Impianti Di Terra - Bticino

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BTicino spa Via Messina, 38 20154 Milano - Italia www.bticino.it R R Impianti di terra – Concetti generali e definizioni – Esempi operativi TT, TN nel residenziale, terziario e industriale – Protezione catodica contro la corrosione PROFESSIONAL CLUB 12 12 PROFESSIONAL CLUB

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BTicino spaVia Messina, 3820154 Milano - Italiawww.bticino.it

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Dott. Ing. S. Berno

IMPIANTI DI TERRA

BTICINO s.p.a. - Aprile 1999

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Premessa 5

Principi e concetti generali 7

Ia parteDefinizioni 15MassaMassa estraneaConduttore di protezioneConduttore equipotenziale principaleConduttore equipotenziale supplementareCollettore principale di terraDispersore intenzionaleDispersore di fattoCorrente di guasto a terraTensione di terraTensione di passo e di contattoImpianto di terra di protezioneImpianto di terra di funzionamentoSistema di protezione contro i fulminiCaptatoreCalataProtezione catodicaAnodo galvanicoScala galvanica

Classificazione dei sistemi in base al modo dicollegamento a terra 32Sistema TTSistema TNSistema IT

Criteri di realizzazione dell'impianto di terra 37Tipologia dei sistemi disperdentiDispersore a maglia o a grigliaResistenza di terraInfluenza della corda di collegamento come dispersoreDimensionamento dell’impianto di terraCorrenti di guasto nei sistemi di I categoriaCorrenti di guasto nei sistemi di II e III categoriaDimensionamento dei conduttori di terraDimensionamento dei conduttori equipotenziali

Indice generale

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Indice generale IIa parte - Esempi operativi 55Unità abitativa singolaCondominioAmbulatorio di tipo A: Gabinetto dentisticoCabina di trasformazione MT/BTFabbricato ad uso terziarioComplesso industriale

IIIa parte - Prevenzione della corrosione medianteprotezione catodica 69PremessaCorrosioneCorrosione chimicaCorrosione battericaCorrosione galvanicaCorrosione per correnti disperseProezione catodicaInconvenienti della protezione catodicaEsempi di protezione catodicaNormativa vigente in tema di protezione catodicaBibliografia

Appendici 89Natura del terrenoTabelle dei dispersoriEsempio di calcolo di ZgLa terra globale

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Premessa Con l’entrata in vigore della Legge 5 marzo 1990 n°46, l’impianto di terraè divenuto oggetto di particolare attenzione, sia dal punto di vista normativoche da parte degli operatori del settore, richiamati ad una realtà di regolad’arte forse un po’ trascurata, specialmente nel settore civile.

Il DPR 547 imponeva l’impianto di terra come sistema di prevenzione daicontatti indiretti già nel lontano 1955 ma, applicandosi il Decreto pratica-mente al solo lavoro dipendente ed assimilato, l’impianto di terra nel settoreresidenziale era di fatto una mosca bianca.

La situazione non si modificò sostanzialmente fino al 1990, malgrado laLegge 186/68 avesse di fatto attribuito forza di legge alle Norme delComitato Elettrotecnico Italiano: il disinteresse generale, la mancanza dicoordinamento e la scarsa competenza elettrica del settore edile, i soliti“furbi” contribuirono al protrarsi della situazione fino alla soglia degli anni‘90.

Paradossalmente, l’entrata in vigore del regolamento di attuazione dellaLegge 46/90, cioè il DPR 447/91 ed in particolare il suo art. 5 comma 8,complicò la vita degli addetti ai lavori , ingenerando discussioni a non finiree forti dubbi di carattere tecnico e, quel che è peggio, di carattere giuridico,con pareri tutt’ora non allineati. Senza voler qui entrare nel merito, peraltrogià trattato in altri documenti Bticino, richiamiamo le conclusioni cheattengono all’oggetto della presente memoria.

L’impianto di terra non è obbligatorio, ai sensi dell’art. 5 comma 8 del DPR447/91, solo per gli impianti residenziali preesistenti all’entrata in vigoredella legge 46/90 (13 marzo 1990) che ne risultino privi, in quanto ritenuti giàadeguati se:– dotati di interruttore differenziale con sensibilità 30 mA o 10 mA– dotati di idonei dispositivi di sezionamento all’origine dell’impianto– adeguatamente protetti contro le sovracorrenti– adeguatamente protetti contro i contatti diretti.

La Legge e le Norme tecniche da essa richiamate si rispettano alla lettera(art. 7) compatibilmente con la disciplina preesistente, per esempio perquanto attiene la prevenzione infortuni negli ambienti di lavoro subordinatoe assimilati.

Tutte le discussioni e le interpretazioni al riguardo dell’incompatibilità delregolamento di attuazione con l’art. 7 della legge 46/90 (fonte di dirittoprimario) e la selva dei pareri autorevoli sono poco produttive dal punto divista operativo e ingenerano confusione.

In conclusione, coniugando buona tecnica e buon senso, si consiglia diadeguare subito per esempio le utenze condominiali ed eventualmente iluoghi di lavoro (se ce ne fossimo dimenticati dal lontano 1955), realizzandosenz’altro un efficiente impianto di terra che comunque andrebbe realizzatoobbligatoriamente anche nell’edilizia residenziale, dopo i termini di scaden-za per l’adeguamento, al primo intervento sull’impianto che richiedesse ladichiarazione di conformità (scadenza 31/12/1998).

In alternativa all’impianto di terra e solo per i sistemi di I categoria laprotezione contro i contatti indiretti pericolosi può essere realizzata, oveprevisto e consentito, con metodologie cosiddette passive previste dallaNorma CEI 64-8/4.

Il presente documento ha come oggetto la realizzazione dell’impianto diterra in conformità alla regola d’arte, tenendo in considerazione funziona-lità, affidabilità e sicurezza con particolare riguardo alla normativa tecnicavigente in materia ed in particolare le Norme CEI 64-8/4/5, la Norma CEI11-8 (in vigore fino al 31/05/00, dal 31/05/99 é inglobata nella nuova CEI11-1) e la Guida CEI 64-12.

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Principie concettigenerali

Le caratteristiche di un impianto elettrico devono essere tali da assicuraretre fondamentali esigenze:– la sicurezza delle persone contro il pericolo dell’elettricità– il corretto funzionamento in base all’uso previsto ed alle condizioni

effettive di esercizio– l’efficienza funzionale in termini prestazionali: di servizio e di durata.

Componente fondamentale per la sicurezza degli impianti elettrici, aqualunque categoria appartengano (alta, media o bassa tensione) è l’im-pianto di terra, correttamente coordinato con le relative protezioni. Ilconcetto di coordinamento con le protezioni è fondamentale: come tuttisappiamo fin troppo bene, prima della comparsa degli interruttori differen-ziali, che risale ai primi anni ‘70, dai contatti indiretti ci si difendevaimponendo all’impianto di terra valori i più bassi possibile. Famoso era illimite massimo di 20 ohm imposto dal DPR 547, del cui fantasma ci siamoliberati soltanto di recente: eppure capitava che in impianti con resistenzeinferiori all’ohm si morisse ugualmente, senza magari capire il perchè. Oggi,grazie agli studi ed ai lavori appassionati e competenti di molti, sappiamoche una corrente di guasto a terra va interrotta in tempi brevi, perchè ilpotenziale assunto dalle masse in caso di guasto può essere pericolosoanche con terre di valore bassissimo: addirittura si dimostra semplicemen-te che un basso valore di resistenza dell’anello di guasto nei sistemi TT è afavore della sicurezza solo se il neutro del Distributore ha una resistenzasensibilmente più elevata dell’impianto dell’Utente, fatto che si verificapraticamente soltanto in caso di trasformatori da palo nelle campagne,quasi mai nei centri urbani.

L’impianto di terra è classificabile in relazione alla funzione svolta inimpianto di protezione e di funzionamento. In ogni caso, si raccomanda chetutte le parti dell’impianto (masse, masse estranee, centro stella deitrasformatori, scaricatori, circuiti e sistemi antidisturbo) vengano collegatead un unico impianto di terra, comprese le parti interessate degli impianticomplementari di ascensore e di protezione contro i fulmini.

E’ possibile collegare ad impianti di terra distinti le masse non simultane-amente accessibili (Norma CEI 64-8 IV edizione, parte 4 art. 413.1.1.2)ossia poste a distanze maggiori rispetto ai limiti convenzionali definiti “aportata di mano”, quindi senza l’uso di attrezzi o prolunghe conduttrici.Questi limiti sono:

– 2 m in orizzontale– 2,50 m in verticale– 1,25 m se entrambe le parti sono oltre il volume di accessibilità (parte 2

voci 23.10 23.11).

Le parti simultaneamente accessibili da una persona vengono considerate,ai fini della sicurezza, le parti conduttrici quali:

– parti attive– masse e masse estranee– superfici quali pareti e pavimenti con resistenza minore di 50 kΩ fino a

500 V e 100 kΩ per tensioni superiori– conduttori di protezione e collettori.

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Parametri per il dimensionamentoPer la corretta realizzazione di un impianto di terra occorre considerarepreliminarmente:

– il tipo di sistema di distribuzione e di impianto– la massima corrente di guasto, che l’impianto deve essere in grado di

disperdere– le caratteristiche del terreno, che non ha conducibilità infinita– il coordinamento con la parte strutturale

Il metodo di protezione contro i contatti indiretti, atto a garantire la sicurezzadelle persone da parti conduttrici accidentalmente in tensione, mediantel’impianto di terra e l'interruzione automatica dell'alimentazione è la tecnicapiù comunemente usata e sempre applicabile.

La messa a terra è l’unica metodologia ammessa per impianti alimentati dasistemi di II e III categoria, ossia con tensioni nominali maggiori di 1000Vc.a.e 1500Vc.c.

Nei sistemi di I categoria sono applicabili altri metodi di difesa contro icontatti pericolosi, e precisamente:

– l’installazione di tutti i componenti accessibili di classe II o con doppioisolamento equivalente (fig. 1)

– la separazione elettrica mediante trasformatore di isolamento (fig. 2)

Principie concettigenerali

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Trasformatored'isolamento

Isolamento ≥ 1000 Ω x V

Sviluppo massimo dei circuiti ≤VN

100.000(metri) MAX 500 m

VN ≤ 500 V

isolamento supplementare

isolamento principale

Fig. 2

Fig. 1Principie concettigenerali

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Principie concettigenerali

Gestione dei sistemi di distribuzione rispetto al terrenoIn linea di principio, con riferimento alla figura 2.a, possiamo affermare cheuna linea in tensione presenta, rispetto al terreno a potenziale zero, unacapacità che dipende dalla estensione della linea e dalla sua distanza dalterreno, a parità di costante dielettrica (il dielettrico è l’aria).In caso di guasto a terra di una fase della linea, si stabilisce fra il generatoreed il punto di guasto una corrente Ig che, per la Legge di Ohm, è uguale allatensione del sistema verso terra diviso l’impedenza del circuito di guasto:trascurando per semplicità l’impedenza del sistema linea-generatore econsiderando solamente l’impedenza verso terra (Z = 1/ωC) la Ig si puòcalcolare come segue:

Ig = V/Z = ωCV

Se il sistema di distribuzione non ha tensioni elevatissime e non è moltoesteso, la corrente di guasto si mantiene piuttosto bassa: per esempio, neisistemi di II categoria la Ig vale qualche centinaio di ampere. (Se la capacitàdel sistema verso terra si annullasse, la Ig diverrebbe zero).Per contro, durante il guasto, si possono manifestare sovratensioni impor-tanti, anche fino a 5 volte la tensione nominale del sistema.

Ora, un corpo conduttore com’è la linea elettrica di fig. 2.a costituiscesempre un condensatore rispetto al terreno: tuttavia gli effetti della capacitàsi possono rendere praticamente nulli in maniera molto semplice (fig. 2.b)

Fig. 2aLinea in tensione

Capacità distribuitalungo la linea

C C C C C CL

Fig. 2b

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Principie concettigenerali

Nel primo caso in figura, la capacità viene cortocircuitata collegandofrancamente a terra un punto qualunque del sistema: questo punto, infigura, coincide con il neutro del trasformatore o del generatore, ma non èl’unico modo possibile. Con questo provvedimento si ottiene Z = 0.

Nel secondo caso, tra il neutro e la terra viene inserita una bobina (cioèun’induttanza L) calcolata in modo da costituire con la capacità del sistemaun circuito antirisonante: in questo modo si ottiene una impedenza Zinfinita, ossia un circuito aperto.

Nel nostro Paese, nei sistemi di III categoria il neutro è collegato francamen-te a terra: ciò comporta valori di corrente di guasto elevati e modestesovratensioni: tenuto conto del costo del coordinamento dell’isolamentonei sistemi a 230/400 kV, questo si rivela il modo più economico di gestirele reti AT.

Nei sistemi di II categoria il guasto monofase a terra è il più frequente e disolito è temporaneo. Una corrente di guasto relativamente debole è afavore della sicurezza, sia rispetto alla continuità del servizio sia, soprattut-to, rispetto al coordinamento delle protezioni nelle cabine di trasformazioneMT/BT, come vedremo nel seguito della memoria. Per contro, i costiderivanti dai fenomeni di sovratensione sono sopportabili, specialmenteper tensioni di 15 -30 kV. Pertanto, i sistemi di II categoria nel nostro Paesesono a neutro isolato. Dove la continuità del servizio è importante, si collegaa terra il neutro attraverso una induttanza antirisonante, riducendo lacorrente di guasto a valori bassissimi e di conseguenza limitandodrasticamente il numero di interventi delle protezioni.

Nei sistemi di prima categoria si impiegano entrambi i modi di gestione delneutro:il collegamento a terra garantisce la simmetria delle tensioni stellate ed è ilmetodo più diffuso;l’isolamento del neutro da terra garantisce la continuità del servizio anchein caso di primo guasto a terra, ed è il più usato dove l’interruzione delservizio possa costituire pregiudizio per la sicurezza delle persone: in molticasi, come vedremo, questo è altresì il sistema più sicuro contro i contattiindiretti, a patto però che la corrente di guasto sia limitata a valori bassissimi(qualche mA).

Le Norme CEI identificano i due modi di gestione del sistema rispetto aterra:

a) con la lettera I per il caso di isolamento da terra o di collegamento a terraattraverso un’impedenza;

b) con la lettera T per il caso di collegamento franco a terra.

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L1

UL2

L3

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L3

N

Ig

Collegam.francoa terra

R uomo

R addizionale

Principie concettigenerali

Fig. 2c

Gestione degli impianti di utenza rispetto al terrenoGuardiamo insieme la figura 2.c:

In caso di contatto di una persona (o di un animale) con un punto o una lineain tensione, la differenza di potenziale fra la linea ed il terreno stabilisce unacorrente di circolazione attraverso il corpo, che si richiude sul punto diorigine del sistema elettrico di alimentazione. Questo circuito viene dettoanello di guasto.

Il rischio per le persone e per gli animali dipende, com’è noto, dall’intensitàdella corrente che attraversa il corpo: questo valore è dato, per la Legge diOhm, dal rapporto fra la tensione del sistema verso terra e la resistenza delcorpo. Quanto più elevata è la corrente, tanto maggiore è il rischio.

Per ridurre l’intensità della corrente che attraversa il corpo umano in casodi contatto con una parte in tensione si possono seguire, in prima appros-simazione, due strade:

La prima consiste nel cortocircuitare la R uomo con un collegamento francoa terra del punto in tensione, stabilendo in tal modo un percorso preferen-ziale per la corrente al di fuori del corpo stesso.

Questo metodo, che consiste in pratica nel collegare a terra le parti chepossono andare accidentalmente in tensione (masse) è di gran lunga ilmetodo più usato per la protezione contro i contatti indiretti, benchè sipossano impiegare, come vedremo nel seguito della memoria, metodiancor più efficaci ma solo in casi particolari. Il collegamento ad una terra locale, separata da quella del sistema didistribuzione viene designato nella normativa vigente con la lettera T,mentre il collegamento diretto alla terra del sistema, quando disponibile,viene designato con la lettera N.

La seconda strada consiste nel collegare in serie al corpo umano unaresistenza: in questo modo la tensione totale verso terra si ripartisce fra lapersona e la R addizionale con le regole del partitore di tensione e lacorrente che attraversa la resistenza equivalente (R corpo + R addizionale)si riduce. In particolare, se la R addizionale è infinita, la corrente si annullae con essa il rischio (luoghi non conduttori).

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Principie concettigenerali

La resistenza del corpo umano non è costante, dipendendo da moltissimevariabili e, in uno stesso individuo, almeno dal percorso della corrente, dallecondizioni ambientali, dalla superficie di contatto degli elettrodi e dallatensione: per restare al percorso, quelli più comuni sono considerati ilpercorso mano-mano e quello mano-piedi. Il primo è considerato menopericoloso perchè di resistenza maggiore del secondo e perchè la proba-bilità di innescare la fibrillazione cardiaca è inferiore. Quando il percorsopuò essere sensibilmente modificato per la presenza di grandi superficiconduttrici (luoghi conduttori ristretti) occorrono provvedimenti partico-lari di protezione.Inoltre, in serie alla resistenza del corpo umano Rc si considera anche unaresistenza addizionale, dovuta al fatto che i nostri piedi poggiano susuperfici di differente resistività (pavimenti variamente rivestiti, terrenoagricolo, ecc). Questa resistenza addizionale Rtc è assunta pari a 1000 Ωnegli ambienti ordinari ed a 200 Ω negli ambienti particolari (p. es. cantieri,locali ad uso medico).

Se la resistenza addizionale diminuisce per effetto di un elemento condut-tore affiorante (massa estranea) aumentano le condizioni di rischio edoccorre adottare provvedimenti particolari (un collegamento equipotenziale).

