Messa a terra in una casa privata: calcolo, dispositivo, installazione

Sezioni dell’articolo

• Fondamenti di messa a terra di protezione
• Calcolo del dispositivo di messa a terra
• Installazione di messa a terra
• Materiali e strumenti per il dispositivo di messa a terra
• Assemblaggio del dispositivo di messa a terra

L’articolo descrive come effettuare autonomamente la messa a terra in un cottage privato. Comprenderemo i principi di messa a terra, impareremo come calcolare la configurazione di questo dispositivo e determineremo quali materiali sono necessari.

Circa 20-25 anni fa stavamo costruendo edifici pubblici e privati, senza nemmeno pensare all’efficace protezione di una persona dalle scosse elettriche. Di recente, tutto è cambiato: le nostre schede di distribuzione degli ingressi stanno diventando più grandi, ora ospitano dozzine di interruttori di circuito, diversi interruttori differenziali e quasi sempre c’è un bus di messa a terra separato. Che cosa è cambiato? L’elettricità è ora letteralmente intorno a noi, un numero enorme di accessori per il cablaggio è apparso nelle case, una massa di elettrodomestici e unità di potenza, che sono potenziali fonti di pericolo, inoltre, forse, abbiamo iniziato a valutare di più la vita umana.

I codici di costruzione moderni (in particolare, PUE) richiedono che almeno una delle seguenti misure sia applicata per proteggere una persona in locali residenziali:

• caduta di tensione;
• equalizzazione potenziale;
• uso del doppio isolamento dei fili;
• utilizzo di trasformatori di isolamento;
• installazione di dispositivi di corrente residua;
• disposizione di messa a terra, messa a terra.

Naturalmente, il problema della sicurezza dovrebbe essere affrontato in modo completo e utilizzare tutti i metodi possibili, ma la messa a terra in casa deve essere obbligatoria.

La messa a terra degli impianti elettrici è il metodo di protezione più affidabile ed efficace che, insieme ad altre misure, rende l’elettricità domestica assolutamente sicura. In effetti, la messa a terra è una connessione deliberata delle custodie degli impianti elettrici (elementi che non sono alimentati) con la terra. Per molti proprietari di case, l’organizzazione della messa a terra sembra essere troppo costosa e tecnologicamente avanzata, o troppo semplice, il che non è del tutto vero..

In una casa privata, tecnicamente non è affatto difficile effettuare una messa a terra affidabile, poiché la distanza dal suolo è molto piccola e puoi sempre trovare aree libere nel cortile. Gli abitanti dei vecchi condomini sono molto meno fortunati, dove i circuiti di messa a terra non funzionano più, e quindi alcuni compatrioti riescono a radicarsi individualmente dai piani superiori, mettendo a terra un conduttore dal loro appartamento lungo le pareti dell’edificio. Nel frattempo, sarebbe un errore credere che qualsiasi spillo di ferro spinto nel terreno, o qualsiasi tubatura dell’acqua, diventerà un normale circuito di terra di lavoro. La messa a terra è un sistema costituito da diversi elementi importanti con specifici parametri nominali, che funziona secondo determinati principi e interagisce strettamente con altri sistemi.

Fondamenti di messa a terra di protezione

In un dispositivo elettrico difettoso (ad esempio, se l’isolamento del cavo di alimentazione è danneggiato), sulla custodia potrebbe apparire la tensione. Quando una persona tocca il dispositivo, la corrente si precipita nel terreno, passando attraverso il suo corpo e spesso causando danni irreparabili, non tutti i dispositivi di protezione possono reagire o avere il tempo di interrompere rapidamente il circuito. Perché la corrente va a terra? Perché accetta facilmente una scarica, poiché ha una capacità elettrica molto elevata. Se alla corrente di dispersione (attraverso la corrente di conduzione che scorre tra due o più elettrodi) viene offerto un altro modo più semplice, ad esempio un conduttore con una resistenza inferiore – per la messa a terra non dovrebbe superare i 4 ohm, quindi andrà a terra lungo di esso e non attraverso una persona con resistenza corporea 1 kOhm. Si verifica una corrente di dispersione nel circuito e un dispositivo a corrente residua (RCD) disconnette l’area danneggiata in una frazione di secondo.

