Messa a terra

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Il simbolo standard di messa a terra

La messa a terra o anche messa a massa, in ingegneria elettrica, è l'insieme di azioni e sistemi volti a portare un elemento metallico al potenziale elettrico del terreno.

Funzioni[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Impianto elettrico.

Le sue funzioni possono essere:

  • Messa a terra di protezione
collegamento imposto dalla norma vigente (D.Lgs. n. 81/08, Decreto ministeriale n. 37 del 22 gennaio 2008, norma CEI 64-8/4) per mantenere le masse metalliche al potenziale di terra in condizione di normale funzionamento, realizzando una protezione mediante messa a terra.
  1. La messa a terra consiste in una serie di accorgimenti atti ad assicurare alle masse metalliche il potenziale della terra, evitando che le stesse possano venire a trovarsi in tensione tra loro o tra loro e la terra. Dato che i cavi in tensione assumono rispetto al terreno un determinato potenziale, che per gli impianti delle abitazioni civili è di 230 V, si possono verificare situazioni di pericolo quando parti dell'impianto elettrico che normalmente non sono in tensione, come le carcasse degli elettrodomestici, a seguito di guasti o imprevisti acquisiscono un potenziale elettrico rispetto al terreno. La messa a terra di protezione protegge le persone dal rischio di folgorazione. Essa consiste in un dispersore collocato nel terreno. Lo scopo della messa a terra è quindi far sì che le masse degli elettrodomestici siano al potenziale del terreno. In caso di guasto la messa a terra correttamente collegata alle masse (carcasse metalliche, finestre,..) assicura l’intervento automatico dell’interruttore differenziale.
    La messa a terra di protezione non interessa solo l’impianto elettrico, ma anche gli altri impianti e parti metalliche dell’edificio (tubazioni, impianto idraulico, travi, impianto termico e così via), in modo che lo stabile risulti messo in sicurezza anche rispetto a un fulmine che lo investe.
  • Messa a terra di funzionamento
  1. collegamento di parti attive del sistema per sfruttare il terreno come conduttore (es. Trazione elettrica ferroviaria)
  2. Messa a terra per lavori
    collegamento temporaneo per mettere fuori servizio la parte di impianto soggetta a lavori, utilizzando un sistema sicuro e ben visibile

Scopi[modifica | modifica sorgente]

Gli scopi fondamentali della messa a terra sono:

  • Offrire protezione contro i contatti indiretti.
  • Permettere l'intervento dell'interruttore differenziale in caso di guasto verso terra.
  • Proteggere persone e impianti da tensioni elettriche di qualsiasi origine.
  • Impedire l'accumulo di elettricità statica e prevenire scariche elettrostatiche dannose per apparati elettronici e di telecomunicazione. In bioedilizia le scariche sono considerate dannose anche per l'essere umano.
  • Scaricare i disturbi elettromagnetici e fornire un potenziale di riferimento.

Impiantistica[modifica | modifica sorgente]

Nodo equipotenziale con disgiuntore per l'effettuazione di prove

L'impianto è costituito da una linea dorsale (conduttore equipotenziale) che percorre verticalmente tutto l'edificio e da una serie di nodi equipotenziali da cui partono le diramazioni secondarie. Le diramazioni giungono a collegarsi alle parti metalliche fisse e all'alveolo di terra delle prese elettriche. La normativa elettrica italiana (CEI 64-8) prevede che le masse metalliche che possano portare un altro potenziale ad esempio tubature del gas e dell'acqua, siano messe a terra in quanto masse estranee. La sezione dei conduttori di messa a terra deve essere almeno pari a quella dei cavi che portano l'energia elettrica all'area protetta e non inferiore ai limiti stabiliti dalla norma CEI 64-8.

