Norma CEI 11-37

1. Norma CEI 11-37 Guida per l’esecuzione degli impianti di terra di stabilimenti industriali per sistemi di I, II e III categoria

2. Oggetto della Norma • La guida riguarda gli impianti di terra di stabilimenti industriali nei quali siano presenti impianti elettrici di • I categoria (B.T.) ; II categoria (M.T.) e III categoria (A.T.) • I e II categoria (B.T. ed M.T.) • solo I categoria (B.T.)

3. Scopo della Norma • Dare indicazioni al progettista o all’installatore per: • dimensionare le varie parti dell’impianto • costruire l’impianto • eseguire le misurazioni necessarie

4. Finalità dell’impianto di terra • Vincolare il potenziale di determinati punti (centro stella) dei sistemi elettrici • Disperdere nel terreno correnti sia in regime normale che perturbato, senza danni • Assicurare che quanto sopra si effettui in sicurezza senza pericolo di folgorazione • Disperdere nel terreno le correnti dell’impianto parafulmine

5. Tensione di terra • E’ il prodotto della corrente dispersa per la resistenza di terra • E’ perciò la tensione che l’impianto di terra, con tutte le masse ad esso collegate, assume verso il terreno considerato a distanza infinita (cioè a potenziale zero)

8. Tensione di contatto • E’ la differenza di potenziale fra la parte metallica di un’apparecchiatura, messa in tensione per guasto, ed il terreno su cui è un operatore che tocchi accidentalmente la massa • E’ convenzionalmente la tensione mano-piedi, con i piedi distanti 1 m. dalla verticale della massa

9. Tensione di passo • Differenza di potenziale fra due punti del terreno posti alla distanza di un passo convenzionale ( 1 m. ) • Corrisponde alla d.d.p. fra due linee equipotenziali affioranti nel terreno nei due punti considerati

11. Considerazioni sulla figura Per la tensione di contatto, l’uomo corto circuita 1 m. di terreno Se la sua resistenza fosse zero, ai suoi piedi si avrebbe lo stesso potenziale della massa in dispersione. Poiché la sua resistenza non è nulla, la sua presenza si risolve in un avvicinamento del potenziale del terreno a quello della massa. Il suo contatto provoca un rialzo della curva del potenziale La resistenza totale dell’uomo si compone della sua resistenza interna ( convenzionalmente Rc= 1.000W) in serie con quella tra piedi e terreno detta Rtp. Essendo i due piedi in parallelo la resistenza complessiva vale Rtp/2

12. Considerazioni sulla figura Per la tensione di passo, considerare lo spostamento radiale rispetto alla massa. La presenza dell’uomo corto circuita il tratto di terreno compreso fra i suoi piedi, provocando una riduzione della d.d.p. sulla superficie del terreno fra questi due punti. Ciò si traduce in un abbassamento della curva del potenziale per il piede più vicino ed in un innalzamento per quello più lontano. Contrariamente al caso della tensione di contatto, in questo caso i due piedi sono fra loro in serie, quindi la resistenza terreno-piede è pari a 2 Rtp, cioè 4 volte maggiore che per la tensione di contatto. Ciò vuol dire che un impianto adeguato nei riguardi della tensione di contatto lo è maggiormente nei riguardi della tensione di passo.

13. Schemi elettrici corrispondenti R U C R C U TP U U CO T T R R U R U TP R R PO TP C P T T R TP Schema per tensione di contatto U Schema per tensione di passo U C P

14. Norma CEI 11-8 in funzione del tempo di eliminazione del guasto forniscevalore della tensione totale di terra (da non superare del 20%) Tempo in sec. Tensione in V > 2 50 1 70 0,8 80 0,7 85 0,6 125 0,5 e minori 160

15. Effetti della corrente sul corpo Per maggiori dettagli: • Rapporto IEC 479-1 (1984) • Rapporto IEC 479-2 (1987) • Tradotti nella pubblicazione CEI fascicolo 1335 P (1990)

