Il finto TT. di Luigi Longari

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1 Il finto TT Pubblicato il: 07/07/200 Aggiornato al: 07/07/200 di Luigi Longari Il finto TT, qualora non sia rilevato dall intervento del dispositivo differenziale, non desta particolari preoccupazioni per le tensioni di contatto, se l edificio è dotato del collegamento equipotenziale principale. La situazione irregolare, quando non viene rilevata dal differenziale, deve essere diagnosticata tramite opportune verifiche.. Generalità Negli impianti elettrici, alimentati in bassa tensione dal Distributore Pubblico, viene generalmente utilizzato, salvo qualche caso con l uso del sistema IT, il modo di collegamento a terra TT : neutro e masse connessi a impianti di terra separati (figura ). Non è utilizzabile il sistema TN, poiché il Distributore pubblico non garantisce il neutro dall assunzioni di tensioni pericolose (le masse essendo collegate al neutro assumono il suo potenziale). Il sistema TT è caratterizzato dal fatto che la corrente di guasto verso terra, per un difetto di isolamento in una massa, assume un valore modesto in quanto è limitata dai valori della resistenza di terra del neutro e della resistenza dell impianto di terra delle masse, che presentano normalmente valori elevati; infatti l anello di guasto comprende i due impianti di terra su una parte del suo percorso. Fig.: Sistema TT La tensione di contatto, a cui è soggetta una persona, dipende dal valore della resistenza di terra del neutro del Distributore pubblico (sconosciuto) e della resistenza di terra dell impianto utilizzatore; è in genere difficoltoso contenere la tensione di contatto entro i valori di sicurezza, poiché la resistenza di terra dell impianto utilizzatore dovrebbe essere alquanto bassa (dell ordine del decimo di ohm) e pertanto per contenere la tensione entro i valori ammessi (0 V e 2 V per gli ambienti particolari) deve essere adottata generalmente la protezione differenziale. Comunque in un Sistema TT, in determinate situazioni originate da errate realizzazioni, da difetti o guasti negli apparecchi utilizzatori, da scelte del Distributore, può essere presente una connessione accidentale tra il conduttore di protezione (PE) ed il neutro, realizzando di fatto un sistema TN o meglio un finto TT.

2 2. Origine e relative implicazioni La situazione non è affatto rara ed eccezionale e può verificarsi: in un singolo impianto utilizzatore per un guasto, per un collegamento errato tra il neutro ed il conduttore di protezione o per l inversione tra i due conduttori, quando non sono rispettati i codici dei colori blu chiaro per il neutro e giallo-verde per il conduttore di protezione; in un edificio con impianti utilizzatori plurimi connessi al medesimo impianto di terra, al quale sono collegate tutte le masse degli impianti; in un edificio ove è ubicata una cabina di trasformazione media/ bassa tensione del distributore pubblico, con interferenza tra l impianto di terra del Distributore e l impianto di terra dell edificio. La connessione accidentale può avere origine dalla: messa a terra del neutro (a cura del Distributore) che interferisce o coincide con l impianto di messa a terra delle masse (Figura 2: connessione tipo accidentale o voluta); contatto tra il conduttore di protezione (o una massa) con il neutro a causa di errore di esecuzione, di un guasto negli impianti utilizzatori presenti nell edificio connessi al medesimo impianto di terra (Figura 2: connessione tipo 2 accidentale) la connessione di tipo può essere una scelta volontaria del distributore tramite il collegamento dell impianto di terra di protezione della cabina con l impianto di messa a terra del neutro delle linee di bassa tensione con possibile interferenza con l impianto di terra dell edificio. Fig.2: Il finto TT: connessione tra il neutro ed il conduttore di protezione Il Distributore adotta questa opzione quando il neutro non può assumere tensioni pericolose, poiché fa parte di una rete estesa ed interconnessa concomitante con la presenza di infrastrutture metalliche nel sottosuolo, ossia quando l impianto di terra è inserito in una rete di dispersori che formano una superficie quasiequipotenziale o in un impianto di terra globale (CEI - art ). L impianto di terra deve essere dimensionato in base alla corrente di guasto della rete a media tensione e concepito in modo che non si verifichino tensioni pericolose, i cui limiti sono imposti dalla Norma CEI - - Cap. 9. Il Distributore è consapevole e certo che il neutro non assume tensioni pericolose per i propri clienti, ma in concreto non vuole assumersi responsabilità con dichiarazioni formali; pertanto non rende nota la situazione ai propri clienti, i quali devono esercire il proprio impianto senza considerare che il neutro è messo a terra con l impianto di terra dell edificio. Inoltre non si può escludere la presenza di un collegamento accidentale per interferenze o per errore di esecuzione. La situazione è ingannevole e può generare situazioni indesiderate; infatti il sistema di protezione contro i contatti indiretti valido per il sistema TT può risultare non idoneo e confacente per la sicurezza, poiché il neutro in determinate condizioni può assumere verso terra tensioni pericolose a causa di: un guasto a terra sul lato MT nella cabina di trasformazione del distributore pubblico; un scarica tra gli avvolgimenti MT e la carcassa o tra gli avvolgimenti MT e BT all interno del trasformatore; un guasto a terra sulla rete a bassa tensione; l interruzione accidentale del conduttore neutro; un contatto accidentale tra fase e neutro; correnti di squilibrio rilevanti (non sono in genere pericolose). 2

