IMPIANTO DI TERRA. Limiterò le mie considerazioni solo agli impianti di terra destinati a svolgere una funzione di protezione contro l'elettrocuzione.

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1 L'impianto di terra ha una duplice funzione: protezione funzionale IMPIANTO DI TERRA La prima classificazione è ulteriormente suscettibile di suddivisione. Gli impianti di terra, infatti, possono svolgere funzione di: protezione delle persone contro l'elettrocuzione; protezione delle persone e delle cose contro i danni conseguenti ad una fulminazione di origine atmosferica. Limiterò le mie considerazioni solo agli impianti di terra destinati a svolgere una funzione di protezione contro l'elettrocuzione. Una corretta progettazione a cui segue una altrettanto corretta realizzazione di un impianto di terra scaturisce in primis dalla corretta applicazione delle norme vigenti, ma ancor più importante è aver ben chiara la sua funzione. In parole povere occorre saper rispondere a domande apparentemente banali del tipo: A che serve?, Cosa succede in sua assenza? Etc. Mi sembra ovvio, ma, repetitia juvant, sottolineare che la funzione dell'impianto di terra cambia in relazione alle caratteristiche circuitali del sistema elettrico in cui si opera. E' facile convincersi agevolmente di tale affermazione, basta aver ben in mente, nel caso di guasto a terra, i differenti percorsi seguiti dalla corrente di guasto, in relazione alle modalità di messa a terra del neutro. Per quanto concerne la BT, il valore della resistenza di terra, nei sistemi TT è importante, infatti dal suo valore dipende il verificarsi o meno dell'esatto coordinamento tra la resistenza di terra e la soglia di intervento dei dispositivi di protezione chiamati ad aprire automaticamente i circuiti attivi. Poiché la protezione dai guasti a terra viene attuata nel 99,99% dei casi con dispositivi differenziali e avendo per essi la possibilità di utilizzare soglie d'intervento molto basse, il valore della resistenza di terra può anche essere molto elevato, senza che ciò vada a scapito della sicurezza delle persone; nei sistemi TN, è addirittura ininfluente ai fini della protezione contro le tensioni di contatto. Infatti, è risaputo che affinché le tensioni di contatto siano contenute entro i limiti imposti dalla curva di sicurezza, occorre contenere il valore dell'impedenza dell'anello di guasto, il quale coinvolge la parte metallica dell'impianto di terra e non il terreno in cui si trova; nei sistemi IT, infine, l'impianto di terra svolge una funzione secondaria, in occasione del primo guasto a terra, consentendo lo scorrere di deboli correnti capacitive, per poi farsi conduttore, attraverso anche il terreno, del secondo guasto a terra tra due fasi diverse. Per quanto concerne, invece, la MT e l'at, l'impianto di terra svolge un ruolo strategico per quanto concerne la distribuzione sul terreno, sulle masse e sulle masse estranee dei potenziali che nascono come conseguenza di un guasto omopolare a terra. Limitiamo, per adesso le nostre considerazioni ai sistemi BT. In figura è riportata la schematizzazione dei collegamenti di un impianto di terra in BT. Al fine di evitare fraintendimenti vediamo il significato dei vari termini: Impianto di terra: è un sistema formato da parti conduttrici (conduttori di protezione PE, conduttori equipotenziali principali EQP, conduttori equipotenziali supplementari EQS, conduttore di terra CT, dispersori intenzionali DA, dispersori naturali DN, ), con lo scopo di vincolare al potenziale di terra alcune parti dell'impianto e degli utilizzatori elettrici (centro stella dei trasformatori, masse, masse

2 estranee); Terra: è il terreno, sia come luogo, che come materiale conduttore, di diversa natura, il cui potenziale elettrico, in ogni punto, è convenzionalmente uguale a zero. Dispersore: è un corpo conduttore in contatto elettrico col terreno, direttamente o per mezzo di altri elementi conduttori (per esempio, il calcestruzzo di una fondazione). Può essere intenzionale DA, ossia interrato volutamente per ridurre il gradiente di potenziale sulla superficie del terreno, piuttosto che per ottenere un definito valore di resistenza di terra dell'impianto; oppure può essere un dispersore di fattodn, in quanto si trova a contatto con il terreno, seppure il suo scopo iniziale non era la messa a terra. Possono essere dispersori di fatto: gli elementi metallici delle fondazioni e pavimentazioni, comprese le armature del calcestruzzo; le camicie metalliche dei pozzi d'acqua; le tubazioni metalliche o di altri fluidi e i tubi portacavi, se a contatto col terreno; i serbatoi metallici, per la parte di essi a contatto col terreno; la parte interrata dei sostegni metallici o in calcestruzzo armato. Anche gli schermi e le armature dei cavi elettrici possono svolgere la funzione di dispersore. Collettore o nodo principale di terra CT: è un elemento (morsetto, barra) che consente il collegamento al dispersore delle seguenti parti: conduttori di protezione; conduttore di terra; conduttori equipotenziali; Conduttore di protezione PE: è un elemento conduttore destinato a svolgere funzioni protettive contro le tensioni di contatto. Esso realizza il collegamento delle seguenti parti: masse, masse estranee, collettori di terra, dispersori. Sono conduttori di protezione anche i conduttori di terra ed equipotenziali. Conduttore di terra CT: è la porzione di conduttore di protezione che collega a un dispersione una parte (collettore o nodo di terra) in cui confluiscono più elementi che devono essere messi a terra, oppure che collega tra loro più dispersori. Il conduttore di terra trova posto al di fuori del terreno, oppure se interrato deve essere isolato dal terreno (diversamente diverrebbe anch'esso un elemento dispersore).

