Il motivo principale per la messa a terra delle reti elettriche è la sicurezza. Quando tutte le parti metalliche delle apparecchiature elettriche sono messe a terra, anche in caso di isolamento rotto, non si creeranno tensioni pericolose sulla sua custodia, ma saranno impedite da sistemi di messa a terra affidabili.
Compiti per i sistemi di messa a terra
I compiti principali dei sistemi di sicurezza che operano secondo il principio della messa a terra:
- Sicurezza per la vita umana, al fine di proteggersi dalle scosse elettriche. Fornisce un percorso alternativo per la corrente di emergenza per evitare danni all'utente.
- Protezione di edifici, macchinari e attrezzature durante le condizioni di interruzione di corrente in modo che le parti conduttive esposte delle apparecchiature non raggiungano il potenziale letale.
- Protezione contro le sovratensioni dovute a fulmini che possono portare a pericolose alte tensioni nel sistema di distribuzione elettrica o dal contatto involontario umano con linee ad alta tensione.
- Stabilizzazione della tensione. Ci sono molte fonti di elettricità. Ogni trasformatore può essere considerato come una sorgente separata. Devono avere un punto di ripristino negativo comune disponibile.energia. La terra è l'unica superficie conduttiva di questo tipo per tutte le fonti di energia, quindi è stata adottata come standard universale per l'eliminazione di corrente e tensione. Senza un tale punto comune, sarebbe estremamente difficile garantire la sicurezza del sistema elettrico nel suo insieme.
Requisiti del sistema di terra:
- Deve avere un percorso alternativo per far fluire una corrente pericolosa.
- Nessun potenziale pericoloso sulle parti conduttive esposte dell'apparecchiatura.
- Deve essere sufficientemente bassa impedenza da fornire una corrente sufficiente attraverso il fusibile per interrompere l'alimentazione (<0, 4 sec).
- Dovrebbe avere una buona resistenza alla corrosione.
- Deve essere in grado di dissipare un'elevata corrente di cortocircuito.
Descrizione dei sistemi di messa a terra
Il processo di connessione delle parti metalliche di apparecchiature e apparecchiature elettriche a terra con un dispositivo metallico che ha poca resistenza è chiamato messa a terra. Durante la messa a terra, le parti che trasportano corrente dei dispositivi sono direttamente collegate a terra. La messa a terra fornisce un percorso di ritorno per la corrente di dispersione e quindi protegge le apparecchiature del sistema di alimentazione da eventuali danni.
Quando si verifica un guasto nell'apparecchiatura, c'è uno squilibrio di corrente in tutte e tre le sue fasi. La messa a terra scarica la corrente di guasto a terra e quindi ripristina l'equilibrio di funzionamento del sistema. Questi sistemi di difesa hanno diversi vantaggi, come l'eliminazionesovratensione scaricandolo a terra. La messa a terra garantisce la sicurezza delle apparecchiature e migliora l'affidabilità del servizio.
Metodo di azzeramento
Messa a terra significa collegare a terra la parte portante dell'apparecchiatura. Quando si verifica un guasto nel sistema, si crea un potenziale pericoloso sulla superficie esterna dell'apparecchiatura e qualsiasi persona o animale che tocca accidentalmente la superficie può ricevere una scossa elettrica. L'azzeramento scarica a terra correnti pericolose e quindi neutralizza lo shock di corrente.
Protegge inoltre le apparecchiature dai fulmini e fornisce un percorso di scarica da scaricatori di sovratensione e altri dispositivi di spegnimento. Ciò si ottiene collegando parti della pianta a terra con un conduttore di terra o un elettrodo a stretto contatto con il terreno, posto a una certa distanza sotto il livello del suolo.
La differenza tra messa a terra e messa a terra
Una delle principali differenze tra messa a terra e messa a terra è che durante la messa a terra, la parte conduttiva portante è collegata a terra, mentre durante la messa a terra, la superficie dei dispositivi è collegata a terra. Altre differenze tra loro sono spiegate di seguito sotto forma di una tabella di confronto.
