrente di dimensionamento è la corrente di guasto , ma se i conduttori di terra di una stes-

sa massa sono più di uno, la si può considerare ripartita sui diversi conduttori. Nelle reti con

neutro isolato è buona norma considerare la corrente di doppio guasto a terra.

Si ripetono qui di seguito i valori di K e le dimensioni minime per conduttori di terra, prescritti dal-

la norma CEI 11-8.

Rame Alluminio Acciaio

K, temp. fin. 200°C 159 105 58

A (mm2) 16 35 50

Capitolo 7

Impianto di terra disperdente di II categoria

7.1 Generalità

In genere tali sistemi elettrici sono eserciti con neutro isolato o messo a terra tramite impedenza,

la corrente di guasto a terra è dell’ordine del centinaio di ampere. Nei sistemi in cui il neutro è di-

rettamente a terra anche nella II categoria, si applicano le direttive trattate per i sistemi di III ca-

tegoria. In modo duale se i sistemi in alta tensione vengono eserciti con neutro isolato o connesso

a terra tramite impedenza allora l’impianto di terra sarà gestito come per i sistemi di II categoria.

L’impianto di terra in media tensione deve essere costituito da un anello, posto a circa un metro

di distanza dal perimetro della cabina elettrica ed interrato a circa mezzo metro di profondità. Ta-

le anello sarà interconnesso con la rete di terra generale dello stabilimento.

Prima di procedere al progetto di un impianto di terra, occorre valutare se si tratta di un impianto

di terra disperdente o di conduzione.

Figura14: L’impianto di terra può svolgere funzione disperdente (caso A); oppure prevalentemente funzione di con-

duzione (caso B).

7.1.1 Funzione disperdente

È il caso in cui la corrente di guasto di un impianto si disperde nel terreno, per poi richiudersi tra-

mite un’impedenza al generatore anch’esso connesso a terra. L’impedenza può essere costituita

dalla resistenza di messa a terra di un polo del generatore, generalmente il neutro, oppure dalla

reattanza capacitiva e dalla resistenza di isolamento delle fasi verso terra.

A tutto l’impianto di terra, non solo al dispersore, viene attribuita la funzione disperdente.

40 Capitolo 7

7.1.2 Funzione di conduzione

Nel caso il guasto a terra corrisponda ad un corto circuito, la corrente non si disperde prevalen-

temente nel terreno, poiché la resistenza di terra è cortocircuitata dal collegamento metallico che

unisce il punto di guasto al generatore. In questo caso, il dispersore svolge il compito di condurre

la corrente di guasto, senza disperderla nel terreno.

All’impianto di terra viene attribuita la funzione di conduzione.

7.2 Limiti di sicurezza

Per garantire la sicurezza delle persone in un impianto in media tensione, in caso di guasto a terra,

si può andare a limitare la tensione totale di terra o le tensioni di contatto e di passo. Tuttavia

quando la corrente di guasto monofase è modesta, dell’ordine della decina di ampere, è più sem-

plice e vantaggioso limitare la tensione totale di terra.

Secondo la norma CEI 11-8 per la media tensione si applicano i limiti di tensione di contatto e di

passo definiti per i sistemi di alta tensione:

Tensione di contatto e di passo, 50 Volt per t > 1 secondo;

Tensione di contatto e di passo, 125 Volt per t < 1 secondo.

Con t tempo totale di eliminazione del guasto dei dispositivi di protezione preposti.

Sempre secondo la stessa norma, l’impianto di terra è ritenuto idoneo a garantire la sicurezza

contro i contatti indiretti se la tensione totale di terra non supera il 20% dei limiti indicati per le

tensioni di contatto e di passo.

Si vanno quindi a soddisfare i limiti:

Tensione totale di terra, 63 Volt per t > 1 secondo;

Tensione totale di terra 150 Volt per t < 1 secondo.

7.3 Dati di progetto

Per il progetto dell’anello di terra sono necessari i seguenti dati:

Corrente di guasto a terra e tempo totale d’eliminazione del guasto da parte delle prote-

zioni;

Resistività del terreno.

7.3.1 Corrente di guasto e tempo d’intervento delle protezioni

Sono entrambi valori forniti dall’ente Distributore di energia elettrica, in caso di autogenerazione

si considera la corrente di guasto monofase a terra.

7.3.2 Resistività del terreno

La resistività del terreno deve essere misurata accuratamente, aumentando progressivamente la

distanza tra gli elettrodi del quadripolo di Wenner, fino ad una distanza pari a un quarto del peri-

metro dell’anello.

Se l’anello di terra è collegato a dispersori esterni (ad esempio le guaine metalliche dei cavi di ali-

mentazione o la rete di terra dello stabilimento) una parte della corrente di guasto si richiude at-

traverso tali dispersori. Si può assumere che almeno il 20-30% della corrente di guasto confluisca

verso le guaine dei cavi della rete di alimentazione pubblica in media tensione. Per quanto riguar-

da invece la frazione di corrente di guasto che va a disperdersi nel terreno attraverso l’impianto di

terra dello stabilimento, deve essere valutata secondo le considerazioni del paragrafo 8.3.1.

41 Impianto di terra disperdente di II categoria

Si è così in grado di stimare la corrente di guasto che l’impianto di terra di media tensione deve

realmente disperdere. Tuttavia trascurando queste dispersioni si ottiene un impianto di terra

maggiormente cautelativo nei riguardi della sicurezza, a scapito dell’economia.

7.4 Formule utili nella progettazione

In fase di progetto si vanno ad utilizzare formule che restituiscono i valori delle tensioni di contat-

to (entro e fuori l’anello di terra) e di passo a vuoto, mentre i limiti di sicurezza sono forniti a cari-

co di 1000 Ω ottenendo così un impianto tanto più cautelativo quanto maggiore è la resistività su-

perficiale del terreno.

Di seguito sono proposte le formule ottenute per via sperimentale, pertanto non sempre attendi-

bili per la disomogeneità del terreno e delle variazioni stagionali, per un dispersore ad anello di

perimetro p, senza maglie e senza picchetti.

Resistenza di terra:

Tensione di contatto a vuoto all’interno dell’anello:

Tensione di contatto a vuoto esterna, sugli spigoli dell’anello:

con un perimetro compreso tra 8 e 20 metri:

con un perimetro compreso tra 20 e 200 metri:

Per perimetri superiori a 200 metri si può ritenere prudenzialmente una tensione pari al caso di

perimetro di 200 metri.

Tensione di passo all’interno ed all’esterno dell’anello:

dove con p si intende il perimetro dell’anello.

7.5 Metodologia di progetto

Si procede tracciando a progetto il perimetro dell’anello in modo che comprenda per almeno un

metro le masse più periferiche dell’impianto.

Con le formule presentate al paragrafo 7.4 si calcola la resistenza di terra e successivamente la

tensione totale di terra.

42 Capitolo 7

Se la tensione di terra soddisfa i limiti indicati dalla normativa, l’anello è sufficiente ai fini della si-

curezza e si calcolano le tensioni di contatto e di passo per maggior informazione.

Se la tensione di terra non soddisfa i limiti di sicurezza indicati dalla normativa si procede a verifi-

care il rispetto dei limiti per le tensioni di contatto e di passo con le formule del punto 7.4.

In entrambi i casi si possono considerare le sole tensioni e se è sicuro presumere che nes-

suna massa sia presente sul bordo esterno dell’anello, in caso contrario il dimensionamento andrà

fatto in base alle tensioni e risulterà però più gravoso ma a favore della sicurezza.

Se le tensioni di contatto e di passo superano i limiti di sicurezza, si ripete il procedimento di cal-

colo con un perimetro maggiore dell’anello.

Quando il parametro è molto elevato, non rimane che adottare una rete magliata al pari del

caso di III categoria.

Per quanto riguarda l’equipotenzialità e le tensioni trasferite verranno fatto alcune considerazioni

per il caso di alta tensione, anche se si hanno valori inferiori dato il tipico minor valore della cor-

rente di guasto.

Capitolo 8

Impianto di terra disperdente di III categoria

8.1 Generalità

Tali sistemi vengono generalmente eserciti con il neutro direttamente a terra, dove la corrente di

guasto a terra assume valori nell’ordine della decina di kA. Se il neutro è isolato o connesso a terra

tramite impedenza si applica la metodologia tipica del sistema di II categoria.

In alta tensione, per garantire la sicurezza delle persone, l’impianto di terra deve assumere la ge-

ometria di una rete magliata in modo tale da garantire quanto più possibile l’equipotenzialità nel

terreno nel quale si disperde la corrente di guasto.

8.2 Limiti di sicurezza

Per garantire la sicurezza delle persone in caso di guasto a terra si può intervenire limitando:

La tensione totale di terra, condizione sufficiente ma non necessaria;

Le tensioni di contatto e di passo.

In alta tensione a causa degli elevati valori della corrente di guasto non è in pratica possibile

limitare la tensione totale di terra, poiché la resistenza di terra dovrebbe essere dell’ordine

del centesimo di ohm. Si considerano quindi le tensioni di contatto e di passo in un qualsiasi pun-

to dell’impianto, in riferimento alla norma CEI 11-8 si hanno 50 Volt per tempi superiori al secon-

do e 125 Volt se il tempo totale d’interruzione del guasto è inferiore al secondo.

8.3 Dati di progetto

Per il progetto della rete magliata di terra sono necessari i seguenti dati:

Corrente di guasto a terra e tempo totale d’eliminazione del guasto da parte delle prote-

zioni

Resistività del terreno

Superficie disponibile

8.3.1 Corrente di guasto e tempo d’intervento delle protezioni

Si deve individuare la corrente e l’energia specifica passante che l’impianto di terra è chiamato a

disperdere, cioè la corrente utile ai fini del progetto della rete di terra.

La corrente di guasto a terra ed il tempo di intervento delle protezioni sono forniti dall’ente Di-

stributore che alimenta l’impianto utilizzatore in alta tensione, mentre nel caso di autogenerazio-

ne si considera la corrente di guasto monofase a terra.

Se alla rete magliata sono collegati dispersori esterni, come ad esempio la fune di guardia della

linea aerea o la rete di terra dello stabilimento industriale, una parte della corrente di guasto si

richiude attraverso tali dispersori, anche se non è facile valutarne la frazione. Prudenzialmente si

può assumere che un 10 ÷ 20% della corrente di guasto si richiuda direttamente al generatore at-

44 Capitolo 9

traverso la fune di guardia, mentre per quanto riguarda la rete di terra dello stabilimento, in man-

canza di dati precisi, è ragionevole ipotizzare (soprattutto se sufficientemente estesa e sono pre-

senti anche dispersori di fatto) che se ne richiude almeno il 30 ÷ 60%.

8.3.2 Resistività del terreno

La resistività del terreno è di natura prevalentemente elettrolitica ed è dunque ovvia la sua di-

pendenza dall’umidità e dalla temperatura, all’aumentare delle quali diminuisce. Mentre passan-

do da un terreno asciutto ad uno umido la resistività può ridursi anche di dieci volte, l’influenza

della temperatura è trascurabile, tanto che se all’aumento di temperatura corrisponde una dimi-

nuzione dell’umidità nel complesso si avrà un aumento della resistività del terreno. Per tempera-

ture inferiori a quella di congelamento la resistività inoltre subisce un incremento notevole, tanto

che esistono delle variazioni stagionali della stessa negli strati superficiali del terreno.

Se il terreno non è omogeneo,ai fini del progetto dell’impianto di terra si può assumere una resi-

stività media, valore già ottenuto attraverso la misura (il metodo Wenner fornisce una resistività

media dello strato di terreno di profondità pari alla distanza tra le sonde). Ai fini del progetto si

può considerare la resistività misurata con una distanza pari ad un quarto del perimetro della rete

di terra.

8.3.3 Superficie disponibile

Se la superficie per realizzare l’impianto di terra è in qualche modo limitata, potrebbe rendersi

necessario impiegare elementi di dispersione verticali.

Dall’ampiezza della rete di terra, in relazione alla posizione delle masse periferiche, dipende inol-

tre quale tensione di contatto considerare ai fini del progetto, ovvero al tensione di contatto cen-

trale, periferica, esterna.

8.4 Parametri di progetto

I parametri sui quali agire per conseguire gli obbiettivi di sicurezza per mezzo di una rete di terra

magliata, possono essere così riassunti:

Profondità di interramento della rete;

Perimetro della rete;

Lato di maglia.

8.4.1 Profondità di interramento della rete

La profondità di interramento della rete influisce sulla resistenza di terra e sulle tensioni di contat-

to e di passo. All’aumentare della profondità di interramento diminuiscono la resistenza di terra e

la tensione di passo, ma aumenta la tensione di contatto.

Tenuto conto dei vantaggi e degli svantaggi al variare della profondità, delle variazioni stagionali

della resistività dello strato superficiale del terreno, della necessità di sottrarre la rete alle solleci-

tazioni meccaniche, si adotta in genere una profondità di interramento di circa mezzo metro.

8.4.2 Perimetro della rete

Le tensioni di contatto più elevate si formano ai bordi esterni della rete e all’interno, in corrispon-

denza delle maglie periferiche, in particolare nelle maglie d’angolo. Per evitare che una persona

possa essere soggetta a tensioni di contatto pericolose, è opportuno che la rete si estenda per

almeno una o due maglie oltre le masse più periferiche.

Nell’individuare le masse più periferiche occorre considerare anche i probabili sviluppi

dell’impianto.

45 Impianto di terra disperdente di III categoria

Le tensioni di passo più elevate si collocano sui bordi esterni della rete, in corrispondenza delle

diagonali.

All’aumentare del perimetro della rete diminuiscono la resistenza di terra, la tensione di contatto

e quella di passo. Le tensioni di contatto sono in genere maggiori delle tensioni di passo, ma

quest’ultime diventano invece maggiori all’interno della maglia quando il lato di maglia è piccolo

(4 ÷ 6 metri).

8.4.3 Lato di maglia

La magliatura ha lo scopo di avvicinare il potenziale del terreno a quello delle masse e nel con-

tempo di contenere le variazioni di potenziale tra punti massimi del terreno, tanto più efficace-

mente quanto più è piccolo il lato di maglia. Il lato di maglia influisce poco sulla resistenza di terra,

tanto meno quanto maggiore è il perimetro della rete.

Non si adotta un lato di maglia inferiore di 4 metri, perché alla maggior spesa non corrispondono

adeguati vantaggi per la sicurezza. Similmente non si considerano lati di maglia maggiori di 20 me-

tri, poiché non permettono di conseguire in genere una equipotenzialità sufficiente.

8.4.3.1 Formule per il calcolo delle tensioni di contatto, di passo e della resistenza di

terra

Le tensioni di contatto e di passo possono essere misurabili sull’impianto con un voltmentro di

impedenza infinita, ottenendo tensioni a vuoto. Per quanto riguarda invece i limiti di sicurezza si

considerano le tensioni di contatto e di passo a carico, misurate con strumenti con resistenza in-

terna di 1000 ohm (carico equivalente dell’uomo) e si ottiene una condizione tanto più cautelativa

tanto maggiore è la resistività dello stato superficiale del terreno (ad esempio con uno strato di

asfalto si riducono notevolmente le tensioni di contatto e di passo).

Le formule, ottenute con metodi sperimentali, non sempre forniscono risultati soddisfacenti, an-

che a causa della disomogeneità del terreno e delle variazioni stagionali della resistività.

Si considera una rete di terra magliata senza picchetti, con maglia di lato quadrato. In casi partico-

lari di maglie rettangolari si può assumere il lato del quadrato equivalente.

Rete magliata (senza picchetti)

Lato di maglia L (m) Tensione di contatto centrale UC (V)

20

12

8

6

4

46 Capitolo 9


Lato di maglia L (m) Tensione di passo UP (V)

20

12

8

6

4


Lato di maglia L (m) Tensione di contatto periferica U’C (V)

20

12

8

6

4


Lato di maglia L (m) Resistenza di terra (Ω)

20

12

8

6

4



Lato di maglia L (m) Tensione di contatto esterna UCE (V)

20

12

8

6

4

8.5 Metodologia di progetto Dopo aver tracciato il perimetro della rete e proceduto al calcolo della tensione di contatto e di

passo secondo i valori della resistenza di terra e le formule già indicate, si prosegue verificando i

limiti di sicurezza. Se i valori di e non rientrano, si procede riducendo progressivamente il

lato di maglia. Qualora le tensioni non rientrassero ancora nei limiti anche con il lato di maglia fino

a 4 metri a causa dell’elevato valore della corrente di guasto o della resisitività del terreno, si ri-

solve andando ad allargare il perimetro della rete o aggiungere picchetti periferici agli angoli della

rete. Preferibilmente si tende ad aumentare il perimetro della rete, solamente se non c’è spazio

disponibile si adottano i picchetti periferici e nei casi più gravosi occorrerà procedere con entram-

be le soluzioni.

Si può inoltre prevedere un abbattimento del 50% delle tensioni di contatto e di passo calcolate

se si procede, ad impianto terminato, alla stesura di un manto bituminoso o di ghiaia.

Qualora siano previste masse sulle maglie periferiche della rete in luogo della tensione di contatto

centrale si dovrà considerare la tensione di contatto periferica o addirittura la tensione di

contatto esterna rendendo più gravosa la progettazione dell’impianto di terra, ottenendo pe-

rò valori più cautelativi.

Le valutazioni economiche in relazione a particolari situazioni contingenti possono naturalmente

influire sulle scelte tecniche da adottare.

Se, come spesso accade, la rete magliata è collegata con altri elementi disperdenti alla rete (fune

di guardia, rete di stabilimento, ecc.) occorre accertarsi che presso questi non si stabiliscano delle

tensioni di contatto e di passo pericolose in relazione alla frazione di guasto che essi sono impe-

gnati a disperdere.