3 Conduttore equipotenziale: è un conduttore di protezione destinato ad assicurare il collegamento equipotenziale tra masse e masse estranee. Esistono due tipi di conduttore equipotenziale: i conduttori equipotenziali principali EQP, che realizzano le connessioni alla base dell'edificio, solitamente al nodo principale di terra (il quale a sua volta è collegato all'elemento dispersore dell'impianto); i conduttori equipotenziali supplementari EQS, che realizzano le connessioni a livello locale (per esempio tra le tubazioni metalliche di un bagno comprendente un bagno o una doccia); Massa M: è una parte conduttrice che ha in qualche modo a che fare con i circuiti attivi di un sistema elettrico, indipendentemente dal valore di tensione di quest'ultimo. Massa può essere un elemento - la custodia, un sostegno, una parte meccanica mobile o altro di un componente elettrico, piuttosto che una tubazione, una canaletta, una mensola, interessate dal passaggio di cavi. Se non esistono condizioni particolarmente spinte di isolamento (doppio isolamento o isolamento rinforzato) che lo impediscano o almeno lo rendano assai improbabile, in caso di guasto la parte attiva dei circuiti può entrare in contatto con la parte passiva, conduttrice, trasferendo con ciò su di essa il suo potenziale. La massa quindi, che in condizioni ordinarie non si trova in tensione, lo può essere in condizioni di guasto. Perché questo fatto crei dei problemi ai fini della sicurezza delle persone è necessario che la parte metallica denominata massa sia accessibile, vale a dire a portata di mano durante il servizio ordinario degli impianti elettrici; ovvero comunque raggiungibile, per esempio mediante l'uso di una scala o di un ponteggio. Le norme non considerano massa una parte metallica protetta da un involucro o da una barriera saldamente fissati, oppure rimovibili solo grazie all'uso di un attrezzo. Purché l'involucro o la barriera non debbano essere rimossi per consentire l'esercizio ordinario. Tali parti, se possono andare in tensione per cedimento dell'isolamento principale, vengono denominate parti intermedie. Inoltre, non deve essere considerata massa una qualsiasi parte metallica solo perché in contatto con una massa. Ad esempio, la mensola di sostegno di una canaletta metallica portacavi non diviene massa per il semplice fatto che la canaletta metallica (questa sì massa) vi si trova appoggiata sopra. Massa estranea ME: è una parte conduttrice che non ha nulla a che fare con l'impianto e i componenti elettrici, ma che essendo con il terreno in un determinato punto, è in grado di introdurre quel potenziale in altri ambiti per il tramite della sua conduttività. Tipiche masse estranee possono essere gli elementi metallici(sostegni, infissi, cornici, etc.) facenti parte di strutture dell'edificio, oppure condutture metalliche dell'acqua, dell'aria compressa, del riscaldamento, del gas e altro. Una struttura metallica va considerata massa estranea quando presenta verso terra un valore di resistenza minore di 1000 ohm se si trova in ambienti ordinari; oppure inferiore a 200 ohm se si trova in ambienti particolari, quali bagni con doccia o vasca, cantieri edili, industrie zootecniche, locali medici. Questi due valori, 1000 e 200 ohm, hanno un significato ben preciso. Essi sono stati assunti dai normatori come valori standard della resistenza verso terra del corpo umano, quando sono state tracciate le curve di sicurezza, le quali assumono un valore limite di tensione pari a 50 V per gli ambienti ordinari e 25 V per quelli particolari. Dunque, se una persona tocca una massa accidentalmente in tensione e ha i piedi appoggiati a terra, la tensione di contatto viene applicata al suo corpo con in serie 1000 oppure 200 ohm. Ed è per questa eventualità che viene dimensionato il sistema di protezione contro i contatti indiretti. La situazione è invece soggetta a peggiorare nel caso la persona fosse in contatto con una parte metallica il cui valore di resistenza verso la terra di riferimento è inferiore a 1000 o 200 ohm. Il sistema di coordinamento non offrirebbe più le dovute garanzie.