Dal lato opposto l'impianto è elettricamente connesso al terreno per mezzo di dispersori. Questi possono essere:

  • picchetti in rame o acciaio zincato a sezione circolare o a croce, infissi nel suolo per uno o due metri;
  • cavo in rame non isolato, in gergo corda, interrato intorno all'edificio ad una profondità maggiore di 0,5 metri;
  • qualora le caratteristiche costruttive lo consentano, si possono usare le strutture delle armature di acciaio del calcestruzzo armato come dispersore naturale, tale configurazione ha il vantaggio di schermare l'involucro edilizio dalle scariche atmosferiche.

Le norme prevedono che la resistenza elettrica esistente tra l'impianto e il terreno sia al di sotto di un valore coordinato con il valore dell'interruttore differenziale meno sensibile (generalmente l'interruttore generale dell'impianto). Il valore di 20 ohm indicato dall'art. 326 del D.P.R. n. 547/55 è da ritenersi superato: la legge del 1968 prevede il riconoscimento della regola dell'arte alla normativa CEI, che obbliga a coordinare il valore dell'impianto con il valore della corrente di intervento dell'interruttore differenziale) e che questo valore venga misurato a impianto realizzato per poterne dichiarare la conformità. Per controllare in qualunque momento la funzionalità del sistema, in corrispondenza dei nodi equipotenziali e/o dei dispersori, devono essere previsti dei punti di sezionamento ispezionabili dove poter collegare le apparecchiature di misura.
Il valore di tensione limite da imporre nella condizione di sicurezza si determina con curve di sicurezza U(t) ricavate da rilievi sperimentali in funzione della curva I(t) limite sopportabile dal corpo umano e della massima resistenza verso terra del corpo umano (Rtc= 1.000 ohm per ambienti interni, e 200 ohm per ambienti esterni).

La messa a terra va oltre il collegamento con un cavo, è qualcosa di complesso e richiede competenze progettuali specifiche. Si tratta di mantenere equipotenziali le strutture anche in caso di forti correnti impulsive, dovute per esempio ai fulmini. Per questo motivo gli impianti di un edificio, elettrico, idraulico, termico, di trasporto del gas, devono essere coordinati tra loro. Si supponga per esempio che un fulmine colpisca il tetto e si scarichi lungo la linea di messa a terra. Data l'elevatissima corrente che circola nel conduttore, come dice la legge di Ohm si avrà un potenziale elevato anche sugli elettrodomestici collegati. Se l'impianto idraulico non è coordinato si potrà avere una pericolosa differenza di potenziale tra lavatrice e rubinetto. In un sistema coordinato le masse metalliche hanno lo stesso potenziale. Nell'eventualità prima descritta tutto il bagno si porterebbe a potenziale elevato, ma non ci sarebbero differenze di potenziale pericolose tra le parti.

Per questo motivo devono essere opportunamente collegati all'impianto di messa a terra i tubi degli impianti idraulico, termico, del gas e tutte le altre masse metalliche dell'edificio.

Tensioni e resistenza di terra[modifica | modifica sorgente]

Messa a terra.png

  1. Tensione totale di terra
    U_t: tensione che in caso di guasto verso terra si stabilisce tra un'apparecchiatura e la terra. Se il guasto causa una corrente di dispersione verso terra I e l'apparecchiatura ha una resistenza verso terra Rt, per la legge di Ohm la tensione totale verso terra vale Ut = Rt*I. Questo spiega perché le norme prescrivono un limite massimo per la resistenza verso terra: a parità di corrente di guasto, maggiore è tale resistenza, tanto più la tensione totale di terra assume valori pericolosi.
    essendo  V ( \infty ) = 0 essa vale:
    U_t = V_A - V ( \infty ) = V_A
  2. Resistenza di terra
    R_t = {U_t \over I_t}
  3. Tensione di contatto
    tensione a cui è soggetta una persona in caso di contatto indiretto
     U_C = V_A - V_B \le U_t
  4. Tensione di passo
    tensione applicata tra i piedi in una persona posti alla distanza di un metro, in presenza della corrente di terra
     U_P = V_C - V_D \le U_t

Il terreno forma con i cavi elettrici messi a terra un'unica maglia elettrica. Al contatto umano con un'apparecchiatura che casualmente sia sotto tensione, la corrente tende a scaricarsi a terra, perché il nostro corpo, come conduttore elettrico, chiude il circuito, e perché il centro stella della cabina ove è situato il trasformatore madre della corrente è impiantato col piccone a terra. Per cui la corrente torna sempre dalla fonte che l'ha generato. Negli ospedali funziona in modo che in caso di dispersione nessuno che sia a contatto con apparecchiature sotto tensione prenda la "scossa".