Questo è il motivo per cui tutti i moderni attuatori e unità elettrici sono progettati in modo tale che un conduttore di terra possa essere collegato a loro, e per il cablaggio vengono utilizzati fili a tre conduttori. Questo vale anche per tutti i moderni elettrodomestici, in cui il corpo e uno dei contatti della spina di alimentazione sono collegati: usano prese con un contatto PE (antenne) per alimentarli. Tutte le lampade, i lampadari a braccio e gli appliques hanno terminali per il collegamento di cavi “gialli” e le scatole metalliche di quadri di distribuzione e le strutture metalliche su cui si trova l’attrezzatura elettrica sono messe a terra. Tutti i consumatori di reti con una tensione in corrente alternata superiore a 42 V sono messi a terra senza interruzioni, per corrente continua – oltre 110 V. Si noti che la messa a terra garantisce non solo la sicurezza elettrica delle persone, ma anche:

• stabilizza il funzionamento degli impianti elettrici;
• protegge i dispositivi da sovratensione;
• riduce la quantità di interferenza della rete e l’intensità della radiazione elettromagnetica ad alta frequenza.

Il dispositivo di messa a terra è costituito dai seguenti elementi:

• sezionatore di terra
• conduttori di messa a terra

Il conduttore di terra sarà qualsiasi parte del dispositivo di messa a terra che collega le installazioni elettriche all’elettrodo di terra, si tratta di nuclei di fili separati (generalmente accettati – con isolamento giallo), elementi dei circuiti esterni e interni, un bus speciale situato nella schermatura.

Un conduttore di terra è un elettrodo, la parte del circuito di terra che è a diretto contatto con la terra. Questo elemento garantisce il flusso di correnti nel terreno e la loro dispersione. A seconda che vengano utilizzati elementi sepolti di strutture edili per questo o un conduttore appositamente creato, si distinguono i conduttori di messa a terra naturali e artificiali. Secondo il PUE, la preferenza dovrebbe essere sempre data all’uso di elettrodi di terra naturali (clausola 1.7.35), in una casa privata può essere:

• involucro di metallo;
• eventuali condutture in acciaio, compresi i tubi per la posa di fili elettrici;
• armatura di piombo del cavo di alimentazione;
• vari pali e supporti di metallo sulla strada, ad esempio elementi di recinzione;
• sepolti elementi in cemento armato e metallo dell’edificio (colonne, capriate, miniere, fondamenta).

Gli elettrodi artificiali possono essere utilizzati se la resistenza degli elettrodi di terra naturali non corrisponde alla norma, quindi li considereremo in modo più dettagliato.

Calcolo del dispositivo di messa a terra

Il parametro principale che deve essere calcolato è la conduttività dell’elettrodo di terra. In altre parole, dobbiamo scegliere un elettrodo di tale configurazione in modo che la resistenza del dispositivo di messa a terra non superi lo standard. Le disposizioni del PUE indicano i seguenti numeri, che sono il massimo consentito:

• 2 Ohm – per una tensione di linea monofase di 380 volt;
• 4 ohm – per 220 volt;
• 8 ohm – per 127 volt.

Con una corrente trifase, le resistenze massime saranno le stesse 2, 4 e 8 ohm, ma solo per tensioni di 660, 380 e 127 volt, rispettivamente.

Cosa determina la conduttività del sistema di elettrodi di terra (leggi, la resistenza del dispositivo di messa a terra)? Semplificato: dall’area di contatto dell’elettrodo con la resistività del terreno e del suolo. Maggiore è l’elettrodo di massa, minore è la resistenza, maggiore è la corrente assorbita dal suolo. Tutte le formule di calcolo suggeriscono di tenere conto della superficie dell’elettrodo e della profondità della sua immersione. Ad esempio, per calcolare un singolo dispositivo di messa a terra a sezione circolare, abbiamo la seguente formula:

Dove: d – diametro del perno, L – lunghezza dell’elettrodo, T – distanza dalla superficie al centro dell’elettrodo di terra, ln – logaritmo, ? – costante (3.14), ? – resistività del suolo (Ohm m).

Si noti che la resistività del suolo è il parametro di calcolo principale. Più bassa è questa resistenza, più conduttiva sarà la nostra messa a terra e più efficace sarà la protezione. Le principali cifre di base di un certo tipo di terreno sono reperibili in tabelle e grafici pubblicamente disponibili, ma molto dipende dal suo stato attuale – densità, bilancio idrico, temperatura, profondità di congelamento stagionale, presenza e concentrazione di sostanze chimiche “elettroattive” in esso – alcali, acidi, sali … Inoltre, a diverse profondità, la situazione può cambiare in modo significativo, le proprietà fisiche della fondazione continentale diventano diverse, appaiono acquiferi, che riducono la resistenza, la temperatura aumenta … Di norma, con l’aumentare della profondità, il terreno diventa più attuale.

