Scopi e funzione dell'impianto di terra. DIFFERENZIALE DI POTENZIALE. DISPERSIONE CORRENTI ANOMALE NEL SUOLO a 50 Hz (guasti) fulmine

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1 1 Scopi e funzione dell'impianto di terra. IMPIANTO DI TERRA DISPERSIONE CORRENTI ANOMALE NEL SUOLO a 50 Hz (guasti) fulmine DIFFERENZIALE DI POTENZIALE tra le masse ed il suolo tra due punti del suolo DI FUNZIONAMENTO regolare e sicuro esercizio degli impianti DI PROTEZIONE contenimento e controllo tensioni accidentali ASSICURA sicurezza delle persone e degli animali protezione delle installazioni di potenza potenziale di riferimento conoscenza e controllo ripartizione potenziale superficie suolo limitazione sovratensioni riduzione perturbazioni mantenimento valore

2 Impianto di terra E costituito da dispersori (intenzionali, di fatto), conduttori di terra, nodi principali di terra, conduttori di protezione, conduttori equipotenziali, masse, masse estranee, Il collegamento a terra deve essere previsto per tutti i componenti dell impianto elettrico (masse), salvo per gli apparecchi che non richiedono il collegamento a terra L impianto di terra di norma deve essere unico 3 Dispersione della corrente nel terreno e la resistenza di terra Se applichiamo una tensione fra due punti sul terreno circola una corrente il terreno si comporta in modo simile ad un conduttore elettrico Superfici equipotenziali V A I Linee di flusso della corrente La capacità di un terreno a disperdere la corrente è condizionata dalla sua resistività, che dipende essenzialmente da : - natura geologica - carattere chimico - temperatura - grado di umidità

3 Dispersione della corrente nel terreno e la resistenza di terra Superfici equipotenziali Linee di flusso della corrente La corrente si diffonde in modo radiale attraverso molteplici sezioni di forma semisferica mano mano sempre più grandi : esse costituiscono tante resistenze elementari con valore progressivamente sempre più piccolo. Le resistenze elementari più vicine al punto ove è iniettata la corrente (dispersore), sono quelle più elevate e costituiscono la parte preponderante della resistenza di terra. Il terreno può essere considerato, come un conduttore di sezione variabile, gradualmente crescente. La corrente che viene smaltita nel suolo si ripartisce in ogni direzione provocando differenze di potenziale tra punti diversi VOLT I potenziali nel terreno L andamento dei potenziali al suolo è caratterizzato da un valore più elevato intorno al dispersore, mentre in posizioni lontane si riscontrano valori più modesti Il potenziale del terreno diminuisce allontanandosi gradualmente dal dispersore fino a diventare nullo in un punto sufficientemente lontano metri Corrente I Dispersori

4 I potenziali nel terreno (tensione totale di terra) VOLT TENSIONE TOTALE DI TERRA Una massa (struttura metallica), a causa di un guasto d isolamento, assume il potenziale UE rispetto ad un punto sufficientemente lontano potenziale zero o potenziale indisturbato [UE = RE I ] UE Tensione totale di terra Il punto con potenziale zero si trova a circa 3 5 volte la dimensione massima dei dispersori di terra metri Corrente di guasto a terra IE Dispersori di terra con resistenza RE I potenziali nel terreno (tensione di contatto) TENSIONE DI CONTATTO La tensione di contatto è la tensione a cui può essere soggetto il corpo umano in seguito al contatto con carcasse o strutture metalliche, normalmente non in tensione, delle macchine e delle apparecchiature (distanza tra i piedi e le masse convenzionalmente pari ad 1 m) Le tensioni di contatto vengono contenute ricorrendo a dispersori estesi (anelli equipotenziali posti lungo il perimetro dell area da proteggere) ed interrati a modesta profondità ( circa 0,5 m ) VOLT 1 m U ST tensione di contatto metri UE Tensione totale di terra Mentre il valore della tensione totale di terra dipende dai valori della resistenza di terra e della corrente di guasto a terra, il valore della tensione di contatto dipende anche dalla configurazione geometrica dell impianto di terra Corrente I

5 I potenziali nel terreno (tensione di passo) TENSIONE DI PASSO La tensione di passo USS è la tensione che durante il funzionamento di un impianto di terra può risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un passo (convenzionalmente 1 m ) VOLT U SS tensione di passo 1m UE Tensione totale di terra metri Le tensioni di passo vengono contenute ricorrendo a dispersori verticali molto interrati e con conduttori di terra isolati La tensione di passo, che dipende anche dalla configurazione geometrica dell impianto di terra, sono in generale inferiori alle tensioni di contatto ed hanno valori ammissibili più alti (da piede a piede) e conseguentemente si può supporre che in un impianto di terra non si manifestano tensioni di passo pericolose Geometria del sistema disperdente andamento tensioni di passo e contatto La configurazione geometrica dei dispersori di terra è fondamentale ai fini del contenimento delle tensioni accidentali Dispersore singolo Rete di dispersori Tensione di contatto pari al 70 80% tensione totale di terra conduttori di interconnessione tra i dispersori Tensioni di passo e contatto inferiori U SS U SS Tensione di contatto inferiori al 20 30% tensione totale di terra 10