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arte

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isolamento supplementare

guaina metallica

tubo protettivoisolante

isolamento principale(H05 nei sistemi 230/400 V)

isolamento rinforzato(H07 nei sistemi 230/400 V)

MassaComponente dell’impianto elettrico normalmente non in tensione ma chepuò andare in tensione in caso di guasto.

Classificazione dei componenti elettriciI componenti elettrici vengono classificati in relazione alle loro caratteristi-che di protezione contro i contatti indiretti in:

Componente di classe 0Il componente munito solo di isolamento principale.

Componente di classe IComponente che presenta oltre all’isolamento principale un morsetto oaltro dispositivo per il collegamento delle masse al conduttore di protezio-ne.

Componente di classe IIDotato di doppio isolamento o di isolamento rinforzato e privo di morsettodi terra.Tali componenti sono muniti di un simbolo a doppio quadratino concentricoche ne attestano le succitate caratteristiche.In particolare le condutture di classe II sono quelle realizzate in uno deiseguenti modi:1. Cavi con guaina non metallica con tensione nominale di isolamento

maggiore di una grandezza rispetto al sistema elettrico servito. Peresempio in un sistema 230/400 V, per cui sarebbe sufficiente un cavoavente un grado di isolamento 300/500 V, un cavo 450/750 V.

2. Cavi unipolari senza guaina installati in tubi protettivi o canale isolantepurché abbiano un grado di isolamento U0/U superiore di almeno ungradino rispetto alla tensione di esercizio del sistema.

3. Cavi con guaina metallica con grado di isolamento adeguato al sistemaservito tra parte attiva e guaina e tra questa e quella esterna non metallica.

Componente di classe IIIComponente ad isolamento ridotto da utilizzarsi in sistemi SELV o PELV.

Ia parteDefinizioni

1.

3.

2.

Condutture di classe II

metal lo

iso lamentopr inc ipa le

classe I

morset to d i ter ra

eventual i par t imeta l l ichesenza messa ater ra

iso lamentopr inc ipa le +iso lamentosupplementare

classe II

Fig. 3 e 4

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230 V 24 VIn

230 V

Ia parteDefinizioni

Circuiti a bassissima tensioneI circuiti appartenenti a sistemi elettrici di categoria 0 si suddividono in tretipologie in relazione alla protezione contro i contatti indiretti:SELV e PELV non presentano tensione di contatto oltre il limite convenzio-nale di sicurezza e sono dotati di caratteristiche tali per cui non necessitanodi protezione contro i contatti indiretti;FELV presentano caratteristiche che richiedono un collegamento dellemasse all’impianto di terra del circuito primario di protezione contro icontatti indiretti.

SELVCircuiti a bassissima tensione di sicurezza alimentati da sorgente disicurezza(trasformatori di sicurezza, gruppo motore-generatore con isolamentoequivalente, batteria, ecc.).Condutture separate da circuiti appartenenti ad altri sistemi elettrici (classeII o i conduttori degli altri circuiti separati da uno schermo messo a terra).Le parti attive e le masse dei circuiti SELV non devono essere collegate aterra o a parti in tensione di altri circuiti.Le spine non devono poter entrare nelle prese di altri sistemi e non devonoavere contatti di terra.

SELVprotezione dai contattidiretti e indiretti

Fig. 5a

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230 V 24 VIn

230 V

Ia parteDefinizioni

PELVI sistemi a bassissima tensione di protezione PELV hanno le stessecaratteristiche dei circuiti SELV, con l’unica differenza di poter avere unpunto a terra.Anche nei sistemi PELV non occorre protezione contro i contatti indiretti.I circuiti SELV e PELV alimentati con tensione nominale non superiore a 25Va.c. o 60V d.c. non necessitano in ambienti ordinari neppure di protezionecontro i contatti diretti.

FELVI circuiti a bassissima tensione funzionale FELV, che non rispondono airequisiti di isolamento della sorgente e delle condutture previsti per i circuitiSELV e PELV, devono avere, per assicurare la protezione contro i contattiindiretti, una parte attiva o le masse collegate all’impianto di terra delcircuito primario.

PELVprotezione dai contattidiretti e indiretti

FELVprotezione dai contattidiretti e indiretti(masse FELV collegateal PE del circuito primario)

230 V 24 VIn

I∆n

Fig. 5b

Fig. 5c

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Protezione per mezzo di luoghi non conduttori

Vp 50 VVc 50 V

2 m

V max. 500 V

R 50 k

R 50 k

R ≥ 50 kΩ

R ≥ 50 kΩ

Fig. 6

Protezione per mezzo di collegamento equipotenziale locale non connesso a terra

Vp 50 VVc 50 V

Fig. 7

Ia parteDefinizioni

Trasformatored'isolamento

Isolamento ≥ 1000 Ω x V

Sviluppo massimo dei circuiti ≤VN

100.000(metri) MAX 500 m

VN ≤ 500 V

Fig. 8

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Ia parteDefinizioni

Fig. 9

Fig. 11

Fig. 10

La struttura metallica del lampadario è unamassa in quanto accessibile

La gabbietta metallica di protezione di unalampada portatile non è una massa,poichè è separata dalle parti attive da unisolamento doppio o rinforzato

La ringhiera metallica sulla quale è installato permanentemente un cavo dell'impiantoelettrico è una massa

Fig. 12

Il tavolo metallico sul quale sono installati componenti dell'impianto elettrico (tavoloelettrificato) è una massa; il cassetto metallico, che può andare in tensione solo perchè incontatto con il tavolo, non è una massa

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Ia parteDefinizioni

Fig. 13

Il tavolo metallico che porta apparecchi di classe I e di classe II non è una massa

Fig. 14

La controsoffittatura metallica, sulla quale passa una conduttura elettrica in tubo protetti-vo metallico o isolante, non è una massa

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A

PART. A

Massa estraneaElemento conduttore, non necessariamente facente parte dell’impiantoelettrico, che può introdurre il potenziale di terra o altri potenziali.

Ia parteDefinizioni

Fig. 15

In questi locali le tubazioni metalliche possono introdurre potenziali pericolosi provenien-ti per esempio dal vicino di casa: per questo il collegamento EQS va sempre fatto anchese la resistenza di isolamento della massa estranea è superiore a 1000Ω

Fig. 16

Negli ambienti ordinari una massa estranea è tale se la sua resistenza verso terra è infe-riore a 1000Ωaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa a aaaaaaaaaaa a aa aaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa a aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa a aaaaaaaaaaa a aa aaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa a

R < 1000Ω

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Fig. 17

Negli ambienti speciali, come per esempio un ambulatorio tipo A, una massa estranea ètale se la sua resistenza di isolamento è inferiore a 200Ω

Ia parteDefinizioni

Fig. 18

Secondo l'orientamento normativo internazionale non è richiesto il collegamento allarecinzione metallica per evitare propagazioni incontrollate dei potenziali pericolosi

Fig. 19

Caso particolare in cui è richiesto il collegamento equipotenziale in quanto esiste il peri-colo di potenziali pericolosi fra la massa di Classe 1 ed il palo che è una massa estranea

PE

apparecchio di classe I

collegamento equipotenziale

cavi di classe II

massa

massa estraneaRT ≤ 1 kΩ

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Conduttore di protezioneE’ il conduttore che collega le masse all’impianto di terra. Nella Norma CEI64-8 è indicato con l’abbreviazione PE.

Conduttore equipotenziale principaleE’ il conduttore che collega a terra le masse estranee principali presentinell’area di influenza dell’impianto elettrico. Nella Norma CEI 64-8 èindicato con l’abbreviazione EQP.

Conduttore equipotenziale supplementareIl conduttore EQS costituisce un collegamento locale da effettuarsi obbli-gatoriamente laddove non sussistano le condizioni per l’interruzione auto-matica del circuito in un impianto od in una sua parte, così come indicatein CEI 64-8 413.1.1.1. Esso può interessare l’intero impianto, una sua parte,un singolo componente od un luogo. Si rammenta che l’uso del collega-mento EQS non dispensa dall’obbligo di interruzione automatica per altreragioni, come p.es. per la protezione contro l’incendio. Il collegamentoEQS può essere richiesto per luoghi speciali, come p. es. i locali da bagno,gli ambulatori medici, gli impianti di elaborazione dati con elevate correntidisperse, ecc.

Collettore principale di terraE’ il punto dell’impianto cui fanno capo i conduttori PE, EQP, ed ilconduttore di terra propriamente detto, come definito nel seguito. NellaNorma CEI 64-8 è abbreviato con la sigla MT. Tale nodo può essererealizzato con un semplice morsetto, essendo richiesta soltanto la possi-bilità di scollegamento dei vari conduttori dell’impianto di terra per misure;tuttavia è consigliabile realizzare MT con una barretta forata alla quale iconduttori facciano capo con capicorda numerati.

Ia parteDefinizioni

Fig. 20

CT 16 mm2

acqua

gas

altr

etu

bazi

oni

EQP 10 mm2

EQP 10mm2

PE

16 mm2

altro

tubo di protezione

pozzetto

picchetto

giuntoisolante

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Ia parteDefinizioni

Dispersore intenzionale (DA)E’ così definito il dispersore installato al solo scopo di disperdere le correntidi guasto a terra. Esso può essere realizzato in molti modi differenti, comeper esempio:– punta in acciaio zincato di forma tubolare o a croce– tondino pieno in acciaio ramato– corda in rame nudo rigida, in tondo pieno o cordato– piattina in rame od acciaio zincato– piastra in rame od acciaio zincato

Mediante combinazione degli elementi di cui sopra si realizzano impiantidisperdenti complessi, quali anelli aperti o chiusi e reti magliate su uno o piùstrati. Il dispersore intenzionale è abbreviato con la dicitura DA.

Dispersore di fatto (DN)E’ il dispersore utilizzato come tale, ma realizzato con scopi differenti dallasola dispersione delle correnti di guasto. Valga per tutti l’esempio dei ferridi armatura dei cementi armati. E’ abbreviato con la dicitura DN. L’usosistematico dei DN, laddove possibile, consente ovviamente notevolirisparmi sul costo totale dell’impianto elettrico oltre a garantire, in generale,i migliori valori possibili di resistenza di terra.

Corrente di guasto a terraE’ la corrente che si stabilisce nel circuito di guasto al verificarsi di un guastoa terra. La sua intensità si calcola come rapporto fra la tensione del sistemaverso terra (230V) e l’impedenza dell’anello di guasto. Il valore dell’impe-denza dell’anello di guasto coincide con il valore misurabile della Rg neisistemi TT. Nei sistemi TN tale approssimazione è valida solo se siverificano precise condizioni, come p. es. conduttori di sezione modesta(approssimativamente fino a 95mm2) e conduttori di terra posati insiemecon i corrispondenti conduttori di fase. In caso tali condizioni non sianoverificate, occorre calcolare o misurare l’effettiva Zg. Si vedano in propo-sito gli esempi operativi e le appendici.

Tensione di terraE’ la tensione Ut che l’impianto di terra assume assieme alle masse ad essocollegate, verso il terreno a distanza infinita, cioè a potenziale zero. Talevalore può sempre essere assunto in via prudenziale, ma non è detto cheuna persona si trovi sempre sottoposta all’intera Ut: è infatti sufficiente cheil contatto avvenga all’interno dell’area di influenza del dispersore perchèla U di riferimento sia maggiore di zero e quindi la d.d.p. sia inferiore allatensione totale di terra Ut.

Tensioni di contatto e di passoLa tensione di contatto è la differenza di potenziale fra la massa di unaapparecchiatura, messa in tensione da un guasto, ed il terreno dove sitrovano i piedi di un operatore in contatto accidentale con la massa stessa.Tenendo presente che la tensione della massa è praticamente uguale aquella del suo dispersore, la tensione di contatto coincide con la d.d.p. frail dispersore ed il terreno, nel punto in cui si trovano i piedi dell’operatore.La stessa tensione si può stabilire fra il terreno ed una massa estranea.Secondo la definizione della Norma CEI 11-8, per tensione di contatto siintende la tensione mano-piedi, con i piedi a distanza convenzionale di 1mdalla proiezione verticale della massa.

La tensione di passo è la differenza di potenziale fra due punti del terrenoposti alla distanza di un passo, stabilita convenzionalmente dalla NormaCEI 11-8 pari a 1m.

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Fig. 21

Impianto di terra di protezioneL’impianto di terra di protezione, com’è noto, ha la funzione specifica diproteggere le persone e gli animali dal rischio di folgorazione conseguentead un contatto indiretto. In taluni casi è efficace altresì contro l’innescodell’incendio. Come già evidenziato in premessa, l’impianto di terra risultaefficace solamente se è coordinato con un dispositivo di protezione cheapra il circuito guasto in un tempo prestabilito. Questo tempo dipende dallecaratteristiche di conducibilità elettrica del corpo umano, dalla resistenzaverso terra della superficie sulla quale il corpo appoggia e dal valor dellatensione cui è sottoposto. Tutti questi parametri sono stati oggetto diimportanti studi in sede internazionale, grazie ai quali è stata prodotta unaserie di tabelle che vengono riportate nel seguito.

Ia parteDefinizioni

10000

5000

2000

1000

500

200

100

50

20

10

t (ms)

I (mA)100,1 0,2 0,3 0,5 1 2 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 100005 30

Corrente nel corpo Icf = 15 ÷100 Hz fattore di percorso = 1 ( mano sinistra - piedi )

21 3 4

a b C1 C2 C3

Curva di sicurezzatensione/tempo tradottain corrente/tempo

Zona Effetti fisiologici

1 Abitualmente nessuna reazione.

2 Abitualmente nessun effetto fisiologicamente pericoloso.

3 Abitualmente nessun danno organico. Probabilità di contrazioni muscolari edifficoltà respiratoria; disturbi reversibili nella formazione e conduzione diimpulsi nel cuore, inclusi fibrillazione atriale e arresto cardiaco provvisorio senzafibrillazione ventricolare, che aumentano con l'intensità della corrente e il tempo.

4 In aggiunta agli effetti della zona 3, si può innescare la fibrillazione ventricolare.Effetti patofisiologici come arresto cardiaco, arresto respiratorio, gravi ustionipossono presentarsi con l'aumentare dell'intensità di corrente e del tempo.

Tabella 1 - Pericolosità della corrente alternata (15-100 Hz)

Page 28: Impianti Di Terra - Bticino

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Tempi massimi di interruzionedella tensione di contatto Utpsecondo la Norma CEI 11-1IX edizione (in vigore dal 31maggio 1999) per impiantia tensione >1000 V

Ia parteDefinizioni

tempo di eliminazione tensione (V)del guasto (s)

≥ 2 501 70

0,8 800,7 850,6 125

≤ 0,5 160

Interpolazione lineare per tempi intermediVerifica Uc e Up non necessaria se UL≤1,2Uc oppure UL≤1,8 Uccon disp. anello perimetro max 100m e tutte le masse all’interno

ZsIa≤UoUco = UoZp/(Zf+Zp) Uco = 0,8Uo/(1+Zf/Zp)Protezione contro la corrosione (CEI 11-37 ,9.5)Interferenze ad alta frequenza (CEI 11-37, 9.6)Dimensionamento termico (CEI 11-37, 10.2)Collegamento del neutro (CEI 11-37 Cap. 4)Tensioni trasferite (CEI 11-37, 5.1)Selettività rispetto alle protezioni del Distributore

durata del guasto tensione di contatto ammissibiletF (s) Utp (V)10 801,1 100

0,72 1250,64 1500,49 2200,39 3000,29 4000,20 5000,14 6000,08 7000,04 800

Tempi massimi di interruzionedella tensione di contatto Uc edi passo Up secondo la NormaCEI 11-1 VIII edizione (in vi-gore fino al 31 maggio 2000)per impianti con tensionemaggiore di 1000 V

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La Norma CEI 11-1 VIII edizione resta in vigore fino al 31 maggio 2000. Inessa si considera che i valori delle tensioni massime di passo e contattosono sempre una frazione della tensione totale di terra Ut. Pertanto nessunaverifica di Uc e Up è richiesta quando la tensione totale di terra non superadel 20% il valore massimo ammesso per le tensioni di passo e contatto. Seinoltre l’impianto di terra è di estensione limitata a 100 m di perimetro edè configurato ad anello chiuso, il valore limite di Ut è aumentato fino a 1,8 Uc.

La Norma CEI 11-1 IX edizione entra in vigore nel maggio 1999 e coesisteper un anno con l’edizione precedente. Per il calcolo dei valori ammissibilidelle tensioni di contatto per impianti di alta tensione sono state fatte leseguenti assunzioni:(nota bene: la definizione di media tensione è sparita: sono definite comealte tensioni tutte quelle di valore nominale > 1000 V)

- percorso della corrente da una mano ai piedi- valore di impedenza del corpo umano avente probabilità pari al 50% di nonessere superata dalla popolazione- curva corrente-tempo C2 (fig. 21)- nessuna resistenza addizionale

Volendo considerare resistenze aggiuntive in serie al corpo umano, indipendenza dalla resistenza verso terra nel luogo di sosta e della resistivitàdel terreno prossima alla superficie, vengono indicati procedimenti dicalcolo nell’allegato C della norma.

Ia parteDefinizioni

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Ia parteDefinizioni

Tipo di Resistenza a secco (KΩ) Resistenza a umido (KΩ)pavimento minima media massima minima media massima

cemento 3 200 400 0,5 2 4

graniglia 2 320 750 0,5 100 400

grès rosso 3 200 700 1 3 8

ceramica 3 400 1500 2 60 600

marmo-cemento 24 260 550 2 40 150

marmo 46 600 1500 1 300 1250

moquette 77 370 1800 76 360 1700

grès-ceramica 300 500 1000 4 100 350

legno 670 1400 1900 160 1000 1600

Tabella 2 - Valori della resistenza RTC in relazione al tipo di pavimento

U0 (V) Tempo di interruzione (s)120 0,8230 0,4400 0,2> 400 0,1

Curva di sicurezzatensione/tempoe tempi massimi di interruzioneper i circuiti di alimentazionedi utilizzatori di tipo non fisso(Norma CEI 64-8/4 IV ed.)

