Dispersore e potenziale di terra
L’impianto di terra serve a realizzare un collegamento elettrico con il potenziale del terreno, assunto convenzionalmente pari a zero, per la protezione delle persone nell’esercizio degli impianti elettrici.
Tutto fa riferimento alla pericolosità della corrente elettrica per l’uomo. Il corpo umano è un’impedenza e anche sede di segnali elettrici propri, l’introduzione di potenziali esterni comporta la circolazione di correnti e facilmente la comparsa di effetti patologici di varia natura, dal formicolio all’arresto cardiaco. Non potendo fare esperimenti sull’uomo in vita per ovvi motivi, le prove sono state condotte sugli animali e sui cadaveri umani, e si sono analizzati gli effetti sui colpiti da corrente elettrica che sono sopravvissuti.
Gli studi hanno prodotto a livello normativo internazionale alcuni diagrammi di correlazione tra la corrente di esposizione, il tempo e gli effetti sul corpo umano, di cui la figura seguente è un caposaldo.
Vi è naturalmente un aspetto aleatorio di fondo dovuto alla variabilità umana e alla dipendenza del fenomeno dell’elettrocuzione da svariati parametri quali il valore della tensione di contatto, il tempo di esposizione, l’estensione della zona di contatto, la pressione di contatto, la salinità della pelle, la densità di corrente, la frequenza del sistema di alimentazione, la temperatura, le condizioni di asciutto o bagnato. I risultati sono quindi esposti in termini di probabilità e statistica:
- Zona AC-1: nessuna reazione
- Zona AC-2: possibili contrazioni muscolari involontarie, nessun effetto fisiologico
- Zona AC-3: forti contrazioni, difficoltà di respirazione, perdita di coscienza
- Zona AC-4: ustioni, danni cellulari, blocco respiratorio, fibrillazione ventricolare, arresto cardiaco
Acquisita una curva di sicurezza corrente-tempo, e conoscendo l’impedenza del corpo umano, è possibile ricavare un’analoga curva di sicurezza tensione-tempo. Le normative di settore si riferiscono infatti a limiti di tensione più che di corrente per la protezione delle persone dai contatti indiretti.
- Per impianti elettrici con tensione di consegna fino a 1 kV (impianti BT) CEI 64-8 fissa la tensione di contatto limite a 50 V (25 V nei locali medici, nei bagni e nei cantieri), tempo di eliminazione del guasto entro 5s per circuiti di distribuzione, entro 400ms (200ms) per circuiti terminali.
- Per impianti con tensione di consegna > 1 kV (impianti MT e AT) CEI 99-3 fissa le tensioni di contatto e di passo secondo il seguente diagramma tensione-tempo.
L’impianto di terra agevola quindi la dispersione di correnti nel terreno, nel far questo determina una distribuzione di potenziale sulla sua superficie secondo la struttura geometrica dei dispersori elementari che costituiscono l’intero sistema disperdente. Le prestazioni di quest’ultimo si valutano attraverso due parametri principali: la Tensione di contatto Ut (t=touch) e la Tensione di passo Us (s=step). La resistenza di terra Re (e=earth) paradossalmente, a differenza di quanto si potrebbe ritenere, è un parametro meno importante rispetto alla Resistività del terreno e ai parametri Ut-Us appena citati, perché la misura di Re è spesso affetta da grossolani errori dovuti ai limiti di posizionamento delle sonde di misura e degli infimi valori delle correnti di prova iniettate.
Dispersori elementari usuali per la realizzazione degli impianti di terra sono il picchetto infisso nel terreno e il conduttore nudo in contatto col terreno, combinazioni di questi determinano come già accennato il sistema disperdente nel suo complesso. I parametri Us, Ut sono strettamente correlati col concetto di equipotenzialità, così come lo è la conformazione geometrica del dispersore. L’uniformità della distribuzione del potenziale sulla superficie del terreno è una delle qualità più importanti di un impianto di messa a terra.
Semplificando un poco il meccanismo di protezione si può infatti affermare che: in caso di guasto a terra il dispersore si porta alla tensione totale di terra Ue, tutte le masse collegate allo stesso impianto di terra si portano pressoché allo stesso potenziale, l’uomo ha i piedi per terra ed è soggetto al potenziale del terreno sui due piedi, supposti alla distanza di un metro l’uno dall’altro, è soggetto alla tensione di passo Us, eventualmente toccando una massa con una mano è soggetto anche alla tensione di contatto Ut tra mano e piedi.
Dati gli studi sull’elettrodo emisferico si può affermare ancora: il potenziale decade con legge iperbolica 1/r allontanandosi dal dispersore della distanza r, ciò significa che la zona di influenza del dispersore è limitata ed è opportuno mantenere la vicinanza dell’impianto disperdente rispetto alle masse da proteggere. Agli effetti pratici conviene inscrivere gli impianti da proteggere entro il perimetro del dispersore ed eventualmente consolidare quest’ultimo dopo aver controllato il gradiente del potenziale interno ed esterno per rispettare i limiti normativi.
