LA RESISTENZA DI TERRA IN UN IMPIANTO ELETTRICO AD USO RESIDENZIALE (SISTEMI TT)

LA RESISTENZA DI TERRA IN UN IMPIANTO ELETTRICO AD USO RESIDENZIALE (SISTEMI TT)

GROUND RESISTANCE IN A RESIDENTIAL ELECTRICAL INSTALLATION (TT SYSTEMS)

LA RESISTENZA DI TERRA IN UN IMPIANTO ELETTRICO AD USO RESIDENZIALE (SISTEMI TT)

COSA E’ LA RESISTENZA DI TERRA

Il terreno funziona da conduttore elettrico ogni qualvolta tra due punti viene applicata, attraverso degli elettrodi (dispersori), una differenza di potenziale. La resistenza di terra è quella che esiste tra il dispersore infisso nel terreno ed un punto preso sufficientemente lontano a potenziale indisturbato (potenziale nullo). In estrema sintesi, tale resistenza è dunque quella opposta da un terreno alla dispersione della corrente elettrica generata da una differenza di potenziale applicata tra due punti tramite elettrodi (dispersori). Il valore di questa resistenza, che coincide praticamente con la resistenza di una certa porzione di terreno che circonda il dispersore (la resistenza di contatto del dispersore col terreno è praticamente trascurabile), può essere rilevato con opportune misure.

La resistenza di terra nei sistemi TT (con riferimento a CEI 64-8/4 art. 413.1.4.2)

Nei sistemi TT il neutro è collegato direttamente a terra. Le masse sono collegate ad un impianto di terra locale, indipendente da quello del neutro.

Nei sistemi TT deve essere soddisfatta la nota relazione (CEI 64-8/4 art. 413.1.4.2):

RE<=50/Idn

dove:

  • RE è il valore della resistenza di terra del dispersore in ohm (La norma CEI 64-8 usa il simbolo RA inteso come somma della resistenza RE e della resistenza dei conduttori di protezione delle masse, in ohm; tuttavia, poiché il valore di resi­stenza dei conduttori è normalmente trascurabile rispetto al valore della resistenza di terra del dispersore, si può assumere RE= RA)
  • 50 è il valore limite della tensione di contatto, per i luoghi ordinari, in volt
  • ldn è la corrente differenziale nominale d’intervento dei dispositivi differenziali (interruttori differenziali puri, interruttori magneto­termici-differenziali, ecc.), in ampere.

Solo nei rari casi in cui la resistenza di terra sia dell’ordine del deci­mo di ohm, si può fare a meno degli interruttori differenziali nel siste­ma TT e considerare al posto di ldn la corrente che determina l’inter­vento dei dispositivi di massima corrente entro cinque secondi (una resistenza di terra di valore così basso non è di facile misura e difficilmente può essere garantita nel tempo).
Se allo stesso impianto di terra fanno capo più circuiti o più impianti elettrici, è sufficiente che la suddetta relazione sia verificata per la più ele­vata tra le correnti ldn di tutti gli interruttori preposti alla sicurezza contro i contatti indiretti, in modo che anche il circuito protetto dall’interruttore con la corrente Idn più elevata sia correttamente coordinato con la resistenza di terra.

Ad esempio nel caso a) la corrente ldn da prendere in considerazione è 0,5 A, nel caso b) è 1 A.

Non è invece necessario riferirsi alla somma delle correnti ldn degli interruttori differenziali. Infatti, la corrente verso terra è la somma vettoriale e non aritmetica delle correnti. Al limite, se la corrente verso terra sulle tre fasi fosse uguale, la corrente risultante verso terra sarebbe nulla (nell’ipotesi verosimile che le tre correnti di natura ohmico-capacitiva, siano ugual­ mente sfasate rispetto alle tensioni).

Per completezza, si ricorda che per accertare che l’impianto (sistema TT) sia adeguatamente protetto è necessario:

  • verificare la continuità dei conduttori di protezione
  • misurare la resistenza di terra
  • verificare mediante esame a vista che sia soddisfatta la relazione sopraccitata
  • eseguire una prova di funzionamento dell’interruttore differenzia­le

In base agli orientamenti giuridici ormai consolidati, non è necessa­rio che la resistenza di terra sia inferiore a 20 ohm, purché l’impianto di terra sia conforme alle norme CEI (CEI 64-14 art. 2.3.2.1).

