IMPIANTI DI TERRA Appunti a cura dell Ing. Emanuela Pazzola Tutore del corso di Elettrotecnica per meccanici, chimici e biomedici A.A.

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1 IMPIANTI DI TERRA Appunti a cura dell Ing. Emanuela Pazzola Tutore del corso di Elettrotecnica per meccanici, chimici e biomedici A.A. 2005/2006 Facoltà d Ingegneria dell Università degli Studi di Cagliari

2 CAPITOLO 9. IMPIANTI DI TERRA 9.1 Generalità pag SISTEMA TT pag SISTEMA TN pag SISTEMA IT pag METODO PER LA MISURA DELLA RESISTENZA DI TERRA pag. 5 1

3 CAPITOLO 9 IMPIANTI DI TERRA 9.1 Generalità Per impianto di terra si intende un sistema limitato localmente, costituito da dispersori o da parti metalliche in contatto con il terreno (dispersori), da conduttori di terra e da conduttori equipotenziali (cfr capitolo Impianti di messa a terra). La messa a terra dell impianto consiste nel collegare parte di un impianto elettrico o di un apparecchiatura ad un impianto di terra allo scopo di : Proteggere le persone dallo shock elettrico (messa a terra di protezione); Consentire il corretto funzionamento degli impianti e dei suoi componenti elettrici (messa a terra di funzionamento); Consentire lavori di manutenzione in sicurezza. Il generico sistema di distribuzione in BT posto a valle della cabina di trasformazione MT/BT (fig. 13) è composto da tre conduttori di fase più un conduttore di neutro collegato al centro stella del trasformatore. Fig. 1 Cabina di trasformazione MT/BT In relazione allo stato del neutro ed alla situazione delle masse i sistemi elettrici sono individuati con due lettere. La prima lettera indica lo stato del neutro: T = neutro connesso a terra; I = neutro isolato da terra. La seconda lettera indica la situazione delle masse metalliche: T = masse collegate a terra; N = masse collegate al neutro. Si distinguono perciò tre tipi diversi di sistemi di distribuzione: 2

4 9.2 SISTEMA TT Nel sistema TT il neutro è collegato direttamente a terra e le masse sono collegate ad un impianto di terra locale, elettricamente indipendente da quello del neutro (vedi fig.14). Normalmente la resistenza terra-neutro R TN è molto minore della resistenza terrautilizzatore R TU. Tale sistema è utilizzato nella alimentazione della rete pubblica. Fig. 2 Sistema di distribuzione TT 9.3 SISTEMA TN Nel sistema TN il neutro è collegato direttamente a terra, mentre le masse sono collegate al conduttore di neutro. Si distinguono i seguenti tipi di sistemi TN, a seconda che i conduttori di neutro e di protezione siano separati o meno: TN-C: i conduttori di neutro e di protezione sono in comune (fig. 15); TN-S: i conduttori di neutro e di protezione sono separati (fig. 15); Il conduttore che svolge la funzione sia di conduttore di neutro (N) che di conduttore di protezione equipotenziale (PE) assume la denominazione di conduttore PEN. Il sistema di distribuzione TN è tipico degli impianti aventi una propria cabina di trasformazione. 3

5 Fig. 3 A sinistra: Sistema di Distribuzione TN-C,a destra Sistema di Distribuzione TN-S. 9.4 SISTEMA IT Nel sistema elettrico IT il neutro del trasformatore è isolato da terra oppure collegato a terra attraverso un impedenza di valore sufficientemente elevato, mentre tutte le masse sono collegate a terra (fig. 16). Tale sistema di distribuzione, che non prevede in genere l interruzione dell alimentazione dopo un primo guasto, viene attuata quando esistano particolari esigenze di continuità di servizio. Nella pratica, negli impianti aventi tensione nominale di 230/400 V, si raccomanda di scegliere una resistenza avente valore dell ordine di qualche centinaio di Ω (CEI 64/ ). Fig. 4 Sistema di distribuzione IT 4