Tabella di confronto
| Nozioni di base per il confronto | Messa a terra | Azzeramento |
| Definizione | Parte conduttiva collegata a terra | Custodia attrezzatura collegata a terra |
| Posizione | Tra equipaggiamento neutro e terra | Tra la custodia dell'attrezzatura e il terreno, che si trova sotto la superficie del terreno |
| Potenziale zero | Non ha | Sì |
| Protezione | Proteggi le apparecchiature della rete elettrica | Proteggi una persona dalle scosse elettriche |
| Il sentiero | È indicato il percorso di ritorno al terreno attuale | Scarica energia elettrica a terra |
| Tipi | Tre (resistenza solida) | Cinque (tubo, piastra, elettrodo di terra, terra e terra) |
|
Colore filo |
Nero | Verde |
| Usa | Per il bilanciamento del carico | Per prevenire scosse elettriche |
| Esempi | Generatore e neutro del trasformatore di potenza collegati a terra | Involucro di trasformatore, generatore, motore, ecc. collegato a terra |
Fili di protezione TN
Questi tipi di sistemi di messa a terra hanno uno o più punti direttamente collegati a terra dalla fonte di alimentazione. Le parti conduttive esposte dell'installazione sono collegate a questi punti mediante cavi di protezione.
Nel mondopratica, viene utilizzato un codice di due lettere.
Lettere usate:
- T (parola francese Terre significa "terra") - un collegamento diretto di un punto a terra.
- I - nessun punto collegato a terra a causa dell'elevata impedenza.
- N - collegamento diretto al neutro della sorgente, che a sua volta è collegato a terra.
In base alla combinazione di queste tre lettere, esistono tipi di sistemi di messa a terra: TN, TN-S, TN-C, TN-CS. Cosa significa?
In un sistema di messa a terra TN, uno dei punti sorgente (generatore o trasformatore) è collegato a terra. Questo punto è solitamente il punto stella in un sistema trifase. Lo chassis del dispositivo elettrico collegato è collegato a terra attraverso questo punto di messa a terra sul lato sorgente.
Nella foto sopra: PE - Acronimo di Protective Earth è un conduttore che collega a terra le parti metalliche esposte dell'impianto elettrico di un consumatore. N è detto neutro. Questo è il conduttore che collega la stella in un sistema trifase a terra. Da queste designazioni nel diagramma, è immediatamente chiaro quale sistema di messa a terra appartiene al sistema TN.
Linea neutra TN-S
Si tratta di un sistema con conduttori neutri e di protezione separati in tutto lo schema elettrico.
Il conduttore di protezione (PE) è la guaina metallica del cavo che alimenta l'impianto o un singolo conduttore.
Tutte le parti conduttive esposte con l'installazione sono collegate a questo conduttore di protezione attraverso il terminale principale dell'installazione.
Sistema TN-C-S
Si tratta di tipi di sistemi di messa a terra in cui le funzioni neutre e di protezione sono combinate in un unico conduttore di sistema.
Nel sistema di messa a terra del neutro TN-CS, noto anche come messa a terra multipla di protezione, il conduttore PEN viene indicato come il conduttore combinato di neutro e terra.
Il conduttore PEN del sistema di alimentazione è collegato a terra in più punti e l'elettrodo di messa a terra si trova presso o vicino al sito di installazione del consumatore.
Tutte le parti conduttive esposte all'unità sono collegate da un conduttore PEN utilizzando il terminale di terra principale e il terminale neutro e sono collegate tra loro.
Circuito di protezione TT
Si tratta di un sistema di messa a terra di protezione con un unico punto di alimentazione.
Tutte le parti conduttive esposte con installazione che sono collegate all'elettrodo di terra sono elettricamente indipendenti dalla sorgente di terra.
Sistema isolante IT
Sistema di messa a terra di protezione senza collegamento diretto tra parti in tensione e terra.
Tutte le parti conduttive esposte con installazione collegate a un elettrodo di terra.
La sorgente è collegata a terra tramite un'impedenza di sistema introdotta deliberatamente o isolata da terra.
Progettazione di sistemi di protezione
Collegamento tra apparecchi elettrici e dispositivi con una piastra di messa a terra o un elettrodo tramite un filo spesso a bassa resistenza per garantirela sicurezza è chiamata messa a terra o messa a terra.
Il sistema di messa a terra o di messa a terra nella rete elettrica funziona come misura di sicurezza per proteggere la vita umana e le apparecchiature. Lo scopo principale è quello di fornire un percorso alternativo per i flussi pericolosi per evitare incidenti dovuti a scosse elettriche e danni alle apparecchiature.
Le parti metalliche dell'apparecchiatura sono messe a terra o collegate a terra e, se per qualsiasi motivo l'isolamento dell'apparecchiatura si guasta, le alte tensioni che possono essere presenti nel rivestimento esterno dell'apparecchiatura avranno un percorso di scarica verso terra. Se l'apparecchiatura non è collegata a terra, questa tensione pericolosa può essere trasmessa a chiunque lo tocchi, provocando scosse elettriche. Il circuito è completato e il fusibile si attiva immediatamente se il filo sotto tensione tocca la custodia con messa a terra.