3 Dette tensioni attraverso la connessione accidentale tra neutro e conduttore di protezione sono trasferite alle masse che assumono di fatto il potenziale del neutro; la susseguente corrente, che coinvolge la persona che tocca una massa, non è sempre rilevata dal dispositivo differenziale. Si rammenta che negli anni 60, per un breve periodo, la messa al neutro era consentita dalle Norme CEI con il vincolo del consenso dei distributori di energia e pertanto questa eventualità anche se rara può essere presente. Il cliente non deve assolutamente collegare il proprio impianto di terra al neutro del Distributore, in quanto non ha la certezza non conoscenza, se si tratta di un neutro non pericoloso oppure di un neutro pericoloso. La condizione del neutro collegato all impianto di terra degli impianti utilizzatori non desta preoccupazioni, per quanto concerne la sicurezza per le tensioni accidentali, se l edificio è dotato del collegamento equipotenziale principale; infatti l equipotenzialità delle masse e della masse estranee simultaneamente accessibili contribuisce efficacemente alla riduzione della tensione di contatto. Ovviamente in assenza del collegamento equipotenziale principale possono verificarsi situazioni problematiche per il contenimento delle tensioni di contatto. Inoltre la connessione accidentale neutro - PE può determinare situazioni indesiderate per problemi termici, in quanto la corrente di guasto a terra è assimilabile ad un cortocircuito, poiché l impianto di terra è interessato marginalmente dal passaggio della corrente di guasto. 3

4 3. Comportamento del dispositivo differenziale Tra gli addetti ai lavori è opinione diffusa che l anomalia viene rilevata dallo scatto del dispositivo differenziale se il collegamento, tra neutro e conduttore di protezione (PE), avviene a valle di un dispositivo differenziale; comunque è altrettanto generalizzata l altra convinzione, che il contatto a terra del conduttore neutro può permanere per un tempo indefinito, perché il conduttore neutro in condizioni ordinarie presenta un potenziale prossimo a zero, dato il valore alquanto ridotto della corrente verso terra. Le due situazioni in pratica si verificano entrambe. Un interruttore differenziale installato su un impianto con masse messe al neutro, a volte, non funziona correttamente, poiché per un difetto d isolamento verso massa la corrente si richiude prevalentemente attraverso il conduttore neutro (collegato alla massa); una piccola corrente può chiudersi verso terra, ma potrebbe non essere sufficiente per determinare l intervento dell interruttore differenziale. La situazione del contatto fra il neutro dell impianto utilizzatore e la massa collegata a terra, se non avvertibile dal dispositivo differenziale, può permanere per un periodo rilevante. Il dispositivo differenziale interviene nei seguenti casi: contatto accidentale conduttore con carcassa in un apparecchio utilizzatore alimentato tramite presa a spina; se il contatto è dalla parte del neutro non c è dispersione, se si inverte la spina il guasto a terra passa sulla fase e si ha l intervento del differenziale; Il neutro dell impianto utilizzatore assume tensione rispetto a terra a causa della corrente che lo percorre (caduta di tensione) e conseguentemente il conduttore di protezione è interessato da una corrente rilevabile dal differenziale con interruzione del circuito se viene superato il valore di soglia. Invece se una persona va a contatto con una fase e con parte del corpo con una massa o una massa estranea, la corrente con percorso mano - mano o tronco del corpo non viene rilevata dal dispositivo differenziale; viceversa la corrente con percorso mano-piedi (suolo) viene avvertita dal differenziale e determina l interruzione dell alimentazione se viene superato il valore di soglia. Per gli eventuali approfondimenti e per l analisi qualitativa e quantitativa si rimanda all appendice A. Inoltre può sussistere il caso particolare di desensibilizzazione del dispositivo differenziale quando la connessione neutro con il PE è ubicata a monte e con un guasto a terra immediatamente a valle; il flusso magnetico generato dal toroide induce nell anello neutro-pe una corrente indotta che riduce il flusso magnetico risultante, il quale può raggiungere valori insufficienti per la soglia di intervento. La logica conseguenza è che l anomalia deve essere regolarizzata poiché in una ipotesi determina fastidiosi disservizi e nell altra una situazione di circolazione di corrente indesiderata per un tempo indefinito. 4

