La messa a terra degli impianti elettrici

Gli impianti di messa a terra sono progettati per salvaguardare persone, animali e cose da un possibile guasto del sistema, che può variare da una piccola dispersione di corrente a un arco elettrico visibile, causando il danneggiamento dell’apparecchiatura e, in casi gravi, persino la formazione di incendi.

La funzione principale degli impianti di messa a terra è quella di proteggere la vita degli esseri umani, evitando la loro esposizione a pericolosi potenziali elettrici. La messa a terra deve quindi impedire la comparsa di differenze di potenziale pericolose nelle masse metalliche dell’impianto e, consentire il passaggio a terra delle correnti di dispersione delle apparecchiature elettroniche, nonché delle elevate correnti di origine atmosferica. Uno dei parametri caratteristici di questi impianti è la cosiddetta Resistenza di Terra. Questo valore è un indicatore, anche se non conclusivo, del corretto funzionamento degli impianti di terra. Essi possono essere semplici come un dispersore interrato verticalmente, un conduttore nudo interrato orizzontalmente, oppure complessi ed estesi, costituiti da maglie di conduttori orizzontali a volte combinati con l’inserimento di dispersori verticali.

Obiettivi della messa a terra

Analizzando il fenomeno del contatto diretto e indiretto è emerso che sia necessario mantenere alcuni punti dei circuiti o degli involucri delle loro apparecchiature, collegati a un potenziale fisso e stabile chiamato “potenziale di terra”. Questa esigenza è dovuta principalmente a motivi di sicurezza e quindi gli obiettivi di una messa a terra o, più correttamente, di un impianto di messa a terra, sono:

  1. Permettere la circolazione (scarica) a terra delle correnti di guasto a terra, di qualsiasi natura esse siano.
  2. Mantenere i potenziali prodotti dalle correnti di guasto entro i limiti di sicurezza.
  3. Contribuire a garantire che i sistemi di protezione agiscano al momento giusto, per la sicurezza delle persone e delle apparecchiature.
  4. Mantenere un potenziale di riferimento ad un certo punto che, per motivi tecnici, richiede un sistema elettrico o elettronico.

L’impianto o gli impianti di messa a terra devono essere, pertanto, progettati ed eseguiti in conformità alle norme di sicurezza e ai requisiti tecnici funzionali degli impianti elettrici.

Resistenza di messa a terra

In caso di incidente elettrico, la protezione elettrica deve agire interrompendo l’alimentazione elettrica in modo che garantisca la protezione dell’impianto e limiti gli effetti fisiologici che potrebbero verificarsi sul corpo umano; questo requisito richiede, tra l’altro, il comportamento efficace del sistema di messa a terra. Per valutare l’effettivo comportamento di un sistema di messa a terra, si definisce il concetto di “Resistenza di messa a terra”, che è il valore della resistenza che il sistema presenterà alla corrente di guasto che viene derivata a terra; per non generare tensioni pericolose, è necessario che questo valore sia mantenuto il più basso possibile. Le norme stabiliscono inoltre che le parti metalliche di apparecchiature e impianti, che non appartengano al circuito di servizio e, che possono venire a contatto con parti sotto tensione in caso di guasto o di arco voltaico, devono essere messe a terra. Per questo motivo, è necessario disporre di una qualche forma di collegamento al sistema di messa a terra degli apparecchi e di altre parti dell’impianto, disponendo lungo l’impianto di un conduttore – che permette di collegare ad esso le parti da proteggere con il sistema di messa a terra; questo conduttore è chiamato “conduttore di protezione”. Pertanto, la concezione e la progettazione di un sistema di messa a terra deve tenere conto degli aspetti sopra citati.

Schema semplice di un sistema di messa a terra

La figura 1 mostra l’installazione di un impianto di terra per una abitazione civile e include gli aspetti più importanti di un semplice impianto. La simbologia utilizzata nell’illustrazione è indicata di seguito:

  • M= Massa
  • C1= Ingresso, tubi dell’acqua metallici.
  • C2= Tubi gas metallici, in entrata
  • C3= Condotte metalliche di condizionamento.
  • C4= Impianti di riscaldamento.
  • C5= Es. tubi dell’acqua in metallo in bagno.
  • C6= Elementi conduttivi che possono essere toccati contemporaneamente con le mani.
  • NEP= Nodo equipotenziale principale di terra.
  • T1= Collegamento a terra di protezione.
  • T2= Messa a terra del sistema di protezione contro i fulmini.
  • PE (CP)= Conduttore di protezione.
  • NES= Nodo equipotenziale supplementare.
  • CT= Conduttore di terra.

La struttura di base di un sistema di messa a terra consiste nell’infiggere nel terreno una massa metallica, chiamata dispersore, di forme e dimensioni appropriate. Il dispersore è collegato alla parte dell’impianto da proteggere tramite un conduttore, detto conduttore di terra; esso può essere materializzato per mezzo di paline, profili, cavi nudi, nastri, ecc. o da un insieme di conduttori a contatto con il terreno che garantiscono un contatto intimo con essa. In molte occasioni è necessario installare più di un dispersore. In questo caso i dispersori devono essere distanti tra loro in modo da non influenzarsi a vicenda; questo sistema è chiamato sistema a dispersori indipendenti.

FIG.1 – ESEMPIO di installazione di un impianto di terra per un’abitazione civile.
Conduttore di terra (CT)

La funzione di questo conduttore è quella di condurre la corrente da deviare a terra verso il dispersore e, collega fisicamente il dispersore al nodo principale di terra (NEP – Nodo equipotenziale principale di terra) al quale saranno collegati i vari conduttori di protezione presenti nell’impianto.

Conduttori di protezione (PE o CP)

I conduttori di protezione sono collegati al morsetto di terra principale e da lì attraversano l’impianto insieme ai conduttori dei vari circuiti.

Nell’installazione base rappresentata in figura 2 possiamo riconoscere, tramite il circuito equivalente, i seguenti componenti:

  • la resistenza del conduttore di terra RCT (sezione A – B);
  • la resistenza del dispersore RD a contatto con la terra.

La somma di queste due resistenze configura la resistenza di terra (A – C), misurato dal nodo equipotenziale principale (NEP) dell’impianto.

Le caratteristiche principali di due resistenze sono:

  • RCT è definito dalla resistenza presentata dal conduttore collegato al terminale di terra con il terminale di collegamento del dispersore.
  • RD risulta dalla resistenza presente dal dispersore a contatto con la terra, unitamente al tratto di terra compreso tra la messa a terra locale e la messa a terra dell’alimentazione. Questo valore dipende dalla configurazione e dalla disposizione dei dispersori e dalle caratteristiche conduttive del terreno valutate dalla “resistività elettrica del terreno” dove essi sono installati. Quest’ultimo valore, in molti casi, è difficile da stabilire a causa delle diverse caratteristiche e condizioni del terreno.

Mantenendo il valore della resistenza di messa a terra il più basso possibile, si garantisce che una corrente, sia essa di cortocircuito o di guasto – che scorre attraverso l’impianto di messa a terra – generi un potenziale non pericoloso nelle parti collegate del circuito a massa, evitando così tensioni pericolose in caso di contatti indiretti. Prevenendo così gravi scosse elettriche o sovratensioni che possono influenzare il comportamento dei componenti o danneggiare le persone.

FIG.2 – I CONDUTTORI di protezione sono collegati al morsetto di terra principale.

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