Quali sono i vantaggi dell'utilizzo di un sistema di messa a terra comune nella distribuzione elettrica e quali precauzioni devono essere adottate?

Cos'è il Grounding Comune?

Il grounding comune si riferisce alla pratica in cui il grounding funzionale (di lavoro), il grounding protettivo delle apparecchiature e il grounding di protezione dai fulmini condividono un singolo sistema di elettrodi di grounding. Oppure, può significare che i conduttori di grounding da più dispositivi elettrici sono collegati insieme e collegati a uno o più elettrodi di grounding comuni.

1. Vantaggi del Grounding Comune

• Sistema più semplice con meno conduttori di grounding, rendendo la manutenzione e l'ispezione più facili.

• La resistenza equivalente al grounding di più elettrodi di grounding collegati in parallelo è inferiore alla resistenza totale di sistemi di grounding separati e indipendenti. Quando l'acciaio strutturale dell'edificio o le barre di rinforzo vengono utilizzati come elettrodo di grounding comune—grazie alla sua intrinseca bassa resistenza—i vantaggi del grounding comune diventano ancora più evidenti.

• Affidabilità migliorata: se un elettrodo di grounding fallisce, gli altri possono compensare.

• Numero ridotto di elettrodi di grounding, riducendo i costi di installazione e materiali.

• In caso di guasto dell'isolamento che causa un cortocircuito tra fase e chassis, scorre una corrente di guasto maggiore, assicurando che i dispositivi di protezione operino rapidamente. Questo riduce anche la tensione di contatto quando il personale tocca l'attrezzatura difettosa.

• Mitiga i pericoli dovuti alle sovratensioni da fulmine.

Teoricamente, per prevenire il rischio di retroscintilla indotta da fulmini, il grounding di protezione dai fulmini dovrebbe essere mantenuto a una distanza sicura dalle strutture degli edifici, dalle apparecchiature elettriche e dai loro sistemi di grounding. Tuttavia, nella pratica ingegneristica, questo spesso non è fattibile. Gli edifici hanno solitamente numerose linee di servizio in entrata (energia, dati, acqua, ecc.) distribuite su ampie aree. Specialmente quando le barre di rinforzo in calcestruzzo armato vengono utilizzate come conduttori nascosti di protezione dai fulmini, diventa virtualmente impossibile isolare elettricamente il sistema di protezione dai fulmini dalle tubazioni dell'edificio, dagli involucri delle apparecchiature o dal sistema di grounding della rete elettrica.

In tali casi, si consiglia il grounding comune—collegando il neutro del trasformatore, tutti i ground funzionali e protettivi delle apparecchiature elettriche e il sistema di protezione dai fulmini alla stessa rete di elettrodi di grounding. Ad esempio, negli edifici ad alta altezza, l'integrazione del grounding elettrico con il sistema di protezione dai fulmini forma efficacemente una gabbia di Faraday utilizzando la struttura interna in acciaio dell'edificio. Tutte le apparecchiature elettriche interne e i conduttori collegati a questa gabbia sono quindi protetti dalle differenze di potenziale indotte dai fulmini e dalla retroscintilla.

Pertanto, quando si utilizza la struttura metallica di un edificio per il grounding, il grounding comune per più sistemi non solo è fattibile ma anche vantaggioso, purché la resistenza di grounding complessiva sia mantenuta al di sotto di 1 Ω.

2. Considerazioni Chiave per il Grounding Comune

Natura delle correnti di grounding:
Il rischio associato all'aumento del potenziale di terra (GPR) dipende dall'entità, durata e frequenza delle correnti di grounding. Ad esempio, i parafulmini o i parafuoco possono portare correnti molto elevate durante un colpo di fulmine, ma questi eventi sono brevi e infrequenti—quindi il GPR risultante presenta un rischio limitato.

Tuttavia, la resistenza di grounding comune deve soddisfare il requisito più stringente tra tutti i sistemi collegati, idealmente ≤1 Ω.

Nei sistemi di distribuzione a bassa tensione con neutrali solidamente a terra, l'elettrodo di grounding comune può portare correnti di fuga continue da tutte le carichi connesse, formando correnti circolanti di terra. Se la resistenza di grounding supera i limiti di sicurezza, può mettere a repentaglio sia le apparecchiature che il personale.