L’EFFICIENZA DELLA MESSA A TERRA

La tensione di rete ENEL viene portata fino alle nostre case da una cabina di trasformazione a media tensione (es. 20.000 Volt a 230V tra fase e neutro e 400V tra fase e fase), dove il NEUTRO della distribuzione elettrica trifase, effettivamente viene messo a terra, nella cabina di trasformazione, con efficienti dispersori di terra. Poi nella distribuzione avviene che per la fornitura di casa veniamo collegati con il contatore tra una delle tre FASI (L1, L2, L3) ed il NEUTRO (N) e avremo così la fornitura a 230V (es. L1 e N). Se ci si trova a pochi metri dalla cabina di trasformazione la bassa caduta di tensione dovuta alla distanza permette di misurare tra la FASE (L1) e la MESSA A TERRA (PE) una tensione quasi uguale a quella che di può misurare tra la FASE (L1) ed il NEUTRO (N) che è messo a terra nella distribuzione elettrica ENEL.

In tal senso, anche se con un tester, possiamo provare a capire se la messa a terra c’è e renderci conto della sua efficienza, sicuramente non possiamo misurare la resistenza di terra del dispersore, ma avere un’idea di quanto sia efficiente è possibile. Un modo semplice per verificare se in una presa di corrente sia presente la linea di messa a terra (PE) è quindi quello di misurare la tensione tra la FASE e il centrale della presa di corrente che corrisponde alla MESSA A TERRA e ci renderemo conto se sia collegata a terra oppure no.

Dovremo misurare più o meno la stessa tensione che esiste tra FASE e NEUTRO, ossia circa 230 V. Sicuramente tra la FASE e la MESSA A TERRA misureremo qualche VOLT in meno, a causa delle cadute di tensioni della linea elettrica e alla resistenza elettrica reale della messa a terra. Se misuriamo 0 VOLT o 100 Volt o valori inferiori, significa che non abbiamo una messa a terra efficiente. Usare ovviamente ogni precauzione utile alla sicurezza personale nelle misurazioni.

LA MISURA DELLA RESISTENZA DI TERRA

Con riferimento alla normativa di settore, la resistenza di terra si può misurare con il metodo voltamperometri­co oppure, nei sistemi TT misurando la resistenza dell’intero anello di guasto.

Il metodo voltamperometrico (con riferimento a CEI 64-8/6 Allegato B, CEI 64-14 art. 2.3.2.1)

La misura della resistenza di terra viene generalmente effettuata tramite il sistema Voltamperometrico. Ovvero, vengono infissi nel terreno, ad opportuna distanza, una sonda di corrente A e una sonda di tensione T.

Lo schema di collegamento presuppone un’alimentazione dalla rete tramite un trasformatore di sicurezza, ovvero un’alimentazione incorporata nello strumento e l’impiego di un voltmetro e di un amperometro. Si scollega il dispersore dalla rete di terra (PE scollegati) e quindi si attiva il generatore dello strumento che fa circolare una corrente di prova I tra la sonda di corrente A e il dispersore in misura D. Si legge quindi la tensione (UE) misurata tra il dispersore in misura/in prova D e la sonda di tensione T che deve essere posizionata in un punto del terreno a potenziale 0.

Applicando la legge di ohm si può allora calcolare la resistenza di terra RE = UE/I prova

Per evitare l’influenza delle possibili correnti a 50 Hz disperse nel terreno, gli strumenti dispongono di un generatore in corrente alternata, generalmente a onda quadra, con frequenza diversa da quella di rete e sono sensibili solo a tale frequenza (solitamente 128 Hz per i misuratori statici). Il generatore può essere di tipo statico  alimentato a batterie, oppure elettromeccanico azionato a manovella. Per ottenere misure affidabili, il generatore deve erogare una corrente sufficientemente elevata, ad esempio 10 mA nella portata più bassa. Per accertarsi che la sonda di tensione T si trovi in un punto a potenziale 0 è necessario spostare di un metro la sonda di tensione verso il dispersore D e poi verso la sonda di corrente A. Se la lettura dello strumento non cambia apprezzabilmente vuol dire che la sonda si trova in una zona a potenziale 0, al di fuori delle curve di influenza del dispersore in prova e del dispersore di corrente.

Nello specifico, la misura può infatti essere considerata attendibile e tale rapporto rappresenta l’effettiva resistenza di terra solo se la sonda di tensione è infissa nella zona di non influenza del dispersore in misura e del dispersore ausiliario di corrente. Il metodo si basa sulla infissione della sonda di corrente A in un terreno a potenziale indisturbato, cioè fuori dalla zona di influenza del disper­sore. Poiché, come si è detto, la conformazione del campo di dispersione non è nota con precisione e può essere deformata dalla presenza di tubazioni in­terrate, si deve disporre questa sonda di corrente A il più lontano possibile dal dispersore D in misura con un minimo di 4-5 volte l’estensione la dimensione significativa del dispersore (per un picchetto si considera la lunghezza, per una rete di terra la diagonale).

