Impianti di terra negli edifici civili

Impianti di terra negli edifici civili

Impianti di terra negli edifici civili

Un documento particolarmente importante per l’impiantistica, forse non abbastanza conosciuto, è la Guida CEI 64-12 “Guida per l’esecuzione dell’impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario”. L’attuale seconda edizione è stata pubblicata nel settembre 2009  e fornisce informazioni relative alla realizzazione degli impianti di terra negli edifici per uso residenziale e terziario.
La seconda edizione, molto simile alla prima, risalente agli anni novanta, contiene prevalentemente modifiche dovute all’aggiornamento tecnico legislativo dovuto a nuove Norme e Leggi (in particolare 81/08 e 37/08) uscite dalla precedente edizione della Guida. Inoltre alcune modifiche tecniche sono state apportate nel Capitolo dedicato alla protezione contro i fulmini in seguito alla pubblicazione delle Norme CEI EN 62305.

Figura 1 – Elementi di un impianto di terra in un edificio residenziale / terziario

Progettazione dell’impianto di terra
La prima considerazione deriva ovviamente dalla categoria del sistema elettrico e dal sistema di distribuzione. Nella maggior parte dei casi si tratta, per edifici civili, di sistemi di I categoria (230/400 V), sistema TT. Nei grandi complessi (supercondomini, centri direzionali ecc.) può essere previsto un sistema di II categoria (15, 20, 23 kV ecc.), quindi sistema TN (con cabina utente MT/BT).

Sistema TT
Le masse dell’impianto utilizzatore sono collegate ad un impianto di terra distinto da quello del collegamento a terra di un punto (in genere il neutro) del sistema di alimentazione. In Italia a tale sistema appartengono generalmente tutti gli impianti utilizzatori alimentati dalla rete di distribuzione pubblica in bassa tensione. In questi casi non è ammesso il collegamento dell’impianto di terra dell’impianto utilizzatore al neutro, in quanto quest’ultimo potrebbe assumere tensioni pericolose.
Devono essere rispettate le prescrizioni dell’articolo 413.1.4 della Norma CEI 64-8: il valore della resistenza del dispersore dell’impianto utilizzatore deve soddisfare la nota relazione:

RE UL / IDN

Dove UL = 50 V per ambienti ordinari e 25 V per cantieri, locali ad uso medico, locali agricoli in presenza di bestiame.
IDN = corrente differenziale nominale dei dispositivi di protezione a corrente differenziale.

L’uso obbligatorio di protezioni differenziali rende agevole l’ottenimento del valore richiesto per la resistenza di terra. Infatti con un interruttore differenziale ( con IDN = 0,3 A risulta RE 50 / IDN = 50 / 0,3 = 167 ohm in ambienti ordinari, 83 ohm in ambienti particolari) è facile ottenere il coordinamento.

Sistema TN
Essendo la cabina di trasformazione di proprietà, l’utente deve realizzare un dispersore per tenere conto dei guasti a terra che si possono verificare sul lato di II categoria. La funzione ed il comportamento dell’impianto di terra variano a seconda del tipo di guasto.

In caso di guasto sul lato di I categoria (BT) la corrente di guasto interessa soprattutto il conduttore di protezione e la
fase dove si è verificato il guasto.
La corrente è così limitata dalla impedenza del circuito di guasto e non risulta praticamente interessare il dispersore. Durante il guasto, poiché la massa del relativo componente elettrico va in tensione, devono essere assicurati adeguati tempi di intervento dei dispositivi di protezione. La funzione dell’impianto di terra, costituito da conduttori di protezione, conduttori equipotenziali, conduttori di terra e dispersori, è soprattutto quella di assicurare, oltre che una chiusura su un circuito di guasto a bassissima impedenza, una adeguata equipotenzialità delle masse e delle masse estranee.