6 9.5 METODO PER LA MISURA DELLA RESISTENZA DI TERRA Il parametro fondamentale per la determinazione della resistenza di terra è la resistività del terreno, la quale assume in generale valori molto elevati e comunque variabili a seconda della percentuale di sali e di umidità del terreno stesso. Da quanto detto risulta del tutto evidente come sia importante, per il calcolo della resistenza di terra, determinarne con una buona precisione il valore medio. Il terreno svolge la funzione di conduttore elettrico quando a due elettrodi (dispersori) conficcati nel terreno è applicata una d.d.p.. Ogni porzione elementare del terreno offre una resistenza tanto più piccola quanto più è lontana dal dispersore (per la verifica si è usato un dispersore emisferico di raggio r 0 (fig. 5) perché ad una certa distanza, qualunque sia la forma del dispersore, le linee equipotenziali diventano emisferiche). Si dice resistenza di terra R t la somma delle resistenze elettriche elementari di queste porzioni di terreno. Ad una certa distanza dal dispersore la sezione diventa così grande che la resistenza è pressoché nulla, mentre, nelle immediate vicinanze, le sezioni attraverso le quali la corrente fluisce si rimpiccioliscono e la resistenza aumenta. Le seguenti considerazioni si basano sul presupposto che il terreno sia omogeneo e che la sua resistività sia costante in tutti i suoi punti. Normalmente, inoltre, si trascura l effetto reattivo, supponendo prevalente quello resistivo. Per quanto detto sopra si definisce equivalente emisferico di un dispersore, qualsiasi dispersore di forma emisferica avente la stessa resistenza. Fig. 5 Andamento del potenziale nel terreno per un elettrodo emisferico 5

7 Misurando la tensione che si stabilisce tra due elettrodi sufficientemente lontani, dopo aver iniettato nel terreno una corrente costante, si ottiene un andamento del tipo indicato in figura. Fig. 6 Tensione di terra di elettrodi emisferici installati a grande distanza La differenza di potenziale tra l elettrodo e un qualsiasi punto lontano a potenziale zero è detta tensione di terra o tensione totale di terra. La resistenza di terra è legata alla U t e alla corrente iniettata nel terreno per mezzo della nota relazione: La relazione di cui sopra ha validità di carattere generale e quindi anche per elettrodi di forma diversa. La misura della resistenza di terra del dispersore viene comunemente effettuata mediante il metodo volt-amperometrico, secondo quanto prescritto dalla norma CEI 64/8 All. B. 6

8 Il metodo consiste nel fare passare una corrente alternata di valore costante fra il dispersore D ed una sonda di corrente T 1 posta ad una distanza da D tale che le zone di influenza dei due dispersori non si sovrappongano. La sonda di corrente T 1 si può ritenere in genere sufficientemente lontana quando sia posta ad una distanza almeno cinque volte la dimensione massima di D: questa, nel caso D sia un semplice dispersore a picchetto, può assumersi pari alla sua lunghezza. La sonda di tensione T 2, situata al di fuori delle zone di influenza di D e T 1, consente di misurare la tensione totale di terra, come illustra la fig. 7. Il rapporto delle indicazioni del voltmetro e dell'amperometro fornisce il valore della resistenza di terra. Per verificare che la resistenza di terra sia un valore corretto, si fanno altre due misure con la sonda di tensione T 2 spostata di qualche metro, rispettivamente più lontana e più vicina rispetto a D. Se le tre misure sono sostanzialmente le stesse, si prende come resistenza di terra del dispersore D la media dei tre. Se non c è tale accordo, le prove vengono ripetute con la distanza D e T 1 aumentata. Fig. 7 Misura della resistenza di terra In genere l'insieme dei due strumenti utilizzati per la misura sono inglobati in un unico apparecchio, comunemente denominati Megger, Tellurometri, Terrohmetri. Durante la prova si preferisce iniettare una corrente alternata, poiché la misura in corrente continua potrebbe essere influenzata da forze elettromotrici di origine voltaica presenti nel terreno e da eventuali correnti vaganti. 7

9 La precisione della misura dipende fortemente dalle posizioni reciproche dei dispersori. Il dispersore ausiliario T1, se posto troppo vicino al dispersore in prova, non permette una corretta misura della resistenza di terra; la tensione Ut è infatti dovuta soltanto ad una porzione di terreno posta intorno al dispersore in prova. Affinché la misura sia corretta, la sonda di tensione T2 deve essere posta in un punto a potenziale zero (fig. 8). Fig. 8 Misura della resistenza di terra Se invece la sonda T2 é troppo vicina a D, la tensione misurata é inferiore a Ut, (esattamente U1) e la misura risulta errata per difetto. 8

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