Premessa
La perdita di isolamento tra i conduttori normalmente in tensione e le masse può provocare un guasto chiamato generalmente guasto a terra.
Le principali cause di perdita di isolamento sono:
- decadimento nel tempo delle proprietà dielettriche (crepature nelle gomme isolanti, etc.);
- rottura meccanica (es. la tranciatura di un cavo interrato da parte di una pala meccanica);
- ambienti particolarmente aggressivi (presenza di polveri, umidità, inquinamento, etc.);
- sovratensioni di origine atmosferica o di manovra;
- azione di roditori.
principali effetti della corrente di guasto a terra sono:
- portare in tensione le masse;
- archi elettrici localizzati e conseguenti surriscaldamenti;
- disturbi ai sistemi di telecomunicazione;
- fenomeni di erosione dei dispersori elettrici.
La corrente di guasto a terra si manifesta inizialmente come un arco localizzato nel punto in cui è venuto meno l’isolamento; questo arco è caratterizzato da un’intensità di corrente molto modesta dell’ordine di qualche decina di milliampere. In seguito, il guasto evolve, più o meno rapidamente, per assumere il carattere di guasto franco fase-terra e, se tale guasto non è tempestivamente
interrotto dalle protezioni, può arrivare a coinvolgere tutte le fasi dando origine ad un cortocircuito trifase con contatto a terra.
Una prima conseguenza della corrente di guasto a terra è, quindi, quella relativa al danno che l’impianto subisce, sia a causa delle modeste correnti iniziali d’arco, le quali difficilmente rivelate dagli sganciatori di sovracorrente possono permanere per lungo tempo ed innescare un incendio, sia a causa del cortocircuito che si sviluppa dopo che è stata compromessa l’integrità dell’impianto stesso.
Un’altra importante conseguenza della corrente di guasto a terra è quella relativa al pericolo per le persone derivante da un contatto indiretto, cioè a seguito del contatto con masse che sono andate accidentalmente in tensione a causa del cedimento dell’isolamento.
Classificazione dei sistemi
L’entità del guasto a terra e le conseguenze che derivano dal contatto con masse in tensione sono legate in modo determinante allo stato del neutro del sistema di alimentazione e alla modalità di connessione delle masse verso terra.
Per scegliere opportunamente il dispositivo di protezione contro i guasti a terra occorre quindi conoscere il sistema di distribuzione dell’impianto. La norma italiana CEI 64-8/3 (allineata a quella internazionale IEC 60364-3) classifica i sistemi elettrici con la combinazione di due lettere.
La prima lettera indica la situazione del sistema di alimentazione verso terra (*):
- T collegamento diretto a terra di un punto, in c.a., in genere il neutro;
- I isolamento da terra, oppure collegamento a terra di un punto, generalmente il neutro, tramite un’impedenza.
La seconda lettera indica la situazione delle masse dell’impianto elettrico rispetto a terra:
- T masse collegate direttamente a terra;
- N masse collegate al punto messo a terra del sistema di alimentazione.
Eventuali lettere successive indicano la disposizione dei conduttori di neutro e di protezione:
- S funzioni di neutro e protezione svolte da conduttori separati;
- C funzioni di neutro e protezione svolte da un unico conduttore (conduttore PEN).
Con riferimento a queste definizioni di seguito sono illustrati i principali sistemi di distribuzione utilizzati.
(*) La connessione a terra di un punto a livello di trasformatori MT/BT è necessaria per evitare di trasferire a valle tensioni pericolose, ad esempio per guasto tra gli avvolgimenti di MT e quelli di BT. Nei sistemi IT dovrebbero utilizzarsi trasformatori costruiti in modo da non trasferire tensioni pericolose per l’uomo e le apparecchiature.
Sistema TT
Nel sistema TT il neutro e le masse sono collegati a due impianti di terra elettricamente indipendenti (Fig. 1) e la corrente di guasto a terra ritorna quindi al nodo di alimentazione attraverso il terreno (Fig. 2).
Fig.2
In impianti di questo tipo il neutro viene normalmente distribuito e la sua funzione è quella di rendere disponibile la tensione di fase (es. 230 V), utile per l’alimentazione dei carichi monofase degli impianti civili.
Sistema TN
Nel sistema TN il neutro è connesso direttamente a terra mentre le masse sono connesse allo stesso impianto di terra del neutro.
Il sistema elettrico TN si distingue in tre tipi a seconda che i conduttori di neutro e di protezione siano separati o meno:
- TN-S: il conduttore di neutro N e di protezione PE sono separati (Fig. 3)
- TN-C: le funzioni di neutro e di protezione sono combinate in un unico conduttore definito PEN (Fig. 4)
- TN-C-S: le funzioni di neutro e di protezione sono in parte combinate in un solo conduttore PEN ed in parte separate PE + N (Fig. 5).
Sistema IT
Il sistema elettrico IT non ha parti attive collegate direttamente a terra ma può avere parti attive collegate a terra tramite un’impedenza di valore elevato (Fig. 7). Tutte le masse, singolarmente o in gruppo, sono connesse ad un impianto di terra indipendente.
La corrente di guasto a terra ritorna al nodo di alimentazione attraverso l’impianto di terra delle masse e le capacità verso terra dei conduttori di linea (Fig. 8).
Conclusioni
Sistema di |
Principali applicazioni |
Valore tipico delle correnti di guasto a terra |
Note |
TT | installazioni domestiche e similari; piccole industrie alimentate in bassa tensione |
10÷100 A | Il sistema di distribuzione TT è utilizzato quando non è possibile garantire la distribuzione del conduttore di protezione (PE) e si preferisce affidare all’utente la responsabilità della protezione dai contatti indiretti. |
TN | industrie e grossi impianti alimentati in media tensione | valori simili al guasto monofase | Il sistema TN è un sistema con il quale viene distribuita l’energia alle utenze che dispongono di propria cabina di trasformazione; in questo caso è relativamente semplice garantire il conduttore di protezione. |
IT | industrie chimiche e petrolchimiche, impianti in cui è fondamentale la continuità di servizio |
μA ÷ 2 A in funzione dell’estensione dell’impianto; in caso di doppio guasto a terra la corrente di guasto assume valori tipici dei sistemi TT o TN a secondo del collegamento delle masse rispetto a terra | Questo tipo di sistema risulta essere particolarmente adatto nei casi in cui deve essere garantita la continuità di servizio in quanto la presenza di un primo guasto non dà luogo a correnti di valore elevato e/o pericoloso per le persone. |