In caso di guasto sul lato di II categoria (MT) il dispersore è direttamente interessato nella chiusura del circuito di guasto.
La tensione delle masse dipende dalla resistenza di terra e dalla corrente di terra sul lato media tensione. Il valore della corrente di terra e il tempo di intervento dei relativi dispositivi di protezione sono parametri del sistema e dipendono dalle caratteristiche del sistema di alimentazione in media tensione del distributore (dati del guasto del Distributore).
Nella pratica, le tensioni di contatto e le tensioni di passo sono notevolmente limitate a causa dell’isolamento delle pavimentazioni e della geometria del dispersore che provvede a realizzare una certa equipotenzialità del terreno.
Il dispersore, oltre a garantire una bassa resistenza, deve soprattutto avere una geometria tale da assicurare una equipotenzialità fra masse e terreno circostante soprattutto in corrispondenza dei punti periferici dell’impianto.
Per questo motivo, in questi impianti sono da preferire i dispersori di tipo orizzontale con disposizione a maglie o ad anello.

Nei sistemi TN, per il coordinamento delle protezioni occorre fare riferimento alla Norma CEI EN 50522 (Classificazione CEI 99-3), ovvero soddisfare la condizione:

UE = RE x IF UTP

dove RE = resistenza di terra in ohm, UE = tensione totale di terra (V), UTP = tensione di contatto ammissibile (V) e IF = corrente che fluisce dal circuito principale verso terra, o verso parti collegate a terra, nel punto di guasto (punto di guasto a terra)

La corrente di guasto a terra IF ed il tempo di eliminazione del guasto tFnel sistema a tensione maggiore di 1kV vengono forniti, su richiesta, dal Distributore, con apposita comunicazione. Si segnala a tal proposito che secondo la Norma CEI 0-16, l’utente può richiedere i dati del guasto “una tantum”. Sarà il Distributore ad inviare eventuali comunicazioni circa il guasto.
Alcuni Distributori hanno recentemente realizzato portali web aggiornati in tempo reale, nei quali ogni utente, una volta identificata la linea tramite POD, può accedere in autonomia ai dati del guasto per il coordinamento.
La tensione totale di terra (UE) e le tensioni di contatto ammissibili (UTP), noto il tempo di eliminazione del guasto (tF), devono essere scelte tra quelle indicate nella Norma CEI EN 50522.  A titolo di esempio, per tempi di intervento caratteristici:

a tF = 0,50 s corrisponde UTP = 220 V
a tF = 0,69 s corrisponde UTP = 159 V
a tF 10 s (neutro compensato) corrisponde UTP = 80 V
[Per tutti i valori e per il confronto con la “vecchia” 11-1 NT24 ha realizzato un articolo, a questo link]

Il terreno: resistività e corrosività
Indipendentemente dal sistema elettrico considerato, la resistività del terreno è un elemento determinante nella progettazione del sistema disperdente. In presenza di impianti appartenenti al sistema TT con ridotte correnti di guasto, il rilievo della resistività del terreno può essere desunto da tabelle che danno valori campione per i vari tipi di terreno. Per impianti appartenenti al sistema TN, con elevate correnti di guasto sul lato media tensione, può essere preferibile una corretta misurazione sul campo.
Un altro aspetto da considerare è sicuramente la corrosività del terreno. Come noto, gli elementi metallici immersi in ambiente umido sono soggetti a corrosione. Peggiorano la situazione eventuali gli agenti chimici, le coppie galvaniche fra metalli diversi e le correnti vaganti.

“Prevedere” il valore della resistenza di terra
Non è facile prevedere quale sarà il valore della resistenza di terra definitiva del complesso disperdente. Esistono alcune formule che consentono una valutazione approssimativa del contributo di dispersori intenzionali. La resistenza di un dispersore può essere approssimata con le seguenti formule:

Resistenza di un dispersore verticale: RD = ρm/ L
Resistenza di un dispersore orizzontale:  RD = 2 ρm/ L
Resistenza di un sistema di elementi magliati: RD = ρm/ 4 R

Dove ρm  è la resistività media del terreno e L la lunghezza dell’elemento a contatto con il terreno ed R il raggio del cerchio di area equivalente alla maglia. Esistono inoltre diverse Norme che approfondiscono l’argomento, fornendo informazioni sotto forma di tabelle, partendo dalla resistività del terreno e dalle caratteristiche geometriche del dispersore.

Tabella 1 – Resistenza di terra (valore approssimato) di dispersori a picchetto

Tabella 2 – Resistenza di terra (valore approssimativo) di dispersori rettilinei cordati o in tondino posati orizzontalmente a mezzo metro di profondità

Sono stati pubblicati anche studi che forniscono formule che consentirebbero di calcolare anche il contributo dei dispersori di fatto, ad esempio dei plinti di fondazione del cemento armato. Tuttavia queste formule si sono spesso dimostrate poco attendibili.