Esistono diversi modi per eseguire il sistema di messa a terra degli impianti elettrici, come la messa a terra di un filo o una striscia, una piastra o un'asta, la messa a terra mediante messa a terra o tramite l'alimentazione idrica. I metodi più comuni sono l'azzeramento e l'impostazione dell'inserimento.
Tappetino di terra
Un tappeto di terra è realizzato collegando una serie di aste tramite fili di rame. Ciò riduce la resistenza complessiva del circuito. Questi sistemi di messa a terra elettrica aiutano a limitare il potenziale di terra. Il tappetino da terra viene utilizzato principalmente nel luogo in cui deve essere testata una grande correntedanno.
Quando si progetta un tappeto di terra, vengono presi in considerazione i seguenti requisiti:
- In caso di malfunzionamento, la tensione non deve essere pericolosa per una persona quando tocca la superficie conduttiva delle apparecchiature dell'impianto elettrico.
- La corrente di cortocircuito CC che può fluire nel tappeto di terra deve essere abbastanza grande per il funzionamento del relè di protezione.
- La resistenza del suolo è bassa in modo che la corrente di dispersione possa attraversarlo.
- Il design del tappeto di terra dovrebbe essere tale che la tensione del gradino sia inferiore al valore consentito, che dipenderà dalla resistività del suolo richiesta per isolare l'installazione difettosa da esseri umani e animali.
Protezione da sovracorrente dell'elettrodo
Con questo sistema di messa a terra dell'edificio, qualsiasi filo, asta, tubo o fascio di conduttori viene posizionato orizzontalmente o verticalmente nel terreno accanto all'oggetto protettivo. Nei sistemi di distribuzione, il dispersore può essere costituito da un'asta lunga circa 1 metro e posta verticalmente nel terreno. Le sottostazioni sono realizzate utilizzando un tappetino a terra, non singole aste.
Circuito di protezione della corrente del tubo
Questo è il sistema di messa a terra dell'installazione elettrica più comune e migliore rispetto ad altri sistemi adatti alle stesse condizioni di terra e umidità. In questo metodo, l'acciaio zincato e un tubo perforato di lunghezza e diametro calcolati vengono posizionati verticalmente su un terreno costantemente umido, comemostrato di seguito. La dimensione del tubo dipende dalla corrente attuale e dal tipo di terreno.
In genere, la dimensione del tubo per un sistema di messa a terra di una casa è di 40 mm di diametro e 2,5 metri di lunghezza per il terreno normale, o più lunga per il terreno secco e sassoso. La profondità alla quale il tubo deve essere interrato dipende dal contenuto di umidità del terreno. Tipicamente, il tubo si trova a 3,75 metri di profondità. Il fondo del tubo è circondato da piccoli pezzi di coke o carbone ad una distanza di circa 15 cm.
Livelli alternativi di carbone e sale vengono utilizzati per aumentare la superficie effettiva e quindi ridurre la resistenza. Un altro tubo del diametro di 19 mm e della lunghezza minima di 1,25 metri è collegato alla sommità del tubo GI tramite un riduttore. In estate, l'umidità del suolo diminuisce, il che porta ad un aumento della resistenza del terreno.
Così si stanno lavorando su una base in cemento cemento per mantenere l'acqua disponibile in estate e per avere un terreno con i parametri protettivi necessari. Attraverso un imbuto collegato ad un tubo del diametro di 19 mm si possono aggiungere 3 o 4 secchi d'acqua. Un filo di terra GI o una striscia di filo GI con una sezione trasversale sufficiente per rimuovere in sicurezza la corrente viene trasportato in un tubo GI di 12 mm di diametro a una profondità di circa 60 cm da terra.
Messa a terra della piastra
In questo dispositivo di messa a terra, la piastra di messa a terra di 60 cm × 60 cm × 3 m di rame e 60 cm × 60 cm × 6 mm di ferro zincato è immersa nel terreno con una superficie verticale ad una profondità di almeno 3 m dal livello del suolo
La piastra di protezione viene inserita negli strati ausiliari di carbone e sale con uno spessore minimo di 15 cm Il filo di terra (GI o filo di rame) è imbullonato saldamente alla piastra di terra.
La piastra di rame e il filo di rame non sono comunemente usati nei circuiti di protezione a causa del loro costo più elevato.