5000

2000

1000

500

200

100

50

20

101 20 50 100 200 300 500 1000

U (V)

t (ms)

30 40

10000

0,4 s

92V

Fig. 22

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Ia parteDefinizioni

U0 (V) Tempo di interruzione (s)120 0,4230 0,2400 0,1> 400 0,05

Curva di sicurezzatensione/tempoe tempi massimi di interruzioneper i circuiti di alimentazionedi utilizzatori di tipo non fissoper cantierie strutture zootecniche(Norma CEI 64-8/4 IV ed.)

5000

2000

1000

500

200

100

50

20

101 20 50 100 200 300 500 1000

U (V)

t (ms)

condizioni particolari

30 40

10000

condizioni ordinarie

0,2 s

92V

Fig. 23

Impianto di terra di funzionamentoL’impianto di terra di funzionamento ha come scopo principale quello diassicurare un corretto funzionamento alle apparecchiature cui è connesso.Può realizzare altresì la funzione di impianto di protezione. Esempio tipicodi impianto di terra di funzionamento è il collegamento a terra del neutro deitrasformatori MT/BT, allo scopo di garantire la simmetria delle tensioni difase. Un capitolo a parte meritano le apparecchiature di elaborazione dati,quando abbiano una corrente di dispersione che supera il valore 3,5mA(Norma EN 60950 , classificazione italiana CEI 74-2 e sua appendice G).Importanti considerazioni si trovano in CEI 64-8 parte 707. Le prescrizionicontenute in tali documenti valgono altresì per apparecchiature di controlliindustriali o di telecomunicazione, quando presentino correnti di dispersio-ne elevate dovute p.es. al filtraggio di disturbi a radiofrequenza. E’ evidentela difficoltà di impiegare protezioni differenziali ad alta sensibilità sulle lineedi alimentazione di queste macchine. Come vedremo, occorrono provve-dimenti speciali per garantire la sicurezza degli operatori e degli impianti.

Sistema di protezione contro i fulminiE’ il complesso di apprestamenti predisposto ai sensi della Norma CEI 81-1 per realizzare un parafulmini. La sua sigla convenzionale è LPS.

CaptatoreE’ quella parte di LPS che svolge lo specifico compito di sostenere l’impattodel fulmine. I captatori sono perciò installati sulle parti delle strutture che siprevede siano colpite dalla scarica atmosferica, come p.es. i tetti degliedifici, le strutture sporgenti, ecc.

Page 32: Impianti Di Terra - Bticino

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Ia parteDefinizioni

CalataE’ quella parte di LPS che svolge il compito specifico di convogliare lecorrenti di fulmine dai captatori all’impianto disperdente. Le calate possonoessere realizzate con tondini o piattine in rame o acciaio zincato, oppuresfruttando i tondini di armatura delle colonne delle strutture in c.a., purchérealizzate a regola d’arte edilizia: in genere si ritiene sufficiente una correttalegatura, senza necessità di saldature.

Protezione catodicaRiduzione o annullamento del fenomeno di corrosione ottenuto rendendoil potenziale della struttura più negativo. La protezione è totale quando ilpotenziale dell’intera struttura è uguale od inferiore al valore limite al di sottodel quale cessa la corrosione (soglia di immunità).

Anodo galvanicoElettrodo impiegato per la protezione catodica, costituito da una legametallica che, nell’ambiente in esame, risulta elettronegativa rispetto allastruttura da proteggere. L’anodo è quella parte di struttura che si consuma:esempio tipico sono gli anodi di sacrificio in zinco posizionati sugli scafidelle barche chiodate in rame per proteggere dalla corrosione l’alberodell’elica in acciaio. Dall’anodo la corrente elettrica esce verso l’ambiente.Al contrario, il catodo è quello nel quale la corrente entra dall’ambiente.

Scala galvanicaE’ la scala ,detta anche di nobiltà, del potenziale elettrochimico dei metalliriferito all’idrogeno. I metalli con il potenziale più elevato (cioè i più nobili)sono quelli che si corrodono meno; i metalli meno nobili, in presenza dimetalli a potenziale elettrochimico più elevato, si corrodono.

Metallo Potenzialeoro 1.420platino 1.200argento 0.799rame 0.337piombo -0.126stagno -0.136nichel -0.230ferro -0.409cromo -0.744zinco -0.763titanio -1.630alluminio -1.740magnesio -2.375sodio -2.711litio -3.045

Scala galvanica o di nobiltà dei metalli in relazione al loro potenziale elettrochimico riferitoall'idrogeno

Page 33: Impianti Di Terra - Bticino

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Sistema TTIa parteClassificazionedei sistemi inbase al mododi collegamentoa terra N

PE

L1

L2

L3

sistema TT

Sistema TT - Il sistema presenta un polo di alimentazione, per solito il conduttore dineutro di ogni trasformatore o generatore, a terra in cabina dell’ente distributore e tutte lemasse collegate all’impianto di terra dell’utilizzatore

Il sistema TT ha un punto collegato direttamente a terra (di solito il neutro)e le masse dell’impianto collegate ad un impianto di terra elettricamenteindipendente da quello del collegamento a terra del sistema di alimentazione.

Caratteristica peculiare del sistema TT è che l’anello di guasto si sviluppanel terreno fra la terra del sistema e quella dell’utilizzatore: l’anello di guastoè una resistenza pura, di valore relativamente elevato. Di conseguenza, lacorrente di guasto è generalmente di intensità modesta.

La resistenza dell’anello di guasto Rg viene misurata con il Loop Tester edè la somma della resistenza di terra Ra dell’impianto d’utenza più laresistenza di messa a terra del sistema Rn. A sua volta Ra è la somma dellaresistenza di terra dei dispersori Rt più la resistenza del conduttore dicollegamento a terra delle masse. La Norma CEI 64-8 prescrive cheRa x Ia ≤ 50 V dove Ia è la corrente che provoca il funzionamento automaticodella protezione in 5s. Se la protezione è di tipo differenziale, è ammessoun tempo di interruzione non superiore a 1 s. Se la condizione non puòessere soddisfatta, è ammesso un collegamento EQS.

Fig. 24

Page 34: Impianti Di Terra - Bticino

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Ia parteClassificazionedei sistemi inbase al mododi collegamentoa terra

Sistema TNIl sistema TN ha un punto direttamente collegato a terra (generalmente ilneutro) mentre le masse dell’impianto sono collegate a quel punto permezzo del conduttore di protezione. Si distinguono tre tipi di sistema TN,secondo la disposizione dei conduttori di neutro e di protezione:

TN-S: il conduttore di neutro e di protezione sono separati

TN-C-S: le funzioni di neutro e protezione sono svolte da un unicoconduttore in una parte del sistema

TN-C: le funzioni di neutro e protezione sono svolte da un unico condut-tore in tutto il sistema. Il conduttore viene detto PEN.

sistema TN - C

L1

L2

L3

PEN

sistema TN - S

L1

L2

L3

N

PE

Fig. 25

Sistema TN - Il sistema ha il neutro o altro polo a terra in cabina e le masse collegatedirettamente, tramite conduttore di protezione, col polo a terra del generatore

Caratteristica fondamentale del sistema TN è che l’anello di guasto, perguasto lato BT, si svolge interamente sui conduttori di fase e di protezioneed ha pertanto una impedenza generalmente bassa . La corrente di guastoè perciò generalmente di valore elevato e questo fatto è a favore dellasicurezza.

Page 35: Impianti Di Terra - Bticino

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Ia parteClassificazionedei sistemi inbase al mododi collegamentoa terra

La Norma CEI 64-8 prescrive che Zs x Ia ≤ Uo dove:

Zs è l’impedenza dell’anello di guasto che comprende la sorgente, ilconduttore attivo fino al punto guasto ed il conduttore di protezione frail guasto e la sorgente

Ia è la corrente che provoca l’interruzione automatica del dispositivo diprotezione entro il tempo definito nella tabella che segue in funzionedella tensione nominale verso terra Uo, oppure in un tempo convenzio-nale non superiore a 5s per i circuiti di distribuzione.

Uo è la tensione nominale in c.a., valore efficace tra fase e terra.

Uo (V) Tempo di interruzione (s)120 0,8230 0,4400 0,2

>400 0,1

Un tempo convenzionale superiore a quello richiesto dalla tabella ma nonsuperiore a 5s è ammesso anche per un circuito terminale che alimenti solocomponenti fissi, a condizione che, se altri circuiti terminali che richiedonoi tempi di interruzione di cui alla tabella sono collegati al quadro didistribuzione o al circuito di distribuzione che alimenta quel circuito termi-nale, sia soddisfatta una delle seguenti condizioni:

– l’impedenza del conduttore PE tra il quadro ed il punto nel quale il PE èconnesso al collegamento equipotenziale principale non sia superiore a50Zs/Uo Ω;

– esista un EQS che colleghi al quadro localmente gli stessi tipi di masseestranee indicati per il collegamento EQP e soddisfi al requisito di sezioneminima richiesto per il conduttore EQP (metà del conduttore PE disezione maggiore con il minimo di 6 mm2. Si ricorda che non è richiestauna sezione superiore a 25 mm2).

Tempi massimi d'interruzione per i sistemi TN

Page 36: Impianti Di Terra - Bticino

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Ia parteClassificazionedei sistemi inbase al mododi collegamentoa terra

Sistema IT - Il trasformatore o il generatore è isolato da terra, totalmente o tramiteelevata impedenza, e le masse collegate localmente a terra

Fig. 26

Sistema ITIl sistema IT non ha parti attive collegate direttamente a terra, mentre lemasse sono collegate a terra. E’ un sistema IT anche quello nel quale ilsistema è collegato a terra tramite una impedenza.

N

PE

L1

L2

L3

N

PE

L1

L2

L3

sistema IT

Caratteristica fondamentale del sistema IT è quella di avere anello di guastoteoricamente aperto, e quindi corrente di guasto nulla. Poichè in pratica ilcircuito di guasto si richiude attraverso le capacità che la linea presentaverso terra, la corrente di guasto non è nulla, ma assume il valore

Ig = ωCU dove

ω è la pulsazione (ω = 2 πf dove f è la frequenza del sistema)C è la capacità verso terra dei conduttoriU è la tensione del sistema

La Norma CEI 64-8 prescrive per il sistema IT la seguente condizione perla protezione contro i contatti indiretti:

Rt x Id ≤ 50 dove

Rt è la resistenza in ohm del dispersore delle masse

Id è la corrente di primo guasto a terra di impedenza trascurabile

Si deve sempre disporre un dispositivo di controllo dell’isolamento perindicare il primo guasto a terra, con un segnale sonoro e/o visivo.

Dopo il primo guasto a terra, le condizioni di interruzione nel caso di unsecondo guasto a terra dipendono dal modo di collegamento a terra:

– per masse collegate a terra individualmente o per gruppi valgono lecondizioni del sistema TT, eccettuata ovviamente la prescrizione dimessa a terra del neutro del sistema

– per masse collegate a terra collettivamente valgono le condizioni delsistema TN.

Page 37: Impianti Di Terra - Bticino

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Quando il neutro non è distribuito, deve essere soddisfatta la seguentecondizione:

Zs≤U/2Ia

e quando il neutro è distribuito

Zs'≤Uo/2Ia dove

Uo è la tensione nominale in c.a., valore efficace verso terraU è la tensione nominale in c.a. valore efficace concatenatoZs è l’impedenza dell’anello di guasto costituito dal conduttore di fase e

dal PEZs' è l’impedenza dell’anello di guasto costituito dal neutro e dal PEIa è la corrente che interrompe il circuito entro il tempo di cui alla tabella

che segue, ovvero entro 5s nei casi in cui è permesso (vds. TN)

Ia parteClassificazionedei sistemi inbase al mododi collegamentoa terra

Tempo d'interruzione massimo nei sistemi IT (secondo guasto)

Se i tempi della tabella non possono essere rispettati, si deve applicare uncollegamento equipotenziale supplementare o, in alternativa, una protezio-ne differenziale su ciascun circuito (vedere anche pag. 31).

Tensione nominale all'impianto Tempo di interruzione (s)Uo/U (V) Neutro non distribuito Neutro distribuito120/240 0,8 5230/400 0,4 0,8400/690 0,2 0,4

580/1000 0,1 0,2 Note: 1 – Per le tensioni che sono entro la banda di tolleranza precisate nella Norma CEI 8-6 si

applicano i tempi di interruzione corrispondenti alla tensione nominale.2 – Per valori di tensione intermedi si sceglie il valore prossimo superiore della tabella.

Page 38: Impianti Di Terra - Bticino

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Per realizzare correttamente un impianto di terra occorre preliminarmenteconsiderare diversi fattori, che insieme concorrono a realizzare un impiantoefficiente e durevole. Parametri fondamentali a questo proposito sono:

– il tipo di sistema di distribuzione, TT, TN o IT, per ciascuno dei quali laNorma CEI 64-8 fornisce, come abbiamo visto nelle definizioni, specifi-che prescrizioni per il coordinamento con le relative protezioni;

– l’intensità della massima corrente che l’impianto deve disperdere, da cuidipendono sia le prescrizioni per la sicurezza sopra richiamate, sia ildimensionamento dei conduttori dell’impianto; per sistemi di II e IIIcategoria, tale valore deve essere richiesto all’Ente Distributore, mentrenei sistemi di I categoria deve essere calcolato. In genere, il calcolo èpiuttosto laborioso: nella trattazione vengono forniti i criteri per i calcolied inoltre alcuni valori tabellari, da impiegare quando possibile. In linea dimassima si può affermare che, ai sensi della Legge 46/90, il compito dicalcolare tali valori è demandato al Progettista: tuttavia, si rammenta chenei cantieri il progetto non é richiesto, e quindi l’installatore deve esserein grado di “cavarsela” da sè anche in presenza di un sistema TN;

– le caratteristiche del terreno, da cui dipende il tipo di dispersore inrelazione al valore di Rt che è necessario ottenere; così, in funzione deltipo di terreno e a parità di altre condizioni, si dovrà stabilire se perottenere un determinato valore di Rt sia sufficiente un semplice dispersorea picchetto ovvero una complessa rete magliata.

– i problemi di coordinamento con la parte strutturale, da cui può dipendereper esempio il tipo di dispersore in dipendenza della disponibilità o menodei ferri di armatura dei cementi armati, con tutte le problematiche relativeai tempi di intervento dell’Installatore, ecc.

Si rammenta che, impiegando come dispersore una rete elettrosaldata,essa deve avere dimensioni del tondino non inferiori a Ø 1,8 mm.

Page 39: Impianti Di Terra - Bticino

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Tipologia dei sistemi disperdentiSi riportano di seguito alcuni esempi pratici di realizzazione di sistemidisperdenti, che certamente sono ben noti agli Installatori, a titolo dipromemoria.

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra Fig. 27

®

0,5

÷1 m

Corda di rame nuda sezione 35 mm2

ricoperta per circa 30 cm con terrenovegetale (humus)

2 Dispersore ad anellointerrato a circa 1m dalperimetro dell 'edificio

3 Integrazione condispersori a picchetto

Picchett i inf issi vert icalmente nelterreno e connessi a corda interratacome al punto 2

0,5

÷1 m

1 m

50

0

1000

1 Collegamento aiferri dei pilastri

I l dispersore ad anel lo perimetrale ècollegato ai ferr i del l 'armatura delcalcestruzzo di fondazione che in talmodo fungono da dispersore naturale

ESEMPI DI DISPERSORI

Wh Wh Wh 10

box box

3x58

W

3x58

W

2,2kw

M6M5

0,37kw

2,2kw

M4M3

3kw

0,75kw

M2M1

0,75kw

2,2kw

M7

3x58

W

3x58

W

3x58

W3x

58W

3x58

W

3x58

W3x

58W

3x58

W

OFFICINA ARTIGIANALE

ascensore

1

2

3

20

0

50

0÷1

00

0

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Dispersore a maglia o a grigliaE’ costituito da una griglia interrata alla profondità di 50/80 cm in rame oacciaio zincato a caldo. In terreni corrosivi può essere opportuno l’impiegodi rame stagnato, o ricoperto di piombo o di acciaio ramato. L’alluminio nonè ammesso come dispersore perchè non resiste alla corrosione.

La dimensione delle maglie è generalmente compresa fra 6 e 12 m, ma puòessere maggiore nelle zone vaste, o inferiore in dipendenza di prescrizioniparticolari dell’Ente Distributore p.es. nei punti di consegna a MT. Le magliepossono essere quadrate o rettangolari: quest’ultima configurazione èmigliore nei confronti delle tensioni di contatto: allo scopo di ridurre letensioni di passo e contatto, è infatti raccomandabile una rete impostata sufile parallele a maglie lunghe e strette, nella quale i conduttori trasversali nonsono estesi oltre la necessità del collegamento a terra delle masse. Siricorda che le situazioni critiche si hanno, generalmente, ai bordi dell’im-pianto, dove il potenziale di terra scende dal valore Ut della maglia a zero.

Il dispersore a maglia è generalmente impiegato nelle cabine di trasforma-zione MT/BT, nelle sottostazioni, nelle stazioni e nelle centrali di produzionedi energia elettrica, nelle quali può essere assai complesso e realizzato supiù piani interrati; è largamente usato altresì negli impianti civili e industrialidi grande potenza ed in genere laddove si deve prevedere installazionisuccessive di componenti che richiedono il collegamento a terra.

Il dimensionamento termico viene calcolato con la formula indicata nel par.2.2.07 della Norma CEI 11-8, la quale limita la temperatura finale di unconduttore interrato a 400° C con T iniziale di 30° C.

La Norma indica altresì le dimensioni minime raccomandate per gli elementiintenzionali: comunque è sempre opportuno dimensionare tali elementi inrelazione al valore della corrente effettiva da disperdere. I valori minimi dicui sopra sono riportati nelle tabelle che seguono: si fa rilevare che ladimensione minima delle corde elementari per i conduttori cordati èfondamentale ai fini della resistenza alla corrosione.