16. Rilevanza della tensione di terra • Nei sistemi elettrici con neutro a terra (A.T.) la corrente di guasto monofase a terra può raggiungere valori dei kA, ad es. 10 kA conseguentemente anche la tensione di terra raggiunge valori elevati. Ad es. con R=0,5 W la tensione di terra risulta: • UT = IT x RT = 10.000 x 0,5 = 5.000 V

17. Rilevanza delle tensioni di contatto e passo Anche con un valore della tensione di terra così elevato, si possono limitare le tensioni di contatto e passo, le quali, come si vede dallo schema elettrico di pag. 13 sono sempre una frazione, comunque limitata, della tensione totale di terra. Se la Tensione di terra non supera del 20% i limiti ammessi per UC, queste sono rispettate in ogni punto dell’impianto

18. Possibilità di un esonero con limite dell’80% • Con sistema di terra avente perimetro inferiore a 100 m. e comprendente al suo interno tutte le masse, l’esonero dalla verifica di Uc si può portare all’80% (invece del 20%) • Ciò potrebbe essere vero anche con impianti di maggiore estensione ma non se ne ha la matematica certezza

19. Protezione contro le scariche atmosferiche • L’impianto di terra che serve anche per le scariche atmosferiche deve soddisfare anche tutte le prescrizioni della Norma CEI 81-1

20. Drenaggio di cariche elettrostatiche • Le strutture che possono essere sede di cariche elettrostatiche (possibilità di innesco di miscela esplosiva in ambienti a pericolo di esplosione) devono essere collegate al dispersore generale.

21. Definizione delle correnti • Corrente di guasto IG è la massima corrente di guasto monofase a terra del sistema elettrico • Corrente di terra IT è la quota parte della corrente di guasto IG che l’impianto disperde nel terreno

22. Alimentazione in b.t. • Sono regolati dalla Norma CEI 64-8 • Agli impianti per applicazioni residenziali e terziarie è dedicata la Guida CEI 64-12

23. Impaianti con propria cabina o sottostazione Possono essere alimentati • in MT e distribuzione bt • in MT con trasformazione MT/MT1, distribuzione in MT o MT1, con cabine MT/bt ovvero MT1/bt e successiva distribuzione bt • in AT con trasformazione AT/MT e successiva distribuzione secondo i criteri precedenti

24. Alimentazione in MT • Generalmente a 8,4; 15 o 20 kV gestite con neutro isolato • Il circuito di guasto può chiudersi solo attraverso le capacità verso terra della rete (completa) vedi fig. pag. successiva • Ig è data dall’ENEL, altrimenti • Ig=U(0,003 L1 + 0,2 L2)

26. Nei sistemi con neutro isolato • Ig dipende dalla estensione della rete • Ig non dipende dal punto di guasto, ma è la stessa sia che il guasto avvenga vicino al trasformatore di alimentazione sia ai morsetti dell’utente • Ig è generalmente modesta da poche decine di A per linee aeree, a qualche centinaio per linee in cavo

27. Se manca l’apertura automatica • Può verificarsi il doppio guasto a terra • Se i due guasti sono vicini la corrente Ig può diventare quella del corto circuito fra due fasi assieme a terra ( corto circuito bifase) • In questo caso Ig = ( 3 /2). Icc

28. Alimentazione in AT • Nei sistemi AT il neutro è efficacemente a terra • Ig è pari alla corrente di corto circuito monofase a terra • Dipende solo da • potenza di alimentazione • impedenza del circuito di guasto • non dipende dall’estensione della rete

29. Calcolo delle correnti di guasto • Può venire eseguito secondo la guida CEI 11-25

30. Percorso e alimentazione di Ig • Con ogni tipo di alimentazione non tutta la corrente di guasto viene dispersa nel dispersore • Solo la It ( che transita nel dispersore ) è determinante per il calcolo delle tensioni di contatto

31. Stabilimento alimentato da sorgente esterna

32. Stabilimento alimentato da sorgente interna

33. Stabilimento con sorgente esterna (guasto interno)

34. Stabilimento con sorgente esterna(guasto esterno allo stabilimento)

35. Guasto fuori dello stabilimento • Le due sorgenti sono in parallelo • la IT2 che attraversa il dispersore dello stabilimento può essere superiore alla IT della figura a pag 33, se è preminente il contributo dell’autoproduzione • L’impianto di terra deve essere dimensionato per la massima corrente in gioco

