1 il terreno conduttore elettrico sicurezza elettrica
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Il terreno
conduttore elettrico
Sicurezza Elettrica
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La corrente elettrica quando attraversa il corpo umano generalmente si richiude tramite il terreno, tranne il caso in cui una persona isolata da terra si trovi in contatto simultaneo con due punti a diverso potenziale.
La terra è anche coinvolta, direttamente o indirettamente, in molti sistemi di protezione
terreno come conduttore elettrico
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Resistenza di terra
Gli elettrodi immersi nel terreno
prendono il nome di dispersori.
Se consideriamo un dispersore
emisferico, sufficientemente
lontano dall’elettrodo di ritorno
possiamo scrivere per ogni strato
emisferico di terreno elementare di
raggio r e di spessore dr:
dRdr
r
2 2
dr = “lunghezza percorsa” dalla corrente2πr2 = “sezione attraversata” dalla corrente ρ = resistività del terreno
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Resistenza di terra
dRdr
r
2 2
Ogni strato elementare offre una resistenza tanto più piccola quanto più è lontana dal dispersore (maggiore sezione)
02 22
0rr
drR
r
T
Resistenza di terra del dispersore emisferico
r0
02r
r2dr
rla R del terreno equivalea quella di un conduttore elettrico di forma conica
R intorno al dispersore emisferico di raggio r0 ~
R conduttore di forma troncoconica con base iniziale di raggio
e finale di raggio02r
r2
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I
I
I
A B
A
A
B
B
Resistenza di terra
A, B = dispersori di terra sufficientemente lontani
I = corrente che fluisce tra i due dispersori
è come se la corrente percorresse il conduttore equivalente
• a distanza dai dispersori la sezione del terreno è talmente grande che la resistenza è quasi nulla
• in prossimità dei dispersori le sezioni si restringono e aumenta la resistenza del terreno
La R terreno è la somma delle R di terra dei due dispersori
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Resistenza di terra
La resistenza del terreno compresa tra l’elettrodo emisferico di raggio r0
e l’emisfera di raggio 2r0 vale:
T
r
r
Rrr
drR
02
2
2
1
2
0
0
metà della resistenza di terra di un
elettrodo emisferico è concentrata nell’emisfero di terreno di raggio
doppio dell’elettrodo (terre artificiali)
• qualunque sia la forma del dispersore, a una distanza sufficientemente grande,tutte le superfici equipotenziali divengono emisferiche • equivalente emisferico di un dispersore di forma qualsiasi (RT): dispersore di forma emisferica avente la stessa resistenza e raggio
• il terreno è un conduttore elettrolitico
• la resistività varia tra 1 e 10000 Ω con la natura geologica del terreno
la resistività diminuisce con l’aumentare di umidità temperatura
Te R
r
2
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I potenziali del terreno
Andamento del potenziale nel terreno percorso da corrente
La caduta di tensione dU sullo strato emisferico elementare
di raggio r e spessore dr vale:
Ir
drdU
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Un punto del terreno posto a distanza r assume un potenziale
(rispetto all’infinito)
r
I
r
drIU
r
22 2
dove U∞=0
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I potenziali del terreno
Potenziale dell’elettrodo emisferico:02 r
IU ee
Resistenza di terra:02 rI
UR ee
T
Nel circuito (bipolo) equivalente alla RT i due poli sono rappresentati da:
1. Dispersore2. Punto all’infinito a potenziale zero
Punto suff lontano dal dispersore dove il potenziale sia trascurabile
(potenziale indisturbato)
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Dispersori in parallelo
• 2 elettrodi emisferici di uguale raggio r0
• corrente dispersa I• terreno omogeneo di resistività ρ
Ciascun elettrodo disperderà la corrente I/2
gli elettrodi assumono lo stesso potenziale
UI
r
I
d r
2 2 2 20 0
( )
)(4 0rd
02 r
02 r
drr
RT00 1
1
4
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Dispersori in parallelo
Se d >> r0
i due dispersori possono considerarsi in parallelo
04 rRT
Due elettrodi possono essere considerati in parallelo quando è zero il potenziale prodotto dall’uno sull’altro.
In teoria i dispersori non sono mai in parallelo (solo all’infinito l’influenza reciproca è nulla)In pratica è sufficiente che siano distanti circa d>10r0 per poter essere considerati in parallelo (r0=raggio dell’equivalente emisferico del dispersore).
02 r
02 r
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Resistenza verso terra di una persona
Piede = dispersore
piastra circolari di raggio rpp
T rR
5
2
r mp 1
10
RT 4
se
con ρ in Ωm
Uo Piedi ~ 2 dispersori in parallelo
La resistenza della persona e del terreno fino un punto all’infinito vale: TCC RR
resistenza corpo umano
Rtc
Rc
Uo
Uc
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Tensione totale e tensione di contattocarcassa di un apparecchio dispersore di resistenza RT
GuastoTT IRU TENSIONE TOTALE di terra
TENSIONE di CONTATTO UC : tensione alla quale è soggetto il corpo umano durante un guasto d’isolamentoTC UU
TENSIONE di CONTATTO a VUOTO UC0 : tensione preesistente al contatto tra la carcassa e il punto del terreno occupato dalla persona
esempi …
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Tensione totale e tensione di contattoEs. 1)
struttura metallica della gru assume il potenziale UT
Corrente di guasto I
La persona si trova in un punto del terreno a potenziale zero
soggetta a parte della UT
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Tensione totale e tensione di contattoEs. 2)
assume il potenziale UT rispetto all’infinito
guasto d’isolamento
La persona si trova in un punto in prossimità del dispersore (punto a potenziale diverso da zero)
La resistenza della persona verso terra non è più in parallelo con RT
Il contatto della persona con la carcassa non cambia apprezzabilmente UT ma modifica l’andamento dei potenziali del terreno
solo una piccola parte della UT !
tra piedi e gru
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Tensione totale e tensione di contattoEs. 3)
la persona tocca contemporaneamente il gancio della gru ed una
conduttura idrica (buon collegamento con il terreno)
dispersore di bassa resistenzaRTA (<<RTC)
Uc maggiore
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Contatti diretti ed indiretti
contatto con una massa o con una parte metallica connessa ad essa durante un guasto dell’isola-mento. Il secondo è sicuramente il più pericoloso.
Se si entra in contatto con una parte dell’impianto
normalmente in tensione (conduttore, fusibile) che è
diventato casualmente accessibile si parla di contatto contatto
direttodiretto. Si dice contatto indirettocontatto indiretto se una persona va in
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