Gli stessi conduttori nudi, di collegamento tra anelli di terra, in contatto con il terreno sono veicoli

di dispersione della corrente di guasto, ma questa viene trascurata a favore della sicurezza. Se da

una parte è conveniente avere il conduttore di collegamento tra i diversi anelli di terra nudo ed in

contatto con il terreno, dall’altra potrebbe dare origine a tensioni di passo pericolose. La massima

tensione di passo, in questo caso, può essere valutata secondo la formula:

48 Capitolo 9

dove:

ρ : resistività del terreno;

: corrente che percorre il conduttore;

h : profondità di interramento.

Il gradiente di tensione ha il suo massimo ad una distanza dalla verticale del conduttore pari alla

sua profondità.

È sempre il caso di ricordare che il progetto di un impianto di terra disperdente è sempre un pro-

getto di massima. L’impianto di terra una volta realizzato deve essere sottoposto a verifica stru-

mentale, per accertare che siano stati raggiunti gli obbiettivi di sicurezza.

8.5.1 Equipotenzialità

Una persona è esposta al pericolo di folgorazione quando entra in contatto simultaneamente con

parti a potenziale differente. Dato che le masse estranee si trovano praticamente al potenziale di

terra, una persona che si dovesse trovare a toccare, durante un guasto a terra, una massa ed una

massa estranea sarebbe soggetta ad una tensione prossima a quella totale. Dualmente le masse

estranee possono esportare potenziali pericolosi all’esterno della rete magliata. Se l’impianto di

terra presenta una tensione totale maggiore dei limiti indicati (50 V se t > 1 s o 250 V se t < 1 s)

occorre fare in modo che le masse estranee che si estendono oltre l’area equipotenziale

dell’impianto di terra, non trasferiscano tensioni di contatto e di passo pericolose. Si adottano i

criteri generali presentati in capitolo 4.4.

Viceversa all’interno dello stabilimento si tende, per quanto possibile, a migliorare

l’equipotenzialità e non a separare gli elementi metallici tra loro.

Qualora in sede di verifica dell’impianto di terra si dovessero misurare tensioni di contatto o di

passo pericolose, in corrispondenza di masse estranee connesse con la rete di terra, si dovranno

adottare i criteri generali definiti in capitolo 4.1.

8.5.2 Recinzioni

Eventuali recinzioni metalliche situate all’interno della rete di terra vanno collegate all’impianto in

quanto considerate agli effetti masse estranee. Invece per quanto riguarda le recinzioni metalli-

che esterne alla rete magliata, se collegate a terra, potrebbero trasferire potenziali pericolosi, è

pertanto preferire quando possibile adottare recinzioni non metalliche o ben isolate.

Non si collega la recinzione metallica all’impianto di terra quando è sufficientemente esterna dalla

rete di terra tanto da rendere ragionevolmente vera l’ipotesi in impossibilità di un contatto simul-

taneo tra una massa in potenziale di guasto e la recinzione. Eventuali lampade o apparecchiature

in BT appoggiate alla recinzione dovranno avere livello di isolamento di classe II.

L’eventuale collegamento a terra della recinzione metallica, se necessario o richiesto, deve essere

effettuato mediante una corda interrata ad un metro di distanza verso l’esterno, ad una profondi-

tà di mezzo metro. Occorre inoltre aumentare la resistività superficiale del terreno mediante pie-

trisco o asfalto ai lati della recinzione sia all’interno che all’esterno per un’ampiezza di circa un

metro.

Se la recinzione si trova all’interno di un grosso complesso industriale e situata in mezzo ad altri

impianti di terra, non rimane altra soluzione che collegarla all’impianto generale di terra ai fini

dell’equipotenzialità.


8.5.3 Ferri d’armatura

In un grosso stabilimento industriale, accanto ai dispersori intenzionali, esiste una moltitudine di

dispersori di fatto che contribuiscono in modo preponderante alla dispersione di corrente e ad

equipotenzializzare l’area. I dispersori di fatto più importanti sono i ferri costituenti l’armatura

delle fondazioni di calcestruzzo.

Anche se i ferri non sono direttamente interrati possono comunque essere considerati in intimo

contatto con il terreno in quanto la resistività del cemento cambia fortemente con l’umidità e dal

momento che il cemento si porta alla stessa umidità del terreno, in prima approssimazione ce-

mento e terreno possono essere considerati con la stessa resistività.

Se si cerca un impianto di terra particolarmente sicuro, in fase di progetto si ignora completamen-

te il contributo dei dispersori di fatto alla dispersione di corrente, anche se nella realizzazione ver-

ranno poi connessi. In questo modo si ha maggior certezza che, ad impianto terminato, i limiti di

sicurezza siano rispettati senza ulteriori interventi, a scapito però dell’economia.

Nel caso si tenga conto in fase di progetto anche dei ferri di armatura delle fondazioni, ai fini

dell’equipotenzialità all’interno dell’anello periferico di terra, si può assimilare la situazione di rete

magliata con lato di maglia di 4 metri. Talvolta è opportuno, in sede di progetto, programmare il

migliore coordinamento dei dispersori naturali (o di fatto) con quelli intenzionali.

Si considera inoltre ancora valido il contributo all’equipotenzialità anche se, per ragioni edili, il

cemento è ricoperto da bitume.

L’esperienza dimostra anche che la legatura a regola d’arte edile è in generale sufficiente a garan-

tire una buona continuità elettrica.

Figura 15: Esempio di collegamento dell’impianto di terra al dispersore ausiliario di fondazione.

50 Capitolo 9

Capitolo 9

Impianto di terra di conduzione in II e III categoria

Questo caso ricorre quanto il generatore, o il trasformatore, ha il neutro collegato alla stessa rete

di terra delle masse o a un impianto di terra metallicamente connesso a quello del neutro.

Se il neutro e le masse sono collegate alla stesse rete di terra magliata, che svolge la funzione di

impianto di terra disperdente nei confronti di un guasto in alta tensione, si può assumere che

l’insieme sia sufficientemente equipotenziale e non occorre far altro.

Figura 16: Esempio tipico di terra di conduzione

nell’ambito delle stessa rete magliata. L’impedenza Z è presente in media tensione e non in

alta tensione.

Figura 17: A) Esempio di terra di conduzione costituita da

una rete magliata e da un anello di terra interconnesso. B) Schema equivalente del circuito di guasto; RN: resistenza di terra della rete magliata; RT: resistenza di terra dell’anello;

ZP: impedenza del conduttore di ritorno.

Detta la corrente di primo guasto a terra e l’impedenza dell’insieme dei conduttori di ritorno

della corrente , dalla massa considerata al centro stella del sistema elettrico, devono essere ve-

rificate le condizioni:

≤ 60 V per t > 1secondi;

≤ 150 V per t ≤ 1secondi.

51 Impianto di terra di conduzione in II e III categoria

L’impedenza del conduttore di ritorno può essere calcolata nei modi seguenti.

Conduttore in rame non installato in tubo protettivo di materiale ferromagnetico:

dove:

: resistenza del conduttore;

: raggio della sezione del conduttore;

D : distanza del conduttore di protezione dai conduttori di fase;

L : lunghezza del conduttore.

Se il conduttore è in ferro, la permeabilità magnetica µ0 va sostituita con quella del ferro µfe nel

valore approssimato corrispondente al range delle correnti in gioco.

Conduttore in rame installato dentro un tubo in materiale ferromagnetico, separatamente dal

conduttore di fase:

dove:

b raggio esterno del tubo;

a raggio interno del tubo.

L’installazione del conduttore di ritorno in un tubo protettivo di materiale ferromagnetico è for-

temente sconsigliata a causa dell’elevato valore della reattanza.

Le condizioni sulla tensione potrebbero non essere soddisfatte a causa dell’elevato valore di ,

ma poiché la massa è inserita in un anello di terra, si può tener conto dell’elevazione del potenzia-

le del terreno percorso da una frazione della corrente .

Si procede come indicato di seguito.

Si determina la corrente che va ad interessare l’impianto di terra di resistenza :

dove e possono essere calcolate con le formule già esposte per la rete magliata in alta ten-

sione e per l’anello di terra in media tensione. Per e vedi figura 17.

Si calcola quindi la massima tensione di contatto mediante la formula già nota:

Se in luogo dell’anello di terra vi fosse la rete magliata la tensione di contatto andrebbe calcolata

con le formule indicate al punto 8.4.3.1.

52 Capitolo 9

Se il collegamento di impedenza non è isolato ma costituito da una corda nuda, quanto sud-

detto è ancora valido a favore della sicurezza.

Se la tensione di contatto non rientra nel limite di sicurezza si dovrà procedere a magliare l’anello

con lato di maglia progressivamente più piccolo e ripetere le verifiche.

Nella realtà di un grande complesso industriale parte degli impianti di terra possono essere consi-

derati in parallelo a e parte in parallelo a , tanto che lo schema già presente in figura 17

mantiene la sua validità in forma semplificativa.

Infine in un impianto industriale molto spesso ci si trova in pratica nelle condizioni di figura 16

grazie all’elevato numero di dispersori naturali, soprattutto nelle fondazioni. In tal caso, si assume

che la maglia di terra unica e generale sia sufficiente a garantire la sicurezza e non è necessario a

procedere con alcun calcolo.

9.1 Conduttori di terra e di protezione

Il conduttore di terra è il conduttore che collega i dispersori al collettore o nodo principale di ter-

ra. Il conduttore che collega i dispersore, se isolato, è anch’esso un conduttore di terra. Il condut-

tore di protezione è il conduttore che collega le masse al collettore o nodo principale di terra.

9.1.1 Sistemi di II e III categoria

Nei sistemi di II e III categoria non si fa distinzione tra conduttori di terra e conduttori di protezio-

ne, ma per entrambi esistono dei limiti.

La sezione espressa in mm2 (che garantisce di non superare i 200°C sui conduttori, attraversati

dalla corrente I per un tempo di 1 secondo) del collegamento a terra delle masse di sistemi di II e

III categoria non deve essere inferiore di:

I/160 con un minimo di 16 mm2 per i conduttori in rame;

I/100 con un minimo di 35 mm2 per i conduttori in alluminio;

I/60 con un minimo di 50 mm2 per i conduttori in acciaio.

Dove la corrente I espressa in ampere è la corrente di progetto della rete di terra disperdente.

Negli impianti di terra di conduzione (sistemi di II e III categoria con neutro messo a terra tramite

impedenza senza interruzione automatica del primo guasto) occorre considerare la corrente di

doppio guasto a terra. Anche se tale evento è trascurato ai fini della protezione contro le tensioni

di contatto, va tuttavia considerato per quanto riguarda le sollecitazioni termiche, poiché queste

possono compromettere permanentemente l’efficienza del conduttore di terra e/o di protezione.

Ovviamente nel caso in cui la formula restituisse una sezione non unificata si deve scegliere la se-

zione immediatamente superiore.

Capitolo 10

Impianto di terra di protezione delle cabine MT/BT

10.1 Generalità

La terra di protezione ideale dovrebbe presentare, nel collegamento dispersore-terreno, un im-

pedenza complessiva nulla. In tal modo sarebbe assicurato il mantenimento del potenziale di ter-

ra e l’assenza di gradini di potenziale lungo il circuito,per qualsiasi condizione in cui venisse a tro-

varsi l’elemento messo a terra indipendentemente dal valore e dalla forma della corrente verso

terra. Tale condizione non è realizzabile ma, agli effetti infortunistici, sarà sufficiente che le ten-

sioni di passo e di contatto siano inferiori ai valori stabiliti dalle norme (figura 18, 19). La limitazio-

ne dei valori della tensione di passo e di contatto implica lo studio del dispersore che nella mag-

gior parte dei casi può essere evitata se la tensione totale di terra dell’impianto non è maggiore di

1,2 volte la tensione di contatto o di passo oppure non è maggiore di 1,8 e siano soddisfatte le se-

guenti condizioni:

sia presente un dispersore orizzontale con configurazione ad anello chiuso avente un pe-rimetro massimo di 100 m;

le masse da collegare a terra siano tutte contenute all’interno del perimetro del disperso-re orizzontale.

Quando si potranno contenere i valori della tensione totale di terra inferiori ai limiti citati, il pro-

getto dell’impianto di terra potrà essere effettuato esclusivamente in base all’impedenza di terra.

Detta la massima tensione di terra ammessa (si trova dal grafico ammessa-tempo di

eliminazione del guasto), se si verifica che:

dove è la corrente di guasto a terra, non occorrerà controllare il valore delle tensioni di passo e

di contatto.

54 Capitolo 10

Figura 18: Tensione di contatto e tensione di passo.

Figura 19: Grafico riportante i valori di tensione di contatto e di passo ammesse in funzione del tempo di eliminazio-ne del guasto e tensioni totali di terra massime ammesse che consentono l’esenzione dalla misura delle tensioni di

contatto e passo.

10.2 Strutture da mettere a terra

Secondo le norme CEI 11-1 si devono mettere a terra tutte le parti conduttrici, facenti parte

dell’impianto elettrico, che non sono in tensione in condizioni di normale isolamento, ma che pos-

sono andare in tensione in caso di cedimento dell’isolamento principale e che possono essere

toccate. Inoltre si devono mettere a terra le parti conduttrici che pur non facenti parte

dell’impianto elettrico sono suscettibili nell’introdurre il potenziale di terra.

In particolare per quanto riguarda le cabine debbono essere curate le messe a terra di:

parti metalliche accessibili delle macchine e delle apparecchiature, le intelaiature di sup-porto degli isolatori e dei sezionatori, i ripari metallici dei circuiti elettrici;

organi di comando a mano delle apparecchiature; cornici e telai metallici che circondano i fori o dischi di materiale isolante attraversati da

conduttori e le flange degli isolatori passanti; l’incastellatura delle sezioni dell’impianto.

55 Impianto di terra di protezione delle cabine MT/BT

Nessuna indicazione specifica viene data riguardo le porte e i finestrini metallici che quindi po-

tranno non essere messi a terra evitando in tale modo la presenza di tensioni di contatto elevate

verso l’esterno della cabina.

10.3 Messa a terra del neutro BT

Le norme CEI 11-8 consentono il collegamento del neutro (terra di funzionamento) dei sistemi di I

categoria all’impianto di terra della cabina se la tensione totale di terra non supera 250 V nel

caso di sistemi nel caso di sistemi di I categoria TT e IT. Si potrà effettuare tale operazione in tutte

le cabine che soddisfino i requisiti sulla ed alle quali non sia collegata alcuna linea aerea MT al

fine di evitare la propagazione sul neutro di sovratensioni impulsive provenienti da tali linee. Nel

caso in cui il neutro venga collegato ad un impianto di terra separato e la tensione totale di terra

non superi il valore limite di 250 V si deve accertare che tutti i componenti dell’impianto di I cate-

goria situati entro l’area dell’impianto verifichino la relazione:

dove:

: valore della tensione di prova verso terra a frequenza industriale per 1 minuto del

componente di I categoria;

: valore della tensione totale di terra;

: valore della tensione nominale verso terra del sistema di I categoria.

10.4 Criteri generali di progettazione

Per il progetto degli impianti di terra di protezione si possono individuare tre tipi di cabine:

1) cabina senza strutture metalliche nei suoi dintorni; 2) cabina con strutture metalliche nei suoi dintorni; 3) cabina con o senza strutture metalliche nei suoi dintorni ma collegata ad estesa rete in

cavo.

È da sottolineare che i criteri di progetto degli impianti di terra che verranno esposti nei successivi

paragrafi forniscono un utile indirizzo che dovrà essere confrontato con successive verifiche sul

terreno.

10.5 Progettazione dell’impianto di terra per cabine di tipo 1

I dispersori di terra possono essere superficiali o profondi (figura 20, 21). Per prima cosa bisogna

scegliere tra i due il tipo più opportuno in base alla resistività del terreno. Quando la resistività

superficiale del terreno è bassa, si impiegano i dispersori superficiali di figura 20, scegliendo il più

conveniente in funzione del valore della resistività stessa e del valore di resistenza che bisogna ot-

tenere affinché il passaggio della corrente di guasto generi una tensione totale di terra inferiore a

quella prevista dalle norme (permettendo l’omissione della misura delle tensioni di passo e con-

tatto). Chiamata la massima tensione ammessa dalle norme CEI 11.8 (che è funzione della

struttura dell’impianto di terra che si vuole progettare e del tempo di estinzione della corrente di

guasto), ricordando la relazione che lega la resistenza dell’impianto di terra alla resistività, si può

scrivere:

56 Capitolo 10

dove:

: resistività del terreno;

K : fattore di forma del dispersore considerato;

: massimo valore di resistenza che l’impianto di terra può assumere per soddisfare i

requisiti richiesti.

Fig 3a: Dispersore quadrato con picchetti ai vertici.

Fig 3b: Dispersore piramidale:

Fig 3c: Dispersore quadrato con elementi radiali da 6

metri.

Fig 3d: Dispersore quadrato con elementi radiali da 3 me-

tri.

Figura 20: Dispersori superficiali con lato del quadrato 5m (Fig 3 a, 3 b, 3 c, 3 d); Dispersori superficiali con lato del quadrato 6 metri fanno riferimento alle stesse figure con numerazione Fig 4 a, 4 b,

4 c, 4 d.


Figura 21: Dispersori profondi componibili a giunto automatico.

In figura 22, 23 vengono riportate le caratteristiche dei dispersori superficiali precedentemente

considerati. Ipotizzando che la linea, alla quale viene allacciata la cabina, abbia dei dispositivi di

protezione per cui il guasto monofase a terra venga estinti in 550 ms, la massima tensione di con-

tatto/passo ammissibile dalle Norme CEI 11.8 sarà 142 V. in tale situazione la massima tensione di

terra ammessa sarà (nel caso tutte le masse metalliche collegate siano inter-

ne all’anello altrimenti il coefficiente moltiplicativo vale 1,2).