A temperature inferiori allo zero, la resistenza dei suoli aumenta notevolmente a causa del congelamento dell’acqua. Pertanto, ci sono alcune difficoltà con la messa a terra in aree con terreni permafrost. Per lo stesso motivo, la lunghezza degli elettrodi di terra deve essere di un ordine di grandezza maggiore della profondità stagionale del congelamento alle latitudini normali..

Idealmente, la resistenza del terreno e del dispositivo di messa a terra nel suo insieme dovrebbero essere studiati praticamente, mentre le formule ci aiuteranno a fare i calcoli di base. Spesso l’analisi si svolge direttamente nella fase di assemblaggio dei circuiti: gli elettrodi vengono immersi e le misurazioni della conduttività di messa a terra vengono eseguite in tempo reale: se la resistenza è troppo elevata, aumenta il numero di elettrodi di terra o il grado della loro sepoltura.

Si noti che la messa a terra deve funzionare in qualsiasi momento dell’anno, pertanto si consiglia di controllarla nelle condizioni più sfavorevoli (siccità, gelo). Se ciò non è possibile, vengono applicati coefficienti speciali ai risultati, tenendo conto delle variazioni stagionali della resistenza del suolo in una determinata area..

Se vengono utilizzati più elettrodi per equipaggiare l’elettrodo di terra, la procedura di calcolo sarà leggermente diversa:

1. La resistenza viene calcolata per ciascuno di essi (è possibile applicare la formula sopra).
2. Gli indicatori sono riassunti.
3. È necessario tenere conto del “fattore di utilizzo”.
4. La formula è simile alla seguente:

Dove: N – numero di elettrodi di terra, PER_e – tasso di utilizzo, R₁ resistenza di ciascun elettrodo separatamente.

Come puoi vedere, la conduttività degli elementi orizzontali che collegano gli elettrodi in un singolo circuito non viene presa in considerazione..

Il fattore di utilizzo può causare una certa complessità: riflette il fenomeno in cui gli elettrodi adiacenti nel circuito si influenzano a vicenda, poiché le zone di dissipazione delle correnti nel terreno iniziano a intersecarsi quando sono troppo vicine. Più vicini sono i singoli elettrodi di terra, maggiore è la resistenza totale del dispositivo di messa a terra. Una sfera di lavoro con un raggio uguale alla sua lunghezza si forma attorno a ciascun elettrodo nel terreno, il che significa che la distanza ideale tra gli elettrodi di terra sarà la loro lunghezza nel terreno (L), moltiplicata per 2.

Il rapporto tra la distanza tra gli elettrodi e la loro lunghezza	Numero di elettrodi	Coef. uso
1	cinque	0.7
1	dieci	0.6
1	15	0.53
1	20	0.5
2	cinque	0.81
2	dieci	0.75
2	15	0.7
2	20	0.67

Posizionamento ad anello chiuso
Il rapporto tra la distanza tra gli elettrodi e la loro lunghezza	Numero di elettrodi	Coef. uso
1	cinque	0.65
1	dieci	0.55
1	15	0.51
1	20	0.45
2	cinque	0.75
2	dieci	0.69
2	15	0.66
2	20	0.63

Per calcolare quanti elettrodi di terra devono essere sepolti nel terreno, utilizzare la seguente formula:

Dove: R – resistenza di progetto del dispositivo di messa a terra, R₁ – resistenza di un elettrodo, PER_e – tasso di utilizzo.

Per quanto riguarda la disposizione degli elettrodi di messa a terra, non devono formare un triangolo, sebbene questa sia la configurazione più comune del circuito. Gli elettrodi possono essere posizionati su una fila con una connessione in serie. Questa opzione è utile se viene assegnata una stretta striscia di terra per organizzare la messa a terra..

Installazione di messa a terra

In linea di principio, si possono distinguere due tipi di dispositivi di messa a terra, che differiscono l’uno dall’altro in termini di tecnica di installazione e caratteristiche del materiale. Il primo è un design modulare a perno (prodotto in fabbrica) con uno o più elettrodi, il secondo è una versione fatta in casa con diversi elettrodi di terra in metallo laminato. Le loro principali differenze sono solo nell’organizzazione della parte sepolta: conduttiva, “superiore”, la loro parte è identica.

I kit di messa a terra di fabbrica sono tecnologicamente avanzati e presentano numerosi vantaggi:

• forniti come set, gli elementi sono appositamente progettati per la disposizione di protezione e sono prodotti su apparecchiature industriali;
• quasi non richiedono scavi, non sono necessari lavori di saldatura;
• ti consente di andare in profondità per diverse decine di metri e ottenere una resistenza molto bassa e stabile dell’intero dispositivo.