5 4. Diagnostica La situazione irregolare, quando non viene rilevata dal differenziale, deve essere diagnosticata tramite opportune verifiche da effettuarsi prima della messa in servizio degli impianti e durante gli interventi di manutenzione. Per gli impianti soggetti alle verifiche periodiche di legge, di cui al DPR 462/02, l anomalia viene rilevata nel corso delle verifiche. Il verificatore deve appurare se nell impianto è presente la messa al neutro delle masse e nel caso che sussista tale eventualità deve discriminare ove è ubicato il collegamento tra conduttore di protezione ed il neutro, se a valle dell interruttore differenziale generale dell impianto utilizzatore oppure a monte. Ciò con la finalità di individuare ove è localizzata l anomalia per definire i compiti e la responsabilità della eliminazione della messa al neutro accidentale intervenendo opportunamente sull impianto. I casi che possono verificarsi sono i seguenti: collegamento accidentale a valle dell impianto utilizzatore (figura 3) con responsabilità oggettiva del titolare dell impianto; collegamento accidentale a monte dell impianto utilizzatore dovuto ad altro impianto utilizzatore presente nell edificio, connesso al medesimo impianto di terra (figura 4): responsabilità oggettiva di altri soggetti; collegamento accidentale o volontario a monte dell impianto utilizzatore originato dal Distributore pubblico (figura ): responsabilità oggettiva del Distributore pubblico. I metodi di verifica da adottarsi, in alternativa, per appurare la presenza dell anomalia sono i seguenti: misura della resistenza dell anello guasto con il metodo Loop- Test; misura della resistenza di isolamento del neutro rispetto a terra con impianto fuori tensione e con apparecchi utilizzatori distaccati; nel caso non sia possibile distaccare gli apparecchi dell impianto è necessario valutare se la tensione originata dallo strumento ed applicata all impianto sia compatibile con le tensioni di tenuta degli isolamenti delle apparecchiature installate, in particolare dei componenti elettronici. Fig.3:Collegamento accidentale tra neutro e conduttore di protezione a valle dell'impianto utilizzatore Fig.4:Collegamento accidentale tra neutro e conduttore di protezione a monte dell'impianto utilizzatore creato da altro impianto utilizzatore connesso al medesimo impianto di terra Fig.:Collegamento accidentale o voluto tra neutro e conduttore di protezione a monte dell'impianto utilizzatore originato dal Distributore pubblico Adottando il metodo del Loop-Test se il valore misurato della resistenza Fase-PE/Terra presenta valori uguali o inferiori a quelli della resistenza Fase-Neutro si è in presenza del finto TT e pertanto è necessario procedere per una successiva misura con neutro interrotto, in corrispondenza del punto di misura; l operazione è da effettuare con l interruttore onnipolare oppure con scollegamento dalla morsettiera di connessione, se trattasi di un apparecchio utilizzatore. Se il valore misurato è superiore a quello precedentemente rilevato siamo in presenza di una anomalia nell impianto utilizzatore in esame e di conseguenza si dovrà procedere per l eliminazione del collegamento tra neutro e conduttore di protezione o tra neutro e le masse. Se invece il valore è eguale al precedente la connessione è ubicata a monte dell impianto utilizzatore.