Si ipotizzi inoltre che la corrente di guasto calcolata con la relazione

oppure rilevato da una misura diretta, sia pari a 30 A e che la resi-

stività del terreno (misurata) sia 100 Ωm. Il massimo valore di resistenza che l’impianto in proget-

to potrà assumere sarà pari a:

Osservando il grafico di (figure 22, 23), si può desumere che in corrispondenza di una resistività

del terreno pari a 100 Ωm, è sufficiente la realizzazione di un impianto di terra strutturato come in

(figura 20). Il picchetto profondo invece deve essere usato quando si è in presenza di uno strato

superficiale di terreno ad alta resistività (tipicamente ghiaioso o sabbioso ) con terreno argilloso

ad alta conducibilità in profondità (10÷15 m). L’accertamento della supposta diminuzione di resi-

stività deve essere accertato tramite la rispettiva misura. La profondità effettiva di interramento

del picchetto profondo verrà determinata in base alle progressive misurazioni della resistenza di

terra del dispersore durante le operazioni di infissione. Le operazioni di infissione potranno rite-

nersi concluse quando si sarà raggiunto il valore di .. Giova ricordare che le misura-

zioni di , in tali condizioni, darà sempre valori superiori a quelli che si avranno dopo qualche

tempo in quanto il picchetto deve ancora aderire bene al terreno. Tutto quanto è stato detto vale

nel caso la cabina sia alimentata esclusivamente in aereo; qualora fosse collegata anche a più li-

nee in cavo, bisognerà tenere conto anche del drenaggio della corrente di terra da parte delle

guaine dei cavi.

58 Capitolo 10

Figura 22: Valori di massima resistenza di terra in funzione della resistività del terreno per i dispersori di figura 20,

riferiti alle Fig3.

Figura 23: Valori di massima resistenza di terra in funzione della resistività del terreno per i dispersori di figura 20,

riferiti alle Fig4.

10.5.1 Tensione totale di terra superiore ai limiti ammessi

Se la resistività del terreno rende impossibile,con i dispersori superficiali o profondi, un valore del-

la tensione totale di terra inferiore ai limiti ammessi dalle Norme, occorre progettare un disperso-

re con l’obbiettivo di contenere le tensioni di passo e contatto entro i valori stabiliti dalle norme. Il

valore massimo delle tensioni di contatto all’interno della cabina è normalmente più del doppio

delle tensioni di passo e quindi ci si dovrà occupare del controllo delle prime. Chiamato il rap-

porto tra il valore massimo di tensione di contatto rilevabile su ciascuno dei dispersori analizzati

ed il relativo valore di tensione totale di terra, si può scrivere la seguente relazione:


dove:

: massima tensione di contatto/passo ammessa dalle norme in funzione del tem-

po di eliminazione del guasto;

: fattore di forma del dispersore;

ρ : resistività del terreno supposto omogeneo.

Tale relazione permette di tracciare il grafico di figura 24, 25 ,una curva limite caratteristica di cia-

scun dispersore. Noti , e ρ, si individua un punto sul piano, se tale punto si trova

sull’area sottostante la curva limite significa che, per quel dispersore e per quel valore di resistivi-

tà, non è possibile contenere le tensioni di contatto al di sotto dei limiti imposti dalle norme CEI

per cui bisogna passare ad un dispersore di diversa struttura.

Figura 24: Curve limiti dei dispersori di figura 20 riferiti alle dimensioni di Fig 3.

60 Capitolo 10

Figura 25: Curve limiti dei dispersori di figura 20 riferiti alle dimensioni di Fig 4.

Si supponga di essere in presenza di un terreno con resistività pari a 140 Ωm, e venga

interrotta in 550 ms (quindi tensione massima di contatto pari a 160 V). In tali condizioni si può

vedere dalla figura 22 che affinché l’impianto di terra soddisfi le condizioni sulle massime tensioni

di contatto dovrà essere progettato con una struttura del tipo di Fig.3c che, possedendo una resi-

stenza complessiva di 6 Ω, presenterà una tensione totale di terra di 480 V. Se è possibile collega-

re l’armatura metallica delle fondazioni della cabina all’anello principale del dispersore di terra,

allora l’interno diviene pressoché equipotenziale e la massima tensione di contatto si riduce note-

volmente. Verrà inoltre trascurata cautelativamente la diminuzione della resistenza del dispersore

dovuta al collegamento con l’armatura delle fondazioni.

Nella tabella che segue sono riportati, per i vari tipi di dispersori considerati, i valori che assume il

rapporto nel caso di fondazione collegata ( ) o non collegata ( ).

Dispersore figura F2 F1 F2/F1

Quadrato 3 a 0,39 0,27 1,46

Quadrato 4 a 0,41 0,27 1,52

Piramidale 3 b 0,29 0,19 1,53

Piramidale 4 b 0,31 0,20 1,54

Ad elementi radiali 3 c 0,34 0,25 1,35

Ad elementi radiali 4 c 0,38 0,27 1.41

Ad elementi radiali 3 d 0,37 0,26 1,42

Ad elementi radiali 4 d 0,40 0,28 1,43

Se è possibile considerare porte e finestrini metallici isolati dall’impianto di terra o, se possibile,

adottarli in materiale isolante (in quanto le tensioni di contatto all’esterno della cabina possono

essere più elevate), si potrà, a parità di resistività del terreno, dimensionare l’impianto di terra per

una corrente volte maggiore che in assenza del collegamento dell’armatura al dispersore.



10.6.1 Tensione totale di terra inferiore ai limiti ammessi

La progettazione dell’impianto di terra nel caso di presenza di corpi metallici in prossimità della

cabina deve essere fatta tenendo presente l’art.3.1 delle norme CEI 11.8 il quale riporta testual-

mente:

“Nessun provvedimento è necessario se la tensione totale di terra è inferiore ai valori indicati in

2.1.04 per tensioni di contatto.”

Tale vincolo viene a risultare più restrittivo rispetto quanto riportato nel paragrafo 10.5.1 in quan-

to manca il coefficiente maggiorativo pari a 1,2 o 1,8. In questa categoria di cabine si deve cercare

di utilizzare ogni accorgimento per contenere la tensione totale di terra a valori inferiori ai limiti

ammessi.

In tale maniera si evita di indurre tensioni di contatto pericolose su strutture metalliche even-

tualmente presenti. Si sottolinea che eventuali impianti di terra di utenti BT che potenzialmente

possono entrare in contatto con l’impianto di cabina sono da considerare come corpi metallici

fuoriuscenti dal perimetro dello stesso che dovrà quindi essere dimensionato con i limiti restrittivi

di cui sopra. È inoltre utile ricordare che generalmente grosse interferenze tra impianti di terra si

verificano solo in zone fortemente urbanizzate ove è presente una estesa rete in cavo che contri-

buisce ad abbassare notevolmente l’impedenza di guasto facilitando il raggiungimento dei limiti

suddetti.

10.6.2 Tensione totale di terra superiore ai limiti ammessi

Quando non si riesce a contenere la tensione totale di terra a valori inferiori a quelli prescritti al

punto 2.1.04 delle norme CEI 11.8 per le tensioni di contatto, si dovrà progettare l’impianto di ter-

ra, non solo in funzione del valore delle massime tensioni di passo e contatto interne alla cabina,

ma bisognerà anche tenere conto delle tensioni di contatto che possono manifestarsi sulle strut-

ture metalliche esterne al fabbricato.

Queste potranno essere sostanzialmente di due tipi:

Di piccola estensione (cartelli stradali, sostegni di illuminazione, ecc.) Di grande estensione (cancellate, guardrail, ecc.)

Per limitare le tensioni trasferite a tali strutture le Norme CEI 11.8 indica i seguenti provvedimen-

ti:

1. Interruzione della continuità dei corpi metallici (separazione); 2. Aumento della resistività dello strato superficiale del terreno circostante (modifica

della resistività superficiale); 3. Controllo dei gradienti di tensione sulla superficie del terreno circostante; 4. Segregazione o isolamento degli elementi e delle aree in cui si localizzano tensioni pe-

ricolose.

Separazione.

Il provvedimento consiste nell’interruzione dei corpi metallici in prossimità del perimetro

dell’impianto di terra e, quando necessario, anche in altri punti. Tali interruzioni devono presenta-

re, anche nelle condizioni ambientali più sfavorevoli (pioggia, terreno umido, ecc.), caratteristiche

di isolamento tali da garantire la tenuta alla tensione che si manifesta ai loro capi in conseguenza

della massima corrente di guasto a terra(in caso di tubazioni si deve tenere conto della conducibi-

lità elettrica del fluido trasportato).

62 Capitolo 10

Controllo dei gradienti.

Il provvedimento consiste nel collegare i corpi metallici ad un dispersore supplementare avente

forma e dimensione tali da consentire una riduzione dei gradienti superficiali di tensione.

Segregazione ed isolamento.

Il provvedimento consiste nell’adottare opportune barriere che impediscono il contatto con tutti i

corpi metallici che presentino tra loro o verso terra tensioni pericolose, mantenendoli fuori dalla

portata di mano oppure impedendo l’accessibilità all’area ad essi circostante. L’accesso a tali aree

deve essere consentito solo a persone addestrate in grado di eliminare temporaneamente le con-

dizioni di pericolo o di scegliere ed adottare i mezzi protettivi più idonei. La segregazione può es-

sere omessa quando la presenza di persone non addestrate in tali aree sia molto improbabile. Si

può inoltre evitare “a monte” il problema costruendo la cabina a distanza di rispetto dai corpi me-

tallici estranei.


Queste cabine, essendo collegate ad estese reti in cavo MT, presentano le maggiori correnti di

guasto monofase a terra ma nel contempo hanno valori di tensione totale di terra molto bassi

(decine di volt) poiché, per il collegamento realizzato dalle guaine metalliche dei cavi, messe a ter-

ra in ogni cabina MT/BT, tutti i dispersori delle cabine MT/BT afferenti una stessa cabina primaria

contribuiscono in pratica a disperdere la corrente di guasto. Per cabine collegate ad una estesa

rete di cavi MT il modulo della tensione totale di terra è dato da un’espressione del tipo:

dove:

: è un fattore di riduzione compreso tra 0 e 1;

: impedenza di terra del dispersore misurata con metodo volt-amperometrico mante-

nendo ad esso collegate le guaine dei cavi;

: corrente di guasto monofase a terra.

Il coefficiente di riduzione K dipende dal mutuo accoppiamento che si stabilisce durante il guasto

tra i circuiti formati dal fascio dei conduttori ed il terreno e dalle guaine metalliche dei cavi-

terreno. Il mutuo accoppiamento in parola sussiste in tutte le linee MT collegate alla stessa sbarra

in cabina primaria, poiché in un sistema a neutro isolato in tutte le linee che escono radialmente

dalla stessa sbarra di cabina primaria durante il guasto di una di esse è presente una componente

omopolare di corrente che sia a coppia magneticamente con la corrente che fluisce nella guaina.

Risultato di questa mutua induzione è che la risulta ridotta rispetto al semplice prodotto

di un coefficiente K che, in rilevazione sperimentali si è trovato valere anche 0,3.

Tale coefficiente di riduzione dipende dalla configurazione della rete di cavi MT ed è in generale

tanto più piccolo quanto più estesa ed interconnessa la rete delle guaine e minore è la resistenza

di queste.

Sono state inoltre effettuati rilevamenti in zone ad elevata resistività ove, in parallelo alle guaine,

vengono collegate corde di rame da 35 mm2 in intimo contatto con il terreno.

I risultati sperimentali evidenziano come la presenza di questo conduttore abbassi l’impedenza

equivalente rilevata in assenza di guasto non abbia allo stesso modo un significativo effetto du-


rante un guasto reale. La motivazione va individuata nel fatto che durante la prova volt-

amperometrica viene direttamente iniettata nel punto di guasto da un generatore esterne mentre

nel caso reale proviene dalla linea MT.

In questo ultimo caso gli accoppiamenti magnetici citati all’inizio del paragrafo hanno un influenza

tale da rendere poco funzionale e soprattutto antieconomica su detta corda. In relazione alle mol-

teplici situazioni di rete si considererà sempre cautelativamente K=1.

Il progetto dell’impianto di terra si realizza quindi facendo in modo che sia .

Ora le reti MT sono esercite radialmente, ma possiedono lungo il loro percorso collegamenti,

normalmente sezionati con altre linee. Questo implica che di norma tutti i dispersori propri delle

cabine MT/BT (intesi come dispersori locali senza la presenza delle guaine dei cavi) allacciate ad

una rete MT in cavo sono collegati fra loro tramite le guaine dei cavi MT che fungono da condut-

tori di terra e, conseguentemente, tutti contribuiscono a disperdere la corrente di guasto prodot-

ta in qualunque cabina.

Per progettare l’impianto di terra di queste cabine bisognerà conoscere il legame tra il valore della

resistenza del dispersore proprio di cabina ed il valore della che risulta quando ad esso vengo-

no collegate le guaine dei cavi. A questo legame non è possibile dare una espressione analitica di-

pendendo da: forma della rete di guaine, densità delle cabine Mt/bt per km2 di superficie e quindi

distanza tra le stesse, resistenza e reattanza dei singoli tronchi di guaine e resistività del terreno.

È possibile però per le cabine MT/BT afferenti ad una cabina primaria costruire una tabella in cui

si riportino per ogni cabina secondaria il valore della resistenza propria dell’impianto di terra ed il

valore della quando al dispersore proprio sono collegate le guaine dei cavi. Analizzando detta

tabella sarà possibile desumere il valore massimo ammissibile per il dispersore locale di una nuo-

va cabina una volta imposto il valore di .

Probabilmente in corrispondenza al medesimo valore di si potranno avere diversi valori di resi-

stenza dei quali si potrà prendere cautelativamente il più basso o, se ciò fosse troppo oneroso, ef-

fettuare la scelta affinando l’indagine per ricercare analogie tra la situazione dei cavi delle cabine

già costruite e quelle da realizzare.

10.8 Progettazione dell’impianto di terra del posto di trasformazione su palo

Le norme CEI 11.1 dichiarano che “le installazioni su palo dei trasformatori e condensatori non

vanno considerate come cabine, ma come parte delle linee aeree."

La messa a terra di protezione del posto di trasformazione su palo potrà avvenire su una superfi-

cie di contatto del terreno per i dispersori di almeno 0,25 m2. Come cassetta per la protezione de-

gli interruttori bt potrà essere usata una cassetta in materiale isolante. In figura 26 vengono rap-

presentati rispettivamente lo schema delle messe a terra nel caso di impiego di spinterometri e

scaricatori nonché la disposizione dei dispersori nel caso che il posto di trasformazione su palo uti-

lizzi pali in c.a.c o in acciaio. La messa a terra di funzionamento del neutro BT dovrà essere di

norma indipendente dalla messa a terra di protezione del palo del posto di trasformazione.

64 Capitolo 10

Figura 26: 1) SPD spinterometrici a gas per linea MT; 2) Linea MT; 3) Trasformatore MT/BT n° 76859; 4) Linea BT 1; 5) Linea BT 2; 6) Quadro BT illuminazione pubblica; 7) Quadro BT di distribuzione; 8) Conduttore di terra per la connes-

sione al dispersore delle masse MT, BT, e SPD.


Figura 27:Messa a terra su palo in c.a.c. secondo direttive ENEL.

Capitolo 11

Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo

11.1 Determinazione delle UC e UP

Per le tensioni di contatto le Norme non danno nessuna direttiva per il loro calcolo.

In effetti la previsione del valore della tensione di contatto in una rete di terra magliata, ma inte-

grata da dispersori ausiliari o di fatto di diversi tipi, quali fondazioni metalliche o in calcestruzzo

armato, tubazioni interrate, binari, schermi di cavi, ecc., è molto aleatoria.

Esistono in letteratura delle relazioni più o meno empiriche risultanti da ricerche alla vasca elet-

trolitica per le e in un dispersore intenzionale a griglia, con maglie regolari, in terreno omo-

geneo.

Attualmente l’andamento delle tensioni all’interno delle maglie può essere determinato con cal-

colatori, tramite adatti programmi.

Si dimostra che la griglia a maglie quadrate non è la migliore; a parità di lunghezza di conduttore

interrato maglie lunghe e strette, cioè una rete impostata solo su file parallele, danno minori ten-

sioni di maglia (e quindi anche di contatto e di passo), soprattutto alla periferia della griglia, che è

la zona più critica. I collegamenti trasversali, sotto questo punto di vista, non dovrebbero essere

estesi oltre la necessità di collegamento a terra delle masse. Ciò significa, in altre parole, che al

fine di definire la contano solo i conduttori paralleli in una sola direzione, avendo gli altri in di-

rezione perpendicolare solo la funzione di connessione delle masse al dispersore.

Oggi il metodo più affidabile per il dimensionamento della rete di terra nei riguardi delle è cer-

tamente quello di ricorrere ad adatti programmi di calcolo, però i valori che risulteranno saranno

tutti approssimati per eccesso perché difficilmente potranno tener conto di tutti i contributi dei

dispersori di fatto che verranno ad integrare in corso d’opera il dispersore intenzionale. Perciò per

installazioni complesse e per elevati valori della tensione di terra, dovuti ad elevate correnti di

guasto, o ad elevata resistività del terreno, le verifiche sul posto sono altamente raccomandabili.

11.2 Rimedi, provvedimenti correttivi

Qualora il calcolo o le misure sul posto mettessero in evidenza alcuni luoghi o punti nei quali la

> , dove la è la ammessa (vedi tabella pagina 8), si consiglia di ricorrere ai seguenti

provvedimenti correttivi:

controllo locale del potenziale infittendo localmente le maglie del dispersore a griglia ove possibile;

aumento della resistività superficiale del terreno nella zona circostante il luogo critico, mediante ricopertura del terreno con asfalto, pietrisco, ecc.;

segregazione, cioè protezione della zona pericolosa con barriere o parapetti che impedi-scano l’accesso alla zona pericolosa ad altri che non siano persone autorizzate e quindi adeguatamente equipaggiate.