Page 41: Impianti Di Terra - Bticino

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Tipo di elettrodo Dimensione ( mm )Sezione ( mm )

Acciaio zincato acaldo a Norme kACEI 7-6 ( * )

Rame2

Nastro

Tondino oconduttoremassiccio

Conduttorecordato

Picchettoa tubo **

Picchettomassiccio **

Picchetto inprofilato

Spessore

sezione

Sezione

sezione

Diametro esternoSpessore

diametro esterno

SpessoreDimensione

3

100

50

1,8

50

402,5

20

5

50

elementari

sezione

kA

7,8

3,9

3,9

23

24,5

19,5

294

trasversale minimasezione >250 50

50

50

50

50

50

3

50

35

1,8

35

303

15

5

50

>250

250

Diametro fili

(*) Anche acciaio senza rivestimento protettivo, purchè con spessore aumentato del50% e con sezione minima 100 mm2

(**) Dimensioni allo studio

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Fig. 28

Acciaio

Dimensioni dei singoli elementi del dispersore

S mm2

1,8 mm

S mm2

Z mm

ø mm

S mm2

RameZincato RamatoS ≥ 50 S ≥ 50 S ≥ 35

S ≥ 100 S ≥ 50 S ≥ 50

S ≥ 50 - S ≥ 35

ø mm

Z mm

L mm

Acciaio ramato15

Acciaio zincato

Rame

≥ 20≥ 15

øLø≥ 50 ≥ 5

-

Z

-≥ 50 ≥ 5

≥ 2,5 ≥ 40-

Z

-≥ 3 ≥ 30

Page 42: Impianti Di Terra - Bticino

41

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Professional Club

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Fig. 29

Fig. 30

NONOSISI

SISI

REALIZZARE DISPERSORECON SOLI ELEMENTI DI

FATTO

PREVEDERE ANCHEL'USO DI ELEMENTI

INTENZIONALI

COMPLETARE ILDISPERSORE CON

ELEMENTI ORIZZONTALI

UTILIZZARE ELEMENTI VERTICALIDI TIPO COMPONIBILE SE GLI

STRATI PIU' PROFONDI SONO ABASSA RESISTIVITA'

CRITERI DI SCELTA DEL SISTEMA DI DISPERSIONE

SISTEMA TN

NONOSONO DISPONIBILI:ELEMENTI DI FATTO

AFFIDABILI E INQUANTITA'

SUFFICIENTE

LO STRATOSUPERFICIALE DEL

TERRENO DISPONIBILEHA BASSA RESISTIVITA'

POSA CON CONDUTTORENUDO INTUBATO O CONCONDUTTORE ISOLATO

IL TERRENO E'CHIMICAMENTEAGGRESSIVO ?

POSA A CONTATTO COLTERRENO (NUDO) CON

DIMENSIONI DA DISPERSORE

SISI

SISINONO

INTERCONNESSIONE TRA ELEMENTI DEL DISPERSORE(GUIDA CEI 64-12)

SISTEMA TN

SISI

POSA NELCUNICOLO

NONO

E' NECESSARIO IL SUOCONTRIBUTO COME

DISPERSORE ?

CONDUTTORE DIINTERCONNESSIONE

TRA I DISPERSORI

ESISTE UN CUNICOLODI POSA GIA' PREVISTO

PER GLI ALTRI USI ?

NONO

Page 43: Impianti Di Terra - Bticino

42

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Resistenza di terraLa resistenza di terra è costituita dalla resistenza del dispersore Rt ( a cuisi aggiunge la resistenza trascurabile del PE) al quale vengono connesse lemasse e le masse estranee dell’impianto, per il quale la terra lavora (sistemaTT) o non lavora quando l’anello di guasto si richiude metallicamenteattraverso il conduttore di terra di protezione (sistema TN). Il valore di Rt sidetermina praticamente come segue:

Fig. 31 METODO PRATICO PER LA DETERMINAZIONE DELLARESISTENZA DI TERRA NEI SISTEMI TN

(GUIDA CEI 64-12)

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI TERRA

Tempo di eliminazionedel guasto (s)

Resistenza di terra RT

1,2 . 50

1,2 . 70

1,2 . 80

1,2 . 85

1,2 . 125

1,2 . 160

IG

IG

IG

IG

IG

IG

≥ 2

1

0,8

0,7

0,6

<0,5

DIMENSIONAMENTO PER GUASTO A TERRA SULLATO MTRICHIESTE A ENTE DISTRIBUTORE DI:- CORRENTE CONVENZIONALE DI GUASTO VERSO TERRA ( IG )- TEMPO ELIMINAZIONE DEL GUASTO IN MT

SISTEMA TN

Secondo CEI 11-1VIII ed.

Page 44: Impianti Di Terra - Bticino

43

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Professional Club

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Fig. 32

NONO SISI

NONO

CRITERI PER LA DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA(GUIDA CEI 64-12)

SISTEMA TT

Ia = I∆n = CORRENTE DIFFERENZIALE NOMINALE

RA ≤ 50

IaRA ≤ 25

Ia

SISI

AMBIENTI PARTICOLARIad esempio:- CANTIERI- STRUTTURE ZOOTECNICHE- LOCALI AD USO MEDICO

Ia = CORRENTE DI INTERVENTO DELLA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRACORRENTI (in 5s o a scatto istantaneo)

E' PREVISTAPROTEZIONE

DIFFERENZIALE

DETERMINAZIONEDELLA Ia

SISTEMA TT

Influenza della corda di collegamento come dispersoreI picchetti interrati possono essere interconnessi con corde interrate che,se sono nude, concorrono ad aumentare la dispersione di corrente. Si deveperò considerare che l’influenza della corda come dispersore diminuiscenotevolmente se i picchetti sono troppo vicini fra loro. Si può affermare che,utilizzando picchetti da 1,5-2 m, interrati a 0,5 m di profondità, la distanzaottimale può variare fra 12 e 16 m circa. Si ottengono risultati ancoraaccettabili con distanze fra gli 8 e i 10 m, mentre al di sotto dei 3-4 ml’influenza della corda sul miglioramento dell’efficienza del dispersorediviene trascurabile.

Page 45: Impianti Di Terra - Bticino

44

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Fig. 33

Picchetti installati alla giusta distanza la corda aumenta notevolmente l'efficienza del dispersore

XX XX

XX

Picchetti molto vicini. L'influenza della corda é trascurabile.

La resistenza di un singolo picchetto infisso verticalmente nel terrenoomogeneo a potenziale nullo, cioè a sufficiente distanza da altri dispersori,dipende, oltre che dalla resistività del terreno, anche dalla lunghezza, daldiametro e dalla profondità di infissione. In appendice è riportata una tabelladella Rt di vari tipi di dispersore. con le relative formule di calcolo.Comunque, in molti casi nei quali si utilizzano protezioni differenziali, puòbastare un solo picchetto.

Un dispersore a corda può essere realizzato interrando ad almeno 0,5m diprofondità una corda di rame od acciaio zincato. Questo tipo di dispersoreè particolarmente indicato in terreni con bassa resistività superficiale. Se ilperimetro è sufficientemente lungo, si realizza la massima efficienza con ilminimo impiego di materiale: infatti la resistenza della corda diminuisce conl’aumentare della sua lunghezza , anche se in ragione non proporzionale.Il diametro della corda, al contrario, è poco influente ai fini della resistenza.Si rammenta che la sezione minima della corda nuda usata come dispersoreè 35mm2.

Le tabelle a,b e c forniscono i valori di Rt dei dispersori ed il confronto frai diversi sistemi disperdenti. I valori sono validi per profondità di posa 0,5 m.Per profondità maggiori la resistenza diminuisce.

Page 46: Impianti Di Terra - Bticino

45

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Professional Club

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Tabella A – Resistenza di terra di dispersori a picchetto

Tabella B – Resistenza di terra di dispersori rettilinei a cordino o cordati posati orizzontalmente

Tabella C – Resistenza di terra comparata fra alcuni dispersori tipici in funzione dellaresistività del terreno

Resistenza di terra del dispersore con resistivitàdel terreno ρ (Ωm) diDiametro

(mm)Lunghezza(m)

50 100 300 500 1000

20

40

48

1,5 29 57 172 287 574

3 16 32, 97 162 324

4,5 12 23 69 115 230

6 9 18 54 90 180

1,5 25 50 150 250 500

3 14 29 86 143 287

4,5 10 21 62 103 206

6 8 16 49 81 162

1,5 24 48 144 241 481

3 14 28 83 139 277

4,5 10 20 60 100 199

6 8 16 47 79 157

50 100 150 200 300

8 50 0,5 2,15 1,18 0,83 0,65 0,45

100 0,5 4,3 2,37 1,67 1,3 0,91

150 0,5 6," 3,55 2,5 1,94 1,36

200 0,5 8,59 4,74 3,33 2,59 1,81

300 0,5 12,89 7,11 5,0 3,89 2,72

500 0,5 21,48 11,85 8,33 6,48 4,54

1000 0,5 42,96 23,70 16,66 12,96 9,07

Variazione della resistenza di terra al variare della profondità di posa

8 100 1 4,07 2,26 1,59 1,24 0,87

100 1,5 3,94 2,19 1,55 1,21 0,85

100 3 3,72 2,08 1,48 1,15 0,81

100 4 3,63 2,04 1,44 1,13 0,8

100 6 3,5 1,97 1,4 1,1 0,77

Profondità

di posa

Resistività

dei terreno(ρΩm) (m)

Resistenza di terra

dell'elemento dei dispersore

avente lunghezza (m) di

Diametro

della corda

o dei tondino(mm)

abe a b

ρ terreno Rd dispersori (Ω)

(Ωm)picchetto anello S 35 mm2 plinto

L = 1 m L=2m p = 50m p = 100m

50 30 20 2 1 10

100 60 40 4,3 2,3 20

150 90 50 6,4 3,5 30

200 120 80 9 4,7 40

300 180 120 13 7 60

500 300 200 21,4 12 100

Page 47: Impianti Di Terra - Bticino

46

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Fig. 34

Dimensionamento dell'impianto di terraI conduttori costituenti l’impianto di terra devono essere dimensionati edinstallati in modo tale da poter sopportare le sollecitazioni termiche edelettrodinamiche conseguenti alle correnti di guasto che sono chiamati adisperdere e per le quali sono progettati. Queste correnti percorrono iconduttori per un tempo pari al tempo di intervento delle protezionicoordinate. Il dimensionamento in funzione della massima corrente didispersione che attraversa ciascuna sezione dell’impianto deve essere taleda limitare la temperatura finale al di sotto di 400° C.

La sezione minima del conduttore attraversato dalla corrente Ig deveessere perciò:

S ≥ √(Ig2t)/K

Nel caso generale in cui la temperatura del conduttore to = 30° C e la T finale= 400° C, si hanno valori di K = 229 per il rame e K = 78 per l’acciaio.

La durata della Ig può essere valutata pari a:

0,2 s per dispositivi differenziali a bassa sensibilità0,04 s per dispositivi differenziali ad alta sensibilità5 s per interruttori automatici

In alternativa a questo calcolo termico rigoroso, a volte indispensabile perridurre le sezioni, la Norma CEI fornisce utili tabelle dimensionali.

Il valore della Ig dipende dalla configurazione della rete e dal tipo di gestionedel centro stella dei trasformatori, che può essere collegato a terra o isolato.Lo schema generale della distribuzione del neutro di solito è il seguente:

130kV 130kV 20kV 20kV380kV 0,38kV

III categoria II categoriaI categoriaa

aa

ENTE DISTRIBUTORE UTENTE

Ig 8÷15 kA Ig 10÷300 A

Tempo di intervento delle protezioni: da 0,55 a 1s.

Page 48: Impianti Di Terra - Bticino

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Professional Club

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

L’Ente distributore gestisce la rete dei sistemi di III categoria con neutrofrancamente a terra per ragioni di costo dell’isolamento delleapparecchiature; quelli di II categoria con neutro isolato per consuetudine;quelli di I categoria con neutro a terra per garantire la simmetria del sistema.In relazione allo stato del neutro le correnti di guasto a terra assumono valoridifferenti:

– nei sistemi di I categoria le Ig coincidono con il corto circuito monofasee sono dell’ordine di 8-15 kA in funzione della potenza dei trasformatori;

– nei sistemi di II categoria il circuito di guasto si richiude attraverso lecapacità distribuite lungo le linee e la Ig è dell’ordine di 100-300 A infunzione dell’estensione della rete e soprattutto se la distribuzione èaerea o in cavo;

– nei sistemi di III categoria il valore di Ig può essere di qualche kA.

Corrente di guasto a terra nei sistemi di I categoriaLa Ig è data dal rapporto fra la tensione nominale verso terra Uo el’impedenza del circuito di guasto, che comprende la fase interessata alguasto, la terra dell’impianto utilizzatore e quella di cabina MT/BT nelsistema TT o il conduttore PE nei sistemi TN, il trasformatore. Talesommatoria di impedenze risulta variabile per ogni singolo evento poichègeneralmente differenti sono le impedenze di guasto tra la fase e le massein avaria, che in nessun caso possono essere stimate: per tale ragione laNorma CEI 64-8 prende in considerazione per il calcolo della Ig il guastofranco a terra, benchè ciò non sia sempre a favore della sicurezza, inparticolare nel sistema TN con interruzione a mezzo interruttorimagnetotermici.

Nei sistemi di I categoria senza propria cabina di trasformazione (TT) ènecessario realizzare un impianto di terra di Utente indipendente da quellodella cabina del Distributore. La Ig è determinata dal rapporto fra la Uo,misurata tra fase e terra in condizioni ordinarie di funzionamento, e laresistenza dell’anello di guasto:

Ig = Uo/Rtu+Rtc

Uo: tensione nominale del sistema verso terra, pari a 230 V per tensionedi alimentazione 230/400 V nei sistemi TT e TN, e 1,73x230 = 400 Vper sistemi IT

Rtu: resistenza di terra dell’impianto utilizzatore

Rtc: resistenza di terra della cabina MT/BT

In questo caso risultano trascurabili, rispetto alle resistenze di terra, laresistenza dei conduttori e quella equivalente secondaria del trasformatoredi cabina.

Page 49: Impianti Di Terra - Bticino

48

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Inoltre l’impianto, per garantire la sicurezza contro i contatti indiretti, deveessere progettato e verificato per ottenere una resistenza di terra (dispersorepiù conduttore PE):

Ra≤50/Ia negli ambienti ordinari

Ra≤25/Ia negli ambienti speciali

Ra: resistenza del dispersore più resistenza del PE

Ia: corrente di apertura dell’interruttore automatico in 5 s o Idn in 1 s

Nei sistemi di I categoria con propria cabina di trasformazione (TN), sirealizza un impianto di terra unico per il neutro del trasformatore e per lemasse e le masse estranee. Nel caso di guasto a terra le protezionicoordinate devono essere tali da garantire che:

Ig≥Ia dove:

Ig = Uo/Zs

Ia: corrente di intervento in 5 s e non oltre 0,4 s per tensione nominale 230/400 V per i circuiti terminali di utilizzatori non fissi

Zs: impedenza dell’anello di guasto costituito dal secondario del trasfor-matore, dalla fase guasta e dal PE.

In appendice vengono riportate alcune tabelle con le impedenze deiconduttori e dei trasformatori di grande serie, utili per il calcolo di Zg. Sirammenta che la R e la X equivalenti devono essere calcolate separatamente.

Page 50: Impianti Di Terra - Bticino

49

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Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Corrente di guasto a terra nei sistemi di II e III categoriaNell’ultima edizione della Norma CEI 11-8 si è voluto distinguere la correntedi guasto a terra Ig dalla corrente effettiva di terra It. La Ig rappresenta ilmassimo valore di corrente che, nel caso di guasto a massa, fluisce da unafase del circuito verso terra. L’Utente di II o III categoria deve richiedere talevalore all’ente distributore di energia elettrica. La differenza fra la correnteIg e la It dà la corrente Ir che si richiude attraverso percorsi diversi, adesempio tramite la fune di guardia della linea aerea nei sistemi di IIIcategoria o la guaina metallica del cavo per i sistemi di II categoria.

Fig. 35

TR IG

IT IR2

IR

IG > ITIT = IG - IR

IR3IR1

Corrente utile per il dimensionamentodell'impianto di terra

IR

fune di guardia

IT= IG- IR1- IR2- IR3

Ig è maggiore di It: It = Ig-Ir è il valore utile per il dimensionamentodell’impianto di terra. Il valore di Ig si può calcolare con la formulaapprossimata:

Ig = U/1,73√(Rt2+1/(3ωCo)2)

che trascurando Rt diventa:

Ig = 1,73 ωCo U

da cui si può ricavare una regola pratica per ottenere subito un ordine digrandezza e cioè 3 A per ogni 10 kV di tensione nominale e 100 km di lineaaerea, 2 A per ogni 10 kV di tensione e 1 km di linea in cavo.

Page 51: Impianti Di Terra - Bticino

50

R

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Conduttore PENNel sistema TN-C un unico conduttore svolge la funzione di neutro eprotezione: in questo caso la sezione minima deve essere comunque noninferiore a 10 mm2 in rame e 16 mm2 se in alluminio. Inoltre è richiesta la posadi tipo fisso senza organi di interruzione o sezionamento interposti. Siricorda che il PEN é vietato per gli ambienti a maggior rischio in caso diincendio e nei luoghi con pericolo di esplosione.

