Che cos'è la messa a terra? Tipi, standard, resistenza del terreno e guida all'applicazione

La sicurezza negli impianti elettrici è garantita non solo dalla scelta dei materiali più adatti, ma anche dalla messa a terra del sistema in conformità con gli standard internazionali. La messa a terra è uno dei componenti più critici degli impianti elettrici, sia per la sicurezza delle persone che per la protezione delle apparecchiature. In questa guida, analizzeremo in dettaglio cos'è la messa a terra, perché viene eseguita, le sue tipologie, gli standard, la misurazione della resistenza di terra e le fasi applicative di base da una prospettiva ingegneristica.

Cos'è la messa a terra?

La messa a terra è una pratica di sicurezza che garantisce che la corrente di dispersione negli impianti elettrici venga trasferita a terra in modo controllato , seguendo il percorso di minore resistenza. Un sistema di messa a terra correttamente progettato protegge le persone dalle scosse elettriche, previene danni alle apparecchiature e garantisce il funzionamento sicuro dell'impianto.

Per usare un termine internazionale, secondo la norma TS EN 60364-5-54 , la messa a terra è il collegamento diretto di superfici metalliche inattive o del punto neutro alla terra tramite un conduttore con continuità elettrica.

Perché viene effettuata la messa a terra?

Senza un'adeguata messa a terra, i guasti elettrici possono danneggiare direttamente apparecchiature, impianti e, soprattutto, le persone. Un sistema di messa a terra efficiente riduce significativamente i seguenti rischi:

• Riduzione del rischio di scosse elettriche: le correnti di dispersione scorrono attraverso il terreno, non attraverso il corpo umano.
• Eliminazione degli squilibri di tensione: ciò previene danni ai dispositivi in casi quali la rottura del filo neutro o lo squilibrio di fase.
• Protezione di apparecchiature e impianti: i dispositivi sottoposti a tensione corporea sono protetti dalla messa a terra.
• Protezione contro i fulmini: i fulmini e le improvvise sovratensioni vengono convogliati nel terreno in modo controllato.
• Continuità operativa: i guasti sono localizzati, impedendo l'arresto dell'intero impianto.

Quali sono i diversi tipi di messa a terra?

Le applicazioni di messa a terra possono essere esaminate in tre categorie principali, in base al loro scopo e alla struttura dell'impianto: messa a terra di protezione , messa a terra operativa e messa a terra contro i fulmini .

Messa a terra protettiva

La messa a terra di protezione è il processo di collegamento a terra di superfici metalliche inattive (alloggiamenti di dispositivi, involucri di quadri elettrici, tubi metallici, ecc.) negli impianti elettrici. Il suo scopo principale è proteggere le persone dalle scosse elettriche .

Esempi di applicazione:

• Terminali di terra delle prese di corrente e dei dispositivi dell'utente finale.
• Messa a terra di macchine come motori, pompe e ventilatori.
• Messa a terra di pannelli, armadi e involucri metallici.
• Pali di illuminazione esterna e strutture metalliche

Messa a terra industriale

La messa a terra operativa è il processo di collegamento del punto neutro o di alcuni componenti circuitali di un sistema elettrico a terra in normali condizioni operative, come richiesto dai principi di funzionamento del sistema. L'obiettivo è garantire il funzionamento stabile e sicuro del sistema.

Esempi di applicazione:

• Messa a terra del punto stella (neutro) del trasformatore
• Messa a terra del neutro del generatore
• Messa a terra del punto stella nei sistemi di media tensione.

Messa a terra contro i fulmini

La messa a terra antifulmine è un sistema presente nei sistemi di protezione contro i fulmini (LPS) che garantisce la trasmissione sicura di correnti ad alta energia dai terminali di cattura e dalle calate a terra. La norma TS EN 62305 definisce i criteri di progettazione per questi sistemi.

La messa a terra contro i fulmini protegge edifici e strutture da danni meccanici, incendi, sovratensioni e danni alle apparecchiature elettroniche che possono essere causati dai fulmini.

Come effettuare la messa a terra?

Le applicazioni di messa a terra non si limitano semplicemente a piantare un'asta nel terreno. È necessario considerare insieme le proprietà del terreno, la resistività, la profondità dell'elettrodo, la sezione trasversale del conduttore, le tecniche di connessione e i requisiti normativi. Di seguito sono riportati i passaggi fondamentali di un'applicazione di messa a terra professionale.

