Qual è la Resistenza del Terreno?

Qual è la resistenza del terreno?

Definizione di resistenza del terreno

Un elettrodo di terra è un tubo o una piastra metallica sepolta nel terreno e collegata al terminale di terra di un sistema elettrico. Fornisce un percorso a bassa resistenza per le correnti di difetto e i picchi di fulmine da dissipare nel terreno. Aiuta inoltre a stabilizzare la tensione del sistema e a ridurre le interferenze elettromagnetiche.

Gli elettrodi di terra possono essere realizzati con materiali come rame, acciaio o ferro galvanizzato, scelti per la loro conduttività e resistenza alla corrosione. Le dimensioni, la forma, la lunghezza e la profondità dell'elettrodo dipendono dalle condizioni del terreno, dalla valutazione della corrente e dall'applicazione specifica del sistema di terra.

Fattori che influenzano la resistenza di terra

La resistenza del terreno dipende principalmente dalla resistività del suolo tra l'elettrodo e il punto di potenziale zero (terra infinita). La resistività del suolo è influenzata da diversi fattori, come:

• La conducibilità elettrica del suolo, che è principalmente dovuta all'elettrolisi. La concentrazione di acqua, sale e altri componenti chimici nel suolo determina la sua conducibilità. Un suolo umido con alto contenuto di sale ha una resistività inferiore rispetto a un suolo asciutto con basso contenuto di sale.

• La composizione chimica del suolo, che influenza il suo valore pH e le proprietà corrosive. Un suolo acido o alcalino può corrodere gli elettrodi di terra e aumentarne la resistenza.

• La granulometria, l'uniformità e la compattazione delle particelle del suolo influiscono sulla sua porosità e sulla capacità di trattenere l'umidità. Un suolo a grana fine con distribuzione uniforme e compattazione compatta ha una resistività inferiore rispetto a un suolo a grana grossa con distribuzione irregolare e compattazione scarsa.

• La temperatura del suolo, che influenza la sua espansione termica e il punto di congelamento. Temperature elevate possono aumentare la conducibilità del suolo aumentando la mobilità degli ioni. Temperature basse possono diminuire la conducibilità del suolo congelando il suo contenuto d'acqua.

• La resistenza del terreno dipende anche dalla resistenza stessa dell'elettrodo e dalla resistenza di contatto tra la superficie dell'elettrodo e il suolo. Tuttavia, questi fattori sono generalmente trascurabili rispetto alla resistività del suolo.

Misurazione della resistenza di terra

Esistono vari metodi per misurare la resistenza di terra sui sistemi esistenti. Alcuni dei metodi comuni sono:

Metodo della caduta di potenziale

Questo metodo, noto anche come metodo a 3 punti o metodo della caduta di potenziale, richiede due elettrodi di prova (corrente e potenziale) e un tester di resistenza di terra. L'elettrodo di corrente viene posizionato a una distanza dall'elettrodo di terra, uguale alla sua profondità. L'elettrodo di potenziale viene posizionato tra di essi, fuori dalle aree di resistenza. Il tester inietta una corrente nota attraverso l'elettrodo di corrente e misura la tensione tra l'elettrodo di potenziale e l'elettrodo di terra. La resistenza di terra viene quindi calcolata utilizzando la legge di Ohm:

Dove R è la resistenza di terra, V è la tensione misurata e I è la corrente iniettata.

Questo metodo è semplice e accurato, ma richiede la disconnessione di tutte le connessioni all'elettrodo di terra prima della prova.

Metodo a morsetto

Questo metodo è noto anche come test a frequenza indotta o metodo senza paletti. Non richiede elettrodi di prova né la disconnessione di alcuna connessione all'elettrodo di terra. Utilizza due morsetti che vengono posizionati intorno all'elettrodo di terra esistente. Un morsetto induce una tensione all'elettrodo e l'altro morsetto misura la corrente che scorre attraverso di esso. La resistenza di terra viene calcolata utilizzando la legge di Ohm:

Dove R è la resistenza di terra, V è la tensione indotta e I è la corrente misurata.

Questo metodo è conveniente e veloce, ma richiede una rete di terra parallela con più elettrodi.

Metodo dell'asta annessa

Questo metodo prevede un elettrodo di prova (elettrodo di corrente) e un tester di resistenza di terra. L'elettrodo di corrente è collegato all'elettrodo di terra con un cavo. Il tester inietta una corrente nota attraverso il cavo e misura la tensione tra il cavo e l'elettrodo di terra. La resistenza di terra viene quindi calcolata utilizzando la legge di Ohm:

Dove R è la resistenza di terra, V è la tensione misurata e I è la corrente iniettata.