Dimensionamento dei conduttori di terra
Per il dimensionamento dei conduttori di terra si devono considerare le condizioni di posa, in quanto tali conduttori non solo devono portare al dispersore la corrente di guasto, ma devono anche essere in grado di resistere alla corrosione e ad eventuali sforzi meccanici. Le norme CEI 64-8 e 99-3 forniscono indicazioni per il dimensionamento in funzione della corrente per i sistemi TT e TN, indicano inoltre le sezioni minime per tenere conto della resistenza alla corrosione e degli sforzi meccanici. In ogni caso (indipendentemente dal sistema elettrico), in assenza di protezione contro la corrosione le sezioni minime dei conduttori di terra non devono essere inferiori a  25 mm2 se in rame e 50 mm2 se in ferro zincato.
In assenza di protezioni meccaniche, ma con protezioni contro la corrosione (es.conduttore interrato con isolamento in PVC), le sezioni minime non devono comunque essere inferiori a 16 mm2.

Per il dimensionamento dei conduttori di terra si può utilizzare la tabella 54F della Norma CEI 64-8 tenendo presente che la sezione del conduttore di terra non deve essere inferiore a quella necessaria per il conduttore di protezione dell’impianto avente la sezione maggiore, che prevede il dimensionamento del PE in base al conduttore di fase:

Se S 16  mm2 allora SPE = S;
Se 16 S 35  mm2 allora SPE = 16 mm2;
Se S 35  mm2 allora SPE = 1/2 S.

Dove S è la sezione del conduttore di fase e SPE è la sezione del conduttore di protezione. Ovviamente queste considerazioni valgono solo se i conduttori di fase e di protezione sono dello stesso materiale. Le sezioni previste dalla tabella semplificata sono molte volte sovradimensionate, a favore della sicurezza. Qualora si volesse “risparmiare” sulla sezione del conduttore di protezione è possibile farlo verificando la relazione (sempre valida):

SPE  √ I2  t / K  (Norma CEI 64-8 art. 543.1.1)

dove SPE è la sezione del conduttore di protezione (mm2); I è il valore efficace della corrente di guasto che può percorrere il conduttore di protezione per un guasto di impedenza trascurabile (A) e t il tempo di intervento del dispositivo di protezione (s).
K è un coefficiente che dipende dal materiale del conduttore di protezione, dell’isolamento e di altre parti e dalle temperature iniziali e finali. Valori di K per i conduttori di protezione in diverse applicazioni sono dati nelle tabelle seguenti:

Tabella 3 – Valori di K per i conduttori di protezione costituiti da cavi unipolari, o per conduttori di protezione nudi in contatto con il rivestimento esterno dei cavi (Norma CEI 64-8)

Tabella 4 – Valori di K per conduttori di protezione costituiti da un’anima di cavo multipolare (Norma CEI 64-8)

Tabella 5 – Valori di K per conduttori di protezione costituiti dal rivestimento metallico o dall’armatura di un cavo (Norma CEI 64-8)

Negli impianti alimentati a tensione superiore a 1 kV, per definire i materiale e le dimensioni minime dei dispersori per garantirne la resistenza meccanica e alla corrosione e per il dimensionamento dei conduttori di terra, occorre fare riferimento agli allegati C e D della Norma CEI EN 50522.

Tabella 6 – Materiale e dimensioni minime dei dispersori per garantirne la resistenza meccanica e alla corrosione

Planimetria dell’impianto di terra
A prescindere dalla complessità dell’impianto, in una planimetria in scala opportuna si deve evidenziare l’impianto di terra ed indicare con adeguati riferimenti grafici, opportunamente differenziati tra loro: il posizionamento dei dispersori di fatto ed intenzionali, con l’indicazione delle loro caratteristiche, il posizionamento del collettore principale (o dei collettori principali) di terra, il percorso dei conduttori di terra e dei conduttori equipotenziali principali con l’indicazione delle loro caratteristiche.

Fine prima parte! A breve la seconda parte “realizzazione dell’impianto di terra

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