1) Misurazione e progettazione del suolo

Per progettare un impianto di messa a terra efficace è innanzitutto necessario misurare la resistività (ρ) del terreno. Il metodo più comune è il metodo Wenner a quattro elettrodi .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : Resistività del suolo (Ω·m)
• a : Distanza tra gli elettrodi (m)
• R : Resistenza misurata (Ω)

Intervalli di resistenza specifici approssimativi in base ai tipi di terreno campione:

2) Posizionamento degli elettrodi di messa a terra

Gli elettrodi più comunemente utilizzati sono barre di acciaio ramate e piastre zincate. Il posizionamento degli elettrodi viene determinato in base alla resistenza specifica del terreno e alla resistenza di messa a terra desiderata.

• Gli elettrodi a barra vengono generalmente utilizzati in lunghezze pari a 1 m, 3 m o 6 m.
• La testa dell'elettrodo dovrebbe rimanere circa 30–40 cm sotto il terreno per proteggerla dal gelo e dagli agenti esterni.
• Se non è possibile ottenere la resistenza desiderata, si utilizzano più elettrodi disposti a stella, ad anello o a maglia.

Per motivi di sicurezza, la posizione dell'elettrodo di messa a terra deve essere scelta il più vicino possibile alle fondamenta dell'edificio e il più lontano possibile dalle condutture sotterranee (acqua, fognature, gas naturale, ecc.).

3) Applicazione di messa a terra di base

Uno dei metodi più affidabili per la messa a terra negli edifici di nuova costruzione è la messa a terra delle fondazioni . Secondo la norma TS EN 50522 e le relative normative, si forma un circuito continuo posando strisce zincate all'interno delle fondazioni in calcestruzzo.

• Lungo la fondazione a platea o sulle travi di fondazione vengono posate strisce zincate (ad esempio 30×3 mm, 25×4 mm) .
• È garantita la continuità elettrica dell'armatura in cemento armato.
• I terminali montanti vengono lasciati per il collegamento all'esterno della fondazione e sono collegati al sistema di messa a terra esterno.

Grazie alla messa a terra delle fondazioni, si ottiene un sistema di messa a terra con ampia superficie e bassa resistenza tra l'edificio e il terreno. Per maggiori dettagli tecnici su questa applicazione, consultate la guida all'uso delle strisce di messa a terra delle fondazioni di Esco Elektrik.

4) Collegamento dei conduttori di terra

Rame, nastro zincato o barra di rame intrecciata sono i materiali conduttivi preferiti per i conduttori di messa a terra. La robustezza e la resistenza alla corrosione dei punti di collegamento sono fondamentali per la longevità del sistema.

• Saldatura esotermica: crea un legame permanente a livello molecolare tra barre di messa a terra, piattine e conduttori. È la soluzione più affidabile contro la corrosione.
• Collegamenti con bulloni e morsetti: facili da installare, ma richiedono una manutenzione regolare per resistere alle condizioni esterne.
• Barre di collegamento: utilizzate per collegare diversi rami dell'impianto di messa a terra a un unico punto.

Le connessioni termosaldate sono preferibili, soprattutto in strutture critiche e applicazioni esterne. La guida alla selezione di picchetti e piastre di messa a terra di Esco Elektrik vi aiuterà a scegliere i materiali più adatti.

5) Misurazione della resistenza di messa a terra

Una volta completata l'installazione della messa a terra, è necessario misurare la resistenza di terra del sistema . Per questa misurazione, si preferiscono generalmente dispositivi speciali (megger di terra) che utilizzano il metodo a 3 poli (3P) o a 4 poli (4P).

Valori di resistenza target generalmente accettati:

I risultati delle misurazioni devono essere registrati e ripetuti a intervalli regolari (di solito almeno una volta all'anno negli impianti industriali).

6) Ispezioni e manutenzione periodiche

I sistemi di messa a terra possono subire un degrado delle prestazioni nel tempo a causa della corrosione, dei cambiamenti nella struttura del terreno e degli impatti meccanici. Pertanto:

• Negli impianti industriali, una volta all'anno,
• I sistemi di protezione contro i fulmini devono essere ispezionati almeno una volta all'anno.
• Intervalli più frequenti in ambienti pericolosi (ambienti esplosivi, ecc.)