Collegamento a terra tramite rete idrica
In questo tipo, il cavo GI o rame è collegato alla rete idraulica con un filo di acciaio collegato al cavo di rame come mostrato di seguito.
L'impianto idraulico è in metallo e si trova sotto la superficie della terra, cioè direttamente collegato al suolo. Il flusso di corrente attraverso il GI o il filo di rame è direttamente collegato a terra attraverso l'impianto idraulico.
Calcolo della resistenza dell'anello di terra
La resistenza di una singola striscia di un'asta sepolta nel terreno è:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (loge (2 x L x L / W x t)), dove:
ρ - stabilità del suolo (Ω ohm), L - lunghezza della striscia o del conduttore (cm), w - larghezza della striscia o diametro del conduttore (cm), t - profondità di sepoltura (cm).
Esempio: calcola la resistenza della striscia di terra. Filo con un diametro di 36 mm e una lunghezza di 262 metri ad una profondità di 500 mm nel terreno, la resistenza di terra è di 65 ohm.
R è la resistenza del picchetto in W.
r - Resistenza di terra (ohmmetro)=65 ohm.
Misura l - lunghezza asta (cm)=262 m=26200 cm.
d -diametro interno dell'asta (cm)=36 mm=3,6 cm.
h - profondità striscia / asta nascosta (cm)=500 mm=50 cm.
Resistenza striscia di terra/conduttore (R)=ρ / 2 × 3, 14 x L (loge (2 x L x L / Wt))
Resistenza striscia di terra/conduttore (R)=65 / 2 × 3, 14 x 26200 x ln (2 x 26200 x 26200 / 3, 6 × 50)
Resistenza striscia di terra/conduttore (R) =1,7 Ohm.
La regola pratica può essere utilizzata per calcolare il numero di picchetti da terra.
La resistenza approssimativa degli elettrodi a stelo/tubo può essere calcolata utilizzando la resistenza degli elettrodi a stelo/tubo:
R=K x ρ / L dove:
ρ - resistenza di terra in ohmmetro, L - lunghezza dell'elettrodo nel misuratore, d - diametro dell'elettrodo nel misuratore, K=0,75 se 25 <L / d <100.
K=1 se 100 <L / d <600.
K=1, 2 o / L se 600 <L / d <300.
Numero di elettrodi, se trovi la formula R (d)=(1, 5 / N) x R, dove:
R (d) - resistenza richiesta.
R - resistenza a elettrodo singolo
N - il numero di elettrodi installati in parallelo a una distanza da 3 a 4 metri.
Esempio: calcolare la resistenza del tubo di terra e il numero di elettrodi per ottenere una resistenza di 1 ohm, resistività del terreno da ρ=40, lunghezza=2,5 metri, diametro del tubo=38 mm.
L / d=2.5 / 0.038=65.78 quindi K=0.75.
Resistenza degli elettrodi del tubo R=K x ρ / L=0, 75 × 65, 78=12 Ω
Un elettrodo - resistenza - 12 Ohm.
Per ottenere una resistenza di 1 ohm, il numero totale di elettrodi necessari=(1,5 × 12) / 1=18
Fattori che influenzano la resistenza di terra
Il codice
NEC richiede una lunghezza minima dell'elettrodo di terra di 2,5 metri per il contatto di terra. Ma ci sono alcuni fattori che influenzano la resistenza al suolo del sistema di protezione:
- Lunghezza/profondità dell'elettrodo di terra. Raddoppiando la lunghezza si riduce la resistenza superficiale fino al 40%.
- Diametro elettrodo di massa. Raddoppiando il diametro dell'elettrodo di terra si riduce la resistenza di terra solo del 10%.
- Numero di elettrodi di terra. Per migliorare l'efficienza, vengono installati elettrodi aggiuntivi alla profondità degli elettrodi di messa a terra principali.
Costruzione di impianti elettrici di protezione di un edificio residenziale
Le strutture di terra sono attualmente il metodo preferito di messa a terra, soprattutto per le reti elettriche. L'elettricità segue sempre il percorso di minor resistenza e devia la corrente massima dal circuito in pozzi di terra progettati per ridurre la resistenza, idealmente fino a 1 ohm.
Per raggiungere questo obiettivo:
- L'area di 1,5 m x 1,5 m è scavata a una profondità di 3 m. La buca è riempita per metà con una miscela di polvere di carbone, sabbia e sale.
- La piastra GI 500mm x 500mm x 10mm è posizionata al centro.
