SICUREZZA ELETTRICA collegamento a terra degli impianti elettrici

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1 SICUREA ELERICA collegamento a terra degli impianti elettrici classificazione dei sistemi elettrici in basa al collegamento a terra sistemi, -C,-S,I corrente di impiego collegamenti equipotenziali guasto a terra delle linee M bobina di etersen impianto di terra per impianto di terra si intende un sistema limitato localmente, costituito da parti metalliche in contatto con il terreno chiamate dispersori, da conduttori di terra e da conduttori equipotenziali per terra, si intende un punto convenzionale a cui si attribuisce potenziale zero 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 la distribuzione di energia elettrica alle utenze viene fatta in B (bassa tensione) a partire da una cabina di distribuzione sede di un trasformatore di A (alta tensione) o M (media tensione) in B 2

2 sistema di distribuzione in B il generico sistema di distribuzione in B posto a valle della cabina di trasformazione è composto da tre conduttori di fase L,, più un conduttore di neutro collegato al centro stella del trasformatore L A-M B (400V) L il neutro, può essere può essere connesso a terra isolato da terra cabina di trasformazione A-M/B 3 configurazioni dei sistemi di distribuzione 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: neutro connesso a terra I neutro isolato da terra o connesso a terra tramite impedenza (bobina di etersen) la seconda lettera indica la situazione delle masse metalliche: masse collegate a terra masse collegate al neutro in relazione alla tipologia di distribuzione si distinguono tre tipi diversi : neutro e masse metalliche collegate direttamente a terra : neutro a massa e masse metalliche collegate al neutro -C : conduttore neutro e conduttore E (rotection ) collegati (E) -S : conduttore neutro e E separati I : neutro isolato o collegato a terra tramite impedenza e parti metalliche collegate a terra 4 2

3 sistema nel sistema (terra-terra) il neutro è collegato direttamente a terra e le masse sono collegate tramite un conduttore di protezione indicato con la sigla E (rotective ) di colore giallo/verde ad un impianto di terra locale, elettricamente indipendente da quello del neutro il conduttore E avendo il compito di collegare le masse ai dispersori di terra, non deve mai essere sezionabile normalmente la resistenza terra-neutro R è molto minore della resistenza terra utilizzatore R U questo sistema è obbligatorio in Italia per tutte le utenze private in B L E R R U sistema di distribuzione 5 sistema in caso di guasto in un sistema in caso di un guasto di isolamento all interno di un apparecchio si determina la creazione di un circuito di guasto in cui la corrente di guasto a terra è limitata essenzialmente dalle serie delle resistenze R +R U essendo trascurabili le impedenze delle linee di collegamento e supponendo nulla quella di guasto interno (guasto franco) dei due impianti di terra è generalmente R U >R e può accadere che l elevato valore della resistenza totale del circuito di guasto determini una corrente di guasto talmente piccola da non far intervenire l interruttore di protezione all inconveniente si pone rimedio inserendo in linea un interruttore differenziale L I F E perdita di isolamento fra e massa metallica R R U circuito di guasto a terra di un sistema 6 3

4 sistema nel sistema (terra-neutro) il neutro è collegato direttamente a terra, mentre le masse sono collegate al conduttore di neutro in aggiunta al conduttore di neutro in questo sistema esiste un ulteriore conduttore di protezione E proveniente dalla cabina di trasformazione a seconda che i conduttori di neutro e di protezione E siano separati o meno si distinguono i seguenti tipi di sistemi: -C: i conduttori di neutro e di protezione sono in comune -S: i conduttori di neutro e di protezione sono separati il conduttore che svolge la funzione sia di neutro che di conduttore di protezione equipotenziale E assume la denominazione di conduttore E. il sistema di distribuzione è tipico degli impianti aventi una propria cabina di trasformazione. 7 sistema : configurazione connessioni le configurazioni di un sistema possono essere schematizzate come segue L L E E R R sistema di distribuzione -C sistema di distribuzione -S nel sistema -C le masse sono direttamente collegate al neutro che, essendo anche il conduttore di protezione non deve essere sezionabile nel sistema -S invece il neutro non ha più funzione di protezione per cui può essere sezionabile ma va valutata la probabilità che esso vada in tensione mentre si opera sul circuito non sezionato 8 4