L’unico inconveniente di tali sistemi è il loro costo elevato..

Materiali e strumenti per il dispositivo di messa a terra

I conduttori di messa a terra artificiale devono essere realizzati in metallo laminato in acciaio. Adatto a questi scopi:

• angolo;
• tubo tondo o rettangolare;
• asta.

Per proteggere il metallo dalla corrosione, vengono utilizzati elettrodi zincati. È anche consentito l’uso di calcestruzzo elettricamente conduttivo come elettrodo di terra.

Nei set di fabbrica, si tratta di perni da un metro e mezzo trafilati in rame placcato in rame con filettature alle estremità. Una punta conica affilata è installata sul primo elemento, i singoli perni sono collegati per mezzo di giunti filettati in ottone. Gli elettrodi vengono immersi nel terreno mediante strumenti a percussione portatili (cartuccia SDS-Max, potenza di impatto di circa 20 J). Un adattatore e una testa guida vengono utilizzati per trasferire energia dal trapano. Il collegamento tra il conduttore di terra e l’elettrodo è realizzato tramite un morsetto in acciaio inossidabile. Per proteggere le articolazioni dalla corrosione e ridurre la resistenza alle articolazioni, viene utilizzata una pasta speciale.

Attenzione! Gli interruttori di messa a terra non devono essere verniciati, lubrificati o conservati in altro modo che ne ridurrebbe la conducibilità..

L’effetto della corrosione (la parte in acciaio si sta gradualmente assottigliando) deve essere preso in considerazione quando si sceglie la sezione dell’elettrodo, che viene selezionato con un certo margine, che garantisce una durata sufficiente del circuito. Le sezioni minime ammissibili degli elettrodi di terra situati nei suoli sono limitate da documenti normativi:

• asta zincata – 6 mm;
• tondino di metallo ferroso – 10 mm;
• sezione rettangolare laminata – 48 mm².

Attenzione! Lo spessore delle mensole in acciaio rettangolare o lo spessore delle pareti dei tubi deve essere di almeno 4 mm.

Una striscia viene spesso utilizzata come conduttore che collega diversi elettrodi nel terreno, ma è possibile utilizzare un filo, un angolo, un tubo. Con questi materiali è possibile portare a terra il quadro elettrico stesso (la sezione dei materiali presenta meno restrizioni: asta – 5 mm, acciaio rettangolare – 24 mm², spessore parete e mensola – 2,5 mm).

Il conduttore di terra all’interno dell’edificio deve avere una sezione trasversale uguale a quella del conduttore di fase utilizzato nel cablaggio domestico.

Ci sono anche requisiti minimi:

• alluminio non isolato – 6 mm;
• rame non isolato – 4 mm;
• alluminio in isolamento – 2,5 mm;
• rame in isolamento – 1,5 mm.

Per la commutazione di tutti i conduttori di messa a terra è necessario utilizzare barre di messa a terra in bronzo elettrotecnico. Nel sistema di messa a terra TT, questi elementi del quadro sono fissati direttamente alla parete della scatola di metallo.

L’elettrodo di terra fatto da sé è approfondito con una mazza, i kit di fabbrica sono martellati con martelli pneumatici. In entrambi i casi, si consiglia di preparare una piattaforma o una scala. Per lavorare con prodotti laminati neri, sarà necessario utilizzare la saldatura ad arco manuale.

Assemblaggio del dispositivo di messa a terra

Consideriamo l’ordine delle azioni. Nei punti iniziali, indicheremo le operazioni tipiche per l’installazione di entrambi i tipi di elettrodi di messa a terra.

Layout e movimento terra.Si consiglia di installare interruttori di terra nel terreno a una distanza di circa un metro dalla fondazione. In conformità con il progetto, il circuito è contrassegnato – come abbiamo già detto, può essere un triangolo equilatero, una linea, un cerchio, diverse file … La distanza tra gli elettrodi è presa da 1,2 metri, rendendolo più del doppio della lunghezza del sistema di elettrodi di terra è inutile. Come opzione di base, adatta alla maggior parte delle nostre condizioni, puoi prendere un triangolo con un lato di 1,5-3 metri e una lunghezza di elettrodi di 2-3 metri.

Successivamente, è necessario scavare una trincea con una profondità di circa 70-80 cm, la profondità minima consentita è di 50 cm.La larghezza della trincea nei punti di approfondimento dovrebbe fornire comodità ai conduttori di saldatura, di solito scavano con pendenze larghe circa 0,5-0,7 metri.

Per pilotare una messa a terra modulare a singolo elettrodo, è necessaria una sola fossa di dimensioni 50x50x50 cm.

