La messa a terra, in ingegneria elettrica, è l’insieme di azioni e sistemi volti a portare un elemento metallico al potenziale elettrico del terreno, convenzionalmente assunto pari a zero. 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 l’impianto di messa a terra delle abitazioni civili è di 230 V – tensione stellata), si possono verificare situazioni di pericolo quando parti dell‘impianto elettrico che normalmente non sono in tensione, come le carcasse degli elettrodomestici, computer, motori, lampade e più in generale qualunque apparecchio alimentato a 230 V che non sia di classe II, 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, in pratica dai “contatti indiretti”. Essa consiste in uno o più dispersori tra loro interconnessi collocati nel terreno e di una serie di conduttori di terra e di protezione (PE) che uniscono il suddetto dispersore agli apparecchi utilizzatori.
Lo scopo della messa a terra è quindi far sì che le masse degli apparecchi elettrici siano al potenziale del terreno, o meglio, che vi sia un percorso di richiusura intenzionale e permanente della corrente di guasto, verso la sorgente elettrica che alimenta il circuito, in genere un trasformatore MT/BT.

In caso di guasto la messa a terra correttamente collegata alle masse (carcasse metalliche, computer, motori,..) deve assicurare l’intervento automatico – perché senza l’intervento umano – e tempestivo – ossia entro dei tempi stabiliti in sede normativa internazionale – delle protezioni poste a monte dei circuiti.

Le correnti di guasto a terra, assumono valori molto variabili, in funzione del tipo di messa a terra del centro stella del trasformatore che alimenta i circuiti elettrici.

Le protezioni che devono “sentire” ed interrompere queste correnti sono generalmente di questo tipo:

– Interruttore con relè a massima corrente (si usano in ambito industriale, dove le correnti di guasto a massa assumono valori da centinaia a qualche decina di migliaia di Ampere);
– Interruttore come sopra, ma abbinato anche ad un relè “differenziale” che per sua natura costruttiva è particolarmente sensibile a queste correnti (si usa diffusamente in ambito civile, terziario e sui circuiti lunghi e di sezione sottile, anche in ambiente industriale. In alcuni frangenti, è addirittura obbligatorio);
– Fusibili utilizzati per proteggere i circuiti industriali, se scelti correttamente, assicurano un buon livello di sicurezza, e specialmente, di affidabilità dato che non possono mai guastarsi o incepparsi.

Gli scopi fondamentali dell’impianto di messa a terra sono:

• Offrire protezione contro i contatti indiretti, ossia quelli che derivano da un guasto a massa.
• Permettere l’intervento dell’interruttore differenziale e/o dell’interruttore automatico in caso di guasto verso terra
• Proteggere persone e impianti da tensioni elettriche di qualsiasi origine, possibilmente anche quelle atmosferiche generate dai fulmini.
• 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, seppure ciò non trova fondamento scientifico, e nessuno è disposto a rinunciare ai benefici e confort, che l’energia elettrica offre.
• Scaricare i disturbi elettromagnetici e fornire un potenziale di riferimento.

Sistemi TN e TT

Il neutro del trasformatore MT/BT di E-Distribuzione, Unareti, ACEA, ecc. è messo a terra in cabina e in più punti lungo la linea elettrica di consegna. L’impianto elettrico dell’utente privato è dotato di un suo impianto di terra indipendente, ossia 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 diffuso in Italia per le utenze private in bassa tensione, è detto Terra-Terra (Sistema 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 dei trasformatori della cabina è connesso con l’impianto di messa a terra generale della costruzione o stabilimento, costituendo i sistemi TN (terra-neutro). In particolare è possibile avere la connessione della protezione di terra degli apparecchi al neutro (sistema TNC) oppure con due linee distinte per neutro e terra (sistema TNS) interconnesse in cabina. Quest’ultimo sistema garantisce maggiore sicurezza. Esiste anche una soluzione ibrida (sistema TNCS), 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 offrivano un grado di protezione superiore rispetto al sistema TT contro i guasti verso terra, finché non sono stati massicciamente introdotti, dagli anni ‘80 i dispositivi differenziali (a patto che questi ultimi vengano testati strumentalmente e con cadenze temporali prestabilite per verificarne il funzionamento elettromeccanico). Nei sistemi TN, se per esempio un conduttore di fase entra in contatto con la massa metallica di un apparecchio, essendo questa massa collegata ad un conduttore PE, 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 dell’interruttore magnetotermico o del fusibile di protezione. Se gli impianti di messa a terra fossero di tipo tt (essendo la serie di due resistenze), la corrente di guasto potrebbe essere insufficiente a provocare l’intervento dei dispositivi a massima corrente.

Attualmente un sistema TT dotato di impianti di messa terra e protezioni differenziali risulta più sicuro di un sistema t-n dotato di sole protezioni magneto-termiche.
Si può avere in un sistema del tipo i-t, 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 interviene e le altre utenze connesse alla rete continueranno a essere alimentate. Un impianto di messa a terra di questo tipo è utile in impianti industriali a processo continuo, o come nelle sale operatorie degli ospedali, ove è necessaria una elevata continuità di servizio. Avvenuto il guasto si deve intervenire tempestivamente per isolarlo, per evitare che nel caso di un secondo guasto si instaurino tensioni pericolose.

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