Dimensionamento dei conduttori di terraIl conduttore di terra Ct è quello che collega il collettore principale di terraal 1° dispersore. La sua sezione deve essere, in ogni caso, almeno ugualea quella del PE di sezione maggiore. Gli esempi che seguono evidenzianola sezione minima del conduttore di terra nei vari casi. Le regole sono:

– Ct protetto meccanicamente ed isolato: S = S (PE)– Ct non protetto meccanicamente e isolato: S≥16 mm2 (Cu); S≥35 mm2 (Al)– Ct nudo e interrato: S≥35mm2 con filo elementare Ø>1,8mm

La sezione del Ct può essere calcolata con la formula S≥√(I2t)/K

Fig. 36

Conduttoreisolato 1x10 Cu

Tubo metallico oin PVC pesante

Nodo diterra

Dispersore

1x4Cu

1x6Cu

1x10Cu

Nodo diterra

1x4Cu

1x6Cu

1x10Cu

Giunzione:per esempio con morsettoa C a compressione

Corda CU isolata1x16

1x4Cu

1x6Cu

1x16Cu

Corda Cu nudo1x35

1x4Cu

1x6Cu

1x16Cu

Corda CU isolata1x16

Page 52: Impianti Di Terra - Bticino

51

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Professional Club

Ia parteCriteri direalizzazionedell'impiantodi terra

Dimensionamento dei conduttori equipotenziali

La formula per il calcolo rigoroso è Sp = √(I2t)/K

Sp = sezione del conduttore di protezione (mm2)

I2= valore efficace della corrente di guasto che percorre il conduttore diprotezione per un guasto franco a massa

t = tempo di interruzione del dispositivo di protezione (s)

k = fattore dipendente dall'isolante, calcolabile con la formula suggerita

Vengono di seguito forniti i valori di K utili per il calcolo, per conduttori isolatie per conduttori nudi, in ambiente ordinario e con rischio di incendio.

Valori di k per conduttori diprotezione isolati

Materiale Isolamento econduttore formazione

PVC EPR-XLPE G2unip. multip. unip. multip. unip. multip.

Rame 143 115 176 146 166 135Alluminio 95 74 116 94 110 87

Valori di k per conduttori nudiin vicinanza di materialedanneggiabile per effettodella temperatura

Materiale Isolamento econduttore formazione

Ordinarie Con pericolo di incendioTf=200° C Tf=150° C

Rame 159 138Alluminio 105 91

Ferro 58 50

Page 53: Impianti Di Terra - Bticino

52

R

Tubo in PVC Ø 25 mm

250 mm

Piatto 50x5in rame

Morsetto a pressione

crimpit

50 mm

Corda in rame nudo

da 95 mmq

Corda in rame nudoda 95 mmq

part. 1

NODO DI TERRApart. 1

PICCHETTO ENTRO POZZ. ISP.part. 2

Tubo in PVC

Dispersore di terra

Pilastro

Morsetto

Pozzetto prefabbricato incemento

Corda in rame nudo

Chiusino in cemento prefabbricato

DISPERSORE

DI TERRACartello di informazione

di armatura

connessione ai ferri

part. 2

Impianto di terra di cabina

part. 1

part. 2

Page 54: Impianti Di Terra - Bticino

53

R

Professional Club

SALDATURA tipo C

ferro solaio

ferro traveperimetraleo intermedia

ferro trave perimetraleo intermedia

Tipologie di saldature per dispersori artificiali

Bulloni in acciaioomogeneo

Dado saldatoal piatto

Bullone M12in acciaio inox

100

PARTICOLARE MORSETTO DIINTERCONNESSIONE PER MAGLIAEQUIPOTENZIALE E DERIVAZIONE

Tondinodell'armatura

Bullone in acciaioomogeneo

Piatto in acciaiozincato

PARTICOLARE DI INTERCONNESSIONEPER MAGLIA EQUIPOTENZIALE

Giunto in acciaioomogeneo

Tondino in acciaioomogeneo

Tondino in acciaioomogeneo

PARTICOLARE DI INTERCONNESSIONEPER MAGLIA EQUIPOTENZIALE

Connessioni equipotenziali per maglia di terra

SALDATURA tipo Dtrave

giunto didilatazione

ponticello conmateriale flessibile

SALDATURA tipo Aferro pilastro

ferrosolaio

SALDATURA tipo Bferro pilastro

Page 55: Impianti Di Terra - Bticino

54

R

Corda rame nuda 70 mmalla rete di terra

Saldatura

Piastrina acciaio inox 18/8(120x50x5 )

Tondino ø12 mm saldato

Part. A

Distanza tra due collegamenti

successivi 12÷15 metri

Part. A

Realizzazioni di dispersori di terra artificiali

Page 56: Impianti Di Terra - Bticino

55

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Professional Club

IIa p

arte

R

Esempi operativiSi riportano nel presente capitolo alcuni esempi operativi, nell’intento diapprofondire dal punto di vista pratico le problematiche della realizzazionedi un efficiente impianto di terra, tenuto conto dei vincoli legislativi enormativi e cercando le soluzioni più efficaci e convenienti.Gli esempi comprendono:

– una abitazione unifamiliare alimentata con sistema TT– un condominio alimentato con sistema TT– un ambulatorio di tipo A, alimentato con sistema TT– una cabina di trasformazione MT/BT– un fabbricato ad uso terziario alimentato con sistema TN– un grande stabilimento alimentato con sistema TN– un locale per chirurgia, alimentato con sistema IT

Page 57: Impianti Di Terra - Bticino

56

R

IIa parteEsempioperativi

Unità abitativa singolaLegislazione e normativa applicabili

– Legge 46/90 DPR 447/91– DPR 547 non si applica mai neppure in presenza di COLF– Legge 109/91 e DM 314/92 per impianti telefonici interni– Norma CEI 64-8 e Norma CEI 64-8/7 per locali da bagno, sauna, piscine– Norma CEI 81-1 per verifica necessità LPS/SPD– Norma CEI 23-5– Norma CEI 12-15 per impianti TV

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti

Fig. 38

DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI EQUIPOTENZIALI SUPPLEMENTARI

SEZ IONI M IN IME DE I CONDUTTORI EQUIPOTENZIALIPRINCIPALI (EQP)

10mm2

PE

CT 50 mm2

EQP= 16 mm2

25mm2

EQP ≥ PE / 2

2,5mm2

PE

CT 16 mm2

EQP= 6 mm2

2,5mm2

EQP ≥ 6 mm2

Collegamento massa estranea -massa estranea

Collegamento massa-massa

PE = 10 mm2PE = 16 mm2

EQS = 10 mm2

EQS ≥ PE (minore dei due)

Collegamento massa-massa estranea

PE = 16 mm2

EQS = 10 mm2

EQS ≥ PE / 2

Collegamento massa estranea PE

PE

EQS ≥ 4 mm2 (2,5 mm2) EQS ≥ 4 mm2 (2,5 mm2)

DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI EQUIPOTENZIALI PRINCIPALI

Ra≤50/Ia

Sezione del conduttore di fase mm2:1,5 2,5 4 6 10 16 25 35

Sezione minima del corrispondente conduttore di protezione mm2:1,5 2,5 4 6 10 16 16 16

In ogni caso i conduttori di protezione non compresi in cavo e non facentiparte di una conduttura in tubo o in canalette, comprendente anche iconduttori di fase, devono avere sezione non inferiore a 2,5 mm2 (4 mm2 senon protetti meccanicamente).

Page 58: Impianti Di Terra - Bticino

57

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IIa parteEsempioperativi

Fig. 39

PE

Unità abitativa singola

– Conduttore PE: sezione pari ai relativi conduttori di fase nell’impiantointerno. Se è necessario portare il PE al gruppo di misura, la sezione sarà10 mm2.

– Conduttore di terra: collegamento contatore/centralino d’alloggio: EPR2x10 mm2 CT 10 mm2 isolato e intubato fino al dispersore.

– Conduttori EQP: sezione 6mm2 in rame isolato. Collegano al collettore diterra le tubazioni acqua e gas.

– Conduttori EQS: devono avere sezione 2,5 mm2 se protetti meccanica-mente, 4 mm2 se non protetti meccanicamente.

– Collettore di terra: barretta di rame nudo preforata dim. 2x20 mm cuifanno capo il PE principale o i PE di linea, gli EQS, il Ct e l’eventuale SPD:quest’ultimo conduttore deve avere sezione 6mmq e non deve esseregiallo/verde. I terminali dei conduttori sono a capocorda e numerati perl’individuazione. Il fissaggio è effettuato con bulloni in acciaio inox 6mm.

– Dispersore: naturale sempre preferibile oppure a punta in acciaio ramato,lunghezza 1,5 m diametro 18 mm Rt presunta inferiore a 30 Ω (ved.tabella). Non serve il pozzetto di ispezione.

– SPD (scaricatori): n° 2 per alimentare apparecchi sensibili.– Impianto TV: antenna singola più parabola. Coll. a terra schermo coassiale

al centralino (CEI 12-15). Palo di antenna a terra (CEI 81-1) solo se esiste LPS.– Impianto TE: concordare con Telecom diam. tubo allaccio alla rete. Imp.

interno tubi diametro 20 mm.– Videocitofono: SCS 4 fili+n senza coassiale con alim. predisposto per

ricezione telefonica .

Superficie totale 300 mq – P contrattuale: 6 kW monofaseTerreno: marne ρ=20 ΩmProtezioni: Differenziale tipo S Idn=500 mA + differenziali tipo G Idn=30 mARa max=100 Ω – Verificare disponibilità c.a. per ev. LPSLPS da verificare secondo CEI 81-1SPD da prevedere se l’alimentazione avviene con linea aereaSPD su ingresso Telecom da verificareAntenna TV singolaIngressi ENEL/Telecom da concordareImp. antiintrusione – rivelatore gas

Considerazioni progettuali

Fase di realizzazione pratica

Page 59: Impianti Di Terra - Bticino

58

R

IIa parteEsempioperativi

CondominioLegislazione e normativa applicabili

– DPR 547/55 per eventuali attività soggette– L. 46/90 e DPR 447/91– L. 109/91 e DM 314/92 per imp. telefonici interni– Norma CEI 64-8 e 64-8/7 per ambienti particolari– Norma CEI 64-2/A per box e centrali termiche– Norma CEI 12-15 per impianti TV– Norma CEI 81-1 per verifica LPS/SPD– Norma CEI 17-13/1, 17-13/3, 23-51– Norme UNI-EN 81-1

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti

Fig. 40

DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI EQUIPOTENZIALI SUPPLEMENTARI

SEZ IONI M IN IME DE I CONDUTTORI EQUIPOTENZIALIPRINCIPALI (EQP)

10mm2

PE

CT 50 mm2

EQP= 16 mm2

25mm2

EQP ≥ PE / 2

2,5mm2

PE

CT 16 mm2

EQP= 6 mm2

2,5mm2

EQP ≥ 6 mm2

Collegamento massa estranea -massa estranea

Collegamento massa-massa

PE = 10 mm2PE = 16 mm2

EQS = 10 mm2

EQS ≥ PE (minore dei due)

Collegamento massa-massa estranea

PE = 16 mm2

EQS = 10 mm2

EQS ≥ PE / 2

Collegamento massa estranea PE

PE

EQS ≥ 4 mm2 (2,5 mm2) EQS ≥ 4 mm2 (2,5 mm2)

DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI EQUIPOTENZIALI PRINCIPALI

Ra≤50/Ia salvo presenza ambienti uso medico (Ra≤25/Ia)tempo intervento ≤ 0,4 s

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IIa parteEsempioperativi

Fig. 41

PE

PE

PE

PE

Superficie alloggi < 400 m2 P unità abitative 3 kW; P impianti condominiali 15 kWprogetto parti condominiali.Terreno: arenarie argillose ρ=50 Ωm.Protezioni: ascensori Idn 300 mA altre Idn 30 mA Ra max =166 Ω Tempi ≤0,4 s.Utilizzo dispersori di fatto (ferri dei cementi armati) collegati ai collettori con corda Cu35 mm2 rigida nuda .Un collettore per ogni vano scale.Equipotenzialità per tubaz. acqua/gas (a valle contatori, oppure cavallotto).Verifica necessità LPS/SPD (81-1).Impianto antenna centralizzata coll. a terra calza in centralino(Antenna solo se LPS necessario).Impianto elettrico a corredo per ascensore progettato secondo UNI-EN 81-1.

Fig. 42 Dispersore a corda interrata

2,15 2,11 1,18 1,17 0,83 0,82 0,65 0,64 0,45 0,45 0,29 0,28

ø

4,30 4,22 2,37 2,33 1,67 1,64 1,30 1,28 0,91 0,90 0,58 0,57

6,44 6,34 3,55 3,50 2,50 2,46 1,94 1,92 1,36 1,34 0,87 0,85

8,95 8,45 4,74 4,67 3,33 3,29 2,59 2,56 1,81 1,79 1,15 1,14

12,89 12,67 7,11 7,00 5,00 4,93 3,89 3,83 2,72 2,69 1,73 1,71

21,48 21,12 11,85 11,67 8,33 8,21 6,48 6,39 4,54 4,48 2,88 2,85

42,96 42,52 23,70 23,34 16,66 16,48 12,96 12,78 9,07 8,95 5,77 5,70

Perimetro dell'anello (m)

Resistenza complessiva RT

Res

istiv

ità d

el te

rren

o(Ω

m)

50

100

150

200

300

500

1000

8* 10**

50 100 150

8 10 8 10 8 10 8 10 8 10

200 300 500

≥ 1 m

* 35mm2 ** 50mm2

Considerazioni progettuali

Edificio a più piani

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IIa parteEsempioperativi

Ambulatorio di tipo A: gabinetto odontoiatricoLegislazione e normativa applicabili

– DPR 547/55 per attività soggette: denuncia impianto di terra– Legge 46/90 e DPR 447/91– Legge 109/91 e DM 314/92 per impianto telefonico– Norma CEI 64-8 e 64-8/7 per ambienti particolari– Norma CEI 64-4– Norma CEI 12-15 per impianto TV– Norma CEI 17-13/1, 17-13/3, 23-51

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti

Ra≤25/Ia Idn≤30 mA tempi intervento diff.li ≤ 0,4 sR EQS masse estranee ≤ 0,15 Ω (+ 0,2 Ω spina/massa apparecchiooppure + 0,1 Ω morsetto di terra apparecchio/massa apparecchio)

– Nodo equipotenziale– EQS masse estranee 6 mm2

– PE come impianti ordinariObbligo impianto di terra individuale se non esiste l'impianto di terracondominiale. In questo caso esiste il problema delle masse estraneecondominiali: se é conosciuto lo stato degli altri impianti (e non é facile)posso fare un nodo collegato a terra. Viceversa é bene isolare le masseestranee con giunti isolanti in entrata al gabinetto.

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Fig. 43IIa parteEsempioperativi

Obbligo di progettoProtezione differenziale con Idn 30 mA o 10 mA e tempo di intervento non superiore a 0,2 s.Differenziale selettivo generale con Idn=0,5 A.Resistenza di terra (dispersore + PE + massa) non superiore a 25/0,5=50 Ω.Si deve realizzare un nodo equipotenziale per il collegamento del conduttore PE degliimpianti ordinari, dei collegamenti equipotenziali supplementari delle masse estranee,del conduttore di terra. La sezione minima dei conduttori EQS sarà 6 mm2, mentre peril CT sarà 16 mm2.

Collegamenti EQS: impiegare collari in bronzo con morsetto per il cavo,per la messa a terra delle masse estranee tubolari, capicorda a pressionenumerati per i collegamenti con vite. Usare preferibilmente viteria inox. Icoll. devono essere ispezionabili.Nodo equipotenziale: impiegare barretta/e in Cu preforato dim. minime2x20 mm; collegare con bulloneria inox Ø 6 mm; capicorda a pressionenumerati sia sul nodo che sulle masse estranee. CT di sezione 16 mm2.Installare in cassetta o all’interno del quadro, previa inserzione di settodivisorio isolante all'interno del quadro.Masse estranee: tutte quelle che possono trasferire potenziali pericolosidagli impianti tecnologici condominiali ed inoltre le strutture conduttrici conR verso terra ≤ 200 Ω.Impianti ordinari: stesse considerazioni fatte per il Condominio.