Si raccomandano misurazioni e ispezioni visive. I punti di collegamento, le termosaldature, le strisce e le barre devono essere ispezionati periodicamente e sostituiti se necessario.

Punti da considerare quando si esegue la messa a terra

• Gli elettrodi di messa a terra devono essere posizionati a una distanza di sicurezza dalle reti idriche sotterranee, fognarie, del gas naturale e simili.
• Su terreni molto sassosi, sabbiosi e asciutti o rocciosi, è difficile ottenere una bassa resistenza con una singola asta; è preferibile un sistema multielettrodo e ad anello.
• La conduttività del terreno influisce direttamente sulle prestazioni del sistema; è opportuno preferire terreni a bassa resistenza.
• I giunti non devono presentare allentamenti o ossidazioni; se possibile, si dovrebbe ricorrere alla termosaldatura.
• Le misurazioni devono essere effettuate dopo l'installazione e gli impianti che superano il valore target non devono essere messi in funzione.

Come ridurre la resistenza di messa a terra?

Per ridurre la resistenza di messa a terra al livello desiderato è possibile utilizzare i seguenti metodi:

• Installare ulteriori barre di messa a terra e aumentare la distanza tra loro.
• Per impostare una disposizione di elettrodi a stella, ad anello o a maglia,
• Penetrando a livelli più profondi, possiamo raggiungere strati umidi e conduttivi.
• Utilizzando ammendanti del terreno come la bentonite,
• Aumento della superficie con una striscia di messa a terra.

I contenuti tecnici di Esco Elektrik riguardanti i metodi e i tipi di messa a terra corretti guidano ingegneri e installatori durante la fase di applicazione.

Materiali utilizzati nella messa a terra

• Barre di messa a terra in acciaio rivestite in rame
• Conduttori zincati a nastro e a barra piatta
• Conduttore di rame e filo intrecciato
• Barre di messa a terra e morsetti di collegamento
• Stampi termosaldati e polveri di saldatura
• Scatole di messa a terra e punti di collegamento

La corretta selezione di questi materiali, le tecniche di installazione appropriate e il rispetto delle norme pertinenti costituiscono la base di un sistema di messa a terra sicuro e duraturo.

Vantaggi dei sistemi di messa a terra

• Riduce al minimo il rischio di scosse elettriche.
• Riduce il rischio di incendi causati da malfunzionamenti elettrici.
• Prolunga la durata di vita delle apparecchiature elettriche ed elettroniche.
• Supporta la produzione e la continuità aziendale.
• Garantisce il rispetto delle normative e degli standard.

Domande frequenti

Quale dovrebbe essere la resistenza di messa a terra ideale in ohm?

Negli edifici residenziali e commerciali, il valore target generalmente accettato è pari o inferiore a 5 Ω . Nelle sottostazioni, nei sistemi elettronici sensibili e negli impianti di telecomunicazione, questo valore può essere ulteriormente ridotto (intervallo 1–3 Ω).

Cosa succede se non c'è messa a terra?

Senza un'adeguata messa a terra, tensioni pericolose possono accumularsi negli involucri delle apparecchiature, causando gravi rischi come scosse elettriche, danni alle apparecchiature e incendi. Inoltre, fulmini e sovratensioni possono causare danni significativi a strutture e apparecchiature.

Come dovrebbe essere un cavo di messa a terra?

Il conduttore di terra è solitamente scelto tra conduttori in rame di colore verde-giallo e la sua sezione trasversale deve essere conforme alle norme pertinenti e alla corrente di cortocircuito che trasporterà. La norma TS EN 60364-5-54 definisce i valori minimi per le sezioni trasversali dei conduttori di protezione.

Con quale frequenza si dovrebbero effettuare le misurazioni della messa a terra?

Negli impianti industriali e nei sistemi critici, si raccomanda di misurare la resistenza di terra almeno una volta all'anno e ogni sei mesi per le applicazioni più sensibili. Anche nei sistemi di protezione contro i fulmini sono obbligatorie ispezioni e misurazioni periodiche regolari.

Quali standard devono essere rispettati nei sistemi di messa a terra?

I principali riferimenti normativi per le applicazioni di messa a terra negli impianti elettrici in Turchia sono le norme TS EN 60364-5-54 , TS EN 50522 , TS EN 62305 e il Regolamento sugli impianti elettrici interni . Il rispetto di queste norme è di fondamentale importanza sia come requisito legale che per la sicurezza operativa.