Se la sonda di corrente A non è fuori dal campo di dispersione si commette un errore di misura per difetto, cioè il valore in Ohm letto sullo strumento è più basso del reale. L’infissione della sonda di tensione T è ancora più proble­matica perché va ubicata non solo al di fuori del campo di influenza del di­spersore, ma anche da quello della sonda di corrente:

  • se la sonda di tensione T è ubicata entro il campo del dispersore in misura si commettono errori per difetto
  • se è collocata entro il campo di dispersione della sonda amperometrica A si commettono errori per eccesso.

Ciò spiega perché le misure della resistenza di terra siano di realizzazione tutt’altro che facile, specialmente in terreni contenenti elementi di deformazio­ne del campo di dispersione (canali di fognature, falde acquifere affioranti).
A queste incertezze si può porre rimedio con un’accurata scelta della posi­zione delle sonde basata sulle indicazioni dello strumento. Uno dei metodi può essere il seguente:

  • si collega il misuratore di terra come indicato in figura e si infigge la sonda di corrente A alla massima distanza possibile dal dispersore in una dire­zione qualsiasi
  • si infigge la sonda di tensione T sulla stessa direttrice dalla sonda di cor­rente A circa a metà distanza
  • si effettua la misura UE prendendo nota del valore
  • si sposta la sonda di corrente A in altri punti e si effettua la misura: se il valore UE è invariato significa che la sonda di corrente è fuori dal campo di di­spersione; se il valore UE varia in aumento significa che la direzione di sposta­mento è corretta, cioè che ci si sta portando fuori dal campo; se viceversa di­minuisce significa che la direzione di spostamento è sbagliata
  • si sposta la sonda di tensione e si leggono le variazioni di resistenza; se la resistenza diminuisce significa che la sonda si sta spostando verso l’interno del campo del dispersore principale, se aumenta vuol dire che si sta uscendo da questo campo; gli spostamenti devono continuare finché si trova una zona entro la quale non avvengono variazioni
  • si effettua la misura prendendo nota del valore che con buona probabi­lità è vicino a quello reale.

Volendo invece maggior certezza bisognerebbe ripetere le stesse operazioni ponendo le sonde di corrente in direzione diametralmente opposta cercando le nuove interdistanze fino ad ottenere lo stesso valore letto precedentemente.
Più misure si effettuano in differenti direzioni e più i risultati sono certi te­nendo presente che il valore reale più probabile è quello che si ripete con più frequenza (non ha alcun senso fare la media aritmetica di tutti i valori trovati).

Nei misuratori di terra a tre morsetti (uno collegato al dispersore in prova e due per le sonde di corrente e di tensione) il valore misurato della resistenza di terra comprende anche la resistenza del conduttore che collega lo strumento al dispersore in prova, in quanto la tensione viene misurata fra il morsetto dello strumento e la sonda di tensione, comprendendo così anche la caduta di tensione sul conduttore in que­stione.

In genere questo errore è accettabile; non lo è però quando la resi­stenza del conduttore è paragonabile alla resistenza di terra. In tal caso occorre un misuratore di terra a quattro morsetti. Due conduttori collegano lo strumento al dispersore in prova: uno serve a far circola­re corrente (circuito amperometrico), l’altro a prelevare la tensione ai capi del dispersore (circuito voltmetrico).

Il metodo loop-tester (con riferimento a CEI 64-8/6 Allegato B, CEI 64-14 art. 2.3.2.1)

La misura della resistenza di terra con il metodo volt-amperometrico, richiede due sonde poste ad una certa distanza dal disper­sore, il che può però essere di difficile effettuazione in un’area ad alta densità edilizia.

Nei sistemi TT il circuito o anello di guasto è il circuito che viene percorso dalla corrente provocata da un guasto d’isolamento verso massa (guasto franco). Tale anello comprende, oltre alla resistenza di terra del dispersore in prova (RE), anche la resistenza di terra del neu­tro del Distributore (RN), la resistenza del conduttore di fase, del con­duttore di protezione e la resistenza equivalente del secondario del trasformatore (queste tre ultime resistenze sono generalmente di valore trascurabile rispetto alla resistenza di terra del dispersore)


Circuito di guasto in un sistema TT. La tensione del generatore si ripartisce ai capi dei due dispersori in modo proporzionale alle resistenze di terra:
a) circuito di guasto a terra
b) circuito equivalente

Nelle aree urbane, il valore di resistenza di terra del neutro (RN) è molto basso, perché gli impianti di terra delle cabine MT/BT del Distributore di energia elettrica sono interconnesse tramite gli schermi dei cavi.
Si può quindi misurare la resistenza dell’intero circuito di guasto e confondere la misura con la resistenza RE anche perché questa approssimazione è a favore della sicurezza.