Inoltre, con l'uso diffuso di computer e apparecchiature elettroniche sensibili, spesso è richiesto il grounding filtrato. I grandi filtri EMI/RFI linea-terra introducono correnti capacitive di fuga significative verso terra, che contribuiscono anche alla corrente totale di terra.

Impatto dell'aumento del potenziale di terra sulle apparecchiature connesse:
Consideriamo come esempio un gruppo compattato di sottostazione interno. Tradizionalmente, il neutro del trasformatore, l'involucro metallico e il chassis dei carichi erano tutti collegati a un terreno comune. Nel frattempo, i parafulmini spesso avevano un terreno separato per evitare un pericoloso aumento del potenziale durante lo scarico.

Tuttavia, se un dispositivo di carico sviluppa un guasto di isolamento e fa scorrere corrente, l'intera corrente di circuito di guasto scorre attraverso l'elettrodo di grounding comune, aumentando il potenziale locale di terra—andando a elevare la tensione dell'involucro dell'apparato di commutazione. Se il personale di manutenzione apre la porta del pannello in queste condizioni, rischia di subire una scossa elettrica. Tali incidenti sono avvenuti ripetutamente.

Di conseguenza, la pratica moderna tende spesso a isolare il grounding funzionale (ad esempio, il neutro del trasformatore) dal grounding protettivo e da quello di protezione dai fulmini nelle sottostazioni interne—anche se ciò aumenta la complessità dell'installazione.

3. Norme e Regolamenti Rilevanti (Cina)

• Secondo le attuali norme dell'industria elettrica cinese:

• Per le installazioni elettriche di Classe B, se il trasformatore di distribuzione di alimentazione non è situato all'interno di un edificio contenente attrezzature di Classe B, e il suo lato ad alta tensione opera in un sistema non a terra, con un Petersen coil (coil di soppressione d'arco) a terra o con un sistema a terra ad alta resistenza, allora il grounding di lavoro del sistema a bassa tensione può condividere lo stesso elettrodo di grounding del grounding protettivo del trasformatore, purché la resistenza di grounding soddisfi R ≤ 50/I (Ω) e R ≤ 4 Ω.

• Per le installazioni elettriche di Classe A che operano in sistemi effettivamente a terra, il grounding di lavoro del trasformatore deve trovarsi al di fuori della griglia di grounding protettivo—cioè, il grounding comune non è permesso.

• Se il trasformatore di distribuzione è installato all'interno di un edificio con installazioni elettriche di Classe B, e il suo lato ad alta tensione utilizza un sistema a terra a bassa resistenza, allora il grounding di lavoro a bassa tensione può condividere il grounding protettivo se:

• La resistenza di grounding soddisfa R ≤ 2000/I (Ω), e

• L'edificio implementa un sistema di equipotenzialità principale (MEB).

• Inoltre, per i sistemi superiori a 1 kV classificati come sistemi di grande corrente di cortocircuito a terra, il grounding comune è permesso se si assicura un rapido sgancio del guasto, ma la resistenza di grounding deve essere < 1 Ω.

• Il grounding protettivo dei trasformatori di distribuzione nelle installazioni di Classe A può condividere lo stesso elettrodo di grounding del grounding del parafulmine associato.

4. Conclusione

L'esperienza pratica dimostra che nei sistemi di distribuzione a bassa tensione pubblici, dove la separazione completa dei sistemi di grounding spesso non è raggiungibile, il grounding comune—che combina il grounding di lavoro, protettivo e di protezione dai fulmini—è più sicuro, economico, semplice da installare e più facile da mantenere.

Per mitigare i potenziali rischi del grounding comune, gli ingegneri dovrebbero:

• Utilizzare pienamente l'acciaio strutturale dell'edificio come elettrodo di grounding naturale,

• Mantenere la resistenza totale di grounding al di sotto di 1 Ω, e

• Implementare un equipotenziale completo in tutta la struttura.

Queste misure minimizzano efficacemente i pericoli e assicurano il funzionamento sicuro e affidabile delle moderne installazioni elettriche.