Messa a terra

Il simbolo standard di messa a terra

In ingegneria elettrica la messa a terra (o anche messa a massa) è l'insieme di azioni e sistemi volti a portare un elemento metallico allo stesso potenziale elettrico del terreno.

Funzioni

Per approfondire, vedi Impianto elettrico.

Le sue funzioni possono essere:

1. 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.

   La messa a terra consiste in una serie di accorgimenti idonei ad assicurare alle masse metalliche lo stesso 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 un determinato potenziale rispetto al terreno (che per gli impianti delle abitazioni civili è di 230 V), si possono creare 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 una differenza di potenziale. La presenza della messa a terra di protezione mira a proteggere le persone dal rischio di folgorazione. Essa consiste in un dispersore collocato nel terreno (detto anch'esso messa a terra). Lo scopo della messa a terra è quindi assicurare che le masse degli elettrodomestici siano allo stesso potenziale del terreno. La messa a terra correttamente collegata alle masse (carcasse metalliche, finestre,..) assicura l’intervento automatico dell’interruttore differenziale in caso di guasto.

   La messa a terra di protezione non interessa solo l’impianto elettrico, ma tutti gli altri impianti e parti metalliche dell’edificio, dalle tubazioni, all’impianto idraulico, dalle travi all’impianto di riscaldamento e così via, in modo che tutto lo stabile risulta messo in sicurezza anche rispetto a un eventuale fulmine che dovesse investire il fabbricato.

2. Messa a terra di funzionamento

   collegamento di parti attive del sistema così da sfruttare il terreno come conduttore (es. Trazione elettrica ferroviaria)

3. 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

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.

Altre funzioni sono:

• Impedire l'accumulo di elettricità statica e prevenire scariche elettrostatiche dannose per apparati elettronici e di telecomunicazione. In bioedilizia queste scariche sono considerate dannose anche per la salute umana.
• In elettronica ha anche la funzione di scaricare i disturbi elettromagnetici e fornire un potenziale di riferimento.

Impiantistica

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 tutte le masse metalliche che possano portare un altro potenziale (tubature del gas e dell'acqua ad esempio) siano messe a terra in quanto masse estranee. La sezione dei conduttori di messa a terra deve essere non inferiore a quella dei cavi che portano l'energia elettrica all'area protetta, e comunque non inferiori a precisi 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 al perimetro dell'edificio ad una profondità maggiore di 0,5m;
• qualora le caratteristiche costruttive lo consentano, si possono usare le strutture delle armature di acciaio del calcestruzzo armato come dispersore naturale, tale configurazione ha anche 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 limite coordinato con il valore dell'interruttore differenziale meno sensibile (generalmente l'interruttore generale dell'impianto) (il valore di 20 ohm, indicato dall'articolo 326 del D.P.R. n. 547/55 è da ritenersi superato in quanto la legge del 1968 prevede il riconoscimento della regola dell'arte alla normativa CEI che obbliga invece 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 potere ricontrollare in qualunque momento la corretta funzionalità del sistema, devono essere previsti in corrispondenza dei nodi equipotenziali e/o dei dispersori, dei punti di sezionamento ispezionabili dove potere collegare le apparecchiature di misura. il valore di tensione limite da imporre nella condizione di sicurezza dipende da opportune 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= 1000 ohm per ambienti interni e 200 ohm per ambienti esterni.

La messa a terra va oltre il semplice collegamento con un cavo, ma è qualcosa di più complesso e richiede competenze progettuali specifiche. Si tratta infatti di mantenere equipotenziali le strutture anche in caso di forti correnti impulsive dovute per esempio alla caduta di fulmini. Per questo motivo i diversi impianti presenti in un edificio, elettrico, idraulico, del gas, di riscaldamento ecc, devono essere tra loro coordinati. Si supponga per esempio che un fulmine colpisca il tetto e si scarichi attraverso la linea di messa a terra. In questo caso, data l'elevatissima corrente circolante nel conduttore, per effetto della legge di Ohm si avrà un potenziale elevato per esempio 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 ben coordinato, tutte le masse metalliche sono sempre allo stesso potenziale. Nell'eventualità prima descritta tutto il locale bagno si porterebbe a potenziale elevato ma non ci sarebbe nessuna differenza di potenziale pericolosa tra le parti.

Per questo motivo devono essere opportunamente collegati all'impianto di messa a terra i tubi degli impianti idraulico, del gas, di riscaldamento e, in generale, tutte le masse metalliche presenti nell'edificio.

Tensioni e resistenza di terra

1. Tensione totale di terra

   $U_t$: tensione che si stabilisce tra la terra e un'apparecchiatura in caso di guasto verso terra. Se il guasto è caratterizzato dalla corrente di dispersione verso terra I e la massa presenta una resistenza verso terra Rt , la tensione totale verso terra vale, per la legge di Ohm, Ut=Rt*I. Questo spiega perché le norme prescrivano un valore 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 un'unica maglia elettrica con i cavi elettrici messi a terra. All'eventuale contatto con un'apparecchiatura che, casualmente, sia sotto tensione, la corrente tende sempre a scaricarsi a terra; questo perché il nostro corpo, in qualità di 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. Motivo per cui la corrente torna sempre dalla fonte che l'ha generato. Solo negli ospedali funziona diversamente per fare in modo che in caso di dispersione nessuno a contatto con apparecchiature sotto tensione possa prendere la "scossa".

Sistemi di terra

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 attraverso un proprio impianto e con un proprio dispersore. In questo modo in caso di guasto verso terra di un apparecchio, si crea una corrente di ritorno attraverso la terra che provoca lo scatto degli interruttori differenziali di protezione. Questo sistema è detto Terra-Terra (TT), largamente prevalente in Italia per tutte le utenze private in bassa tensione.

I grossi utilizzatori ricevono l'elettricità direttamente in alta o media tensione e provvedono a trasformarla con proprie cabine AT/MT o MT/BT. In tal caso il neutro del trasformatore è connesso direttamente 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 direttamente al neutro (sistema TN-C) oppure con due linee distinte per neutro e terra (sistema TN-S) interconnesse in cabina. Quest'ultimo sistema garantisce una maggiore sicurezza poiché il cavo di neutro potrebbe - essendo attraversato da corrente - 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.

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  Sistema TT

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  Sistema TN-C

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  Sistema TN-S

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  Sistema TN-C-S

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  Sistema IT

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 praticamente collegata direttamente con il neutro, il guasto verso terra risulta equivalente a un guasto di cortocircuito. Ciò comporta 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 invece di tipo TT, la corrente di guasto potrebbe essere insufficiente per provocare l'intervento di questi dispositivi.

La scelta di un sistema TN non esime comunque dall'obbligo dell'installazione dell'interruttore differenziale, poiché il guasto verso terra può avvenire anche attraverso contatti a resistenza tale da non garantire il cortocircuito, come per esempio il corpo umano.

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 molto utile in impianti ove è necessaria una fornitura costante di corrente, come negli ospedali. Una volta 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

La normativa CEI stabilisce che i conduttori dell'intero impianto di messa a terra (conduttori di protezione, conduttori di terra e collegamenti equipotenziali) debbano essere del doppio colore giallo-verde. In passato, la norma diceva che i cavi potevano essere gialli o verdi. Questo però creava 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

• Classi di isolamento
• Impianto elettrico
• Legge 46/90
• Massa
• Protezioni
• Scaricatore (elettrotecnica)
• Sistema trifase

Altri progetti

• Commons

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Collegamenti esterni

• Tutorial per la realizzazione degli impianti di terra

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