68 Capitolo 11

11.3 Esecuzione dell’impianto di terra

Riassumendo in linea generale sulla base dei dati fondamentali di partenza si elabora innanzi tutto

un progetto base.

I dati fondamentali di partenza sono:

la corrente di guasto ;

il tempo di durata del guasto ;

la resistività presunta o misurata del terreno ; le dimensioni principali dell’installazione e la sua configurazione geometrica per quel che

possa essere rilevante nei confronti dell’impianto di terra; lo schema elettrico dell’alimentazione e della distribuzione; eventuali vincoli esterni, come ferrovie, tubazioni interrate e fuori terra, e altre masse e-

stranee di rilevante estensione.

Il progetto base consiste nel disegno di prima approssimazione dell’impianto di terra comprensivo

di dispersori intenzionali, quali la griglia principale e gli eventuali altri elettrodi supplementari co-

me picchetti ecc. e di dispersori di fatto già prevedibili in fase di progetto, quali le fondazioni in

cemento armato, eventuali pali di fondazione ed altre strutture metalliche interrate di rilevante

estensione.

Per i dispersori intenzionali si procede al dimensionamento termico e quindi alla definizione delle

sezioni come indicato al paragrafo 6.6 e 6.7.

Sulla base dello schema elettrico di alimentazione, e cioè: autoproduzione, centro stella dei tra-

sformatori di alimentazione collegati all’impianto di terra, nonché accordi con autorità esterne

che permettano eventualmente di valersi di conduttori di ritorno nel sistema elettrico esterno di

alimentazione, si può definire la corrente di terra .

Con queste premesse si può calcolare in via preliminare la resistenza di terra presunta

dell’impianto e la sua tensione di terra :

A questo punto si procede seguendo le fasi dello schema a blocchi presente nella Guida CEI 11-37,

riportato di seguito.

69 Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo

Figura 27: Schema a blocchi per le tensioni di contatto UCA = Uc ammissibile.

70 Capitolo 11

11.3 Protezione contro la corrosione

Quando due metalli di potenziale elettrochimico diverso sono tra loro in contatto, in ambiente

umido, il metallo di segno negativo si corrode tanto più rapidamente quanto più sono distanti tra

loro i due metalli nella scala galvanica. Pertanto è da evitarsi, nella realizzazione dell’impianto di

terra, l’accoppiamento diretto rame-alluminio e rame-zinco, e a tale scopo il morsetto di rame

verrà stagnato, o zincato, o nichelato, o cadmiato; oppure tra i due metalli verrà interposta una

lamina di materiale anticorrosione (elettrocupal). In alternativa il giunto può essere del tipo a sal-

datura alluminotermica o essere adeguatamente protetto dall’ambiente mediante verniciatura,

catramatura, nastratura o applicazione di apposite resine.

Figura 28: Corrosione elettrochimica.

Figura 29: Corrosione tra metalli diversi a contatto, immersi in soluzione elettrolitica.

71 Dimensionamento alle tensioni di contatto e di passo

11.4 Interferenze ad alta frequenza

L’impianto di terra per la protezione contro i contatti indiretti è dimensionato alle correnti di gua-

sto a terra a frequenza industriale, cioè 50 / 60 Hz. Ma interferenze ad alta frequenza sono possi-

bili soprattutto a causa di scariche atmosferiche (fulmini) e di sovratensioni di manovra, originate

dalla apertura e chiusura di interruttori e sezionatori, e dall’intervento degli scaricatori. I transitori

di corrente prodotti da tali sovratensioni possono interferire con il corretto funzionamento dei

circuiti di comando e controllo e, più in generale, con tutti i circuiti elettronici.

La riduzione dei disturbi in alta frequenza si può ricondurre ad un problema di equipotenzialità

dell’impianto di terra, non solo a frequenza di rete ma anche a frequenze più elevate. Ci limitiamo

in questa sede ad esaminare i rimedi che si possono prendere in fase di progetto dell’impianto di

terra al fine di ridurre l’impedenza dei collegamenti. Tali accorgimenti sono economicamente di

modesta rilevanza se presi in fase di progetto, ma possono risultare onerosi se dovessero rendersi

necessari come interventi successivi.

Elenchiamo di seguito i principali interventi effettuabili in questo senso:

percorsi dei conduttori di terra i più corti possibili; infittire le maglie del dispersore a griglia in corrispondenza delle aree più esposte ai tran-

sitori di corrente, in particolare scaricatori, riduttori di corrente e di tensione, sezionatori; aumentare il numero dei conduttori di terra di una stessa massa, opportunamente distan-

ziati tra loro, allo scopo di ridurre l’impedenza del collegamento; fare in modo che i conduttori interrati della griglia siano posati parallelamente e il più vi-

cino possibile ai cunicoli cavi di comando e controllo; oppure posare nel cunicolo stesso un conduttore di terra supplementare parallelo ai cavi e collegato in 2 o più punti alla rete principale di terra, alla quale verranno collegati gli eventuali schermi dei cavi stessi; tale conduttore supplementare rileverà parte della corrente transitoria che altrimenti avrebbe caricato gli schermi della cavetteria di comando e controllo, se questi fossero stati messi a terra ad entrambe le estremità;

collegare all’impianto di terra le armature del cemento armato in più punti, al fine di sfruttarne l’effetto schermante.

11.5 Altri aspetti esecutivi

Le masse e le masse estranee devono essere messe a terra. Spesso però queste masse sono costi-

tuite da strutture complesse, supporti, tralicci, tubazioni, passerelle e simili, composte da elemen-

ti diversi connessi meccanicamente tra loro in diversi modi. Se queste connessioni sono fisse, tali

che togliendole verrebbe ad essere compromessa la funzione stessa della struttura, non è eviden-

temente necessario mettere a terra singolarmente tutti i suoi componenti. Per altre masse che

non hanno funzione statica ma per lo più funzione di barriere di protezione, il criterio per discri-

minare la messa a terra è quello della possibilità di asportare un componente solo con l’ausilio di

appositi utensili.

72 Capitolo 11

Figura 30: Esempio di collegamento verso terra di un traliccio.

Per entrambi i criteri condizione indispensabile è che la continuità metallica sia sempre assicurata.

Come esempio del primo criterio si può pensare ad un equipaggiamento elettrico che è supporta-

to da una struttura a cavalletto, la base metallica dell’apparecchiatura o dell’involucro o della car-

cassa di un motore, può essere messo a terra sul cavalletto, e questo sarà poi messo a terra alla

sua base. Se invece si preferisce collegare la massa, vale a dire la carcassa del motore o il basa-

mento dell’apparecchiatura elettrica, direttamente al dispersore tramite il conduttore di terra, al-

lora non è più necessario mettere a terra il cavalletto alla sua base, poiché in questo caso non è

più una massa, in accordo con la definizione di massa data al paragrafo 2.6. Questo non significa

che non si possa mettere a terra entrambi, è soltanto inutilmente oneroso.

Come esempio del secondo criterio si può fare riferimento ad una barriera metallica di protezione

contro i contatti diretti, costituita per esempio da telai a rete sostenuti da sostegni metallici ai

quali sono rigidamente imbullonati; la barriera deve essere messa a terra almeno in due punti e-

stremi, ma non occorre che siano messi a terra individualmente tutti i telai, se per rimuovere i

bulloni che li fissano ai sostegni si deve far uso di una chiave. Se invece i telai sono metallici ma i

sostegni sono isolanti, questi devono essere cavallottati, per ristabilire la continuità metallica lun-

go tutta la protezione; oppure questa volta tutti i telai devono essere messi a terra individualmen-

te.

Qualsiasi parte metallica che non sia supporto di circuiti elettrici di categoria I, II e III, non è una

massa e quindi non è necessaria la sua messa a terra.

Capitolo 12

Contatti indiretti con e senza impianto di terra

In un impianto elettrico il collegamento a terra delle masse è una misura di protezione dai contatti

indiretti; è detta anche protezione con interruzione automatica del circuito in quanto viene coor-

dinata con interruttori automatici di massima corrente o differenziali, che aprono il circuito quan-

do si crea una situazione di pericolo. Gli impianti di terra provvisti di tale funzione sono detti di

protezione, per distinguerli da:

Messa a terra di funzionamento, avente lo scopo di stabilire un collegamento a terra di determinati punti di circuiti elettrici per esigenze di esercizio, come la messa a terra dei si-stemi TT;

Messa a terra per lavori, avente lo scopo di stabilire un collegamento temporaneo di una sezione d’impianto per esigenze di manutenzione o di ispezione, per esempio la messa a terra di un tratto di linea per lavori.

Frequentemente un impianto di terra ha la duplice funzione, di protezione e di funzionamento (si-

stemi TN). Per capire in che modo esplichi la protezione si consideri (figura 31) il caso di cedimen-

to dell’isolamento principale di un’apparecchiatura senza messa a terra (componente di classe 0 e

di classe I in un impianto senza terra di protezione). Per ricavare lo schema elettrico equivalente

(figura 32) si può trascurare l’impedenza delle linee elettriche di collegamento, perché molto pic-

cola rispetto agli altri parametri del sistema e ritenere nulla l’impedenza del guasto: la persona, di

resistenza , si viene così a trovare in serie alla sua resistenza verso terra ( ) e a quella di

messa a terra del neutro ( ). Il circuito è alimentato dalla tensione di fase a vuoto del tra-

sformatore in cabina.

Figura 31: Contatto indiretto senza messa a terra, schema elettrico equivalente.

74 Capitolo 12

Figura 32: Contatto indiretto con messa a terra, schema elettrico equivalente.

La corrente di guasto che si richiude attraverso il terreno e che interessa la persona è data da:

Il valore di è piuttosto piccolo, a volte minore di 1 Ω e quindi trascurabile; il valore di va-

ria a seconda del tipo di contatto (presenza di pavimento, tipo di calzature, tipo di terreno ecc.),

mentre per si è già detto. La situazione non è pericolosa se 10 mA e quindi, ponendo

= 220 V, si deve avere :

da cui:

che è una condizione difficilmente verificata, e pertanto, nella persona fluirà quasi certamente

una corrente maggiore del limite di pericolosità convenzionale. In condizioni molto sfavorevoli si

può ritenere e, considerando , si ha:

avendo indicato con la corrente nella persona. Il valore precedente è in grado di produrre fibril-

lazione ventricolare, ma non è, purtroppo, atto a determinare l’apertura del dispositivo di massi-

ma corrente inserito nel circuito, pur sommandosi alla corrente di normale funzionamento.

Applicando la regola del partitore di tensione si ricava la tensione di contatto sulla persona:

75 Contatti indiretti con e senza impianto di terra

tanto più prossima a quanto più il rapporto si avvicina all’unità.

La tensione di contatto a vuoto è evidentemente data da:

nettamente superiore al valore della tensione di contatto limite convenzionale e comunque non

sopportabile per più di 200 ms per cui, non intervenendo in tempo utile o non intervenendo affat-

to la protezione di massima corrente, la situazione risulta senz’altro di estrema pericolosità.

Quando invece il guasto (figura 32) si verifica in un impianto dotato di messa a terra (figura 33) lo

schema elettrico equivalente è quello della figura 3b, in cui tra la massa M e il punto T0 a poten-

ziale zero vi è la resistenza dell’impianto di terra dell’utente.

Figura 33: Circuito equivalente a quello della figura 23.

La corrente di guasto si ripartisce tra la resistenza e la serie ; applicando la regola

del partitore di corrente si ha:

La messa a terra è efficace quando il valore della resistenza è alquanto minore della serie

in modo da rendere sufficientemente piccolo il rapporto e avere una cor-

rente di valore inferiore al limite di sicurezza. La protezione dai contatti indiretti mediante

l’impianto di terra si realizza proprio perché si pone in parallelo alla persona una resistenza di

piccolo valore, attraverso la quale deve richiudersi la maggior parte della corrente.

Per determinare la tensione si può sostituire alla parte di circuito a sinistra del ramo

il generatore equivalente di Thévenin,ottenendo:

Il circuito equivalente diventa : (figura 33).

76 Capitolo 12

Il valore di (vedere sopra), per la regola del parallelo, è minore del più piccolo tra i valori di

e e quindi è senz’altro trascurabile rispetto alla serie , cosicché la tensione di-

venta:

Confrontando la appena trovata con quella calcolata in assenza dell’impianto di terra si vede

che la sostanziale riduzione di è dovuta al fatto che risulta:

e dalla equazione di si deduce che tale riduzione è tanto più accentuata quanto minore è il

rapporto .non potendo fere molto affidamento sul valore , di competenza della socie-

tà fornitrice, occorre che sia piccolo il valore .

Dal circuito della figura 2b si può ricavare la tensione di contatto a vuoto con la regola del partito-

re di tensione e aprendo il lato ; si ottiene:

mentre in assenza di messa a terra si aveva .

Considerando per il valore limite 50 V per gli ambienti ordinari della curva di sicurezza e po-

nendo , si dovrà avere:

;

Da cui si ottiene:

che conferma ulteriormente la necessità di avere piccoli valori della resistenza di terra per as-

sicurare una protezione efficace. Se, per esempio, si ha , dovrà essere cir-

ca.

È da notare che, data la difficoltà pratica di realizzare impianti con basso valore di , la sicurezza

aumenta con elevati valori di , ma, come detto in precedenza, non si può contare molto su

questo, in quanto la resistenza di terra del neutro subisce variazioni non note all’utente e inoltre

elevati valori di contrastano con le esigenze della società elettrofornitrice.

Capitolo 13

Dimensionamento ed esecuzione dell’impianto di terra nella sezione di I categoria di installazione industriale con propria cabina di trasformazione

Figura 34: Struttura fondamentale di un impianto di terra.

13.1 Dimensionamento termico di impianto di tipo TT

Questa situazione si può presentare solo nel caso in cui i dispersori di cabina e di stabilimento so-

no separati, e quando si verifichi la condizione < 250 V. La corrente di terra che interessa il

dispersore è tutta la corrente di guasto . Il dispersore viene dimensionato come visto in prece-

denza.

13.2 Dimensionamento termico di impianto di tipo TN

In un impianto di tipo TN-C la corrente di guasto ritorna attraverso il conduttore PEN.

78 Capitolo 13

Nell’impianto di tipo TN-S si ha un ritorno delle correnti di guasto tramite i conduttori di protezio-

ne e, in dipendenza dell’esecuzione dell’impianto di terra, anche tramite il dispersore.

In particolare, se l’impianto è dotato di un solo collettore di terra, il ritorno avviene tramite i soli

conduttori di protezione e gli eventuali conduttori equipotenziali, mentre se l’impianto è dotato di

più collettori di terra anche i conduttori del dispersore magliato contribuiscono, e spesso in modo

prevalente, al ritorno delle correnti di guasto.

Si pone quindi il problema di come dimensionare i conduttori della maglia tenendo conto delle

correnti di guasto che sono destinati a portare. In merito alla corrente che può giungere ad un la-

to del dispersore tramite un conduttore di terra; si può seguire lo stesso criterio già indicato al pa-

ragrafo 6.8: si può supporre che la corrente che percorre il conduttore di terra, una volta arrivato

al lato di maglia, si divida in due parti uguali, quindi la portata del lato di maglia sarà la metà della

portata del conduttore di protezione.

Considerando che le correnti di guasto a terra in un sistema di I categoria dipendono dalle impe-

denze dei circuiti di guasto, come in tutte le reti con neutro a terra, si avranno i valori massimi di

tali correnti in prossimità del trasformatore, quindi il dispersore in corrispondenza della cabina di

trasformazione andrà dimensionato per tali correnti.

13.3 Protezione contro i contatti indiretti

13.3.1 Sistema TT

Poiché nel sistema TT l’impianto di terra dell’utenza è separato da quello della cabina di alimenta-

zione, il dispersore è chiamato a disperdere nel terreno le correnti di guasto a terra. A questa cor-

rente di dispersione si oppongono le resistenze in serie dei due impianti di terra separati. Si pos-

sono quindi avere correnti di basso valore che rendono problematico l’intervento di normali pro-

tezioni. La relazione che deve essere soddisfatta è la seguente:

dove:

: somma delle resistenze del dispersore e dei conduttori di protezione delle masse, in

ohm;

: corrente che provoca il funzionamento automatico del dispositivo di protezione, in

ampere.

Se il dispositivo ha una caratteristica di funzionamento a tempo inverso, è la corrente che pro-

voca lo scatto entro 5 secondi.

Tuttavia, è assai difficile nella pratica impiantistica ottemperare a tale prescrizione con protezioni

di massima corrente, specialmente in impianti nei quali ha spesso valori piuttosto alti,

dell’ordine di qualche ohm. È quindi praticamente indispensabile ricorrere a relè differenziali. In

questo caso è la corrente differenziale nominale e l’intervento deve avvenire entro 1 secondo.

Con questo tipo di protezioni, sono sufficienti valori della resistenza di terra facilmente ottenibili

anche in impianti di modeste dimensioni.

13.3.2 Sistema IT

Per quanto riguarda il sistema IT, la condizione da rispettare è la seguente:

79 Dimensionamento ed esecuzione dell’impianto di terra nella sezione di I categoria di

installazione industriale con propria cabina di trasformazione

dove:

: resistenza del dispersore al quale sono collegate le masse, in ohm;

: corrente di guasto nel caso di primo guasto di impedenza trascurabile tra un e una

massa, in ampere.