6 MASSA Parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che non è in tensione in condizioni ordinarie, ma che può andare in tensione in condizioni di guasto Una parte conduttrice che può andare in tensione perché è in contatto con una massa non è da considerare una massa Requisiti perché una parte metallica possa essere considerata massa : - faccia parte dell impianto elettrico - sia comunque accessibile - possa andare in tensione per un difetto d isolamento MASSA ESTRANEA Parte conduttrice non facente parte dell impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale, generalmente di terra Esempi di masse estranee : elementi metallici facenti parte di strutture di edifici condutture metalliche di gas, acqua e per riscaldamento

7 MESSA A TERRA DELLE MASSE Le masse devono essere collegate a terra tramite il conduttore di protezione Le masse simultaneamente accessibili ( che possono essere toccate simultaneamente dalla stessa persona ) devono essere collegate allo stesso impianto di terra Le masse estranee devono essere connesse al collegamento (nodo) equipotenziale principale (EQP) al quale sono collegati il conduttore di protezione, i conduttori equipotenziali, il conduttore di terra Esempio di collegamenti di un impianto a terra Massa Massa Masse estranee Massa estranea Masse estranee PE : Conduttore di protezione CT : Conduttore di terra MT : Collettore principale di terra EQP : Conduttore equipotenziale principale EQS : Conduttore equipotenziale supplementare DA : Dispersore (intenzionale) DN : Dispersore ( di fatto) 14

8 Potenziali trasferiti In casi particolari la tensione di contatto coincide con la tensione totale di terra U E U ST = U E -U L L impianto di terra potrebbe non garantire la sicurezza delle persone che usano cordoni prolungatori per alimentare apparecchi di classe I (masse) posti alla periferia o al di fuori dall impianto di terra L Il conduttore di protezione del cordone prolungatore, si trova alla tensione totale di terra (U E ) e presenta verso il punto L del terreno la tensione di contatto prossima a quella totale; di fatto la tensione accidentale che una persona può essere sottoposta è pari a quella di un passo lungo come il tratto di terreno cortocircuitato dal conduttore di protezione 15 P R O V V E D I M E N T I Potenziali trasferiti SEPARAZIONE DELLE MASSE (interruzione continuità metallica nel punto di abbandono dell area dell impianto di terra) CONTROLLO DEL POTENZIALE modifica resistività superficiale terreno (rivestimento con asfalto,pietrisco) collegamento a dispersori supplementari SEGREGAZIONE installazione di idonee barriere attorno alle parti conduttrici od alle aree per impedire che queste vengano toccate installazione di una barriera isolante che impediscono l'accessibilità simultanea a parti collegate a impianti di terra diversi ISOLAMENTO delle parti conduttrici o delle Aree LIMITAZIONE SOVRATENSIONI mediante l uso di SPD 16

9 Correnti di guasto a terra Un componente elettrico (massa) per un difetto di isolamento può originare una corrente di guasto a terra; conseguentemente l impianto di terra deve smaltire nel terreno la corrente di guasto nelle condizioni di : guasto a terra sul lato circuiti a media tensione guasto a terra sui circuiti a bassa tensione Guasto a terra sul lato circuiti a media tensione I circuiti di media tensione per un guasto a terra sono a corrente impressa e con tensione variabile L impianto di terra deve essere dimensionato sulla base della corrente di guasto a terra della rete MT di alimentazione e del tempo di eliminazione del guasto a terra da parte della protezione verso i guasti a terra Valore della corrente che interessa l impianto di terra : Corrente di guasto a terra IF Corrente che fluisce dal circuito principale verso terra, o verso parti collegate a terra, nel punto di guasto (punto di guasto a terra) Durata della corrente di guasto a terra: Tempo di eliminazione del guasto a terra t F Tempo predisposto per eliminare il guasto da parte delle apparecchiature di protezione e di interruzione della porzione di circuito interessata dal guasto stesso. 17 Curva di sicurezza per guasti MT 1000 Tensione di contatto UTP (volt) 100 Z Z Z Z R EB 10 0,01 0, Tempo di permanenza della corrente (secondi) 18

10 Guasto a terra sui circuiti a bassa tensione I circuiti di bassa tensione per un guasto a terra sono a tensione impressa e con corrente variabile Il parametro costante è il valore della tensione verso terra, mentre la corrente varia in relazione all impedenza del circuito che dipende dal sistema di collegamento a terra (sistema TT, Sistema TN) I E I E Massa La corrente di guasto a terra interessa nel suo percorso due impianti di terra separati e distinti (quello del neutro del Distributore e quello dell impianto utilizzatore Il valore della corrente, trascurando l impedenza dei conduttori e del trasformatore è data dalla relazione IE = Uo/(RN +RE) RN I E R E La tensione di contatto non deve superare 50 V nelle condizioni ordinarie e 25 V nelle condizioni particolari 19 Guasto a terra sui circuiti a bassa tensione I circuiti di bassa tensione per un guasto a terra sono a tensione impressa e corrente variabile SISTEMA TN: il guasto a terra non interessa i dispersori di terra Ig Ig (corrente di guasto) L impianto di terra è interessato marginalmente dalla corrente di guasto a terra in quanto la maggior parte transita sul conduttore neutro Il guasto franco a terra, contatto della fase con la massa, è un corto circuito poiché è interessato il conduttore neutro; l impianto di terra non è percorso da corrente Le masse assumono il potenziale del conduttore neutro 20