5 sistema in caso di guasto in un sistema in caso di un guasto di isolamento all interno di un apparecchio, si determina un cortocircuito tra fase e neutro il circuito di guasto non interessa il terreno e la corrente è limitata solo dalle impedenze della fase, del E e del guasto interno l impedenza totale può pertanto essere molto piccola, determinando una elevata corrente di guasto in grado di far intervenire l interruttore di massima corrente a protezione del circuito (interruttore magnetotermico) L I CC E cortocircuito fra e E perdita di isolamento fra e massa metallica R circuito di guasto a terra di un sistema 9 confronto fra i sistemi e in caso di guasto nel caso della perdita di isolamento di un conduttore la corrente nel sistema è minore di quella del sistema nel sistema infatti il guasto prova un corto circuito una condizione questa di massima corrente! L L I F E perdita di isolamento fra e massa metallica I CC E R R U R esempio di perdita di isolamento del conduttore nel sistema esempio di perdita di isolamento del conduttore nel sistema in generale, al di là delle diverse implementazioni, i sistemi offrono un grado di protezione superiore rispetto ai contro i guasti differenziali 0 5

6 sistema I nel sistema elettrico I (neutro isolato-terra) il neutro del trasformatore è isolato da terra oppure collegato a terra attraverso un impedenza di valore sufficientemente elevato (ordine dei kω), mentre tutte le masse sono collegate a terra tramite il conduttore E in questo caso il neutro essendo un conduttore attivo, deve essere sempre sezionabile L R U sistema di distribuzione I sistema I in caso di guasto in un sistema I in caso di guasto, a causa dell' "isolamento" del trasformatore, la corrente di guasto è in genere molto piccola e quindi non pericolosa l'interruttore di sicurezza non scatta e le altre utenze connesse alla rete continueranno ad essere alimentate il circuito di guasto si richiude attraverso le capacità parassite verso terra dei conduttori L resistenza di terra assente o impedenza capacità parassita perdita di isolamento fra e massa metallica R U circuito di guasto a terra di un sistema I 2 6

7 sistema I: considerazioni il vantaggio principale del sistema I è la maggiore continuità di servizio dovuta al fatto che un primo guasto a terra per difetto di isolamento genera una corrente di piccola intensità e non in grado quindi di far scattare dispositivi di interruzione dell alimentazione un secondo guasto o guasti successivi possono però generare un aumento della corrente con conseguente interruzione dell alimentazione questo significa che un sistema I deve prevedere un costante controllo dell isolamento delle parti attive verso terra la sua utilizzazione non è generalizzata e viene usato per l alimentazione di particolari sezioni di impianto in cui sono prevalenti le esigenze di continuità di servizio come ad esempio negli ospedali l esercizio di impianti alimentati con il sistema I è soggetto a numerose prescrizioni normative 3 4-B collegamenti equipotenziali funzione del conduttore di protezione E elementi di un impianto di terra tensioni e resistenze di terra impianti elettrici - 202/

8 collegamenti equipotenziali i collegamenti equipotenziali sono parte integrante dell'impianto di terra e sono costituiti da collegamenti con elementi che immettono corrente nel terreno gli elementi che immettono la corrente nel terreno si chiamano dispersori un esempio di dispersore e del collegamento al nodo di terra di un impianto elettrico è dato dalla seguente figura in cui il dispersore usato è di tipo a picchetto dispersore a picchetto 5 collegamenti equipotenziali i dispersori sono dunque conduttori in intimo contatto con il terreno, che offrono alla corrente una resistenza complessiva R dipendente dalla loro conformazione geometrica e dalla natura del terreno i dispersori possono essere artificiali (DA), cioè installati intenzionalmente (es. picchetti) o naturali (D), cioè naturalmente esistenti per esigenze diverse, ma perfettamente idonei a svolgere la funzione richiesta (es. ferri di fondazione) il conduttore di terra (C) collega i dispersori al collettore di terra (M), una piastra di ferro zincato, accessibile e facilmente ispezionabile ad M sono pure collegate le masse elettriche (M), cioè le parti metalliche dell'impianto elettrico che, per un difetto dell'isolamento principale, potrebbero assumere rispetto al terreno un potenziale pericoloso, e le masse estranee (ME), cioè i corpi metallici che, essendo in intimo contatto con il terreno ne introducono nell'edificio il potenziale, convenzionalmente nullo, rendendo pericoloso l'eventuale contatto dell'operatore tra esse e componenti in tensione dell'impianto elettrico 6 8