Sistemi di terra[modifica | modifica sorgente]

Il neutro è messo a terra in cabina e in più punti lungo la linea di consegna. L'impianto elettrico privato è solitamente messo a terra con un proprio impianto e con un proprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, si genera una corrente di ritorno attraverso la terra che fa scattare gli interruttori differenziali di protezione. Questo sistema, prevalente in Italia per le utenze private in bassa tensione, è detto Terra-Terra (TT).

I grossi utilizzatori ricevono l'elettricità in alta o media tensione e la trasformano con proprie cabine AT/MT o MT/BT. In tal caso il neutro della cabina è connesso con l'impianto di messa a terra dell'edificio, costituendo il sistema terra-neutro (TN). In particolare è possibile avere la connessione della protezione di terra degli apparecchi al neutro (sistema TN-C) oppure con due linee distinte per neutro e terra (sistema TN-S) interconnesse in cabina. Quest'ultimo sistema garantisce maggiore sicurezza poiché il cavo di neutro, essendo attraversato da corrente, potrebbe esser soggetto a sovraccarichi e quindi a un deterioramento nel tempo. Esiste anche una soluzione ibrida (sistema TN-C-S), in cui due linee separate sono interconnesse in un punto intermedio esterno alla cabina.

In generale, al di là delle diverse implementazioni, i sistemi TN offrono un grado di protezione superiore rispetto ai TT contro i guasti differenziali. Se per esempio un conduttore di fase entra in contatto con la massa metallica di un apparecchio, essendo questa massa collegata con il neutro, il guasto verso terra risulta equivalente a un guasto di cortocircuito. Ciò implica l'instaurarsi di una corrente di guasto elevata, che produce l'intervento deciso dell'interruttore magnetotermico o del fusibile di protezione. Se il sistema di messa a terra fosse di tipo TT, la corrente di guasto potrebbe essere insufficiente a provocare l'intervento dei dispositivi.

La scelta di un sistema TN non esime dall'obbligo di installare l'interruttore differenziale, poiché il guasto verso terra può avvenire anche attraverso contatti con resistenza sufficientemente alta, per esempio quella del corpo umano, da non garantire il cortocircuito.

Si può avere in un sistema del tipo IT, nel quale il neutro del trasformatore è "isolato" da terra, ovvero connesso a essa con un'impedenza di valore molto elevato (migliaia di Ohm), mentre i carichi sono normalmente alimentati e le loro masse sono connesse a un impianto di terra comune. Nel caso di un guasto, a causa dell'"isolamento" del trasformatore, circolerà una corrente bassa e quindi non pericolosa; l'interruttore non scatta e le altre utenze connesse alla rete continueranno a essere alimentate. Un sistema del genere è utile in impianti, come negli ospedali, ove è necessaria una fornitura costante di corrente. Avvenuto il guasto si deve intervenire tempestivamente per isolarlo, per evitare che - nel caso di un altro danno a un'apparecchiatura dello stesso impianto - scatti l'interruttore e si interrompa il servizio.

Codice colore CEI[modifica | modifica sorgente]

La normativa CEI stabilisce che i conduttori dell'impianto di messa a terra (conduttori di protezione, conduttori di terra e collegamenti equipotenziali) debbano essere di due colori giallo-verde. In passato la norma diceva che i cavi potevano essere gialli o verdi. Questo però generava problemi, perché spesso il verde era usato anche come neutro e il giallo come fase (ancora non erano stabiliti i colori per fase e neutro). Si optò allora per il doppio colore.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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