Considerazioni progettuali

Fase di realizzazione pratica

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IIa parteEsempioperativi

Cabina MT/BTLegislazione e normativa applicabili

– Legge 186/68– Legge 46/90 e DPR 447/91– DPR 547/55– CEI 11-1 Norme generali– CEI 11-18 Norme per il dimensionamento in funzione delle tensioni– CEI 11-25 Norme per il dimensionamento in funzione delle correnti di corto

circuito– CEI 11-8 Impianti di terra– CEI 11-17 linee in cavo– CEI 11-4 Linee aeree– CEI 11-15 Lavori su impianti– CEI 11-16 parti isolanti per attrezzi per lavori su impianti BT– CEI 11-21 Tubi e tondi isolanti– CEI 11-22 Aste isolanti– CEI 11-31 guanti isolanti– CEI 11-33 Elevatori a braccio– CEI 64-8 Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a

1000V in c.a. e a 1500V in c.c.– CEI 64-2 Impianti elettrici in luoghi con pericolo di esplosione– CEI 11-20 Impianti di produzione diffusa di energia elettrica sino a 3MW

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti

TENSIONI DI SISTEMI E LIVELLI DI ISOLAMENTOtensione del sistema (kV efficaci ) livello di isolamento

massima nominale a f di esercizio a impulso atmosf.(kV eff.) (kV di cresta)

3,6 3 10 20/407,2 6 20 40/6012 10 28 60/75

17,5 15 38 75/9524 20 50 95/12536 30 70 145/170

tempo di eliminazione tensione (V)del guasto (s)

≥ 2 501 70

0,8 800,7 850,6 125

≤ 0,5 160

Interpolazione lineare per tempi intermediVerifica Uc e Up non necessaria se UL≤1,2Uc oppure UL≤1,8 Uccon disp. anello perimetro max 100m e tutte le masse all’interno

ZsIa≤UoUco = UoZp/(Zf+Zp) Uco = 0,8Uo/(1+Zf/Zp)Protezione contro la corrosione (CEI 11-37 ,9.5)Interferenze ad alta frequenza (CEI 11-37, 9.6)Dimensionamento termico (CEI 11-37, 10.2)Collegamento del neutro (CEI 11-37 Cap. 4)Tensioni trasferite (CEI 11-37, 5.1)Selettività rispetto alle protezioni del Distributore

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Fig. 44

IIa parteEsempioperativi

CONSIDERAZIONI PROGETTUALIProgetto obbligatorioCaratteristiche del terreno, possibilità di collegamento alla terra del DistributoreRichiesta It e tempi interruzione al Distributore a mezzo raccomandataCalcolo Ra≤Uc/IgPotenza installata e tipologia trasformatore/i (olio, silicone, resina, a secco) ev. fossaCollegamento avvolgimenti trasformatore in relazione alla simmetria delle tensioniper guasto monofase a terraScelta cabina (di solito, tipo basso); dimensionamento loc. consegna, misure,trasformazione e lay-outCalcoli Zg per tutte le utenze non protette con interruttore differenziale e verificaIg>Ia e tempi in funz. di UcoProgrammazione interventi imp. di terra contemporaneamente alle opere ediliInfissi in VTR, asfaltatura esterni cabinaInterconnessione apparecchi MT /terra con lama di terra a disposizione DistributoreCalcolo del PE preferibilmente con formula dimensionamento termicoEventuale protezione omopolare lato MTDispositivo di sgancio di emergenzaPedane isolanti, dotazione di sicurezza, schemi

Collettore di terra3

Legatura dei ferri aregola d'arte edile

Pluviale

Piatto in acciaioomogeneo 30x4mmlegato ai ferri dell'armatura

4

PE

PE

PE

PE

34

2

1

2

Al percorso cavi

1 Corda di Cu da 70 mm2 o Acciaio zincato da 190 mm2

PE sezione da stabilire caso per caso

Piattina di Cu 40x5 sez. 200 mm2

Corda in Cu da 16 mm2 o in Acciaio zincato da 45 mm2

2

3

4

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IIa parteEsempioperativi

Fabbricato ad uso terziario alimentato con sistema TNLegislazione e normativa applicabili

– Legge 186/68– Legge 46/90 e DPR 447/91– DPR 547/55– D. Lgs. 626/94– CEI 11-1– CEI 11-8– CEI 64-8 e 64-8/7 per : bagni, trasmissione dati e ambienti a maggior rischio

in caso di incendio– CEI 64-2, CEI 31-30– CEI 17-13/1/3– CEI 81-1 per verifica LPS/SPD

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti

Progetto obbligatorioRt≤UL/Ig (vedere tab. tensioni di passo e contatto/tempi di interruzione)ZsIa ≤ UoUco = 0,8 Uo/(1+Zf/Zp)CEI 64-8 /707 prescrizioni per la messa a terra di apparecchiature dielaborazione dati con elevata Ida- Conduttori PE di elevata affidabilità

PE min. 10 mm2 oppure 2//4 mm2 in alternativa:PE min. 2,5 mm2 se anima di cavo con S tot conduttori 10 mm2 min.PE min. 2,5 mm2 se si usano 2 PE //, purchè schermati metallicamenteanche da cavidotto continuo(CEI 23-25)

b- Sorveglianza continuità PEdispositivo che interrompa alimentazione se si interrompe il PE: in tal casoS PE come imp. ordinari

c- Impiego di trasformatorialimentazione da trasformatore separatore con II collegato come TN(un punto del II a terra): il tratto dalla massa al secondario come a) o b),il resto ordinario. Il trasformatore non deve essere necessariamenteconforme a CEI 14-6.

Prescrizioni cabina: vedere esempio precedente

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Fig. 45IIa parteEsempioperativi

PEMT

BT N

∑PE

Impianto di terra ad anello chiuso con elementi di fatto integrati condispersore intenzionale.

Ipotesi di calcolo Rg:

Ig = 150 A Corrente di guasto lato MT (dati Distributore)t = 0,7 s tempo di interruzione guasto lato MT (dati Distributore)It = corrente di terra sconosciutoCalcolo di RT secondo CEI 11-1 VIII ed.Rt ≤ UL/Ig = 102/150 = 0,68 ΩUc = 85 V tensione totale di terra (vedere tabelle Uc, Up)UL1 = 1,2 UcUL2 = 1,8 Uc per anello con perimetro max. 100 m

Apparecchiature di elaborazione dati con elevata I di dispersione(CEI 64-8/707):

Prese industriali CEI 23-12, p.es. CEE 2P+T 16 A

Alimentazione prese con conduttore FROR 2P+T 4 mm2 (Stot=12 mm2) e PEanima del cavo.

Collettore di terra separato da collettore impianti ordinari e giunzione neiquadri di piano.

Altre considerazioni impianti interni come per Condominio.

Calcolo di RT secondo CEI 11-1 IX ed.RT ≤ UTp/Ig = 128/150 = 0,85 ΩUTp = 128 V (pag. 31: (125/0,72)x0,7 = 128 V)

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IIa parteEsempioperativi

Complesso industriale con alimentazione MTLegislazione e normativa applicabili

– Legge 186/68– Legge 46/90 e DPR 447/91– DPR 547/55– D.Lgs. 626/94– CEI 11-1– CEI 11-8– CEI 64-8 e 64-8/7 per bagni, trasmissione dati e ambienti a maggior rischio

in caso di incendio– CEI 64-2 e 31-30– CEI 64-4 per infermeria/pronto soccorso– CEI 17-13/1/3– CEI 81-1 per verifica LPS/SPD (procedura semplificata CEI 81-1/V1

per camini)

Vincoli normativi per la protezione contro i contatti indiretti (Norma CEI 64-8)

Sistema TN Sistema ITUo t Uo/U Neutro non Neutro

distribuito distribuito(V) (s) (V) t (s) t (s)120 0,4 120/240 0,4 1230 0,2 230/400 0,2 0,4400 0,06 400/690 0,06 0,2

> 400 0,02(+) 580/1000 0,02(+) 0,06

Uo tensione tra fase e terra.

(+) Se tale tempo di interruzione non può essere garantito, può essere necessarioprendere altre misure di protezione, quali un collegamento equipotenzialesupplementare.

Progetto obbligatorioRt≤UL/Ig (vedere tabella tensioni di passo e contatto/tempi di interruzione perambienti particolari)Uco = 0,8Uo/(1+Zf/Zp)CEI 64-8/707 per messa a terra apparecchiature di elaborazione dati con ele-vata corrente di dispersionePrescrizioni per la cabina: vedere esempio cabina

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IIa parteEsempioperativi

Fig. 46

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

Si prevede una rete magliata per l’intero complesso, (comprese le aree difuturi insediamenti) che colleghi altresì i ferri delle strutture in cementoarmato e le reti elettrosaldate. L’impianto è reso accessibile in “nodi” cuivengono collegati i PE/EQP.

Tensioni trasferite:a) tubazioni: prevedere giunto isolante e selle isolanti ai bordi dell’impianto

di terra. I tubi sono isolati internamente. Può esistere un imp. di prot.catodica.

b) acquedotto: isolare al bordo con un tratto isolante 10 m circa.c) rotaie: traversine in legno e giunti isolati del tratto di binario.d) recinzioni: conduttore interrato esterno a 1 m dal bordo recinzione,

interrato a 0,5 m, collegato alla terra generale se vicino, collegato a terralocale se lontano. Interrompere continuità pannelli metallici recinzionecon pilastrini isolanti.

e) cancelli: se nell’ambito della rete di terra generale, asfaltare min. 5 cm; sefuori dalla rete ed elettrificato, alimentare con trasformatore di isolamento.

f) superfici pedonabili: asfaltare tutta la zona di recinzione (anche pietrisco).

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IIa parteEsempioperativi

Fig. 47

Isolare il supportoinfluenzato dal campodel dispersore e per maggioresicurezza, utilizzare in uscita flange isolanti

Isolare il tratto uscente dal campodi influenza del dispersoreper un tratto complessivo di almeno 10 m.

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

10 m

isolante

Isolare la soglia con uno stratodi bitume di almeno 5 cm

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

5 cm

Fig. 48

Fig. 49

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IIIa

par

tePrevenzione della corrosione mediante protezione catodica

– Concettualità sulla diversa natura della corrosione– Criteri generali di protezione catodica– Esempi di protezione catodica– Normativa vigente

Tratto dagli atti del IV Seminario BTicino.Si ringrazia per la collaborazione:Prof. S. Dubini

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IIIa parte PremessaLa corrosione delle strutture metalliche esposte ad un ambiente aggressivoè un fenomeno diffusissimo su cui si sono, da sempre, concentrati moltisforzi miranti a contenerlo.Dopo una rassegna sui principali processi di corrosione relativi ai metalli, siconsidera la metodica innovativa della protezione catodica, presentando irisultati oggi ottenibili e discutendo i limiti ed i pregi della metodica stessa.L’articolo si conclude con la rassegna dei pochi riferimenti normativi, oggipresenti nel nostro Paese.

CorrosioneSi intende per corrosione l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono,per lo più spontaneamente, fra un materiale e l’ambiente, tali da provocareun graduale degrado dei materiale stesso. Fra i vari processi di corrosionedi interesse tecnologico, riveste una particolare importanza quello deimetalli, che costituisce il tema dei presente lavoro. La caratteristica deimetalli di corrodersi dipende essenzialmente dalle proprietà chimiche deimetallo e dall’aggressività dell’ambiente. Tuttavia tutti i processi di corro-sione si sviluppano con reazioni elettrochimiche, nelle quali lo scambio dicariche elettriche costituisce l’indispensabile ingrediente della reazione.

Nel caso dei metalli, le cariche elettriche necessarie alla reazioneelettrochimica della corrosione sono forniti dagli elettroni più esterni degliatomi, che normalmente partecipano a tenere uniti i vari atomi dando luogoalla struttura metallica. Se attraverso meccanismi, che saranno visti inseguito, tali elettroni sono allontanati dalla loro primitiva funzione, l’atomodi metallo si trasforma in ione libero, cioè non più legato alla strutturametallica. Lo ione ha la possibilità di migrare nell’ambiente ed è destinatoben presto a legarsi chimicamente con altre sostanze presenti nell’ambien-te stesso, dando luogo tipicamente a ossidi od a sali.

Corrosione chimicaPer la corrosione chimica è indispensabile che il metallo si trovi in contattocontemporaneamente sia con l’ossigeno che con l’acqua.In ambito tecnologico il principale agente aggressivo è l’ossigeno discioltonell’acqua, quasi sempre presente nell’ambiente, a cui si aggiungono conminor importanza (almeno nei casi ordinari)l’anidride carbonica, l’anidride solforosa, il cloruro di sodio, ecc. Per questomotivo “l’ambiente”, nell’accezione fin qui usata, è assimilabile chimica-mente ad una “soluzione”. In termini chimici la reazione di corrosione,schematizzata in fig. A

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IIIa parte Fig. A

può essere descritta come l’insierne delle seguenti due reazioni mutuamenteindispensabili, che - se riferite ad esempio al ferro - danno luogo a:

reazione anodica Fe ––> Fe++ + 2ereazione catodica O2 + 2H2O + 4e– ––> 4(OH)–

Globalmente le due reazioni danno luogo alla reazione di corrosioneespressa da:

2Fe + O2+ 2H2O ––> 2Fe (OH)2

che produce idrossido ferroso, detto comunemente “ruggine”, che, stac-candosi dal metallo, lo espone di nuovo all’attacco chimico dell’ambienteesterno.Si sottolinea ancora che le reazioni anodica e catodica sono reciprocamen-te indispensabili nel senso che gli elettroni prodotti da una reazione sonoindispensabili all’altra reazione. Ne deriva conseguentemente che il proce-dere di una reazione è condizione indispensabile per il procedere dell’altra.Se la probabilità di accadere di tali reazioni è pressoché uniforme per tuttala superficie metallica, la corrosione sarà uniformemente distribuita sullasuperficie. In condizioni pratiche i siti di corrosione e la sua velocitàdipendono dalla quantità di ossigeno che raggiunge la superficie metallica.Da qui discende la pratica dì proteggere la superficie metallica in modo taleda impedire l’apporto di ossigeno e perciò la reazione catodica.

Una protezione superficiale dei metallo, notoriamente molto diffusa, è laverniciatura che però altera le caratteristiche elettriche della superficiemetallica. Analogamente i prodotti della corrosione (ossidi o sali) alteranole caratteristiche superficiali dei metallo. Ad esempio alcuni ossidi possonoavere caratteristiche meccaniche non compatibili con la superficie deimetallo (come ad esempio nel caso della ruggine) per cui appena prodottacade, lasciando nuda la superficie metallica che così é nuovamenteesposta all’attacco corrosivo.In altri casi le caratteristiche meccaniche dei composto sono compatibilicon la superficie metallica così da aderirvi in modo compatto, creando unfilm di passività che può proteggere il metallo, come per esempionell’ossidazione anodica dell’alluminio.

Schematizzazione della reazioneelettrochimica di corrosione diun metallo

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IIIa parte I film di passività possono crearsi spontaneamente sotto l’effetto corrosivodell’ambiente, come - ad esempio - nel caso dei rame, oppure essereprodotti con processi tecnologici, come nell’ossidazione anodica dell’allu-minio.Una caratteristica rilevante delle superfici passivate è che nel caso didiscontinuità della medesima, si crea una zona anodica di superficie moltoridotta che deve fornire elettroni alla zona catodica ovviamente moltoestesa.Ne segue che, a parità di effetto aggressivo dell’ambiente, si produce unacorrosione concentrata nella piccola zona anodica, come schematizzato infig. B.

Fig. B

Schematizzazione del processodi corrosione concentrato nellazona di discontinuità dello stratodi passivazione

Un analogo fenomeno dì concentrazione della corrosione e di rilevanteimportanza in elettrotecnica è schematizzato in fig. C, nella quale è raffi-gurata una dispersione di terra in contatto con due strati di terreno a diversapermeabilità di ossigeno, come tipicamente uno strato superficiale disabbia e uno strato più profondo di argilla.L’importanza di questo esempio risiede nel fatto che a volte tali condizioniparticolarmente sfavorevoli sono inconsapevolmente realizzate dagli stessiinstallatori dei dispersori .

In questo caso, lo strato sabbioso superficiale maggiormente a contattocon l’atmosfera e spesso molto umido favorisce la reazione catodicadell’ossigeno che richiama elettroni dalla reazione anodica cheprobabilisticamente è localizzata nella porzione di terreno argillosoanaerobico più umido a causa dei drenaggio dei sovrastante strato sabbio-so.Conseguenza di tale meccanismo è una corrosione concentrata in unapiccola zona che in alcuni casi è in grado, nei volgere di pochi anni, diinterrompere il dispersore stesso.

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IIIa parte Fig. C

Schematizzazione del processodi corrosione concentrato nelterreno a ridotta permeabilitàdi ossigeno

Corrosione battericaCome abbiamo visto, la corrosione chimica è sostenuta dall’ossigenodisciolto in acqua di cui il terreno è sempre impregnato. Ne segue che inambienti anaerobici, ovvero privi di ossigeno, non si dovrebbe svilupparealcuna corrosione.L’osservazione invece segnala in questi ambienti una intensa corrosioneche raggiunge addirittura il millimetro per anno, dovuta a una particolarefamìiglia di batteri solfato-riduttori che si sviluppa preferibilmente proprio inquesto ambiente.Il meccanismo di azione di questi batteri è quello di permettere la formazio-ne di atomi di idrogeno nascente, indicati con H’ (termodinamicamente.non possibile in assenza di attività microbiologica) e la successiva riduzionedei solfati a solfuri.

Il punto di partenza ‘ è la reazione anodica che, seriferito al ferro, risulta essere:

Fe ––> Fe++ + 2e–

Gli elettroni “e-” liberati si combinano con gli ioni di idrogeno semprepresenti nelle soluzioni neutre, dando luogo a:

2H+ + 2e– ––> H2

Page 75: Impianti Di Terra - Bticino

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IIIa parte In presenza di batteri riduttori, la molecola di idrogeno viene scissa, controogni previsione termodinamica, in atomi di idrogeno molto attivi (H-),secondo la reazione:

H2 ––> 2H°

da cui la produzione dello ione soifo S---secondo la reazione:

SO– – + 8H° ––> S– – + 4H2O

Lo ione solfo è molto attivo e si lega con lo ione ferro della reazione anodica,formando il solfuro ferroso FeS che precipita, secondo la reazione:

Fe++ + S– – ––> FeS

Se poi l’ambiente è umido, come spesso accade, lo ione ferro reagisce conil radicale OH dando luogo all’ idrossido ferroso, secondo la reazione:

3Fe++ + 6(OH)– ––> 3Fe (OH)2

Corrosione galvanicaL’attitudine dei metalli di passare dallo stato di atomo metallico a ione,perdendo un certo numero di elettroni, non è uguale per tutti i metalli.Questa caratteristica elettrochimica è chiamata “nobiltà dei metallo” el’elencazione dei metalli per grado decrescente di nobiltà prende il nome di"scala delle nobiltà”.Anche le scale delle nobiltà non sono costanti ma dipendono moltosensibilmente dal particolare ambiente aggressivo in cui è inserito ilmetallo. Da qui la comodità di riferirsi a scale di nobiltà tipiche per ambientidi uso pratico, come ad esempio l’ambiente marino, l’ambiente umido, ecc.In tab. D è riportata la scala delle nobiltà termodinamica (ovvero espressain termini energetici assoluti) e la scala delle nobiltà pratica in ambienteumido per i principali metalli di uso pratico. Il significato chimico-fisico dellanobiltà di un metallo è quindi la sua capacità di resistere alla corrosione inambiente aggressivo.

