13. Impianto di terra

13.1 Generalità

L’impianto di terra costituisce fondamentalmente un mezzo per disperdere correnti elettriche nel terreno e per proteggere, unitamente ai dispositivi d’interruzione automatica del circuito, le persone dal pericolo di elettrocuzione. Un buon impianto di terra, associato ad uso corretto dei collegamenti equipotenziali, rappresenta una delle soluzioni più utilizzate per raggiungere il miglior livello di sicurezza. Un impianto di terra, a seconda della funzione che deve assolvere, può distinguersi in:

· messa a terra di protezione, è una misura atta a proteggere le persone dai contatti diretti;

· messa a terra di funzionamento, ha lo scopo di stabilire un collegamento a terra di particolari punti del circuito elettrico per esigenze di esercizio, come la messa a terra del neutro nei sistemi TT e TN;

· messa a terra per lavori, collega a terra temporaneamente una sezione di impianto per esigenze di manutenzione.

E’ utile ricordare che l’importanza dell’impianto di terra, in relazione alle problematiche legate alla sicurezza, è sottolineata anche da leggi e normative specifiche riguardanti la sicurezza nei luoghi di lavoro. Non bisogna comunque dimenticare che, per quanto concerne il rischio per le persone, la presenza di un impianto di terra è una condizione necessaria ma non sufficiente per garantire la sicurezza; questa dipende da molti altri fattori che saranno chiariti in altre parti del testo.

13.2 Definizioni

Per rendere più chiara la lettura di questo capitolo si riassumono di seguito le definizioni utilizzate più frequentemente:

· Tensione totale di terra U_T – è la tensione che si stabilisce durante il cedimento dell’isolamento tra una massa ed un punto del terreno sufficientemente lontano a potenziale zero;

· Tensione di contatto Uc – è la differenza di potenziale alla quale può essere soggetto il corpo umano in contatto con parti simultaneamente accessibili, escluse le parti attive, durante il cedimento dell’isolamento;

· Tensione di passo U_P – è la differenza di potenziale che può risultare applicata tra i piedi di una persona a distanza di un passo (convenzionalmente un metro) durante il cedimento dell’isolamento;

· Tensione di contatto limite convenzionale U_L – massimo valore di tensione di contatto che è possibile mantenere per un tempo indefinito in condizioni ambientali specificate;

· Tensione nominale verso terra di un sistema U_n - nei sistemi trifase con neutro isolato o con neutro a terra attraverso impedenza, la tensione nominale, nei sistemi trifase con neutro direttamente a terra, la tensione stellata corrispondente alla tensione nominale, nei sistemi monofase o a corrente continua senza punti di messa a terra, la tensione nominale, nei sistemi monofase o a corrente continua con punto di mezzo messo a terra, metà della tensione nominale;

· Parte attiva - conduttore o parte conduttrice in tensione nel servizio ordinario, compreso il conduttore di neutro, ma escluso, per convenzione, il conduttore PEN;

· 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 solo perché è in contatto con una massa non è da considerarsi una massa;

· Massa estranea - parte conduttrice non facente parte dell’impianto elettrico in grado di introdurre un potenziale, generalmente un potenziale di terra;

· Terra - il terreno come conduttore il cui potenziale elettrico in ogni punto è convenzionalmente considerato uguale a zero;

· Dispersore - corpo conduttore o gruppo di corpi conduttori in contatto elettrico con il terreno e che realizza un collegamento elettrico con la terra;

· Resistenza di terra R_T- resistenza esistente tra un collettore (o nodo) di terra e la terra;

· Impianti di terra elettricamente indipendenti - impianti di terra aventi dispersori separati. La corrente massima che uno di questi impianti può disperdere non deve modificare il potenziale rispetto a terra dell’altro impianto in misura superiore ad un determinato valore;

· Conduttore di protezione PE - conduttore prescritto per alcune misure di protezione contro i contatti indiretti per il collegamento di alcune delle seguenti parti: masse, masse estranee, collettore (o nodo) principale di terra, dispersore, punto di terra della sorgente o neutro artificiale;

· Conduttore PEN - Conduttore che svolge contemporaneamente funzioni sia di protezione sia di neutro;

· Conduttore di terra C_T - Conduttore di protezione che collega il collettore (o nodo) principale di terra al dispersore o i dispersori tra loro;

· Collettore (o nodo) principale di terra - elemento che raccoglie, collegandoli tra loro, il dispersore, i conduttori di protezione, compresi i conduttori equipotenziali e di terra;

· Collegamento equipotenziale EQP - (collegamento equipotenziale principale), EQS (collegamento equipotenziale secondario), conduttore che mette le diverse masse e masse estranee allo stesso potenziale;

· Conduttore equipotenziale - conduttore di protezione che assicura il collegamento equipotenziale;

· Impianto di terra - insieme dei dispersori, dei conduttori di terra, dei collettori (o nodi) di terra e dei conduttori equipotenziali, destinato a realizzare la messa a terra di protezione e/o di funzionamento.

13.3 La resistività del terreno e la resistenza di terra (R_t)

Il parametro fondamentale per la determinazione della resistenza di terra è la resistività del terreno. Presenta valori estremamente variabili da luogo a luogo e in funzione del tempo. La resistività del terreno, se confrontata con i metalli, è molto elevata ed è influenzata positivamente dalla presenza di sali e dall’umidità. 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.

17.4 Tensione totale di terra e resistenza di terra

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 “r₀“ 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. 13.1 - Andamento del potenziale nel terreno per un elettrodo emisferico

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. 13.2 - 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. Il valore di R_tpuò, infatti, essere considerato indipendente dalla corrente iniettata e può essere calcolato, anche se in forma approssimata, in base alle caratteristiche dell’elettrodo e alla natura del terreno. Di seguito si riassumono le formule semplificate che permettono di calcolare la resistenza di terra di alcuni tra gli elettrodi più diffusi.

Tipo di dispersore		Formula
Piastra
Picchetto
Conduttore orizzontale
Anello
Maglia
L= lunghezza (m) a, b = lati (m) r= raggio del cerchio di area equivalente alla superficie della maglia (m)