Questo non significa che la corrente , che è ovviamente piccolissima, corrisponda alla corrente

di scatto della protezione, considerato che la prerogativa principale dell’impianto IT è quella di

mantenere il servizio anche in caso di un guasto a terra.

Il primo guasto a massa deve però essere segnalato ed eliminato nel più breve tempo possibile.

Il problema si pone quando il primo guasto non viene eliminato in tempo utile prima che si mani-

festi un secondo guasto, ovviamente tra un’altra fase e la terra.

A questo punto si presentano due situazioni: la prima, vivamente sconsigliata, considera le masse

messe a terra individualmente o a gruppi, in tal caso all’impianto si applicano le regole

dell’impianto TT (le correnti di guasto attraversano il terreno non essendoci collegamento metalli-

co fra le varie masse).

La seconda situazione, da considerarsi usuale, considera le masse tutte collegate allo stesso im-

pianto di terra. In tal caso l’impianto viene a trovarsi in una situazione simile a quella di un im-

pianto di tipo TN.

13.3.3 Sistema TN

L’impianto di tipo TN-S è l’unico che permetta, con opportuni provvedimenti, di limitare le tensio-

ni di contatto a valori inferiori a 50 V, offrendo così un’importante alternativa alla protezione me-

diante interruzione automatica dell’alimentazione.

La norma richiede che tra una parte attiva ed una massa o un conduttore di protezione, non possa

persistere, per una durata sufficiente a causare un rischio di effetti fisiologici dannosi in una per-

sona in contatto con posti simultaneamente accessibili, una tensione di contatto presunta supe-

riore a 50 V valore efficace in corrente alternata.

Risulta chiaro che, quando le tensioni di contatto sono inferiori a 50 V non è richiesta, ovviamente

dal punto di vista della protezione contro i contatti indiretti, alcuna interruzione del circuito.

Nel caso invece che la tensione di contatto superi i 50 V in corrente alternata, si richiede che sia

soddisfatta la seguente relazione:

dove:

: impedenza dell’anello di guasto;

: corrente che provoca l’intervento automatico del dispositivo di protezione entro un

stabilito ≤ 0,4 secondi.

Tuttavia viene ammesso un tempo di intervento entro 5 secondi per i circuiti di distribuzione e

anche per i circuiti terminali che alimentino solo componenti elettrici fissi, con determinate condi-

zioni quando allo stesso quadro o allo stesso circuito di distribuzione che alimenta i componenti

elettrici fissi sono collegati anche componenti elettrici mobili (per i quali è richiesto il tempo di

scatto ≤ 0,4 s).

80 Capitolo 13

13.4 Esecuzione dell’impianto di terra

Tutte le parti metalliche ma abitualmente non in tensione di apparecchi elettrici (masse) devono

essere collegate ai collettori principali di terra mediante conduttori di protezione. Le masse estra-

nee devono essere collegate alle masse o direttamente ai collettori tramite conduttori equipoten-

ziali.

Figura 35: Esempio di collettore principale di terra.

13.4.1 Impianto forza motrice

Le carcasse dei motori elettrici devono essere collegate mediante conduttore di protezione singo-

lo ad un conduttore di protezione “principale” posato lungo il percorso del fascio di cavi, oppure

possono essere anche collegate direttamente ad un collettore di terra.

Per quanto riguarda la pulsantiera ci sono diverse soluzioni: può essere collegata al morsetto di

terra del motore utilizzando lo stesso conduttore di protezione; si può collegare mediante un altro

conduttore di protezione la carcassa del motore al supporto metallico della pulsantiera che sarà a

sua volta collegato al conduttore principale di protezione; si può collegare la pulsantiera al con-

duttore di protezione principale mediante proprio conduttore di protezione.

13.4.2 Impianto prese

Se le prese forza motrice trifasi e monofasi sono alimentate in cavo, il conduttore di protezione è

incorporato nel cavo di alimentazione stesso e può venire messo a terra anche lungo il percorso

utilizzando a tal fine le prese stesse che sono collegate esternamente ad un collettore di terra.

81 Dimensionamento ed esecuzione dell’impianto di terra nella sezione di I categoria di

installazione industriale con propria cabina di trasformazione

13.4.3 Impianto luce

Per motivi pratici, il conduttore di protezione è generalmente incorporato nei cavi di alimentazio-

ne. Si può tuttavia collegarlo in più punti a collettori di terra, utilizzando a questo scopo almeno la

prima scatola di derivazione.

13.4.4 Conduttori di protezione

La sezione del conduttore di protezione può essere determinata con la formula:

dove:

I : corrente di guasto in Ampere;

t : tempo di eliminazione del guasto in secondi;

K : coefficiente dipendente dal materiale e dalle temperature iniziali e finali ammesse.

Più semplicemente ci si può ottenere alla norma che prescrive per cavi con conduttori di fase fino

a 16 mm2 inclusi, conduttore di protezione uguale al conduttore di fase; per cavi con conduttori di

fase con sezioni di 25 mm2 e 35 mm2, conduttore di protezione di sezione pari alla metà di quella

del conduttore di fase.

I conduttori di protezione sono normalmente costituiti da corde di rame con guaina giallo-verde.

13.4.5 Conduttori equipotenziali

I conduttori equipotenziali sono di due tipi: principali, quelli che collegano masse estranee diret-

tamente a un collettore di terra; supplementari, quelli che collegano le masse (estranee e non) fra

loro o le masse con le masse estranee, anche tramite conduttori di protezione. La sezione minima

dei conduttori equipotenziali principali è almeno la metà di quella del conduttore di protezione di

sezione più elevata dell’impianto con un minimo di 6 mm2 ed un massimo di 25 mm2, per condut-

tori in rame.

I conduttori equipotenziali saranno normalmente costituiti da corde in rame isolate con guaina

giallo-verde.

13.4.6 Messa a terra del centro stella del lato bassa tensione dei trasformatori di di-

stribuzione

La messa a terra generalmente è fatta all’interno del quadro secondario dei trasformatori. In tali

quadri sarà realizzato un collegamento fra la sbarra di neutro e la sbarra di terra. Questa verrà col-

legata a terra alle due estremità del quadro. Nel tratto trasformatore-quadro verrà così realizzato

un sistema TN-C che però non sarà dotato di alcun organo di sezionamento.

Capitolo 14

Compatibilità tra impianti di terra di sistemi elettrici a tensione inversa

Il problema della compatibilità tra impianti di terra di sistemi elettrici a tensione diversa riguarda

soprattutto sistemi di I categoria uscenti (cioè fuori dalla zona dell’impianto di terra) da cabina o

sottostazione. Mente non riguarda i sistemi TN realizzati nell’ambito di un unico e generale im-

pianto di terra, ad esempio in uno stabilimento.

Per i sistemi TT di alimentazione di una utenza lontana dalla cabina o sottostazione, oppure per i

sistemi IT (con neutro connesso a terra tramite resistenza) se il neutro è connesso alla terra di ca-

bina o di sottostazione, in caso di guasto a terra sull’alta o media tensione l’isolamento verso terra

degli apparecchi in bassa tensione è soggetto ad una tensioni pari alla somma della tensione tota-

le di terra e della tensione di fase (somma in fase nella peggiore ipotesi).

Il neutro dei sistemi di I categoria uscenti da cabine o sottostazioni può essere collegato allo stes-

so impianto di terra solo se la tensione totale di terra è compatibile con l’isolamento degli appa-

recchi in bassa tensione.

Se la tensione totale di terra è superiore a 250 V occorre invece collegare il neutro del sistema di I

categoria a un impianto di terra separato da quello della cabina o sottostazione. In questa situa-

zione un guasto a terra sui sistemi di II e III categoria, e la relativa tensione totale, sollecita

l’isolamento verso terra del secondario del trasformatore che alimenta il sistema di I categoria e

degli altri componenti di I categoria. Occorre allora che la tensione nominale di isolamento verso

terra a frequenza industriale sia superiore, con un sufficiente margine di sicurezza, alla tensione

totale aumentata della tensione di fase.

Capitolo 15

Prescrizioni particolari

15.1 Impianti di illuminazione stradale interna

Il dispersore per impianti di illuminazione stradale può essere costituito da un conduttore nudo

interrato parallelamente al cavo di alimentazione e collegato almeno alle estremità al dispersore

generale di reparto. Si curerà che il conduttore con funzione di dispersore non colleghi i dispersori

di due reparti anche se questi sono collegati fra di loro a mezzo di conduttori di terra. Per evitare

ciò, il conduttore con funzione di dispersore verrà interrotto in un punto orientativamente centra-

le e le due estremità saranno collegate ai due differenti dispersori magliati. Per brevi tratti è con-

sentito che il conduttore sia isolato con funzione di conduttore di protezione.

15.2 Drenaggio cariche elettrostatiche

Sulle superfici di contatto di corpi o sostanze fisicamente diverse in moto relativo si generano ca-

riche elettrostatiche che in determinate condizioni di temperatura, pressione, umidità, ecc., pos-

sono accumularsi e permanere dopo la separazione dei corpi a contatto, ai quali possono conferi-

re potenziali di alcuni chilovolt. La rigidità dielettrica del mezzo può essere superata causando sca-

riche che possono arrivare a qualche milliampere.

L’energia che si libera può determinare l’innesco di sostanze soggette a pericolo di esplosione e-

ventualmente presenti, se supera un certo limite dipendente da diversi fattori ma che può giunge-

re a valori molto bassi, dell’ordine di 10-5 , 10-4 joule.

Devono essere collegati a terra e fra di loro:

le parti metalliche delle pareti, dei tetti, delle incastellature, delle macchine e delle tra-smissioni;

le cinghie delle trasmissioni e i nastri trasportatori a mezzo contatti striscianti; gli elementi delle tubazioni metalliche per il trasporto delle polveri infiammabili; le strutture metalliche dei mezzi di trasporto di liquidi infiammabili durante le operazioni

di carico e scarico.

Per la messa a terra di tali organi e strutture, si possono impiegare conduttori in piattina di rame

stagnata di sezione 20 mm2 × 4 mm2 o in corda di rame da 16 mm2 stagnata con guaina di PVC.

Giunzioni e derivazioni saranno eseguite con saldatura forte o alluminotermica o con morsetti a

pressione o a serraggio mediante bulloni in acciaio inossidabile.

Se nell’ambiente possono anche formarsi cariche elettrostatiche, il collegamento di terra di corpi

conduttori rappresenta la misura di protezione più semplice ed efficace contro il loro accumulo.

La dispersione delle cariche elettrostatiche è assicurata se la resistenza verso terra non supera il

megaohm.

86 Capitolo 15

Per eliminare le cariche elettrostatiche che si accumulano su corpi non conduttori, occorre adot-

tare altri sistemi alternativi, quali ad esempio l’umidificazione o la ionizzazione dell’aria, impiego

di dispositivi antistatici o altro.

15.3 Messa a terra di autocisterne

Come detto più sopra, occorre mettere a terra e collegare coi serbatoi interessati le parti metalli-

che dei mezzi di trasporto di fluidi infiammabili durante le operazioni di travaso. Il collegamento a

terra dell’autocisterna deve fare capo alla maglia di terra cui sono collegati i serbatoi in modo da

realizzare il collegamento metallico diretto.

Quanto al modo di effettuare i collegamenti a terra di mezzi di trasporto di fluidi infiammabili e

che già possono essersi caricati elettrostaticamente (autocisterne isolate da terra dai pneumatici),

questo collegamento a terra va eseguito in atmosfera sicuramente non soggetta a pericolo di e-

splosione o incendio, oppure in appositi apparecchi che stabiliscano il contatto elettrico fra il con-

duttore collegato alla autocisterna e il conduttore collegato al sistema di messa a terra, in un con-

tenitore a prova di esplosione.

Figura 36: Serbatoio domestico; 1)Serbatoio GPL; 2)Valvola di sicurezza; 3)Messa a terra; 4)Riduttore di pressione;

5)Tubazione aerea ad alta pressione; 6)Rubinetto intercettazione; 7)Giunti dielettrici; 8)Tubazione interrata; 9)Colonna montante a bassa pressione; 10)Riduttore 2° stadio; 11)Contatore volumetrico, 12)Impianto interno;

13)Radiatore; 14)Caldaia; 15)Filtro gas.

15.4 Provvedimenti particolari nei luoghi con pericolo di esplosione o incendio

Nei luoghi con pericolo di esplosione o di incendio, per la presenza di sostanze pericolose, sono

presenti provvedimenti sull’impianto elettrico, perché non costituisca una causa d’innesco di e-

splosione o incendio, secondo Norma CEI 64-2.

Anche l’impianto di terra può costituire una causa d’innesco, occorre pertanto adottare accorgi-

menti e seguire limitazioni rispetto ad un ambiente normale.

15.4.1 Conduttore di neutro

Il conduttore di neutro non può essere utilizzato come conduttore di protezione, negli ambienti

con pericolo di esplosione o di incendio non sono ammessi i sistemi TN-C.

Questa limitazione è dovuta al fatto che, nel funzionamento normale, il conduttore di neutro è

percorso dalla corrente di squilibrio tra le fasi. Se il conduttore di neutro non è isolato da terra,

87 Prescrizioni particolari

parte di tale corrente va ad interessare le masse e le masse estranee, con eventuale formazioni di

archi, scintille o sovratemperature pericolose.

15.4.2 Limitazioni termiche

Dove è maggiormente probabile la presenza di atmosfera esplosiva o dove sono presenti sostanze

esplosive, l’impianto elettrico non deve essere causa d’innesco non solo nel funzionamento nor-

male, ma anche in caso di guasto.

La corrente di guasto a terra può produrre un surriscaldamento dei conduttori di protezione, tale

da innescare le sostanze pericolose. Per evitare ciò, occorre verificare che le massime temperatu-

re ai fini del dimensionamento dei conduttori di protezione, di terra, e dei dispersori se interrati a

profondità inferiore a 60 cm, non superino la temperatura di accensione delle sostanze pericolo-

se. In caso contrario occorre ridimensionare l’impianto di terra.

15.4.3 Pozzetti di terra

Eventuali pozzetti di terra possono costituire un pericolo per l’accumulo di gas o vapori pesanti. I

pozzetti contengono la connessione tra conduttore di terra e dispersore, l’apertura di tale con-

nessione in presenza di correnti di dispersione potrebbe provocare l’innesco. La Norma CEI 64-2

richiede pertanto che i pozzetti in questione vengano riempiti di sabbia.

15.4.4 Zona AD di divisione zero dei luoghi di classe 1

Nelle zone AD di divisione zero dei luoghi di classe 1 la presenza di atmosfera esplosiva è presso-

ché costante nel tempo, occorre pertanto adottare misure di protezione molto dure.

Per quanto riguarda l’impianto di terra in tali zone, che sono peraltro di estensione molto ridotta,

è vietato installare conduttori di terra, collettori principali di protezione e dispersori. In queste zo-

ne è ammesso unicamente il conduttore di protezione.

15.4.5 Equipotenzialità

Se in un ambiente ordinario l’equipotenzialità è sinonimo di sicurezza contro i contatti indiretti,

nei luoghi con pericolo di esplosione e incendio è anche sinonimo di sicurezza contro la formazio-

ne di archi e scintille.

Occorre pertanto curare l’equipotenzialità tra masse e masse estranee.

15.5 Messa a terra di impianti fotovoltaici e solare termico

La norma CEI 82-4 prevede, indipendentemente dalla classe di isolamento dei componenti, la

messa a terra delle masse metalliche (cornici dei moduli fotovoltaici, struttura di supporto, ecc.),

la norma CEI 64-8 non consente la messa a terra delle parti metalliche dei componenti elettrici di

Classe II. Se quindi tutti i componenti sono dotati di doppio isolamento o rinforzato è vietata la

messa a terra delle masse, ed è quello che normalmente si deve fare. I moduli quindi non richie-

dono collegamento verso terra. Le strutture metalliche a supporto dei pannelli invece sono da col-

legare a terra, come tutti i supporti, con capicorda e cavo fino al pozzetto. Non è consigliabile rea-

lizzare un impianto di terra separato, in quanto potrebbe trovarsi a potenziale diverso rispetto a

quello dell’impianto elettrico introducendo differenze di potenziale pericolose. Se si vuole o si può

solo costituire un impianto separato bisogna collegare quest’ultimo all’impianto esistente; ciò è la

cosa migliore per l’equipotenzializzazione ma anche per il rischio di guasti meccanici. Realizzando

un anello si ha la sicurezza che interrompendo uno dei due impianti si possa comunque usufruire

dell’altro.

88 Capitolo 15

L’impianto fotovoltaico generalmente non aumenta la probabilità di fulminazione dell’edificio sul

quale è installato. Se l’edificio è dotato di impianto LPS esterno è buona norma installare il siste-

ma fotovoltaico in un’area protetta, oppure integrare l’impianto LPS esistente in modo che assicu-

ri anche la protezione del sistema fotovoltaico. Quando si realizza un impianto fotovoltaico viene

eseguita la scelta del livello di protezione dalle scariche atmosferiche in base alla norma CEI 81-1.

Se l’edificio risulta autoprotetto non è necessario installare un LPS esterno. Nel caso di un impian-

to non autoprotetto è necessario installare un LPS esterno, un impianto separato potrebbe essere

quindi quello LPS dimensionato per assicurare che sia in grado di portare una corrente di fulmine.

Per quanto riguarda la messa a terra delle cornici dei pannelli fotovoltaici, nel caso i moduli non

siano certificati in classe di isolamento II le cornici devono essere messe a terra. Se i moduli sono

classificati in classe II non è comunque garantito l’isolamento dal contatto con il retro del modulo

risulterebbe necessario porre delle barriere per evitare l’accesso ai moduli. L’esperienza interna-

zionale consiglia di porre a terra sia la struttura che la cornice dei moduli.

Figura 37: Telai di supporto pannelli.

Figura 38: Installazione pannelli in accordo con impianto LPS.