6 Le due ipotesi che possono verificarsi, i parametri in gioco e le modalità di misura sono illustrate nella figure 6 e 7. È necessario durante le misure adottare particolari cautele nell interrompere esclusivamente il neutro, per esempio scollegandolo dalle morsettiere di connessione senza sezionamento dei conduttori di fase; infatti possono verificarsi situazioni pericolose per le seguenti motivazioni: se a valle di un circuito trifase, sono presenti utilizzatori monofasi con potenze differenti, alimentati da fasi diverse, possono verificarsi danni poiché gli utilizzatori con potenza minore sono soggetti ad una tensione superiore a quella nominale; se il collegamento accidentale Fig.6:Modalità ed esito delle misure della resistenza dell'anello di guasto nell'ipotesi di connessione tra il conduttore di protezione ed il neutro a monte dell'impianto utilizzatore è a valle e la massa con connessione al neutro è sprovvista di conduttore di protezione (ipotesi poco probabile) essa assume il valore della tensione di fase. Fig.7:Modalità ed esito delle misure della resistenza dell'anello di guasto nell'ipotesi di connessione tra il conduttore di protezione ed il neutro a valle dell'impianto utilizzatore 6

7 . Provvedimenti susseguenti: collegamento neutro-pe nell impianto utilizzatore È necessario individuare il circuito ove è ubicata l anomalia procedendo per ogni singolo circuito dell impianto. Dopo l individuazione del circuito ove è localizzata l anomalia, si procede con sezionamenti successivi, se presenti, lungo il circuito provvedendo preliminarmente alla disalimentazione delle utenze. Se dopo i sezionamenti l esito delle misure conferma la presenza del contatto accidentale a valle si procederà con l esame a vista delle condutture e dei componenti d impianto per localizzare la connessione indesiderata. Invece se l esito delle misure conferma l assenza del contatto accidentale nel circuito la localizzazione dell anomalia è da ricercarsi negli apparecchi utilizzatori con metodo del LOOP o con prove di continuità (figura 8) o con misura della resistenza di isolamento. Fig.8:Individuazione dell'anomalia in un apparecchio utilizzatore 7

8 6. Collegamento neutro-pe a monte dell impianto utilizzatore In questo caso è opportuno informare, per i necessari adempimenti di competenza, l amministratore o i condomini che sono connessi al medesimo impianto di terra e se nell edificio è presente una cabina di distribuzione è necessario segnalare la situazione al Distributore pubblico. Nel caso di collegamento originato dal Distributore pubblico è consigliabile richiedere una dichiarazione formale che le tensioni di contatto che possono originarsi sul conduttore neutro e sull impianto di terra dell utilizzatore siano contenute entro i valori prescritti dalla Norme CEI - cap. 9. Se non è possibile eliminare l anomalia in tempi brevi, con gli adempimenti di competenza di terzi, è opportuno procedere ad un controllo dell impianto per appurare se l andata in tensione del neutro non eccede il livello di isolamento verso terra degli apparecchi e se i componenti elettrici sono in grado di sopportare le sollecitazioni termiche conseguenti al passaggio della corrente di guasto a terra. 8