4 Da qui la necessità di equipotenzializzare rispetto alle masse, tutte le parti metalliche (masse estranee) che presentano verso terra una resistenza inferiore a 1000 o 200 ohm. DIMENSIONAMENTO DELL'IMPIANTO DI TERRA L'impianto di terra delle utenze MT/BT deve essere unico. A esso devono essere connessi le seguenti parti: i centri stella dei trasformatori; le masse e le masse estranee di tutti i sistemi; gli SPD; i sistemi di protezione contro le scariche atmosferiche; i sistemi di protezione contro le scariche elettrostatiche; i sistemi antidisturbo. Gli scopi di un impianto di terra possono così riassumersi: deve avere una sufficiente resistenza meccanica e alla corrosione dovuta agli agenti chimici presenti nell'aria e nel terreno; deve essere in grado di sopportare l'impatto termico dovuto alle più elevate correnti prevedibili; deve essere in grado di garantire la salvaguardia delle persone contro le tensioni di contatto che si manifestano in occasione dei guasti a terra; deve garantire un'adeguata tenuta, sia termica che elettrodinamica, se utilizzato anche ai fini della protezione contro le scariche atmosferiche; DIMENSIONAMENTO DEL DISPERSORE La tabella 2 della norma CEI 11-1 riporta le dimensioni minime che devono avere i dispersori intenzionali. Tali dimensioni minime sono dettate da considerazioni in ordine alla resistenza meccanica e contro la corrosione. Dipendono dal tipo di materiale e dalla sua conformazione (corda, barra, etc). Fatto salvo poi il rispetto delle dimensioni minime, la sezione del dispersore deve essere calcolata in relazione all'entità e alla durata della corrente di guasto a terra, onde evitare che un eccessivo surriscaldamento provochi : la riduzione della resistenza meccanica del materiale; danni al materiale circostante (calcestruzzo, isolante, etc.) DIMENSIONAMENTO DEL CONDUTTORE DI TERRA Nei sistemi AT e MT il dimensionamento del conduttore di terra si esegue allo stesso modo di quello visto per il dispersore. In particolare, per quanto concerne le sezioni minime, per garantire una sufficiente resistenza meccanica e alla corrosione dei conduttori di terra, la sezione minima non deve mai essere inferiore ai seguenti valori: 16 mmq per i conduttori in rame; 35 mmq per i conduttori in alluminio; 50 mmq per i conduttori di acciaio. E' bene precisare che il conduttore di terra non deve essere in alcun punto a contatto con il terreno, altrimenti diviene un elemento dispersore e valgono per esso le dimensioni minime riportate nella tabella 2. Nei sistemi BT, ovvero nella parte di impianto di terra non coinvolta dai guasti a terra sulle apparecchiature o linee di media o alta tensione, la sezione del conduttore di terra non deve essere di norma inferiore alla più elevata fra quelle dei conduttori di protezione presenti tra le masse e il collettore o nodo di terra. DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI DI PROTEZIONE Il conduttore di protezione PE collega la massa dell'utenza elettrica al collettore o nodo

5 dell'impianto di terra. Esso può viaggiare nello stesso condotto dei conduttori di energia o in modo indipendente. I conduttori di fase portano energia all'utenza, i conduttori di protezione portano sicurezza, perciò è importante che il PE non venga mai interrotto. La sezione minima del PE non deve essere inferiore a : 2,5 mmq se è previsto un qualche tipo di protezione meccanica; 4 mmq se non è prevista alcuna protezione meccanica. La sezione del PE in relazione alla sezione del conduttore di fase va scelta secondo la seguente tabella: Sf<= 16 mmq Spe=Sf 16<Sf<= Spe=16mmq S>35mmq Spe=Sf/2 DIMENSIONAMENTO DEI CONDUTTORI EQUIPOTENZIALI La norma CEI 11-1 raccomanda che i conduttori equipotenziali relativi agli impianti di centrali, stazioni e cabine abbiano una sezione non inferiore a quella dei conduttori di terra, al fine di garantire la resistenza meccanica e alla corrosione. Ossia: 16 mmq se in rame; 35 mmq se in alluminio; 50 mmq se in acciaio. D'altra parte la guida CEI consiglia di uniformare a 25 mmq la sezione dei conduttori equipotenziali principali EQP in rame le masse estranee che collegano le masse estranee direttamente a un collettore di terra. Per i conduttori equipotenziali supplementari EQS è necessario fare una precisazione: se il conduttore EQS collega tra loro due masse, la sua sezione non deve essere inferiore a quella del conduttore di protezione più piccolo; se il conduttore EQS collega una massa a masse estranee, la sua sezione non deve essere inferiore alla metà del conduttore di protezione in partenza dalla massa. La sezione minima di un conduttore EQS in rame non deve comunque essere mai inferiore a 2,5 mmq se è prevista una protezione meccanica, oppure di 4 mmq se non è prevista alcuna protezione meccanica. Per quanto concerne, invece, gli EQP, la norma CEI 64-8 art prescrive che la sezione minima di un conduttore EQP non sia inferiore alla metà di quella del conduttore di protezione di sezione più elevata nell'impianto, con un minimo di 6 mmq e un massimo di 25 mmq se di rame o 50 mmq se in acciaio zincato.

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