15.6 Impianti di terra per piscine e fontane

La nuova norma 64-8, sezione 702, tratta dei provvedimenti aggiuntivi da adottare negli impianti

elettrici delle piscine e delle fontane.

In relazione alla pericolosità e ai provvedimenti da adottare per la sicurezza delle piscine, incassa-

te e non incassate, si possono individuare tre zone:

Zona 0: corrisponde al volume interno alla vasca che contiene l’acqua; Zona 1: costituisce in volume delimitato dalla superficie situata a 2 metri attorno al bordo

della vasca, che si eleva dal pavimento o dalla superficie dove possono sostare le persone, e dal piano orizzontale situato a 2,5 metri al di sopra del pavimento o di questa superficie. Se la piscina è dotata di piattaforma per tuffi, trampolini, blocchi di partenza, scivoli, ecc. la zona 1 si dilata in orizzontale per 1,5 metri attorno e per 2,5 metri al di sopra di queste strutture;

Zona 2: è il volume circostante alla zona 1 che si sviluppa in verticale, parallelamente e ad una distanza in orizzontale dalla zona 1 di 1,5 metri, fino ad un’altezza di 2,5 metri dal pi-ano del pavimento o dalla superficie sulla quale possono sostare le persone.

Figura 39: Suddivisione in zone, in funzione della pericolosità, attorno alla vasca ed ai pediluvi in una piscina incassa-

ta.

La presenza di ostacoli fissi di altezza non inferiore a 2,5 metri modifica le zone secondo la regola

del filo teso. Le zone 1 vengono modificate col filo teso lungo 2 metri e il limite delle zone 2 col fi-

lo teso lungo 3,5 metri.

La classificazione in zone della piscina influenza la scelta dei sistemi di protezione e dei compo-

nenti che si possono installare. In generale non sono permesse le misure di protezione mediante

ostacoli e distanziamento, per mezzo di locali non conduttori e collegamenti equipotenziali non

connessi a terra.

Adottando circuiti di tipo SELV (Safety Extra Low Voltage), indipendentemente dal valore nomina-

le della tensione, le parti attive devono essere protette contro i contatti diretti tramite barriere o

involucri che presentino almeno il grado di protezione IPXXB oppure tramite un isolamento conti-

nuo in grado di sopportare una tensione di prova di 500 Volt per un minuto.

Al di fuori di queste zone l’impianto elettrico può essere realizzato seguendo le regole generali.

90 Capitolo 15

Figura 40: Estensione delle zone nelle piscine non incassate.

I collegamenti equipotenziali principali (EQP) devono essere sempre realizzati.

Oltre a questi, localmente, devono essere realizzati i collegamenti equipotenziali supplementari

(EQS) collegando ad un nodo equipotenziale tutte le masse estranee delle zone 0, 1, 2 con i con-

duttori di protezione di tutte le masse collocate in queste zone. Il nodo deve essere accessibile e i

collegamenti facilmente individuabili e scollegabili per eventuali misure o manutenzioni.

I collegamenti alle tubazioni metalliche è sufficiente che siano effettuati all’ingresso dei locali e la

connessione fra i tubi e il conduttore equipotenziale non è necessario che sia accessibile. Un pa-

vimento normalmente bagnato che presenta una resistenza verso terra inferiore a 50 kΩ è da ri-

tenere conduttore e come tale deve essere considerato una massa estranea.

In questo caso deve essere prevista una griglia metallica (o un pavimento metallico) annegata nel

pavimento o nel terreno della piscina e collegata in equipotenzialità al nodo equipotenziale.

Figura 41: Collegamento equipotenziale supplementare (EQS).

Legenda: 1) conduttura con guaina o rivestimento metallico; 2) tubazioni metalliche; 3) parapetti metallici; 4) ferri d’armatura; 5) griglia metallica elettrosaldata; 6) scaletta di accesso alla vasca; 7) trampolino metallico.


Figura 42: Caso di utilizzo di griglia metallica o pavimento metallico.

15.7 Impianto di terra di cantieri

Figura 43: Anello di terra attorno al cantiere.

L’impianto di terra è costituito da una corda di rame o di acciaio interrata a non meno di 0,5 metri

di profondità attorno al cantiere e integrato con dei picchetti. Gli utilizzatori fissi sono collegati di-

rettamente all’impianto di terra mentre gli utilizzatori mobili alimentati dai quadri di cantiere

tramite presa a spina fanno capo direttamente al collegamento di terra dei quadri stessi.

92 Capitolo 15

15.7.1 Gruppi elettrogeni

La protezione dai contatti indiretti quando si utilizzano gruppi elettrogeni nei cantieri può essere

ottenuta realizzando, con un collegamento a terra del centro stella del generatore, un sistema di

tipo TN e coordinando opportunamente l’impedenza dell’anello di guasto con adeguati dispositivi

di protezione.

Figura 44: Messa a terra gruppi elettrogeni.

15.7.2 Ponteggi

Il collegamento a terra dei ponteggi deve essere eseguito solo se si tratta di strutture di grandi

dimensioni, se possono essere considerati come masse o come masse estranee.

Un ponteggio viene definito di grandi dimensioni quando il rischio relativo al fulmine supera quel-

lo ritenuto tollerabile dalla norma.

Per stabilire se il ponteggio costituisce una massa si deve verificare su di esso la presenza di appa-

recchiature elettriche con classe di isolamento inferiore alla seconda e non alimentate da sistemi

tipo SELV o PELV.

Quando la resistenza verso terra del ponteggio è inferiore a 200 Ω il ponteggio costituisce una

massa estranea, che va collegata ai fini dell’equipotenzialità allo stesso impianto di terra esisten-

te, al quale sono collegate le masse.

15.8 Circuiti di telecomunicazione e periferiche remote

I circuiti di telecomunicazione e trasmissione dati appartengono alla categoria zero e pongono in

comunicazione l’area dell’impianto di terra di sistemi di II e III categoria direttamente con zone a

potenziale nullo (zone remote).

Si devono evitare, in caso di guasto a terra sul sistema di II e III categoria, tensioni pericolose sulle

carcasse di queste apparecchiature per la sicurezza degli operatori, e sulle parti a massa per evita-

re danni alle apparecchiature stesse. La tensione di isolamento di apparecchiature in categoria ze-

ro peraltro è molto modesta (circa 500 V) e non può costituire una protezione adeguata.

Una misura di protezione può consistere nell’interporre sul circuito di categoria zero un trasfor-

matore di isolamento o un trasduttore di segnale (accoppiamento ottico) che interrompa il colle-

gamento metallico tra impianto di terra e la periferica a potenziale nullo. Ovviamente tale disposi-

tivo deve avere una tensione di tenuta non inferiore alla tensione totale dell’impianto di terra.


I problemi principali che si incontrano nella messa a terra di apparecchi elettronici sono dovuti al-

le elevate correnti di dispersione e ai disturbi introdotti dall’impianto di terra.

15.8.1 Elevate correnti di dispersione

Gli apparecchi per l’elaborazione dati hanno filtri di ingresso costituiti da condensatori verso terra

che in condizioni normali, o anomale, possono presentare elevate correnti di dispersione verso

terra. In questa situazione la semplice interruzione del conduttore di protezione determina un pe-

ricolo per l’utente, che viene attraversato dall’elevata corrente di dispersione (superiore a 3,5

mA).

Se la corrente di dispersione supera i 10 mA occorre aumentare l’affidabilità del collegamento di

terra come di seguito indicato:

Se il conduttore di protezione non è costituito da un’anima del cavo multipolare di ali-

mentazione dell’apparecchiatura, esso deve avere sezione non inferiore a 10 mm2 oppure

deve essere costituito da due conduttori in parallelo aventi ciascuno sezione non inferiore

a 4 mm2 e terminali indipendenti;

Se il conduttore di protezione è costituito da un’anima del cavo multipolare di alimenta-

zione, la somma delle sezione di tutti i conduttori che costituiscono il cavo multipolare

non deve essere inferiori a 10 mm2;

Se il conduttore di protezione è posato all’interno e connesso in parallelo ad un condotto

metallico rigido o flessibile che presenta continuità elettrica conforme alle norme CEI si

deve adottare un conduttore con sezione non inferiore a 2,5 mm2.

In alternativa l’apparecchio con elevate correnti di dispersione deve essere alimentato tramite un

trasformatore.

15.8.2 Disturbi di terra

L’impianto di terra può introdurre disturbi nocivi al buon funzionamento dell’apparato elettroni-

co, ma questo non giustifica la realizzazione di un impianto di terra separato dalla rete generale di

terra dello stabilimento. Impianti di terra separati sono infatti contrari al principio

dell’equipotenzialità, cioè contrari alla sicurezza.

Come regola generale, dunque, gli apparecchi elettronici devono essere collegati allo stesso im-

pianto di terra delle masse. Per diminuire i disturbi si possono mettere in atto i seguenti provve-

dimenti:

Collegare le masse degli apparecchi elettronici direttamente al collettore o nodo di terra,

con un conduttore separato da quello delle altre masse;

Quanto sopra vale anche per il collegamento a terra del comune dell’elettronica, se sepa-

rato dalla massa dell’apparecchio;

Utilizzare conduttori schermati per i collegamenti di terra;

Evitare collegamenti a terra (intenzionali o di fatto) diversi da quelli già indicati.

15.9 Uso di strutture metalliche come conduttore di terra o di protezione

In teoria, un struttura metallica può essere utilizzata come conduttore di terra o di protezione, al

pari la carcassa di un trasformatore o di un quadro, funge da conduttore di protezione tra il mor-

setto di terra e una qualsiasi parte del trasformatore o del quadro.

Occorre tuttavia che la struttura metallica soddisfi alcuni requisiti:

Sia protetta contro il danneggiamento metallico, chimico, elettrochimico;

Abbia conduttanza equivalente a quella del conduttore di protezione che deve sostituire;

94 Capitolo 15

Non possa essere rimossa, senza che siano presi provvedimenti sostitutivi.

Mentre per le apparecchiature sono facilmente fattibili delle prove di verifica al soddisfacimento

dei requisiti, è bene per un impianto astenersi dall’utilizzare strutture metalliche come conduttori

di protezione, salvo casi particolari nei quali la struttura metallica li soddisfa chiaramente ed in

modo definitivo.

Un caso particolare è quello di canalette, passerelle metalliche, purché il costruttore fornisca op-

portuna certificazione sulla loro idoneità a svolgere tale funzione.

Capitolo 16

Misure sul posto

Ai fini della sicurezza si considerano le seguenti misure e prove:

1) Misura della resistività del terreno, ai fini della progettazione di un impianto di terra di-

sperdente;

2) Misura della resistenza totale di terra, per la limitazione della tensione totale di terra;

3) Misura delle tensioni di contatto e di passo, in alta e media tensione;

4) Misura dell’impedenza dell’anello di guasto, nei sistemi TN;

5) Prova di continuità, in tutti gli impianti a qualunque tensione.

16.1 Misure della resistività del terreno La misura della resistività del terreno può essere eseguita con il metodo dei quattro picchetti

(es. Metodo di Wenner). Con questo metodo può essere determinata la resistività del terreno a

diverse profondità dello stesso. La resistività è data dalla seguente indicazione:

dove:

r : resistenza misurata dall’ohmetro;

a : distanza tra i picchetti.

Questa misura è considerata sufficientemente approssimata nella maggioranza dei casi, tuttavia

quando si debba progettare un dispersore di grande estensione, quali sono in genere quelli per

officine elettriche o impianti utilizzatori connessi a sistemi ad alta tensione, tali misure possono

essere approfondite per tener conto della non omogeneità del suolo. Scelta l’area in cui verrà in-

stallato il dispersore conviene eseguire numerosi sondaggi elettrici sia orizzontali che verticali, in

modo da interessare il terreno fino a profondità almeno pari alla massima diagonale del disperso-

re principale. Le mappe di resistività apparente, che riportano i risultati di tali misure, vanno poi

accuratamente interpretate al fine di individuare la resistività equivalente (da impiegare per la

previsione della resistenza dell’intero dispersore), la resistività dello strato superficiale (da cui di-

pende la distribuzione delle tensioni pericolose), la dislocazione delle eventuali anomalie superfi-

ciali, da cui si possono dedurre indicazioni sulla più efficace ed economica collocazione dei disper-

sori.

Il metodo di Wenner consiste nell’ interrare parzialmente quattro picchetti allineati ed equidistan-

ti e nel valutare la tensione che si stabilisce tra due di essi quando gli altri due vengono alimentati.

96 Capitolo 16

Figura 45: Schema del circuito usato per la misura di resistenza del terreno.

La resistività media del terreno di uno spessore pari ad a (in metri) è data dalla formula:

dove è il rapporto tra ed .

La potrà essere misurata con un normale terrometro, collegando i due morsetti voltmetrici ai

picchetti centrali e quelli amperometrici agli esterni. La profondità di infissione dei picchetti dovrà

essere minore di . In un terreno omogeneo aumentando a la non varia; in un terreno non

omogeneo, invece, al variare della distanza (per esempio aumentandola) tra i picchetti (che ri-

mangono equidistanti) si ottengono valori di diversi poiché si interessano alla conduzione stra-

ti più profondi e più estesi.

16.2 Misura della resistenza totale di terra Il metodo di misura della più comunemente adottato è quello voltamperometrico. Esso viene

realizzato secondo due criteri che utilizzano strumentazione diversa.

16.2.1 Metodo della caduta di tensione mediante utilizzo di un misuratore di terra

Questo criterio di misura è adottato per il rilievo della resistenza totale di terra di elettrodi di mo-

deste dimensioni (ad esempio singolo picchetto o combinazione di picchetti, dispersori per tralic-

ci, dispersori per piccoli impianti in MT o BT). La frequenza di alimentazione del circuito di misura

non deve essere superiore a 150 Hz. La configurazione della misura prevede il posizionamento

della sonda di tensione dell’elettrodo ausiliario di corrente e dell’elettrodo in prova lungo una i-

deale linea retta (figura 46).

La distanza della sonda di tensione dall’elettrodo in prova deve essere pari almeno a 2,5 volte la

dimensione maggiore di quest’ultimo, con un limite inferiore pari a 20 m; la distanza

dell’elettrodo ausiliario deve essere almeno 4 volte la sua dimensione maggiore, ma comunque

non meno di 40 m.

97 Misure sul posto

16.2.2 Criterio dell’iniezione di corrente (classico voltamperometrico)

Questo metodo è particolarmente usato per la misura della resistenza totale di terra di dispersori

aventi dimensione estesa. Esso consiste nella applicazione di una tensione alternata, alla frequen-

za di rete, tra il dispersore in esame ed un altro elettrodo ausiliario di corrente allo scopo di fare

circolare una corrente di prova nel dispersore in esame. Tale corrente produce un incremento

del potenziale del dispersore in prova che può essere rilevato. L’esecuzione della misura deve es-

sere fatta nelle normali condizioni operative dell’impianto, cioè lasciando collegate eventualmen-

te le funi di guardia delle linee o gli schermi dei cavi normalmente operativi. Il valore della resi-

stenza totale di terra è dato dalla relazione:

dove:

: tensione misurata tra il dispersore in prova e la sonda di tensione posta in area a po-

tenziale nullo (V);

: corrente iniettata nella rete di terra (A);

r : fattore di riduzione della linea (per le linee prive di funi di guardia o cavi senza scher-mo/armatura a terra, r = 1).

Da un punto di vista pratico il principale problema che si presenta in queste misure è sostanzial-

mente quello legato alla distanza di posa dell’elettrodo ausiliario di corrente e della sonda di ten-

sione. Con riferimento alla figura seguente le distanze ed dell’elettrodo di corrente e della

sonda di tensione, dipendono dalle dimensioni del dispersore soggetto alla verifica. La norma sug-

gerisce, per l’elettrodo ausiliario di corrente, una distanza pari ad almeno 5 volte la dimensione

massima del dispersore in esame, il che vuol dire che per impianti di dimensioni ragguardevoli

(grandi stabilimenti industriali) tale distanza può arrivare a qualche chilometro.

Pertanto per questo collegamento è praticamente indispensabile ricorrere alle linee in alta o me-

dia tensione fuori servizio. In questo caso l’elettrodo ausiliario di corrente è costituito dal disper-

sore della stazione di partenza di tale linea.

98 Capitolo 16

Figura 46: Circuito utilizzato per le misure della resistenza totale di terra e delle tensioni di contatto e di passo.

Nei casi in cui non sia possibile l’utilizzo di linee esterne, si deve provvedere alla posa temporanea

di un cavo unipolare di sezione adeguata, steso per la lunghezza necessaria e facente capo ad un

dispersore realizzato con più picchetti in parallelo per consentire la circolazione della corrente i-

niettata per la prova. La sonda ausiliaria di tensione pone problemi analoghi a quelli della sonda di

corrente, anche se di minore entità, almeno per la disposizione della stessa, costituita da un solo

picchetto, in un punto intermedio tra sonda di corrente ed elettrodo in prova. La misura della ten-

sione deve essere effettuata in diversi punti, a distanza in progressivo aumento a partire dalla

periferia dell’elettrodo in prova verso la sonda di corrente.

99 Misure sul posto

Con in punti così rilevati, si costruisce la curva dell’andamento della tensione, allo scopo di verifi-

care che i valori misurati si trovino su un tratto praticamente orizzontale, per il quale il potenziale

del terreno possa essere considerato nullo rispetto a quello del dispersore in prova. La corrente di

prova da iniettare nel circuito, deve permettere di rilevare valori della tensione totale di terra di

gran lunga superiori a quelli derivanti da interferenze o disturbi, normalmente rilevabili nel terre-

no. Un valore di almeno 50 A in rete con neutro a terra assicura le condizioni di un elevato rappor-

to segnale/disturbo. Ciascun rilievo deve essere inoltre depurato dalle tensioni di disturbo, di tipo

isofrequenziale con il segnale impresso, sempre presenti nel terreno. La Norma CEI 11.8, all’art.