9 7. Ipotesi di guasto a terra: analisi delle grandezze in gioco La connessione accidentale in caso di guasto d isolamento tra la fase e la massa determina praticamente un cortocircuito tra fase e neutro; la corrente di guasto assume valori elevati e gli impianti di terra sono interessati marginalmente dalla corrente di guasto. Nell ipotesi che non siano presenti collegamenti del neutro lungo la linea e che i due impianti di terra siano indipendenti (sufficientemente distanti) la situazione è rappresentata dallo schema evidenziato nella figura 0, ove anziché le impedenze dei conduttori di fase e del neutro vengono considerate le resistenze, approssimazione valida per i conduttori in cavo di sezione modesta. Applicando il teorema di Thevenin si ha: da cui si deduce che la corrente che interessa i dispersori di terra vale: Questa corrente è quella intercettata dal dispositivo differenziale e pertanto si avrà l intervento del dispositivo differenziale, se essa assume un valore superiore a quello più elevato della corrente nominale dei dispositivi differenziali installati nell impianto. Assumendo: la resistenza del conduttore di fase uguale a quella del neutro (R f = R n = R C ), la resistenza globale dell anello di terra R EG pari alla somma delle resistenza di terra del neutro e dell impianto utilizzatore; la tensione nominale della rete U o = 230 V, si ottiene: da cui evidenziando la resistenza globale di guasto si ha: La corrente che percorre il conduttore neutro è pari a: La corrente che transita sul conduttore di fase risulta: 9

10 Nella tabella sono evidenziati i valori minimi della resistenza di terra complessiva (resistenza messa a terra del neutro + resistenza di terra dell impianto utilizzatore), in funzione della corrente che transita nei dispersori di terra corrispondente ai valori delle correnti nominali dei dispositivi differenziali di comune impiego, in considerazione di alcuni valori maggiormente rappresentativi della resistenza dei conduttori. Il confronto qualitativo che emerge dalle relazioni e dai risultati dei calcoli riportati nella tabella mette in evidenza che: i dispositivi differenziali intervengono per la maggioranza dei casi nell ipotesi di contatto fase terra a valle del dispositivo differenziale; la resistenza dei conduttori influenza marginalmente il valore della corrente che circola nei dispersori di terra, mentre è determinante per il valore della corrente che percorre il conduttore neutro; il valore della resistenza complessiva R EG (R En +R Eu ) diminuisce all aumentare della corrente di terra. Tabella - Ipotesi di guasto con contatto fase-terra Tensione nominale U 0 (V) 230 Corrente che transita nell'impianto di terra* I E (A) 0, ,2 3832,8 3830,8 0, 49,9 49, 47, 0,3 383,2 382,8 380,8 0, 229,9 229, 227, 4,9 4, 2, Resistenza di terra complessiva (R En + R Eu ) R EG (Ω) Resistenza conduttore R C (Ω) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 * Valori corrispondenti ai valori abituali della corrente nominale dei dispositivi differenziali Corrente che transita sul conduttore neutro In (A) ,99 22,99 49,9 4,9 22,9 49,8 4,8 22,8 49,7 4,7 22,7 49, 4, 22, La tensione totale di terra sull impianto utilizzatore, assimilata, a favore della sicurezza, con quella di contatto vale: Da quest ultima relazione si deduce che la tensione totale di terra è alquanto minore rispetto alla tensione totale di terra che si stabilisce quando non è presente la connessione accidentale. 0

11 8. Conclusioni Il collegamento accidentale del neutro con il conduttore di protezione è un evento che si verifica occasionalmente ed in particolare negli edifici dei centri urbani ove sono incorporate le cabine di distribuzione di media/ bassa tensione del Distributore. Il finto TT, qualora non sia rilevato dall intervento del dispositivo differenziale, non desta particolari preoccupazioni per le tensioni di contatto, se l edificio è dotato del collegamento equipotenziale principale.comunque è opportuno localizzare ed eliminare l anomalia con i procedimenti di misura e con l adozione dei provvedimenti evidenziati in precedenza; pertanto si deve procedere secondo le modalità evidenziate nel diagramma di flusso di cui alla figura 9. Se il collegamento è realizzato dal Distributore pubblico la situazione, di norma, non desta particolari preoccupazioni, in quanto la terra di protezione e di messa a terra del neutro vengono unite, quando esiste la certezza che il neutro non assuma tensioni pericolose, poiché fanno parte di estese aree urbane con impianti di terra interconnessi. Fig.0:Schema elettrico anello di guasto per la determinazione delle correnti Fig.9: Diagramma di flusso per individuare la presenza del contatto accidentale tra neutro e conduttore di protezione e la sua ubicazione