Tab. D – Confronto fra le scale dinobiltà termodinamica e la scaladi nobiltà in ambiente umido peri principali metalli di uso pratico

NOBILTÁ TERMODINAMICA NOBILTÁ IN AMBIENTE UMIDOORO OROMERCURIO TITANIOARGENTO MERCURIORAME ARGENTOCARBONIO STAGNOPIOMBO RAMENICHEL ALLUMINIOFERRO CROMOSTAGNO FERROZINCO NICHELCROMO CARBONIOMANGANESE PIOMBOALLUMINIO ZINCOTITANIO MANGANESE

Page 76: Impianti Di Terra - Bticino

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IIIa parte Facendo riferimento alla scala della nobiltà termodinamica della tab.4 sideduce che l’oro e l’argento sono metalli molto nobili quindi incorrodibili,mentre il ferro, lo zinco o l’alluminio sono metalli poco nobili e quindifacilmente corrodibili.Tuttavia considerando la scala della nobiltà pratica in ambiente umido sirilevano ribaltamenti di alcuni metalli molto significativi, come ad esempioper il titanio che, pur essendo un metallo poco nobile termodinamicamente,è in ambiente umido pressoché incorrodibile. Ciò è dovuto allo strato dipassività che si crea spontaneamente in ambiente umido, che risulta esseremolto compatto e stabile e che protegge il metallo sottostante dall’ulterioreaggressione dell’ambiente. Un fenomeno analogo si verifica anche perl’alluminio ed il cromo che per questa ragione sono utilizzati come elementibase delle leghe inossidabili.

La scala delle nobiltà consente di comprendere le ragioni di un particolaretipo di corrosione che si verifica quando due metalli diversi, in contattoelettrico, sono esposti ad un ambiente aggressivo. Tale tipo di corrosioneprende il nome di “corrosione galvanica” o dei sinonimo di “corrosione dicontatto”. In questo caso anche se i due metalli sono uniformementeesposti all’azione aggressiva dell’ambiente, la reazione anodica si concen-trerà sul metallo meno nobile, sul quale perciò si concentrerà la corrosione,producendo pertanto gli elettroni richiamati dalla reazione catodica dell’os-sigeno.

In fig. E è riportata la schematizzazione di tale reazione riferita alla coppiadi metalli molto usata ferro-zinco. In questo caso lo zinco essendo, fra i due,il metallo meno nobile, fornirà gli elettroni necessari alla reazione catodica.

Lo zinco sarà l’unica metallo a corrodersi “proteggendo” il ferro; per questomotivo nelle corrosioni galvaniche il metallo meno nobile prende anche ilnome di “elemento sacrificale”. A tale tipo di protezione si dà anche il nomedi “protezione catodica passiva”.

Fig. E

Schematizzazione del fenomenodella corrosione galvanica. Lacorrosione si concentra sulmetallo meno nobile che, perquesto motivo, si chiama anche"sacrificale"

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IIIa parte Corrosione per correnti disperseIn ambito tecnologico assumono una importanza particolare fenomeni dicorrosione che non sono supportati dalle reazioni elettrochimiche visteprecedentemente ma che sono provocate da differenze di potenziali incorrente continua che si creano nel terreno e che portano il metallo ad unpotenziale superiore di quello dell’ambiente in cui è immerso. In questocaso il metallo è spinto a perdere elettroni passando da atomo metallico aione secondo lo schema classico della reazione anodica già vista, dandoluogo ad un processo di corrosione schematizzato In fig. F.

Fig. F

Schematizzazione della corro-sione per corrente vagante

Le differenze di potenziale che si creano nei terreni sono generalmenteindicate con il termine di “campi elettrici dispersi” a cui corrispondono lecosì dette “correnti vaganti”.Le correnti vaganti di maggiore importanza, ai fini di tali processi corrosivi,sono prodotte principalmente dagli impianti di trazione a rotaia in correntecontinua (ferrovie, tranvie, metropolitane) e in prossimità delle sottostazionidi alimentazione e dei binari.Per farsi un’idea dell’entità dei fenomeno corrosivo, si consideri che unacorrente continua di 1 A in un anno produce la corrosione di circa 9 kg. diferro.

La corrente alternata non dovrebbe provocare corrosione, se non in piccolamisura e durante il solo semiperiodo positivo. Tuttavia può accadere cheparticolari terreni, a causa della formazione di alcuni ossidi, presentino uneffetto raddrizzante della corrente alternata, creando correnti vaganti incontinua. In pratica la corrente alternata produce corrosione in misura di100 volte meno della corrispondente corrente continua.

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IIIa parte Protezione catodicaPer “protezione catodica attiva” o più semplicemente per “protezionecatodica” di un metallo immerso in un ambiente aggressivo si intendel’applicazione di una differenza di potenziale continua di valore e segno taleda rendere termodinamicamente impossibile la reazione anodica sul metal-lo da proteggere, bensì concentrarla su un altro elettrodo.

La protezione dei metallo mediante l’apporto di elettroni provenienti dalmetallo sacrificale considerato in fig E, è qui costituita dall’apporto dielettroni forniti direttamente dalla tensione continua esterna applicata aimetallo da proteggere, come schematizzato in fig. G.

Fig. G

Principio di funzionamento dellaprotezione catodica dei metalliin ambiente aggressivo

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IIIa parte In questo caso la corrente che scorre, che essendo imposta dall’estemoviene chiamata “corrente impressa”, polarizza sempre il metallo da proteg-gere in modo che la corrosione sia concentrata sull’elettrodo anodicosacrificale.Il valore della tensione impressa Ei risulta essere la somma algebrica deiseguenti termini:

Ei = – Ema + RI

dove:

Emc è il contributo termodinamico dei metallo da proteggere sotto forma didifferenza di potenziale della interfaccia metallo soluzione;

Ema è, analogamente, il contributo termodinamico dei metallo dei dispersoreanodico;

RI rappresenta la caduta di tensione per effetto resistivo dei mezzointerposto fra metallo da proteggere e dispersore anodico, dovuta allacorrente impressa I.

Il valore di R dipende essenzialmente dalla geometria dei sistema, in quantola resistenza dei mezzo interposto fra i due metalli dipende molto sensibil-mente dalla estensione dei dispersore e molto meno dalla distanza e dallaresistività dei terreno. Infatti con considerazioni analoghe a quelle addotteper la determinazione della resistenza di terra di un dispersore, anche inquesto caso si può dimostrare che le cadute di tensione dovute allaresistenza dei terreno, si concentrano in prossimità dell’anodo in quanto viè un affollamento di linee di corrente. Ad una certa distanza dall’anodo,dell’ordine dei metro, le linee di corrente si allargano impegnando unasezione utile dei terreno estremamente ampia cos5 da compensare anchei ridotti valori di resistività. Ne segue che per i sistemi di protezione usuali,la caduta di tensione di origine resistiva si può ritenere essere concentrataper il 90% nella immediata prossimità dei dispersore anodico e globalmen-te risulta essere pressoché indipendente dalla effettiva distanza che separail metallo da proteggere dal dispersore anodico.

All’atto pratico, le tensioni impresse utilizzate sono ben superiori di quellededucibili per via teorica, comunque dell’ordine dei volt (tipicamente da 1a 1,4 V). Anzi la determinazione teorica dei valore della tensione impressaè solo orientativa, mentre il valore di esercizio è determinato caso per casoin via sperimentale tenendo anche conto delle variazioni stagionaii eclimatiche. L’ottimizzazione dei valore di tensione impressa avviene ancheper aggiustamenti successivi, nel generale tentativo di rendere massimi ivantaggi attesi e minimi gli inevitabili svantaggi. Per determinare orientativa-mente il valore della tensione impressa Ei si seguono normalmente iseguenti criteri:

Emc, Ema dipendono essenzialmente dalla natura dei metalli. I valori dipolarizzazione riscontrati nei terreni di composizione usuale riferitiall’elettrodo di riferimento Cu/CuS4 saturo sono riportati in tab. H.

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IIIa parte

Tab. H – Potenziali dipolarizzazione in terreni di piùcomune composizione misuratirispetto l'elettrodo di riferimentodi Cu/CuSO4 saturo

Metallo mVManganese – 1.700 ÷ – 1.500Zinco – 1.000 ÷ – 950Acciaio zincato – 950 ÷ – 800Acciaio in calcestruzzo – 800 ÷ – 250Acciaio nudo – 550

Ri si determina partendo dalla resistenza elettrica presente fra metallo daproteggere e dispersore anodico e facendo scorrere una corrente diprotezione i cui valori tipici sono riportati in tab. I.

Tab. I – Densità di corrente diprotezione per varie tipologiedi terreno

Interfaccia metallo-ambiente mA/m2

Acciaio – terreno neutro 5 ÷ 15– terreno neutro ben areato 20 ÷ 30– terreno acido 50 ÷ 160– acqua dolce 50 ÷ 160– acqua di mare 50 ÷ 270– calcestruzzo 5 ÷ 15

Inconvenienti della protezione catodicaCome è già stato appena accennato, la protezione catodica non è priva diinconvenienti. Di seguito si segnaleranno i principali.

InterferenzaSe nello spazio circostante il dispersore anodico interessato dal campoelettrico prodotto dalla tensione impressa si dovesse trovare una strutturametallica estranea, come ad esempio una tubazione, essa stessa diventasede di una reazione anodica su cui si concentra un intenso fenomenocorrosivo.

In fig. J è schematizzata tale situazione e ai fini della comprensione deifenomeno si può notare che il campo elettrico che interessa la tubazioneestranea può essere assimilato ad una seconda batteria virtuale E* cheimpone una seconda tensione impressa” (anche se inferiore a quellaeffettiva mente applicata). Tale batteria virtuale partecipa anch’essa allaprotezione dei metallo da proteggere ma espone alla reazione anodicacorrosiva la struttura estranea.

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IIIa parte Fig. J

Fenomeno dell'interfaccia diuna struttura metallica estraneache si trova coinvolta dal campoelettrico provocato dalla tensio-ne impressa

Per evitare un tale inconveniente si adottano i seguenti provvedimenti,meglio se applicati congiuntamente:

– assicurarsi che in prossimità dei dispersore anodico collegato allatensione impressa non vi siano strutture metalliche estranee;

– isolare elettricamente le strutture metalliche estranee con strati dimateriale molto aderente e non poroso (tipicamente catrame, resine,ecc.) in modo da garantire anche nel lungo periodo una altissimaresistenza elettrica fra massa metallica estranea e terreno circostantecon l’effetto di annullare la componente non voluta della correnteimpressa, come riportato in fig. K.

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IIIa parte Fig. K

Necessità di isolare con guaineaderenti le strutture metallicheestranee che si trovano inprossimità dei campi elettricigenerati dalla protezionecatodica attiva

Effetto elettro-osmoticoLa determinazione della più idonea tensione impressa dipende, come vistoprecedentemente da R; la quale a sua volta dipende dalla umidità deiterreno immediatamente circostante il dispersore anodico.Il campo elettrico in prossimità dei dispersore, allontana le molecoled’acqua per effetto elettroosmotico. Tale allontanamento è in parteriequilibrato dall’apporto di nuova acqua richiamata per capiliarità dalterreno, tuttavia in condizioni particolari anche di tipo meteorico, si posso-no creare situazioni di essiccazione dei terreno tali da innalzare sensibil-mente il valore di R e perciò vanificare l’effetto della protezione anodicaanche se il valore di tensione impressa risulta immutato. Poiché l’allonta-namento dai terreno delle molecole d’acqua e l’opposto fenomeno dirichiamo di acqua per capiliarità evolvono verso una situazione di equilibrio(uguaglianza fra le quantità di acqua allontanate e richiamate), occorreeffettuare la misura di R in condizioni di equilibrio e correggere conseguen-temente nel tempo il valore della tensione impressa.

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IIIa parte

Fig. L

Necessità di isolare con guaineaderenti le strutture metallicheestranee che si trovano inprossimità dei campi elettricigenerati dalla protezionecatodica attiva

Esempi di protezione catodicaLa protezione catodica mediante tensione impressa, si può applicare solonei casi in cui la struttura da proteggere è abbastanza circoscritta geometri-camente e nei casi in cui è possibile portarla ad un potenziale diverso daquello di terra senza violare i requisiti di sicurezza elettrica.Per quanto riguarda la necessità di una contenuta estensione geometrica,si considerino i risultati poco incoraggianti descritti in letteratura [31 sullaprotezione catodica dei cavi delle reti di media tensione rivestiti in piomboa diretto contatto con il terreno. Infatti una tale struttura metallica daproteggere ha una superficie cosi grande e risulta così diffusa da presentareuna bassa resistenza verso terra.In queste condizioni è inevitabile cadere in situazioni dì eccessiva correntedi protezione in prossimità dei dispersore anodico e di numerose interferen-ze con altre strutture metalliche presenti nel terreno, che derivano versoterra quote sempre più significative di corrente impressa in circuiti nonvoluti ed estranei alla struttura da proteggere (fig. L).

In queste situazioni è pressoché impossibile prevenire l’insufficiente prote-zione anodica di qualche tratto della struttura metallica da proteggere oltreche ad esporre a corrosione le numerose masse estranee secondo ilmeccanismo già visto in fig. J.

Migliori risultati si ottengono riducendo la resistenza verso terra dellastruttura metallica da proteggere in modo che buona parte della correnteimpressa attraversi la struttura da proteggere.

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IIIa parte Le applicazioni oggi più consolidate della protezione catodica sono:

– Schermatura metallica dei cavi elettrici in posa terrestre con guainaesterna isolante aderente ma soggetta a lesionarsi. In questo caso,mostrato in fig. M

Fig. M

Protezione catodica attiva diuna struttura metallica rivestitada una guaina isolante aderente

occorre conciliare le due opposte esigenze: da una parte la messa a terradella schermatura metallica dei cavo per evitare sovratensioni in caso dicedimento dell’isolamento fondamentale e dall’altra parte una relativamen-te alta resistenza verso terra per rendere praticabile la protezione catodica.

Il metodo utilizzato in questi casi prevede l’inserimento di una resistenza dishunt nell’ordine di 10–2 Ω fra schermatura dei cavo e dispersore di terra efar attraversare detta resistenza da una corrente in corrente continuadell’ordine di un centinaio dì ampere in modo da ottenere una adeguatatensione impressa.

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IIIa parte – Tubazioni interrate di contenuta estensione, come ad esempio reti ditubazioni all’interno di uno stabilimento, riportate in fig. N

Fig. N

Protezione catodica attivadi una struttura metallica inparte non accessibile (trattointerrato ed in parte accessibile)

Anche in questo caso occorrono resistenze verso terra relativamente altecui si applicano tensioni impresse esterne. Tuttavia è opportuno segnalareche sono ricorrenti occasioni in cui è necessario collegare a terra in modofranco almeno una parte della rete, come ad esempio il trattodell’attraversamento aereo di un corso d’acqua, oppure gli organi motoriz-zati come pompe, valvole, ecc.In questi casi l’obbligo assoluto di collegare a terra le parti metallicheaccessibili e le masse, viene risolto separando elettricamente le partimetalliche accessibili da quelle interrate. ti metodo più comune è l’uso digiunti isolanti a monte ed a valle le parti da collegare a terra e ricreare lacontinuità elettrica della parte interrata mediante un collegamento elettrico.Si segnala nuovamente che la protezione di reti interrate molto articolate,come ad esempio nelle reti urbane di gas o di acqua, è un problema moltodifficile in cui le difficoltà sopra riferite sono amplificate a dismisura. Infattila necessità di un adeguato isolamento verso terra, di giunti isolanti versole varie utenze, di sezionamenti elettrici lungo il percorso, ecc., configuranoun quadro ad alto rischio per una valida protezione catodica, vanificata perlo più anche dalle molteplici occasioni di accidentali collegamenti con altrestrutture metalliche estranee che per i fenomeni discussi in fig. J sonoperciò soggette a fenomeni provocati di corrosione.

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IIIa parte – Strutture metalliche accessibili necessariamente connesse allarete di terra. Per proteggere catodicamente le strutture metallicheaccessibili, come ad esempio un serbatoio riportato in fig. O

Fig. O

Protezione catodica attivadi una struttura metallicaaccessibile

che necessariamente devono essere connesse a terra, l’accorgimentoprospettato è quello di connetterle separatamente all’impianto di terragenerale, con una resistenza la più elevata possibile, ma comunquerientrante nei limiti prescritti dalla vigente normativa tecnica. Contempora-neamente occorre disporre il dispersore catodico in modo tale che risultimassima la porzione di corrente impressa che attraversa la struttura daproteggere rispetto alla quota di corrente che attraversa inevitabilmente ilcollegamento di terra. Nella misura in cui si riesce a rispettare questecondizioni, si ottiene la protezione della struttura con una corrente prossi-ma a quella strettamente necessaria e nel contempo si evita che le massemetalliche accessibili siano ad un potenziale troppo diverso da quello diterra.

Si segnala che la soluzione qui prospettata può creare problemi, ancheinsormontabili, con la protezione della struttura metallica alle scaricheatmosferiche laddove si prescrive un collegamento a terra con resistenzaminima.

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IIIa parte Normativa vigente in tema di protezione catodicaCome ben noto la messa a terra a scopo protettivo delle masse (definitedall’art. 2.1.26 della Norma CE] 64-8) è un fondamentale accorgimento perottenere la sicurezza elettrica, sancito dalla normativa CEI.Per quanto riguarda il valore della resistenza di terra in bassa tensione, ènoto che il valore dì 20 Ω previsto dal DIVI 54711955 è superato dallasuccessiva e più corretta prescrizione dell’art. 5.4.06 della Norma CEI 64-8che prescrive per la resistenza di terra RT il valore:

RT ≤ 50/I

ove I è il valore in ampere di intervento degli organi di protezione a 5 s.

Nessuna prescrizione invece risulta esserci nella nostra normativa, sulledistanze di rispetto tra il dispersore di terra degli impianti di bassa tensionee le altre strutture interrate non collegate al sistema di terra, se non ilriferimento dell’art. 9.1.02 della Norma CEI 64-8 che richiama il problemasuggerendo che “devono essere prese precauzioni per ridurre i danni che,per effetto elettrolitico, l’impianto di terra può eventualmente arrecare adaltre parti metalliche interrate nelle vicinanze dei dispersore”.