4.1.06, specifica la relazione da utilizzare per determinare il reale valore della tensione prodotta

dalla corrente impressa, attraverso il criterio dell’inversione di polarità.

Per ciascun punto di misura, è necessario il rilevamento di tre valori di tensione:

: valore della tensione rilevata in assenza di corrente;

: valore della tensione rilevata durante l’iniezione di corrente;

: valore della tensione rilevata con corrente invertita di 180°.

L’applicazione della relazione:

fornirà il valore reale della tensione prodotta dalla corrente impressa.

16.3 Misura delle tensioni di contatto e di passo

La misura delle tensioni di contatto e di passo viene in genere condotta in scala ridotta; si invia

cioè nell’impianto di terra una corrente di prova che è una frazione della corrente che l’impianto

di terra deve disperdere. Le tensioni di contatto e di passo ricercate si ottengono moltiplicando

quelle misurate per il rapporto di riduzione tra le correnti. L’esperienza ha infatti dimostrato che il

fenomeno è lineare entro ampi limiti (la norma CEI 11-8 richiede una corrente di prova non infe-

riore all’1 % della corrente che l’impianto di terra può essere chiamato a disperdere, con un mi-

nimo di 5 A per le cabine di media tensione isolata da terra; richiede invece 50 A per le stazioni in

alta tensione con il neutro a terra).

Di fatto è bene che la corrente di prova sia la più elevata possibile per rendere le tensioni di di-

sturbo trascurabili rispetto alle tensioni misurate. Le tensioni di disturbo sono le tensioni di con-

tatto e di passo che si misurano in assenza della corrente di prova: sommandosi vettorialmente

alle tensioni di contatto e di passo reali possono sfalsare completamente la misura. Il dispersore

ausiliario utilizzato per inviare la corrente di prova deve essere sufficientemente lontano dall’ im-

pianto di terra in esame. Se per ragioni pratiche non è possibile allontanare il dispersore ausiliario,

si possono effettuare le misure nella zona dell’impianto prospiciente il dispersore ausiliario,in un

settore angolare di circa 120˚ con centro nell’impianto di terra e in asse con il dispersore ausilia-

rio. Tali misure forniscono valori cautelativi; si possono ripetere su altri due settori contigui, spo-

stando il dispersore ausiliario, per coprire interamente l’impianto di terra in esame.

100 Capitolo 16

Figura 47: Esempio circuito di prova e disposizione degli elettrodi per la misura delle tensioni di contatto e di passo.

16.4 Misura dell’impedenza dell’anello di guasto

Nel caso del sistema TN, si tratta della misura dell’impedenza dell’anello di guasto mentre per

l’impianto TT è sufficiente la misura della resistenza di terra. La norma suggerisce due metodi di

misura dell’impedenza del circuito di guasto, il secondo dei quali (misura dell’impedenza

dell’anello di guasto mediante la caduta di tensione) è di maggiore interesse, in quanto ha dato

origine alla costruzione di apparecchi in grado di misurare direttamente il valore dell’impedenza.

Ma mentre, secondo il suddetto metodo, solo in presenza di circuito prevalentemente resistivo si

hanno valori accettabili, in realtà sono stati costruiti apparecchi in grado di misurare l’impedenza

del circuito tenendo conto sia della componente resistiva che della componente reattiva. Questi

apparecchi eseguono la misura mediante la simulazione di un guasto a massa ottenuto tramite

una resistenza imitatrice.

Durante la misura si stabilisce, fra la massa e le parti circostanti che possono essere toccate con-

temporaneamente dalla massa considerata, una tensione di contatto di valore , in cui

è l’impedenza del collegamento a terra e è la corrente che circola nell’apparecchio e

nell’anello di guasto simulato. Evidentemente avrà un valore assai basso in quanto la corrente

è fortemente limitata dalla resistenza inserita nell’apparecchio o, come si può dire in altri termi-

ni, gran parte della tensione fase-terra si porta ai capi della resistenza, minimizzando quindi la

tensione nel resto dell’anello di guasto, e di conseguenza la tensione di contatto che ne rappre-

senta una parte.

101 Misure sul posto

Figura 48: Circuito utilizzato per la determinazione della tensione di contatto UCG in caso di reale guasto franco a

massa.

In quale rapporto sta questa con la vera tensione di contatto che si manifesta in caso di

reale guasto franco a massa?

Come già detto, l’apparecchio misura l’impedenza dell’anello di guasto, quindi consente il calcolo

della corrente di guasto mediante la semplice operazione. Abbiamo quindi la corrente misu-

rata durante il funzionamento dell’apparecchio e la corrente calcolata. La tensione di contatto

e quella vera staranno fra di loro come le correnti e , essendo ovviamente sempre la

stessa l’impedenza della massa a terra. Basta quindi moltiplicare la misurata per il rapporto

per avere finalmente la tensione di contatto:

Occorre quindi semplicemente eseguire contemporaneamente alla misura della , anche le mi-

sure della corrente e della tensione per ottenere quindi la tensione di contatto , che negli

impianti con messa a terra ben fatta dovrebbe essere sempre inferiore a 50 V, garantendo quindi

la sicurezza.

16.5 Prova di continuità

Con questa prova si intende verificare se una massa, o massa estranea è collegata o meno

all’impianto di terra. Non si tratta di una misura vera e propria ma di un controllo approssimativo,

per verificare se c’è continuità elettrica tra la parte considerata e l’impianto di terra.

Secondo la Norma CEI 64-8 la prova va eseguita con una corrente non inferiore a 0,2 A impiegan-

do una sorgente di tensione alternata o continua compresa tra 4 e 24 V.

Appendice 1

Terra Globale

La norma CEI 11-1 introduce, con riferimento alla rete di trasmissione e di distribuzione in AT ed

MT del Distributore pubblico, il concetto di "impianto di terra globale" che date le sue caratteristi-

che non presenta al suo interno tensioni pericolose; in particolare tale tipologia di impianto viene

così definito:

"Impianto di terra realizzato con l’interconnessione di più impianti di terra che assicura, data la vi-

cinanza degli impianti stessi, l’assenza di tensioni di contatto pericolose. Tale impianto permette la

ripartizione della corrente di terra in modo da ridurre l’aumento di potenziale di terra negli im-

pianti di terra singoli. Si può dire che tale impianto forma una superficie quasi equipotenziale.

Questa definizione è limitata alle reti di trasmissione e di distribuzione del distributore pubblico, ad

esempio nel caso di aree urbane concentrate ed agli impianti utilizzatori alimentati in AT o in MT

collegati all’impianto di terra globale ed in esso inclusi".

Dalla succitata definizione di impianto di terra globale si deduce che lo stesso si può individuare

soltanto all’interno di aree urbane ad alta concentrazione abitativa o produttiva, dove esistono

quindi un insieme di impianti di terra di impianti primari (AT/AT e/o AT/MT) e secondari (cabine

MT/MT e/o MT/BT) interconnessi tra loro, attraverso gli schemi di cavi, le funi di guardia ed altri

collegamenti metallici, dove sia stato verificato che non esistono tensioni di contatto pericolose.

La norma CEI 11-1 non definisce una superficie di riferimento, né il grado di concentrazione degli

impianti di terra; per la definizione di un impianto di terra globale si può però ritenere che già con

una superficie di 5 km2 ed una concentrazione non inferiore a 25, 30 cabine per km2, ci siano tutte

le premesse per ritenere che l’intera area sia quasi equipotenziale, e che le tensioni di passo e di

contatto siano inferiori a quelle ammissibili.

La definizione dell’impianto di terra globale spetta alla società Distributrice; va altresì precisato

che

all’impianto in questione possono essere collegati anche gli impianti utilizzatori in alta tensione ed

in media tensione.

La realizzazione di un impianto di terra comune comporta vantaggi sia per il distributore pubblico

che per gli utilizzatori; vantaggi che si possono ottenere in fase di costruzione dell’impianto stes-

so, ma anche e soprattutto durante la sua gestione.

Nella costruzione di un impianto di terra comune è molto probabile che le dimensioni dei disper-

sori siano più contenute e quindi si possa economizzare sui materiali, mentre in fase di gestione,

poiché si semplificano notevolmente le modalità di svolgimento delle verifiche periodiche, i costi

di tali operazioni diminuiscono notevolmente.

104 Appendice 1

A1.1 Requisiti degli impianti di terra inseriti in un impianto di terra globale

La norma CEI riporta al punto 9.2.1, che gli impianti di terra devono essere progettati in modo da

soddisfare le seguenti prescrizioni:

Avere sufficiente resistenza meccanica e resistenza alla corrosione;

Essere in grado di sopportare, da un punto di vista termico, le più elevate correnti di gua-

sto prevedibili (che generalmente sono determinate mediante calcolo);

Evitare danni a componenti elettrici ed a beni;

Garantire la sicurezza delle persone contro le tensioni che si manifestano sugli impianti di

terra per effetto delle correnti di guasto a terra.

In particolare, relativamente all’ultimo punto, deve essere sempre verificato che i valori delle ten-

sioni di contatto siano inferiori a quelle ammissibili e che non siano trasferiti potenziali pericolosi.

L’impianto di terra facente parte di un impianto di terra globale deve garantire la resistenza mec-

canica ed alla corrosione e soddisfare i requisiti termici. In merito alle verifiche prima della messa

in servizio ed alle verifiche periodiche, la norma CEI dice che: "All’interno delle aree degli impianti

di terra globale, non è necessario verificare la resistenza di terra o la tensione totale di terra, in

quanto è considerata sufficiente la

documentazione di progetto dell’impianto di terra".

Pertanto per gli impianti di terra collegati ad un impianto di Terra Globale è sufficiente eseguire la

verifica dell’efficienza dei conduttori di terra. Tale verifica consiste nel controllo a vista dello stato

di conservazione dei conduttori (corde, giunti, ecc.) e nella misura della loro continuità.

A1.2 Certificazione di un impianto di terra globale

Una volta individuato l’impianto di Terra Globale è necessario redigere una documentazione nella

quale viene certificato l’impianto stesso. Tale rapporto deve contenere in generale:

area dell’impianto di terra globale;

elenco cabine con relativi parametri identificativi ed elettrici;

caratteristiche elettriche dell’impianto ( , , ecc.);

criteri per l’individuazione dell’impianto di terra.

La documentazione dovrà essere mantenuta presso il Distributore, allo scopo di poterla esibire

all’Autorità di controllo (per esempio A.S.L.) ed ai Clienti inseriti in un impianto di terra globale.

La presenza dell’impianto di Terra Globale sarà comunicata agli utenti per esempio a seguito di

una loro richiesta di parametri elettrici.

Appendice 2

Dimensionamento degli impianti di terra con metodi numerici

A2.1 Generalità

Per lo studio degli impianti di terra era prassi classica ricorrere a metodi sperimentali come le mi-

sure in campo o le simulazioni nella vasca elettrolitica, affidando l’ultima valutazione

all’esperienza del progettista. Non di rado si procedeva alla realizzazione dell’impianto soprattut-

to in sistemi in alta tensione, per tentativi successivi, correggendo le eventuali lacune mostrate

dalle misure con soluzioni tipiche o sperimentali.

Attualmente la disponibilità di potente hardware di calcolo a costi accessibili ha permesso lo svi-

luppo di software, anche raffinati, per la simulazione degli impianti di terra. Si deve tener conto di

alcune peculiarità non trascurabili, a partire dal fatto che si potrà ottenere un risultato tanto più

affidabile quanto più dettagliati e realistici sono i dati passati in ingresso ai software (a riguardo il

dato più sensibile è ovviamente la composizione del terreno).

Tenendo comunque conto che la progettazione di un impianto di terra, soprattutto in alta e me-

dia tensione, necessita di una figura professionale raffinata dall’esperienza, l’uso di software di

calcolo permette di raggiungere o verificare gli obiettivi di sicurezza in modo più rapido e meno

dispendioso (le simulazioni delle varie configurazioni possono essere analizzate senza realizzare

un modello fisico).

A2.2 Software commerciali

Alcuni esempi di tali software possono essere:

GSA – acronimo di Grounding System Analysis sviluppato dall’ing. Roberto Andolfato per

la Società SINT Ingengeria Srl nell’anno 1993. Le prime versioni del software erano svilup-

pate in linguaggio Fortran Salford 77 in ambiente DOS per i processori della serie Intel x86

a 16 bit. Dal 2008 è stata messa in atto la modernizzazione usando nuovi linguaggi di pro-

grammazione (con ultima scelta Visual Studio di Microsoft) e una veste grafica basata su

standard GUI (finestre in Windows XP) offendo anche l’importante possibilità di importare

layout in grafica vettoriale dxf. Non da dimenticare infine la competitività del mercato in-

ternazionale data dalla possibilità di effettuare lo studio sia con le normative europee che

con quelle americane.

CDEGS di SES attualmente in uso da Terna S.p.A. È un pacchetto software per l’analisi de-

gli impianti di messa a terra, dei campi e delle interferenze elettromagnetici.

GEO commercializzato in italiano secondo le Norme e le Guide CEI.

A2.3 Approccio

I campi di corrente prodotti dagli impianti di terra, come tutti i campi elettromagnetici, sono go-

vernati dalle note equazioni di Maxwell:

106 Appendice 2

Conoscendo inoltre le relazioni costitutive:

Si ottengono le forme:

Inoltre è facile dimostrare che, in un campo elettromagnetico, il vettore densità di corrente totale

(di conduzione e di dispersione) ed il vettore induzione magnetica sono solenoidali.

da cui si ottiene:

Il fatto che un campo elettromagnetico sia variabile più o meno velocemente va riferito alla sua

velocità di propagazione, grandezza dipendente dalle caratteristiche del mezzo in cui gli stessi si

evolvono.

I campi di corrente originati dai dispersori degli impianti di terra, alle frequenze industriali di

50/60 Hz ed in corrente continua, nel mezzo dissipativo terreno, si propagano anche per migliaia

di km in regime lentamente variabile tanto da potersi considerare come una successione di confi-

gurazioni di equilibrio studiabili come casi stazionari. Non ha poi generalmente interesse conside-

rare le f.e.m. specifiche impresse, per cui si potrà porre e .

Tutto ciò consente delle notevoli semplificazioni alle equazioni di Maxwell, che diventano:

E attraverso la già vista proprietà si può scrivere:

107 Dimensionamento degli impianti di terra con metodi numerici

Inoltre se il dominio dove è stato definito il campo elettrico è semplicemente connesso, esiste si-

curamente una funzione scalare tale per cui è valida:

Eseguendo alcune sostituzioni si arriva facilmente alla forma:

E se il mezzo è omogeneo, isotropo e lineare è costante e si può scrivere:

E quindi:

detta equazione di Laplace e può anche essere scritta nella forma

Allora il potenziale nell’intorno di un dispersore immerso in un mezzo lineare, omogeneo, isotro-

po, indefinito è determinabile, in assenza di sorgenti di f.e.m. specifiche impresse ed in regime

quasi stazionario o stazionario, risolvendo l’equazione di Laplace ad esso associata nella funzione

potenziale scalare .

Le funzioni che soddisfano l’equazione di Laplace sono anche dette funzioni armoniche

e godono di alcune proprietà, tra le quali:

Una funzione armonica è univocamente definita in una regione finita dello spazio, se ne è

assegnato il valore di tutti i punti nel contorno che ne delimita la geometria;

Una funzione armonica è definita a meno di una costante in una regione dello spazio, se è

assegnato il valore della sua derivata normale in tutti i punti del contorno;

Il valore di una funzione armonica in ogni punto è la media dei valori che la funzione as-

sume su una qualsiasi sfera concentrica al punto stesso (teorema della media delle fun-

zioni armoniche). Una funzione armonica non ammette perciò nè massimi nè minimi in-

terni al suo contorno di definizione. Tutti i punti di massimo o minimo sono localizzati sul

contorno stesso.

La soluzione di qualunque problema relativo al campo di corrente, in un mezzo conduttore omo-

geneo, lineare, isotropo, privo di sorgenti di f.e.m. in regime stazionario, si riconduce quindi

all’integrazione dell’equazione di Laplace, partendo dalle condizioni esistenti sul contorno del

campo, compreso il comportamento all’infinito.

I principali metodi di integrazione numerica dell’equazione di Laplace sono:

Metodo agli elementi finiti

Metodo alle differenze finite è un metodo utilizzato per la soluzione di campi governati

dalle equazioni di Laplace e di Poisson, ma non risolve l’equazione quasi armonica genera-

le, che si può presentare ad esempio in presenza di mezzi isotropi non omogenei;

108 Appendice 2

Metodo Montecarlo è un metodo che sfrutta in modo statistico il teorema della media

delle funzioni armoniche. È particolarmente funzionale solo se si deve studiare un campo

laplaciano in pochi punti ben determinati e data la sua elevata precisione è utile per veri-

ficare la precisione di altri metodi numerici;

Metodi grafici sono sempre validi per avere un andamento orientativo delle linee di cam-

po e linee equipotenziali. Sono metodi grafici il metodo di Maxwell ed il metodo Le-

hmann;

A2.3.1 Metodo agli elementi finiti

È un metodo molto usato in software per l’analisi dei campi elettromagnetici retti dall’equazione

di Laplace o di Poisson in mezzi omogenei, isotropi, lineari ed entro certe limitazioni si presta an-

che per i programmi di simulazione degli impianti di terra.

È chiaro che il problema per essere affrontato al calcolatore deve venire discretizzato.