9 il conduttore di protezione E il conduttore di protezione E (rotective ) ha la funzione di convogliare le correnti di guasto, che si possono presentare sulle masse in caso di cedimenti degli isolanti, nei dispersori posti nel terreno. er questo motivo è necessario che tutte le masse M, le masse estranee ME ed i morsetti E delle prese di energia siano collegate, tramite il conduttore di protezione E, al collettore di terra. la sezione dei conduttori di protezione è determinata in funzione della sezione dei rispettivi conduttori di fase (vedi tabella ). Dai valori esposti nella tabella si può notare che per sezioni dei conduttori di fase fino a 6 mm 2 è sufficiente utilizzare conduttori di protezione di pari sezione, mentre per sezioni dei conduttori di fase più elevate è previsto l utilizzo di conduttori E di sezione non inferiore alla metà abella Sezione minima del conduttore di protezione E(mm 2 ) Sezione dei conduttori di fase dell impianto S(mm 2 ) Sezione minima del corrispondente conduttore di protezione E (mm 2 ) S<6 SpS 6<S<35 6 S>35 SpS/2 7 tipologia e dimensionamento del conduttore di protezione E corda nuda la sezione deve essere uguale al conduttore di fase. Se il diametro della fase è inferiore a 6 mm 2 il diametro minimo del C deve essere uguale o maggiore di 35 mm 2 con un filo elementare da,8, se il materiale è acciaio zincato il diametro minimo deve essere uguale a 50 mm 2. Se il diametro della fase è superiore a 35 mm 2 il diametro del C deve essere ridotto del 50% isolato e posato direttamente nel terreno la sezione deve essere uguale al conduttore di fase. Se il diametro della fase è inferiore a 6 mm 2, il diametro minimo del C deve essere uguale o maggiore di 6 mm 2, se il diametro della fase è superiore a 35 mm 2 il diametro del C deve essere ridotto del 50% isolato e posato in tubo protettivo la sezione deve essere uguale al conduttore di fase. Se il diametro della fase è superiore a 35 mm 2 il diametro del C deve essere ridotto del 50%. 8 9

10 struttura di un impianto di terra E M M EQS acqua calda tubo acqua Elementi di un impianto di terra M: massa elettrica ME: massa estranea M: collettore di terra E: conduttore di protezione C: conduttore di terra D: dispersore naturale (ferri di fondazione) DA: dispersore artificiale (barra di rame) EQ: collegamenti equipotenziali principali EQS: collegamenti equipotenziali secondari ME acqua fredda M C DA EQ tubo gas D 9 tensioni e resistenze di terra terreno dispersore V A V B U C U t U V C V D tensione totale di terra t A ( ) A U V V R U / resistenza di terra t t t tensione di contatto tensione a cui è soggetta una persona in caso di contatto indiretto tensione di passo tensione applicata tra i piedi in una persona posti alla distanza di un metro U U C V V A C I V V B D U U V t t 20 0

11 4-B guasti a terra delle linee M bobina di etersen impianti elettrici - 202/203 2 EURO COESSO A ERRA RAMIE BOBIA DI EERSE Direttiva EEL DK 5600 per C di M L obiettivo della connessione neutro-terra tramite la bobina di etersen è quella di minimizzare, se non annullare, la corrente di guasto omopolare fino a ridurla teoricamente a zero nel caso di corto circuito ovvero di guasto franco a terra E E 2 I g V tensione erra eutro E 3 g impedenza di guasto V g g I g corrente di guasto V L C C C V g E V bobina di etersen esempio di guasto omopolare sulla fase 22

12 CIRCUIO EQUIVALEE DI HEVEI er lo studio conviene riferirsi al circuito equivalente di hevenin visto dalla sezione di guasto verso il generatore. determinazione della tensione equivalente E E 2 E 3 E H E V V L C C C E H V 0 EH E 2. determinazione della impedenza equivalente V L C C C Ζ H H 3 jωc + jωl j(3ωc ωl ) 23 CIRCUIO EQUIVALEE DI HEVEI E H I g V H V g g Ε H E E H I g Vg E V V ωl 3ωC V g g Vg H E V E 3 jωc + jωl H I g j(3ωc ωl ) 24 2

13 confronto fra le correnti di guasto con bobina di etersen e neutro isolato caso guasto franco g 0 E H E H I g I g V ωl 3ωC V g g 0 V 3ωC V g g 0 linea con bobina di etersen linea con neutro isolato Ig EH E H j(3ωc scegliendo per la bobina di etersen il valore L 2 3ω C ωl (condizione di risonanza) ) EH I g H E j3ωc si ha l annullamento della reattanza e quindi si ottiene I g 0 si conclude quindi che in un guasto omopolare franco a terra la corrente di corto circuito si annulla in presenza della bobina di etersen aumenta all aumentare di C, ovvero all aumentare della lunghezza della linea con neutro isolato 25 3