Preparare l’elettrodo.Per facilitare l’immersione dell’elettrodo di terra nel terreno, il metallo laminato viene affilato con l’aiuto di una smerigliatrice, ad esempio, i ripiani vengono tagliati ad angolo ad angolo, il tubo viene tagliato obliquamente, l’asta viene affilata. Se si utilizza metallo usato, quindi, se necessario, dovrebbe essere completamente pulito dai rivestimenti protettivi.

Una testa appuntita è avvitata sul perno di terra modulare di fabbrica, la connessione è rivestita con pasta.

Gli angoli (il più delle volte sono angoli 50x50x5 mm) sono martellati nel terreno da colpi con una mazza.È più conveniente iniziare a lavorare dal patibolo. Se il metallo è morbido, è meglio colpire i pezzi attraverso distanziatori in legno. La testa del sezionatore di terra dovrebbe sollevarsi 150-200 mm sopra la parte inferiore della trincea in modo da poter collegare gli elettrodi in un circuito.

I perni di fabbrica sono sepolti usando un martello pneumatico con un mandrino a codolo SDS-Max e una capacità di impatto di 20-25 joule. Dopo l’immersione di ciascun perno (1,5 metri), un manicotto e l’elemento di messa a terra successivo vengono avvitati su di esso, questo ciclo viene ripetuto fino a quando l’elettrodo raggiunge la profondità di progetto o si verifica un guasto (impossibilità di un ulteriore approfondimento). In caso di guasto, i pin di messa a terra aggiuntivi sono intasati, il sistema diventa multielettrodo.

Gli interruttori di terra sono collegati con un conduttore orizzontale,è generalmente più conveniente lavorare con una striscia di 40×4 mm. Per i metalli ferrosi, qui è necessaria la saldatura, poiché i giunti bullonati si ossideranno rapidamente e la resistenza del dispositivo aumenterà. Il viraggio non funzionerà: è necessaria una cucitura di saldatura lunga di alta qualità.

Dal contorno risultante, prendi la striscia verso la casa, piegala e fissala sul plinto. Alla fine della striscia saldiamo un bullone M8 attraverso il quale verrà collegato un conduttore di messa a terra protettivo proveniente dallo schermo.

Un morsetto è installato sull’ultimo perno modulare e il conduttore è fisso. Il morsetto è avvolto con uno speciale nastro impermeabilizzante.

La trincea è coperta di terra.Si consiglia di utilizzare composizioni dense e omogenee a grana fine per questi scopi..

I set di fabbrica con un elettrodo possono essere completati con un pozzetto di revisione in plastica.

Il conduttore di terra viene portato nel quadro.Può essere fissato direttamente alle strutture dell’edificio, ad eccezione delle aree con elevata umidità – è meglio usare isolanti lì. Attraverso le pareti, il conduttore viene disegnato per mezzo di manicotti di tubi in metallo o plastica, infatti le regole di posa si applicano allo stesso modo del cablaggio “principale” (questo sarà uno dei seguenti articoli).

Nel quadro, il conduttore, dopo essere stato aggraffato con una connessione a bullone, è collegato al bus di terra, che è installato sul corpo della scatola (sistema TT).

La resistenza del dispositivo di messa a terra viene controllata con un multimetro, se, tenendo conto dei fattori stagionali (determinati dal Servizio di supervisione dell’energia statale per le diverse latitudini, esistono tabelle già pronte) supera i 4 Ohm, quindi è necessario aumentare il numero di elettrodi.

Durante la commutazione del quadro, anche i conduttori dei fili con isolamento giallo (provengono da utenti attuali) sono bloccati nei connettori del bus.

Quando si collegano prese, dispositivi, lampade, i conduttori di messa a terra gialli vengono commutati nei punti appropriati (di solito sono contrassegnati con un segno speciale – tre strisce orizzontali di dimensioni diverse), ad esempio nelle prese questa è una vite centrale.

Un sistema in cui l’anello di terra non è collegato in alcun modo al conduttore di funzionamento neutro N è chiamato TT. Si consiglia l’uso quando le opzioni TN (esiste una connessione tra il neutro e il conduttore di terra) non possono essere utilizzate, ad esempio, se le condizioni delle linee di alimentazione aeree non sono soddisfacenti. Naturalmente, per questo motivo comune, è diventato molto popolare. Tuttavia, va notato che il sistema TT con un neutro indipendente di consumatori solidamente fondato deve essere assicurato con l’aiuto di un RCD. Parleremo di dispositivi a corrente residua nel prossimo articolo..

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