Affiche il metodo sia pratico, occorre frazionare la superficie del dispersore in elementi sui quali si

possa introdurre in modo corretto l’ipotesi di densità costante di corrente superficiale, ed inoltre,

dei quali sia nota un’espressione analitica del campo generato in un mezzo supposto omogeneo,

isotropo, lineare, indefinito, quando singolarmente gli elementi sono chiamati a disperdere una

determinata corrente. Questa ipotesi semplificativa è tanto più plausibile quanto più piccola è la

dimensione dell’elemento in relazione alla dimensione dell’intero dispersore.

Infine data la necessità del metodo di conoscere l’espressione analitica della sorgente disperdente

elementare, indirizza la scelta verso forme geometriche semplici ad elevata simmetria quali ad

esempio la sfera, il cilindro, l’anello, il disco, in relazione alle caratteristiche del dispersore reale

da simulare.

Il calcolo per via numerica di un campo laplaciano ammette in generale due formulazioni, in ter-

mini differenziali ed in termini integrali.

La formulazione differenziale considera che nel dominio assegnato al campo si applichi

l’equazione di Laplace e venga risolta con metodi analitici o numerici in funzione di alcune condi-

zioni al contorno, in generale date come potenziali o campi sulla frontiera del dominio (condizioni

di Neumman o di Dirichlet).

La formulazione integrale prevede di considerare che il campo di corrente generato da un disper-

sore di forma qualsiasi immerso in un mezzo lineare, omogeneo, isotropo, indefinito equivalga al

campo generato da un sistema di sorgenti di corrente aventi superficie e disperdente

la corrente .

La soluzione del metodo agli elementi finiti consiste nel determinare un distribuzione fittizia di

sorgenti disperdenti tali da dar luogo ad un campo il cui potenziale assuma determinati valori al-

meno in prefissati punti a potenziale vincolato, che nell’ipotesi di dispersore equipotenziale pos-

sono essere scelti per praticità sulla superficie del dispersore stesso. La distribuzione superficiale

che verifica tale condizione viene considerata una buona approssimazione della distribuzione di

corrente superficiale reale.

Dopo aver scelto il numero e la tipologia delle sorgenti di simulazione, si costituisce un sistema

algebrico lineare, non omogeneo, dove i termini noti sono i potenziali vincolati su punti delle stes-

se sorgenti di simulazione, le incognite sono le correnti disperse dalle sorgenti ed i coefficienti del

sistema lineare sono desunti dall’espressione analitica del campo generato nel mezzo dalle sor-

genti elementari.


A2.3.2 Principio delle immagini elettriche

Nella realta degli impianti di terra le condizioni di isotropia e linearità possno essere realmente

valide, mentre non lo possono essere considerate le condizioni di omogeneità e di estensione in-

finita. In particolar modo la condizione di estensione infinita decade a causa delle ridotte distanze

tra gli usuali dispersori e la superficie di separazione tra aria e suolo.

Per superare il problema della discontinuità dovuta alla superficie di separazione aria-suolo, si fa

perciò uso del principio delle immagini elettriche.

Per quanto riguarda gli impianti di terra, la superficie di separazione è rappresentata dalla separa-

zione tra suolo e aria, ed essendo l’apllicazione del principio delle immagini allo

del campo di corrente si presenta con l’introduzione di un’immagine del dispersore origine, ero-

gante in ogni punto una corrente uguale alla corrente erogata nell’equivalente punto sul disperso-

re origine.

Il principio delle immagini può essere utilizzato, con l’ausilio di qualche arteficio, anche per supe-

rare la limitazione introdotta dalla condizione di omogeneità, difficilmente realizzabile nei casi re-

ali. Si considera pertanto una modellizzazione del suolo a doppio strato costituita da uno strato

superficiale con un proprio spessore e resistività, ed un secondo strato inferiore a resistività diffe-

rente, ma di profondità indefinita.

Le superfici di discontinuità ora si trovano tra aria e suolo e tra il primo ed il secondo strato del

terreno, pertanto si devono disporre le immagini in modo da soddisfare il primo ed il secondo

principio di Kirchhoff per entrambe le superfici di separazione.

La soluzione sarà tanto più accurata quanto maggiore sarà il numero delle immagini, a scapito del

costo computazionale del problema in termini di tempi di calcolo.

A2.4 Programma di simulazione GSA

Viene preso ad esempio il programma GSA già presentato, che consente lo studio degli impianti di

terra di protezione, realizzati con gli usuali sistemi disperdenti intenzionali, a scopo impiantistico.

Il programma è utilizzabile per sistemi di terra chiamati a disperdere nel terreno correnti continue

o alternate a frequenza industriale 50/60 Hz.

110 Appendice 2

Figura 49: Layout del programma GSA con la pianta del sistema disperdente.

Il programma consente di determinare:

Resistenza totale di terra di un dispersore di forma qualsiasi;

Tensioni di passo superficiali a vuoto e con la presenza del corpo umano;

Tensioni di contatto superficiali a vuoto e con la presenza del corpo umano;

Tensioni trasferite dal dispersore ed eventuali corpi perturbati interrati;

Correnti scambiate da ogni porzione del complesso disperdente.

Tali grandezze possono essere determinate nelle seguenti condizioni operative:

Terreno omogeneo;

Terreno non omogeneo a doppio strato;

Presenza di strati sottili di materiali superficiali con resistività elevata;

Presenza di corpi perturbanti interrati disperdenti e non disperdenti, di forma qualsiasi,

non connessi al dispersore principale.

Il programma è basato sul metodo di calcolo agli elementi finiti ed opera su un modello matema-

tico delle condizioni fisiche al contorno, pertanto i dati di ingresso sono intesi a specificare le ca-

ratteristiche del mezzo disperdente, la geometria degli elettrodi interrati e le correnti disperse. Il

modello del mezzo disperdente è determinato da routine create sulla base di reali misure della

resistività.


Il software procede con una soluzione al problema attraverso approssimazioni successive, così da

raggiungere il risultato ottimale.

A2.4.1 Dati richiesti dal programma

Dati Elettrici, il software richiede principalmente la corrente di guasto monofase a terra, i dati per

il calcolo della corrente dispersa, il tempo di intervento delle protezioni e le Norme di riferimento

per il calcolo dei limiti per le tensioni di contatto e di passo e per il dimensionamento termico dei

dispersori.

Dati geometrici, l’utente deve definire la geometria del sistema disperdente, i materiali previsti, il

numero degli elettrodi e la loro natura (dispersori di linee di trasmissione, dispersori di ritorno,

elementi metallici interrati a potenziale flottante, od altro). La definizione della geometria può es-

sere numerica o grafica attraverso l’importazione di un file vettoriale tipo AutoCAD contente il

layout del dispersore.

Il software consente di analizzare contemporaneamente fino a 10 elettrodi distinti di varia natura.

Dati fisici, da ultimo devono essere specificate le caratteristiche del mezzo disperdente (parame-

tro per il quale l’impianto di terra potrebbe risultare sovradimensionato, idoneo oppure insuffi-

ciente). Il software supporta solamente mezzi uniformi oppure a due strati orizzontali, oltre ad un

sottile strato superficiale, tipicamente ad elevata resistività. Il modulo di analisi della resistività del

suolo, integrato nel pacchetto software, consente di determinare i parametri del modello del

mezzo disperdente, a partire da un opportuno set di misure di resistività condotte con il metodo

Wenner. È comunque presente una vasta libreria con valori tipici di resistività del terreno e degli

strati superficiali più utilizzati, tra cui la presenza di dispersori di fatto annegati nel cemento o di

dispersori intenzionali immersi nelle bentontiti.

Dati gli intervalli di frequenza, densità di corrente e gradiente di tensione degli impianti di terra, in

tutte le categorie, il terreno può essere considerato nei riguardi del campo di corrente un mezzo

puramente resistivo, dal comportamento isotropo e lineare, ma ovviamente non omogeneo.

A2.4.2 Risultati forniti dal programma

I risultati resi disponibili sono essenzialmente i seguenti:

Layout del sistema disperdente, il dispersore può essere visualizzato secondo proiezioni

ortogonali o rappresentazioni isometriche;

Corrente dispersa, calcola il fattore di riduzione della corrente di guasto a terra secondo le

Norme CENELEC, oppure il fattore di decremento ed il fattore di riduzione secondo le

Norme IEEE e consente di ottenere le corrente dispersa. Si possono considerare fino a 10

linee connesse al punto di guasto;

Sezione minima, calcola la sezione trasversale minima dei conduttori del dispersore per

far fronte alle sollecitazioni termiche, tenuto conto delle massime correnti e dei tempi di

interruzione. Il metodo di calcolo è conforme alla Norma CENELEC o IEEE considerata.

Fornisce una vasta libreria contenente valori tipici delle costanti dei materiali utilizzati per

i dispersori;

Limiti ammessi per le tensioni di contatto e di passo, i limiti sono calcolati in ottemperanza

alle Norme CENELEC o IEEE, eventualmente considerando il coefficiente di riduzione do-

vuto ad un sottile strato superficiale, secondo le Norme IEEE;

Resistenza di terra, viene calcolata la resistenza e la tensione totale di terra di ciascun e-

lettrodo del sistema disperdente. Nel caso in cui il sistema disperdente comprenda più e-

lettrodi, calcola anche il valore di mutua resistenza tra elettrodi distinti, ovvero il valore di

112 Appendice 2

tensione trasferita (la mutua resistenza tra due elettrodi, di cui uno che non inietta cor-

rente nel terreno, può essere calcolata come il rapporto tra il potenziale dell’elettrodo a

potenziale flottante e la corrente dispersa dal primo elettrodo);

Densità di corrente dispersa, viene calcolata la distribuzione della densità di corrente di-

spersa dal sistema disperdente ed è possibile la sua rappresentazione grafica tridimensio-

nale, utile per la verifica dell’effettiva efficacia di specifiche porzioni di dispersore;

Potenziale di terra su aree, calcola la distribuzione del potenziale di terra su un’area ret-

tangolare comunque orientata sulla superficie e ne consente la rappresentazione grafica a

colori in 2D e 3D. Il programma, per mezzo del principio della sovrapposizione degli effet-

ti, ottiene la distribuzione complessiva del potenziale di terra dal calcolo del potenziale di

terra generato da ogni singolo elemento del sistema disperdente;

Tensioni di contatto e di passo su direttrici, è possibile calcolare la distribuzione delle ten-

sioni di contatto e di passo su una direttrice comunque orientata sulla superficie e di rap-

presentarle assieme a tensione totale di terra, potenziale di terra e limiti normativi am-

messi, in modo da individuare rapidamente eventuali situazioni di pericolo;

Tensioni di contatto e di passo su aree, si calcola la distribuzione delle tensioni di contatto

e di passo su un’area rettangolare comunque orientata sulla superficie e di rappresentarle

in grafici 2D e 3D, in modo ancora una volta di individuare rapidamente eventuali situa-

zioni di pericolo;

Distinta materiali, consente di ottenere in modo automatico la distinta dei materiali utiliz-

zati per il dispersore (conduttore e picchetti).

Tutti i risultati sopra descritti infine possono essere esportati in file grafici, consentendo al proget-

tista di realizzare rapporti di calcolo completi, personalizzati e di facile interpretazione.


Figura 50: Rappresentazione 3D delle aree dove le tensioni di contatto sono entro i limiti e dove le tensioni di passo

sono oltre i limiti (area in giallo)

A2.5 Programma di simulazione CDEGS

CDEGS calcola le correnti armoniche ed i campi elettromagnetici generati da una rete arbitraria di

conduttori sotto tensione, nelle condizioni di regime, ed in transitorio, analizzando anche mano-

vre e fulminazione. Il programma presenta modelli semplici o con più componenti conduttori, in

materiale nudo o rivestito, in aria, in tubazioni o interrati. L’inserimento della geometria del si-

stema può avvenire in modo facilitato importando layer vettoriali in formato dxf.

Come per altri programmi del genere, la software house garantisce la validità dei risultati ottenuti

avendo per lungo tempo simulato e confrontato il comportamento del codice con situazioni reali.

SES iniziato lo sviluppo del pacchetto software CDEGS nel 1972, con la creazione del modulo per

l’ingegneria MALT, con costanti revisioni ed aggiornamenti si è arrivati ad avere oggi disponibili sul

mercato otto moduli per l’ingegneria: ResAP (per l’analisi della resistività del terreno) , MALT (a-

nalisi della messa a terra in bassa frequenza), MALZ (messa a terra nel dominio della frequenza

con risultati ottimali nell’intervallo 0 ÷ 1 MHz), TRALIN (analisi delle costanti di linee e cavi) ,

SPLITS (analisi delle correnti di guasto ed analisi dei campi eletromagnetici) , HIFREQ (per l’analisi

dei campi elettromagnetici), FCDIST (permette un’analisi semplidicata delle correnti di guasto) e

FFTSES (analisi automatica della Fast Fourier Trasform).

Le potenzialità di CDEGS si riassumono come:

Analisi della resistività del terreno e interpretazione della struttura del suolo;

Analisi di un impianto di messa a terra con qualsiasi struttura e composizione del suolo,

senza vincoli sulla frequenza ed in transitorio;

Valuzione delle costanti delle linee aeree o in cavo;

114 Appendice 2

Analisi della distribuzione (sul neutro e sugli schermi) della corrente a carico ed in corto

circuito;

Analisi di protezione catodica per reti interrate complesse.

Analisi di interferenze di tipo conduttivo, capacitivo, induttivo;

Analisi nel dominio del tempo e della frequenze dei campi elettromagnetici generati dalle

reti.

AutoGrid Pro (inserito nel pacchetto ResAP) è un potente software per l'analisi dell'efficacia degli

impianti di terra. Si calcola la resistenza di un sistema di messa a terra, il potenziale di terra in

qualsiasi punto all'interno o all'esterno dell'impianto e la la tensione di terra della rete e delle

strutture metalliche a contatto con essa. Si ottengono anche le tensioni di contatto e di passo in

ogni punto dell’impianto, e vengono indicate le regioni dove sono superati i limiti di sicurezza.

L'interfaccia utente è costituita da un modulo di disegno CAD per la progettazione della rete di

messa a terra, insieme a diversi moduli integrati quali:

Il modulo del suolo determina le caratteristiche del suolo da misure di resistività già effet-

tuate. È possibile, in alternativa, scegliere un modello di terreno tra vari tipi, compresi i

suoli stratificati orizzontalmente, suoli verticalmente a più livelli, e il suolo con "eteroge-

neita 'arbitraria", dove le proprietà elettriche del terreno possono variare arbitrariamente

in funzione della posizione.

Figura 51: Finestre per l’inserimento delle caratteristiche del terreno.

Il modulo del circuito calcola le proprietà geometriche ed elettriche delle linee di distribu-

zione o di cavi e determina la distribuzione della corrente di guasto. È possibile anche

considerare impianti ed impianti di terra nelle vicinanze che possono introdurre potenziali

non trascurabili;

Il modulo di sicurezza stabilisce i criteri utilizzati nella valutazione della sicurezza

dell’impianto, inclusi i limiti sulle tensioni di contatto e di passo, sulla base di norme di vo-

stra scelta (ad esempio, IEEE, IEC). È possibile scegliere che il programma valuti quale area

dovrebbe essere esaminata per questioni di sicurezza (in base alle dimensioni della griglia)

o imporre esplicitamente la regione di interesse sulla parte superiore della griglia. Attra-

verso delle rappresentazioni grafiche è facile vedere quali zone sono fuori dai limiti e do-

po pochi passaggi valutare l’efficacia delle misure correttive adottate;


Figura 52: Finestre per la scelta dei limiti di sicurezza.

Il modulo di report gestisce i risultati che dovrebbero essere riportati o tracciati. Anche

per questo programma sono possibili rappresentazioni 2D e 3D con equilinee o colori dei

risultati ottenuti durante l’elaborazione del progetto;

Figura 53: Finestre per la scelta dei risultati da plottare.

Altri moduli di utilità e strumenti possono permettere un’analisi armonica dei risultati;

A2.6 Programma di simulazione GEO È un software per la progettazione degli impianti di terra (di bassa, media, alta tensione) in con-

formità alla Norma CEI 11-1 e alla Guida CEI 11-37. È in grado di calcolare la resistenza di terra e

tracciare l'andamento del potenziale sul terreno per le tipologie di dispersore più diffuse o di di-

segnare il proprio dispersore avente una qualunque geometria in 2D.

Inoltre il software aiuta il progettista a calcolare il coefficiente di riduzione della corrente di gua-

sto dovuto alle funi di guardia delle linee aeree AT, quindi calcola la resistenza di terra del disper-

sore in terreno omogeneo di data resistività. Infine traccia l’andamento del potenziale sul terreno

116 Appendice 2

in corrispondenza del dispersore permettendo di confrontarne i valori con quelli massimi ammessi

dalla Norma.

Figura 54: Rispetto ad altri GEO è un programma molto più essenziale (anche se per questo non meno costoso) che

permette una rapida visione dell’insieme del progretto.

Bibliografia

Fonti

Guida all'esecuzione dell'impianto di terra CEI 11-37;

Manuale per gli impianti di terra, Prof. Ing. Vito Carrescia Politecnico di Torino (1986);

Criteri generali per la realizzazione degli impianti di terra di protezione delle cabine MT/BT

(ENEL Compartimento di Venezia);

Elaborato Finale: STUDIO ED APPLICAZIONE DEL CALCOLATORE AL DIMENSIONAMENTO

DEGLI IMPIANTI DI TERRA, relatore Roberto Turri, correlatore: Roberto Andolfato, Laure-

ando: Simone Farronato;

Articolo tratto da Power Tecnology (Maggio 2008), Progettazione di impianti di terra, Ro-

berto Andolfato, Gianluca Grotto;

Manuale programma di calcolo Cdegs dal sito internet www.sestec.com ;

Norma CEI 11-1, l’Impianto di Terra Globale.

http://www.sestec.com/

Dimensionamento impianti di terra

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