La messa a terra è un aspetto fondamentale nella progettazione e nell'installazione di impianti elettrici, rappresentando una misura di sicurezza essenziale per proteggere persone e beni da eventuali guasti elettrici. Essa consiste nel collegare parti non attive di un impianto elettrico a un sistema di terra, il quale funge da riferimento elettrico e offre un percorso sicuro per la dispersione di correnti di guasto o sovratensioni. Questo articolo approfondirà i sistemi di messa a terra, le loro applicazioni, le formule associate e i principali contributi allo sviluppo delle normative e delle tecnologie in questo campo.

La messa a terra si basa su principi fisici ed elettrici che garantiscono la sicurezza degli impianti elettrici. Quando un apparecchio elettrico presenta un difetto di isolamento, la corrente può fluire verso le parti metalliche esterne, rappresentando un grave rischio di folgorazione per gli utenti. La funzione del sistema di messa a terra è quella di deviare questa corrente verso la terra, riducendo la tensione sulle parti pericolose e garantendo che, in caso di guasto, il dispositivo di protezione (come gli interruttori automatici) si attivi, interrompendo il flusso di corrente.

Esistono vari tipi di sistemi di messa a terra, ognuno dei quali ha applicazioni specifiche. I sistemi di messa a terra più comuni includono:

1. Sistema TT: In questo sistema, le masse degli apparecchi sono collegate a terra attraverso un proprio elettrodo di terra, mentre il neutro dell'alimentazione è collegato a terra presso la fonte. Questo sistema è spesso utilizzato in abitazioni e edifici commerciali, poiché offre una buona protezione contro le correnti di guasto.

2. Sistema TN: Qui, il neutro è direttamente collegato a terra alla fonte di alimentazione e le masse degli apparecchi possono essere collegate al neutro. Ci sono diverse varianti del sistema TN, tra cui TN-S, TN-C e TN-C-S, a seconda di come sono gestiti il neutro e la terra. Questo sistema è comune in contesti industriali e commerciali, dove si richiede una maggiore affidabilità e prestazioni.

3. Sistema IT: In questo caso, le masse non sono collegate a terra e il neutro è isolato dalla terra. Questo sistema è utilizzato soprattutto in ambiti dove la continuità del servizio è cruciale, come negli ospedali e nelle centrali elettriche. In caso di guasto, il sistema IT permette di continuare a operare senza interruzioni, poiché il primo guasto non provoca immediatamente una situazione pericolosa.

La progettazione di un sistema di messa a terra richiede di considerare vari fattori, come la resistenza di terra, il tipo di suolo, le condizioni ambientali e le normative vigenti. La resistenza di terra è un parametro critico che determina l'efficacia del sistema di messa a terra. Essa è influenzata dalla geometria dell'elettrodo di terra, dal tipo di materiale utilizzato e dalla conducibilità del terreno. In generale, è desiderabile mantenere la resistenza di terra al di sotto di 10 ohm per garantire la sicurezza.

Per calcolare la resistenza di terra, si può utilizzare la formula:

R = ρ / (2 * π * L)

dove R è la resistenza di terra, ρ è la resistività del terreno (in ohm-metri) e L è la lunghezza dell'elettrodo di terra (in metri). Questa formula indica che aumentando la lunghezza dell'elettrodo o utilizzando materiali con bassa resistività, si può ridurre la resistenza di terra.

Un altro aspetto importante è la protezione contro le sovratensioni transitorie, come quelle causate da fulmini o manovre di commutazione. I dispositivi di protezione da sovratensioni (SPD) sono spesso installati in combinazione con i sistemi di messa a terra per garantire che le sovratensioni vengano dissipate in modo sicuro. La scelta del giusto SPD e la corretta installazione sono fondamentali per la protezione dell'impianto elettrico.

Un esempio pratico dell'importanza della messa a terra è rappresentato dall'installazione di impianti fotovoltaici. Questi sistemi, che convertono l'energia solare in elettricità, richiedono un'adeguata messa a terra per garantire la sicurezza degli operatori e proteggere l'impianto da eventuali guasti. La messa a terra degli inverter, delle strutture di supporto e dei cavi è essenziale per prevenire incendi e danni ai componenti elettronici.

Un altro esempio è l'uso di sistemi di messa a terra nei centri dati, dove la continuità del servizio è critica. Qui, i sistemi di messa a terra non solo proteggono l'elettronica sensibile dai guasti, ma contribuiscono anche alla gestione delle interferenze elettromagnetiche, migliorando le prestazioni complessive dell'impianto.

Le normative che regolano i sistemi di messa a terra sono state sviluppate nel corso degli anni da organismi internazionali e nazionali. Ad esempio, la norma IEC 60364 stabilisce le linee guida per la progettazione e l'installazione degli impianti elettrici, inclusi i sistemi di messa a terra. In Italia, il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano) emette normative specifiche, come le norme CEI 64-8, che trattano in dettaglio la messa a terra e la protezione degli impianti elettrici.

Importanti contributi allo sviluppo delle tecnologie di messa a terra provengono anche da enti di ricerca e università, che hanno condotto studi per migliorare l'efficacia e l'affidabilità di questi sistemi. La ricerca continua a evolversi, affrontando nuove sfide, come l'integrazione di fonti di energia rinnovabile negli impianti elettrici e la protezione contro le minacce informatiche che possono influenzare la sicurezza degli impianti.

In conclusione, i sistemi di messa a terra sono un elemento cruciale per garantire la sicurezza degli impianti elettrici. Con una progettazione adeguata, l'uso di materiali appropriati e la conformità alle normative, è possibile ridurre significativamente il rischio di incidenti elettrici e garantire un funzionamento sicuro e affidabile degli impianti. La continua evoluzione della tecnologia e delle normative rende necessario un costante aggiornamento e una formazione adeguata per i professionisti del settore, affinché possano affrontare le sfide attuali e future in materia di sicurezza elettrica.