36. Circuiti di ritorno • Quando non interessano il terreno • Funi di guardia • Guaine metalliche dei cavi ( se a terra alle due estremità) • Il dispersore stesso quando non disperde (Vedi figura pag 32)

37. Funzioni delle funi e delle guaine • Drenare una notevole quantità della corrente di guasto ( vale per le funi e le guaine di cavi che alimentano il guasto) • Presentarsi come dispersore ausiliario in parallelo al dispersore dello stabilimento (vale per tutte le funi e le guaine anche se fuori tensione purché collegate a terra - vedi figura pag. 47 )

38. Fattore di riduzione Si definisce fattore di riduzione ri il rapporto fra la corrente di terra ITi (cioè quella che interessa il dispersore) e la corrente di guasto monofase a terra ( pari a 3 I0 ) fornita dalla linea stessa ri = ITi / 3 I0 dove I0 deriva dal calcolo della corrente di guasto consigliato dalla Norma CEI 11-25. In sostanza 3 I0 = IG

39. Linea con funi di guardia • Il fattore di riduzione dipende • dal materiale delle funi • dalla loro impedenza omopolare • dalle distanze fra funi di guardia e conduttori di fase • dalla resistenza dei dispersori dei sostegni di linea • dalla resistività del terreno

40. Valore del fattore r • dalla pubblicazione IEC 909-3 • Con buona approssimazione, per funi di guardia singole si ha: • fune in acciaio zincato r = 0,95 • fune in alumoweld r = 0,85 • fune in copperweld r = 0,70 NOTA: minore è r minore è la corrente IT

41. Abaco di esempio (copperweld)

42. Abaco di esempio • Abachi di esempio simili a quello della pagina precedente esistono per i casi di fune di guardia in • acciaio zincato • una o due funi • alumoweld • una o due funi

43. Valori per il fattore r • per cavi in AT in olio fluido o isolamento solido e sezioni da 150 a 1000 mmq. r = 0,25 - 0,30 • per cavi fino a 20 kV in carta • Cu 95 mmq. e guaina in piombo r=0,2-0,6 • Al 95 mmq e guaina in Al r=0,2-0,3 • per cavi isolati in XLPE • Cu 95 mmq schermo Cu 16 mmq r=0,5-0,6 NOTA L’effetto drenante dei cavi è maggiore

44. Corrente di terra ridotta • Guasto alimentato da una linea: • IT = r . IG = r . 3 I0 • Guasto alimentato da 2 linee di caratteristiche r1 ed r2 • IT = r1 . 3 I01 + r2 . 3 I02

45. Corrente nella fune di guardia • per guasto alimentato da una linea • IW = IG - IT = (1 - r) . 3 I0 • per guasto alimentato da due linee • IW 1 = (1 - r1) . 3 I01 ; IW 2 = (1 - r2) . 3 I02

46. Funzione come dispersore ausiliario • la funzione deriva dal fatto che la successione di celle in cascata formate dalla campata di una fune di guardia e dai dispersori di terra dei sostegni di linea costituisce un circuito disperdente in parallelo al dispersore principale dello stabilimento • l’impedenza complessiva va in parallelo a quella del dispersore

47. Impedenza d’ingresso Zp

48. Valore di Zp Con riferimento alla figura della pagina precedente: ZW 2 ZP = (1/2) ZW + ZW . RS + 4 la quale poiché ZW è molto minore di Rs si riduce a: ZP = (1/2) ZW + ZW . RS formule per calcolare ZW e ZP nella pubblicazione IEC909-3

49. Alcuni valori di ZP in modulo e fase per funi singole

50. Lo schema della distribuzione della corrente di guasto in uno stabilimento alimentato in entre- esce in AT, con rete con neutro a terra, con autoproduzione locale ( ovvero con trasformatore con neutro messo a terra in stazione) si presenta come nella figura della pagina successiva. La corrente di guasto monofase a terra risulta: IG = 3 . I0 + ITR La corrente che interessa tutti i dispersori vale: IT = r ( IG - ITR )