Questo metodo non richiede la disconnessione di alcuna connessione all'elettrodo di terra, ma richiede un buon contatto tra il cavo e l'elettrodo di corrente.

Metodo stella-delta

Questo metodo utilizza tre elettrodi di prova (elettrodi di corrente) disposti in un triangolo equilatero intorno all'elettrodo di terra esistente. Un tester di resistenza di terra inietta una corrente nota attraverso ogni coppia di elettrodi di prova a turno e misura la tensione tra ogni coppia di elettrodi di prova a turno. La resistenza di terra viene calcolata utilizzando le leggi di Kirchhoff:

Dove R è la resistenza di terra, V_AB, V_BC, V_CA sono le tensioni misurate tra ogni coppia di elettrodi di prova, e I è la corrente iniettata.

Questo metodo non richiede la disconnessione di alcuna connessione all'elettrodo di terra, ma richiede più elettrodi di prova rispetto ad altri metodi.

Metodo di terra morta

Questo metodo utilizza due elettrodi di prova (elettrodi di corrente) collegati in serie con un tester di resistenza di terra. Un elettrodo di prova viene inserito vicino all'elettrodo di terra esistente, e l'altro elettrodo di prova viene inserito lontano da esso. Il tester inietta una corrente nota attraverso entrambi gli elettrodi di prova nel terreno e misura la tensione tra di essi. La resistenza di terra viene calcolata utilizzando la legge di Ohm:

Dove R è la resistenza di terra, V è la tensione misurata e I è la corrente iniettata.

Questo metodo non richiede la disconnessione di alcuna connessione all'elettrodo di terra esistente, ma richiede un cavo molto lungo tra entrambi gli elettrodi di prova.

Metodo della pendenza

Questo metodo utilizza un elettrodo di prova (elettrodo di potenziale) e un tester di resistenza di terra. L'elettrodo di potenziale viene spostato lungo una linea retta lontano dall'elettrodo di terra esistente a intervalli regolari. Il tester inietta una corrente nota attraverso l'elettrodo di terra esistente nel terreno e misura la tensione tra di esso e l'elettrodo di potenziale ad ogni intervallo. Viene tracciato un grafico di tensione rispetto alla distanza ed estrapolato per trovare l'intercetta sull'asse della tensione. La resistenza di terra viene calcolata utilizzando la legge di Ohm:

Dove R è la resistenza di terra, V₀ è l'intercetta sull'asse della tensione e I è la corrente iniettata.

Questo metodo non richiede la disconnessione di alcuna connessione all'elettrodo di terra esistente, ma richiede lo spostamento dell'elettrodo di potenziale lungo una linea retta.

Miglioramento della resistenza di terra

La resistenza di terra può essere migliorata riducendo la resistività del suolo o aumentando l'area superficiale dell'elettrodo. Alcuni dei modi comuni per migliorare la resistenza di terra sono:

• Aggiungere sale o altre sostanze solubili intorno all'elettrodo per aumentare la conducibilità del suolo tramite elettrolisi.

• Aggiungere carbone o altre sostanze che traggono l'umidità intorno all'elettrodo per mantenere il suolo umido durante tutto l'anno.

• Utilizzare più elettrodi collegati in parallelo per aumentare l'area totale in contatto con il suolo.

• Utilizzare elettrodi più lunghi o più profondi per raggiungere strati inferiori di suolo con resistività inferiore.

• Utilizzare elettrodi con sezioni trasversali più grandi o forme cave per ridurre la resistenza dell'elettrodo.

• Utilizzare elettrodi con rivestimenti speciali o leghe per prevenire la corrosione e aumentare la resistenza di contatto.

Si consiglia di misurare la resistenza di terra periodicamente (annuale o semestrale) e di prendere le azioni necessarie se supera il valore desiderato per l'applicazione.

Conclusione

La resistenza di terra è un parametro importante per la progettazione e la manutenzione dei sistemi di terra. Dipende da vari fattori come la resistività del suolo, le dimensioni, la forma, la profondità, il materiale dell'elettrodo, ecc. Esistono vari metodi per misurarla sui sistemi esistenti, come il metodo della caduta di potenziale, il metodo a morsetto, il metodo dell'asta annessa, il metodo stella-delta, il metodo di terra morta e il metodo della pendenza. 

La resistenza di terra può essere migliorata aggiungendo sale, carbone o altre sostanze intorno agli elettrodi, utilizzando più elettrodi, utilizzando elettrodi più lunghi o più profondi, utilizzando elettrodi più grandi o a forma cava, o utilizzando rivestimenti speciali o leghe per gli elettrodi. La resistenza di terra dovrebbe essere misurata periodicamente e mantenuta entro limiti accettabili per motivi di sicurezza e prestazioni.