- Stabilire i collegamenti tra la piastra di messa a terra per il sistema di messa a terra della casa privata.
- Altroparte della fossa è riempita con una miscela di carbone, sabbia, sale.
- È possibile utilizzare due strisce GI da 30 mm x 10 mm per collegare la piastra di messa a terra alla superficie, ma è preferibile un tubo GI da 2,5" con una flangia nella parte superiore.
- Inoltre, la parte superiore del tubo può essere coperta con un dispositivo speciale per evitare che sporco e polvere entrino e ostruiscano il tubo di terra.
Installazione del sistema di messa a terra e vantaggi:
- La polvere di carbone è un eccellente conduttore e previene la corrosione delle parti metalliche.
- Il sale si dissolve nell'acqua, aumentando notevolmente la conduttività.
- La sabbia permette all'acqua di passare attraverso il buco.
Per verificare l'efficienza del pozzo, assicurarsi che la differenza di tensione tra il pozzo e il neutro di rete sia inferiore a 2 volt.
La resistenza del pozzo deve essere mantenuta a meno di 1 ohm, distanza fino a 15 m dal conduttore di protezione.
Scossa elettrica
Lo shock elettrico (elettroshock) si verifica quando due parti del corpo di una persona entrano in contatto con conduttori elettrici in un circuito che ha potenziali diversi e crea una differenza di potenziale in tutto il corpo. Il corpo umano ha una resistenza e quando è collegato tra due conduttori a potenziali diversi, si forma un circuito attraverso il corpo e la corrente scorrerà. Quando una persona contatta un solo conduttore, non si forma alcun circuito e non succede nulla. Quando una persona entra in contatto con i conduttori del circuito, non importa quale tensione ci sia, sempreesiste la possibilità di lesioni da scossa elettrica.
Valutazione del rischio di fulmini per edifici residenziali
Alcune case hanno maggiori probabilità di attirare fulmini rispetto ad altre. Aumentano a seconda dell' altezza dell'edificio e della vicinanza ad altre case. La vicinanza è definita come tre volte la distanza dall' altezza della casa.
Per determinare quanto sia vulnerabile un edificio residenziale ai fulmini, puoi utilizzare i seguenti dati:
- Basso rischio. Residenze private a un livello in prossimità di altre case della stessa altezza.
- Rischio medio. Una casa privata a due livelli circondata da case di altezza simile o circondata da case di altezza inferiore.
- Alto rischio. Case isolate che non sono circondate da altre strutture, case a due piani o case di altezza inferiore.
Indipendentemente dalla probabilità di un fulmine, l'uso corretto di importanti componenti di protezione contro i fulmini aiuterà a proteggere qualsiasi casa da tali danni. In un edificio residenziale sono necessari sistemi di protezione contro i fulmini e di messa a terra in modo che il fulmine venga deviato a terra. Il sistema in genere include un'asta di messa a terra con una connessione in rame che viene installata nel terreno.
Quando si installa uno schema di protezione contro i fulmini in una casa, attenersi ai seguenti requisiti:
- Gli elettrodi di terra devono essere lunghi almeno la metà di 12 mm e 2,5 m.
- Collegamenti in rame consigliati.
- Se il sito del sistema ha terreno roccioso o linee sotterranee di ingegneria, è vietato l'usoelettrodo verticale, è necessario solo il conduttore orizzontale.
- Deve essere incassato ad almeno 50 cm da terra ed estendersi ad almeno 2,5 m dalla casa.
- I sistemi di messa a terra delle abitazioni private devono essere interconnessi utilizzando conduttori della stessa dimensione.
- I connettori per tutti i sistemi di tubazioni metalliche sotterranee, come i tubi dell'acqua o del gas, devono essere posizionati entro 8 m dall'abitazione.
- Se tutti i sistemi erano già collegati prima dell'installazione della protezione contro i fulmini, è sufficiente collegare l'elettrodo più vicino all'impianto idraulico.
Tutte le persone che vivono o lavorano in edifici residenziali e pubblici sono costantemente a stretto contatto con impianti e apparecchiature elettriche e devono essere protette in modo affidabile da fenomeni pericolosi che possono insorgere a causa di cortocircuiti o altissime tensioni dovute a scariche di fulmini.
Per ottenere questa protezione, i sistemi di messa a terra della rete elettrica devono essere progettati e installati in conformità con i requisiti standard nazionali. Con lo sviluppo dei materiali elettrici, i requisiti per l'affidabilità dei dispositivi di protezione stanno aumentando.