La tecnica della protezione catodica, sebbene non definita da alcunanormativa nazionale, è esplicitamente citata in varie occasioni dalla NormaCE] 64-2 che recependole peculiari esigenze della protezione catodicaemenda alcuni concetti basilari sulla messa a terra.Infatti l’art. 14.1.05 prevede per la “struttura protetta catodicamente consistema a corrente impressa” la “messa a terra e la connessioneequipotenziale” con sistemi “compatibili con la protezione catodica stes-sa”, esplicitando meglio con l’art. 14.1.05b che prevede che per “le partimetalliche protette catodicamerrite con sistema a corrente impressa ...possono essere considerate efficacemente a terra anche se non collegateintenzionalmente a terra”, purché beninteso “la resistenza verso terra siaadeguata alla protezione contro i contatti indiretti”Infine, molto appropriatamente l’art. 14.2.04 ricorda che “non sono impostilimiti al valore della resistenza del dispersore di terra”.Tuttavia in considerazione dei fatto che la protezione catodica si staprogressivamente affermando quale valida metodica per prevenire lacorrosione, almeno in alcune situazioni, si sente sempre più la necessità diuna normativa specifica che fissi i requisiti ed i criteri di buona tecnica perquesto settore non ancora adeguatamente normato.

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IIIa parte Bibliografia

1. Seminario BTicinoIntervento Prof. S. Dubini.

2. A.W. HAMLIN“Altemating current corrosion”.Materials Protection, jan. 1986.

3. D.E. SIMMONS“Corrosion problems of electric utilities”.Materials Protection, feb. 1966.

4. E. FUCINI“Un particolare aspetto della manutenzione della rete interurbana:provvedimenti preventivi e correttivi contro le corrosioni dei cavisotterranei”.Rendiconti della LXIX Riunione annuale AEI, 1968.

5. P. ANELLI, G. LUONI“Armor corrosion in singie core submarine as cables”.IEEE PES Winter Meeting, 1976.

6. R. W. HYMES“Lead sheat cable corrosion cause and prevention”.IEEE PES Winter Meeting, 1978.

7. W. D. LAWSON“Corrosion control for pipe type cable sistems”.IEEE PES Winter Meeting, 1978.

8. L. LAZZARI, P. PEDEFERRI“Protezione catodica”. CLUP, Milano, 1981.

9. J.A. HANCK, G. NEKOKSA“Guidelines for corrosion control of direct buried concentric neutralcables”Materials Performance, mar. 1984.

10. P. PEDEFERRI“La corrosione delle armature nel calcestruzzo”.in: Corrosione e protezione di strutture metalliche e in cemento armatonegli ambienti naturali, CLUP, Milano, 1987.

11. B. BAZZONI“La protezione catodica”.in: Fenomeni di corrosione connessi con le prese di terra degli impiantielettrici, AEI, Milano, 10 dicembre 1987.

12. Norma CEI 64-8“impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 Vin corrente alternata e a 1500 V in corrente continua”.2a edizione, giugno 1987.

13. Norma CEI 64-2“impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione”.dicembre 1990.

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Ap

pen

dic

i

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Appendici Natura del terrenoIl terreno comunemente inteso viene considerato elettricamente condutto-re e convenzionalmente assunto a potenziale zero in ogni punto.

La sua resistività (o resistenza specifica) ne caratterizza il comportamentoelettrico. La resistività del terreno è un dato essenziale per il calcolo ancheapprossimato della resistenza di terra. Per calcoli impegnativi è essenzialeuna misura sul campo.

Di seguito è riportata una tabella con valori orientativi della resistività.

Fig. 50

rocce cristallineanidriti/salgemma

terreno paludosoargille

marnearenarie argillose

gessiscisti argillosi

calcare quarziferoaltre arenarie

granito e grèsghiaia

terreno sabbioso umidocalcare

terreno sabbioso secco

calcestruzzo umidoacqua di fiume (lago)

terreno paludosoargille

marnearenarie argillose

gessiscisti argillosi

calcare quarziferoaltre arenarie

granito e grèsghiaia

terreno sabbioso umidocalcare

terreno sabbioso secco

calcestruzzo umidoacqua di fiume (lago)

10 20 50 100 200 500 1000 ρ (Ω . m) 10000

RESISTENZE SPECIFICHE ρ DI TERRENI DI NATURA DIVERSA

0

rocce cristallineanidriti/salgemma

Sopra 0° C la resistività si può considerare costante. Sotto 0° C, alcontrario, si hanno forti aumenti, anche del 400-500 %. E’ quindi moltoimportante installare il dispersore sotto il livello di congelamento delterreno, ad almeno 0,5 m sotto il piano di campagna.

La misura della resistività si effettua col metodo dei 4 picchetti, per esempioil metodo di Wenner. Con questo metodo si misura a diverse profondità delterreno. Per misure su aree molto estese è consigliabile effettuare numerosisondaggi, sia orizzontali che verticali, in modo da interssare il terrenoalmeno fino ad una profondità pari alla massima diagonale del dispersore.Conviene utilizzare le disposizioni combinate di Wenner e Schlumberger,opportunamente integrate. Si veda TNE 9/95.

Col metodo di Wenner si ha:

ρ = 2πaR (Ω.m)

con: R = resistenza misurata all’ohmetro in ohma = distanza fra i picchetti in metri

In questa formula la resistività è quella misurata alla profondità a.

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Appendici Tabelle dispersori

Fig. 51

Materiale Isolamento e formazioneconduttore

PVC EPR-XLPE G2

uníp. multip. unip. multip. unip. multipn

Rame 143 115 176 146 166 135

Alluminio 95 74 116 94 110 87

Materiale Isolamento e formazioneconduttore

Ordinarie Con pericolo di incendioTf=200°C Tf=150°C

Rame 159 138

Alluminio 105 91

Ferro 58 50

Corrente convenzionale di fusione If dei fusibili tipo qG (norma CEI 32-1)

Corrente nominale In (A)

Corrente convenzionale lf (A)

* Ne consegue, con riferimento alla tabella, che i fusibili proteggono le condutture aventi come minimo leseguenti portate lz.

Corrente nom. In dei fusibile

Portata min. Iz della conduttura

10 16 25 32 40 50 63

19* 28* 40 51 64 80 100

10 16 25 32 40 50 63

13,1 19,3 27,6 35,2 44,2 55,2 69

Esempio: un cavo con sezione 2,5 mm2 e portata di 19A non può essere protetto da un fusibile da 16A ma

richiede un fusibile da 10A

Nota: Valori consueti anche se non normalizzati.

Fig. 52

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Appendici Fig. 53 Resistenza di terra dei dispersori

L

S

Rd = 0,8ρL

(per L/S = 30÷40)

L

Picchetti

Corda ρL

(per L = 5÷30)

L2

L1ρ

L1+L2

(per L1/L2 = 0,7÷1,5)

L2

L1 ρ

Anello

Maglia

L1+L2

Rd = 2,5~

Rd = 2~

Rd = 0,8~

Calcolo della resistenza del dispersore amaglia (Guida CEI 64-12)

r

r = raggio del cerchio che circoscrive la maglia di terra

Rd =ρm

4 r

ρm = resistività media del terreno

Fig. 54

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Massima corrente di cortocircuito ammessa nei dispersori

Appendici Tipo di elettrodo Dimensioni Sezione Correnteacciaio/zinco K 78 mm mm2 secondi kA

nastro 30x30,5 105 2 5,8

nastro -30x30,5 105 1 8,2

nastro 30x30,5 105 0,50 11,6

tondino D=8 50 2 2,8

tondino D=8 50 1 3,9

tondino D = 8 50 0,50 5,5

tondino D=1 0 78,50 2 4,3

tondino D=10 78,50 1 6,1

tondino D=10 78,50 0,50 8,7

cordato 50 2 2,8

cordato 50 1 3,9

cordato 50 0,50 5,5

picchetto a tubo D = 40 SP = 2,5 294 2 16,2

picchetto a tubo D = 40 SP = 2,5 294 1 23,0

picchetto a tubo D = 40 SP = 2,5 294 0,5 32, 5

picchetto massiccio D = 20 314 2 17,3

picchetto massiccio D = 20 314 1 24,5

picchetto massiccio D = 20 314 0,50 34,6

Tipo di elettrodo Sezione Corrente

rame K = 229 mm2 secondi kA

cordato 35 2 5,7

cordato 35 1 8,0

cordato 35 0,50 11,3

Altre sezioni normalmente usate

cordato 50 2 8,1

cordato 50 1 11,5

cordato 50 0,50 16,2

cordato 70 2 11,3

cordato 70 1 16,0

cordato 70 0,50 22,7

cordato 95 2 15,4

cordato 95 1 21,8

cordato 95 0,50 30,8

Tempo prot.

Tempo prot.

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200 315 500

27,3 18,5 11,2

10,1 6,13 3,4

PkVA 25 50 100 160 250 400 630

Xt (mΩ) 166 97 54 34 22 14 9

Rt (mΩ) 162 63 25,5 13,3 7,6 4,2 2,4

Icco (kA) 0,95 1,9 3,8 6,1 9,5 15,2 23,9

Appendici Esempio di calcolo di ZgSi consideri un impianto industriale alimentato con propria cabina ditrasformazione MT/BT. Di tale impianto si prende in considerazione unalinea alimentata dal quadro elettrico generale di cabina, che a sua voltaalimenta un sottoquadro di reparto. Si vuole proteggere la linea inquestione con un interruttore automatico magnetotermico Megatiker MA2507314NA/250. Occorre verificare la protezione contro i contatti indiretti perguasto a terra sulle sbarre del sottoquadro di reparto.

Dati per il calcolo

Interruttore Megatiker 7314NA/250

Regolazione sganciatori termici 0,64-1 InRegolazione sganciatori magnetici 3,5-10 InIcu 36 kAIcs 100 % Icu

Trasformatore

Dyn 400 kVA 15/0,4 kV serie 24 kV perdite ridottePo = 940 WPcc = 4800 W a 75° Cvcc% = 6 %Io% = 1,2 %

Cavi

Linea da trasformatore a QEG: FG7R 3x1x240 mm2+N 120 mm2 (Iz =0,85x607 = 515 A a 45° C). Lunghezza 12 m. Protezione 7613NA/500.

Linea da QEG a sottoquadro: FG7R 3x1x95 mm2+N 50 mm2 lunghezza 80 m.

PE da trasformatore a QEG: N07V-K 120 mm2 lunghezza 12 m.

PE da QEG a sottoquadro: N07V-K 50 mm2 lunghezza 80 m.

Calcoli

Impedenza del trasformatore

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Appendici Rt si può calcolare con la formula:Rt = (V2n)2 Pcu/Pn2 • 1000 (mΩ)

Xt si può calcolare con la formula:Xt = √[(vcc%2 x V2n4 / 10.000 Pn2) - Rt2] (mΩ)

Dove: V2n è in V, Pn in kVA, Pcu in W

Nel nostro caso dalla tabella si ricava: Rt = 7,6 mΩ Xt = 14 mΩ

Impedenza delle linee

Tratto trasf. QEG: cavo FG7 240 mm2 R = 0.104 mΩL 12 m: R1 = 0.104x12 = 1,24mΩ

X = 0,08 mΩX1 = 0,08x12 = 0,96 mΩ

PE N07V-K 120 mm2: Rpe = 0,193 mΩRpe1 = 0,193x12 = 2,31 mΩX = 0,083 mΩXpe1 = 0,99 mΩ

Tratto QEG/sottoquadro: cavo FG7 95 mm2: R = 0,26 mΩR2 = 0,26x80 = 20,8 mΩX = 0,083 mΩX2 = 0,083x80 = 6,64 mΩ

PE N07V-K 50 mm2: R = 0,46 mΩRpe2 = 0,46x80 = 36,8 mΩX = 0,093 mΩXpe2 = 0,093x80 = 7,44 mΩ

Calcolo dell’impedenza dell’anello di guasto

R tot = Rt+R1+R2+Rpe1+Rpe2 = 7,6+1,24+20,8+2,31+36,8 = 68,75 mΩ

X tot = Xt+X1+X2+Xpe1+Xpe2 = 14+0,96+6,64+0,99+7,4 = 29,99 mΩ

Ztot = √Rtot2 + Xtot2 = 75 mΩ

Ig = Uo/Ztot = 230x/75 = 3,06 kA

Ia = (3,5-10) In = 875 - 2500 A tempo di intervento < 0,02 s

La protezione contro i contatti indiretti è assicurata.

Calcolo della tensione di contatto Uc

Uc = 0,8 Uo/(1+Zf/Zpe)

Zf = √(Rt+Rl+R2)2 + (Xt+X1+X2)2 = 36,67 mΩ

Zpe = √(Rpe1+Rpe2)2 + (Xpe1+Xpe2)2 = 40 mΩ

Uc = 0,8 x 230/(1+ 36,67/40) = 96 V

Tenuto conto del tempo di interruzione, non sussistono pericoli per lepersone.

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Appendici La nuova Norma CEI 11-1 IX edizione e il concetto di terraglobaleNel territorio di competenza degli Enti che gestiscono le reti di distribuzionedell’energia elettrica esistono impianti di terra assai estesi, che praticamen-te coincidono con l’intero territorio urbano. Si pensi che, per eseguiremisure di terra in tali reti l’elettrodo di riferimento viene spostato fino a50 km dalle città (la distanza corrisponde, grosso modo, a 5 volte il diametromax dell’impianto).

La misura di R di terra nei centri urbani fornisce valori non significativi,mentre l’anello di guasto ha resistenza sempre inferiore all’ohm.

Ciò comporta un fatto estremamente significativo: il sistema TT non esistepiù, eccezion fatta per i centri rurali alimentati con trasformatori da palo opiccole cabine isolate. Di fatto, nei centri urbani ci si trova in un sistema TNimproprio, nel quale cioè manca un collegamento metallico intenzionale fragli impianti di terra dell’Utenza e quelli del Distributore, ma esiste uncollegamento di fatto dovuto alla estrema vicinanza, quando non allasovrapposizione, dei due impianti.

Le conseguenze di questa situazione sono allo studio, ma in parte costitu-iscono già norma, e possono essere così schematicamente riassunte:

– l’impianto di terra dell’Utente è all’interno di un impianto di terra globale– la verifica delle tensioni di passo e contatto è inutile, trovandosi gli

impianti all’interno di una rete magliata. Provvedimenti cautelativi posso-no dover essere assunti, eventualmente, ai bordi della maglia.

Il fatto più rilevante per la certificazione dell’esecuzione a regola d’arte di unimpianto di terra è che essa può fare riferimento ad un progetto-tipo cheabbia avuto successo.Ne consegue, di fatto, che l’accesso all’impianto di terra globale dovràessere concesso all’Utenza dall’Ente distributore. Le procedure sono incorso di definizione. Esistono ovviamente molti motivi di contrasto, poichèl’Ente non ha alcun interesse a dover garantire la sicurezza dei propriimpianti di terra, ma ciascuno dovrà presto assumere le proprie responsa-bilità.

E’ obiettivamente difficile per l’Ente fornire un valore esatto del valore diresistenza di terra globale, ed occorrerebbe altresì individuare il rapporto frala parte di corrente che non va a terra e la parte di corrente che invece vaa terra, per calcolare il valore della tensione totale di terra. Questo valore èaltresì complesso da definire, e dovrebbe anch’esso essere fornito dall’En-te. In considerazione di queste difficoltà reali, dovremo attenderepresumibilmente ancora un certo tempo per stabilire con i vari Enti rapporticostruttivi e non conflittuali: tuttavia sarebbe già sufficiente che l’Entedichiarasse il priprio impianto come sicuro per mettere l’Installatore alriparo da complessi calcoli e lungaggini di ordinaria burocrazia.

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Professional Club

Appendici Con la presa d’atto dell’esistenza dell’impianto di terra globalel’Utente (e diconseguenza l’Installatore) non avrà solo vantaggi, ma certamente almenoun problema in più: l’aumento considerevole della corrente di guasto aterra. Le protezioni differenziali datate di qualche decennio, con potere diinterruzione di circa 500 A, andranno (anzi, sono già) in crisi. In aiutoall’Installatore si sono mosse per tempo le maggiori Case Produttrici, conBticino in testa, immettendo sul mercato protezioni differenziali pure aventiIcu = 6 kA. L’associazione con protezioni termomagnetiche conferisce,com’è noto, alle protezioni differenziali la stessa Icu del magnetotermicoassociato, togliendoci le castagne dal fuoco (si veda in proposito il CorsoProfessional Club relativo alle caratteristiche dei componenti).

Certamente, con l’aumentare della corrente di guasto a terra e tenuto contodelle considerazioni espresse esaminando il sistema TN, si potrebbe pen-sare ad una protezione differenziale ad alta sensibilità in via di estinzione.All’Installatore più preparato non sfuggirà, tuttavia, la funzione nuova cheil differenziale assumerà, anzi, ha già di fatto assunto: quella di relè selettivoall’interno dell’ impianto elettrico. All’interno dei sistemi di III categoria, laprotezione omopolare ha già questa funzione, strategica per l’individuazionerapida del guasto ed il ripristino tempestivo del servizio.Nei luoghi con pericolo di esplosione e a maggior rischio di incendio essaè già riconosciuta come provvedimento contro l’innesco dell’incendio (enella IV edizione della Norma CEI 64-8 la sensibilità è stata ridotta da 0,5 a0,3 A).Negli impianti ordinari il differenziale perderà, forse, il proprio ruolo disalvavita almeno per quanto riguarda i contatti indiretti, ma certamentecontribuirà alla ricerca dei guasti in maniera rapida ed affidabile: non sidimentichi che, a differenza dell’interruttore magnetotermico, il differenzia-le è assai facilmente verificabile.

Questo nuovo ruolo che la protezione differenziale va assumendo gradual-mente nella coscienza dell’Installatore, nel contesto della terra globaleprobabilmente diverrà ancor più importante di quello rivestito fino ad oggi.