Per gli impianti in bassa tensione (BT) e solo nei sistemi TT, senza cioè la presenza della propria cabina di trasformazione, viene concesso l’uso di un misuratore di resistenza dell’anello di gua­sto o loop-tester.
In pratica, è molto comodo eseguire la misura direttamente da una presa: lo strumento dovrebbe essere inserito tra la fase e il conduttore di protezione (non tra il neutro e il conduttore di protezione). Poiché la spina è reversibile, lo strumento segnala se l’inserzione è errata. E’ sufficiente in tal caso, invertire la posizione della spina

Questo metodo è pratico e semplice; essendo approssimato a favore della sicurezza può essere applicato anche nelle aree rurali, dove la resistenza di terra del neutro potrebbe avere valori più elevati che nelle zone urbane.

Solo se il valore di resistenza di terra misurato non risulta coordinato con le protezioni differenziali, è necessario misurare la resistenza di terra con il metodo voltamperometrico.

Se il conduttore di neutro è collegato all’impianto di terra dell’utente (deliberatamente, per errore o per un guasto d’isolamento) lo stru­mento misura la somma delle resistenze del conduttore di fase, di neutro e del trasformatore, senza comprendere la resistenza dell’impianto di terra. È quindi opportuno misurare la resistenza dell’anello di guasto dopo la misura della resistenza di isolamento, in modo da verificare che il conduttore di neutro sia isolato da terra.

La corrente di prova verso terra provoca l’intervento di un eventuale interruttore differenziale a monte, che impedisce così la misura.
In questo caso bisogna inserire lo strumento a monte dell’interruttore differenziale.
In alternativa, si possono utilizzare strumenti che permettono l’esecu­zione della prova evitando l’intervento dell’interruttore differenziale, per mezzo di accorgimenti costruttivi, spesso brevettati dai vari costruttori.

Altri metodi – metodo semplificato a 2 fili

Quando non è possibile piantare i picchetti per la misura a tre punti (es. nei centri storici) è possibile utilizzare il metodo semplificato a due fili che fornisce un valore in eccesso e quindi a vantaggio della sicurezza.

Per effettuare la prova bisogna disporre di un dispersore ausiliario adeguato. Un dispersore è da ritenersi adeguato quando presenta una resistenza di terra trascurabile ed è indipendente dall’impianto di terra in esame. Ad esempio esempio può essere utilizzato come dispersore ausiliario un palo della luce, ma possono essere altrettanto validi una tubazione dell’acqua o qualunque corpo metallico infisso nel terreno che rispetti le condizioni di cui sopra.

Solo se il sistema in esame è un sistema TT si può utilizzare il conduttore di Neutro come dispersore ausiliario.

Tale metodo non è riportato nella normativa CEI (rif. CEI 64-14, CEI 64-8/6) e quindi, può essere usato per misure “preliminari”.
In tal senso per la sua semplicità è, in effetti, molto utilizzato dagli esecutori di impianti.  Formalmente però, a parere dello scrivente, non si può utilizzare come metodo in una Relazione di misura del valore di Resistenza di Terra. In quanto, appunto, non è citato dalla Norma che si riferisce esplicitamente solo ai due metodi precedenti.

Fonti:
“L’impianto di terra” – Riccardo Bellocchio – Collana L’impianto elettrico a Norme CEI – Ed. Tecniche nuove
“Verifiche e collaudi degli impianti elettrici e speciali” – Luca Lussorio – Ed. Grafill
“Impianti a norme CEI – Edizione personalizzata Bticino – Ed. TNE
Norme CEI 64-14: 2007-02, CEI 64-8/6; 2021-08 

 Ing. Fabio Di Matteo – ZED PROGETTI srl

The ground acts as an electrical conductor whenever a potential difference is applied between two points via electrodes (earth electrodes). The earth resistance is the resistance between the earth electrode in the ground and a point taken far enough away at undisturbed potential (zero potential). In a nutshell, this resistance is therefore that opposed by a ground to the dispersion of the electric current generated by a potential difference applied between two points by means of electrodes (earth electrodes). The value of this resistance, which coincides practically with the resistance of a certain portion of the ground surrounding the earth electrode (the contact resistance of the earth electrode with the ground is practically negligible), can be measured.