Il metodo tecnico per la misurazione della resistenza di terra, ampiamente utilizzato nel mondo, mette in risalto la metodologia di misurazione, nonché le capacità e le conoscenze del collaudatore sulla messa a terra analizzata, senza cui anche il miglior misuratore non garantirà le indicazioni corrette. D’altra parte, anche il collaudatore migliore e più esperto nel campo non eseguirà tali misurazioni correttamente se il misuratore o l’attrezzatura vengono selezionati in modo errato per una data situazione.

Pertanto, una buona conoscenza, un giusto misuratore ed l’attrezzatura necessaria, sono la garanzia di una corretta misurazione della resistenza di terra.  Negli esempi descritti verranno presentate le funzioni dei misuratori ed i loro parametri, assumendo che il sistema di misura sia stato costruito secondo la teoria appropriata per un dato metodo.

Metodo tecnico 3p

Il modo più semplice ed elementare per misurare la resistenza di terra utilizzando il metodo tecnico è il metodo a 3 conduttori (3p), dove i circuiti di corrente e tensione vengono collegati a terra con un filo unico. È necessario applicare due sonde ausiliarie. La sonda di corrente (H) serve a costruire un circuito, in cui verrà forzata la corrente di misurazione e la sonda di tensione (S) costituisce un elemento del circuito di misurazione della tensione (fig. 1).

Fig. 1. Schema del sistema di misura del metodo 3p. A – amperometro, V – voltmetro, G – sorgente di tensione, convertitore (corrente alternata)

Secondo la legge di Ohm, la resistenza della messa a terra risulta dalla corrente che scorre nel circuito e dalla tensione misurata sulla messa a terra analizzata. Pertanto sorge qui la prima e, di fatto, la caratteristica più essenziale di un misuratore per tali analisi: la potenza del convertitore. È molto importante sapere quale corrente e tensione possono essere generate dallo strumento. La tensione di misurazione è regolata dalla e per motivi di sicurezza può ammontare a 50 V RMS. Tuttavia, se le misurazioni vengono effettuate in aree agricole o dove è presente bestiame, il misuratore deve avere la possibilità di selezione la tensione da un valore di 25 V RMS [1]. Chiaramente, avendo un misuratore che ha solo una tensione di 25 V, possiamo effettuare misurazioni ovunque, ma nella maggior parte dei casi, al di fuori delle citate aree agrarie, è più facile effettuare misurazioni con un dispositivo che ha più potenza. Pertanto, la soluzione migliore è avere la possibilità di selezionare la tensione di misurazione.

Un altro elemento chiave nella selezione dello strumento di misura giusto è la corrente massima del convertitore. Tra dispositivi della SONEL S.A. sono disponibili misuratori con una corrente di 20 mA o 200 mA. Pertanto, la decisione di acquisto deve essere presa in modo consapevole, avendo in mente le conseguenze che potrebbero sorgere in futuro. Ebbene, durante la misurazione della messa a terra con il metodo tecnico, la caduta di tensione più alta si verifica sulla sonda di corrente. Pertanto, per eseguire la misurazione in modo efficace – soprattutto con un misuratore da una corrente di misura inferiore – è necessario accertarsi che la resistenza della sonda di corrente sia la più bassa possibile. Ciò è particolarmente importante nei terreni con elevata resistività. Assumendo di avere un misuratore con una corrente di misura di 20 mA e tenendo conto dei disturbi e delle difficoltà nel punto di misurazione, è possibile che si verifichi una situazione in cui il valore della corrente di misura nel circuito sia troppo basso per misurare la tensione di terra. Per questo motivo, per condizioni di misurazione difficili, sono consigliati i misuratori la cosiddetta “alta corrente di misura”, che nei dispositivi Sonel supera i 200 mA.

Il primo metodo per ridurre la resistenza delle sonde è la loro sostituzione con sonde più lunghe. Le sonde standard per l’interramento offerte nel set con gli strumenti, hanno una lunghezza di ca. 30 cm; inoltre esistono varianti più lunghe (Fig. 2). Inoltre – in casi estremi! – si può provare a saturare l’area della sonda con un elettrolita (es. acqua con sale).

Fig. 2. Sonde per l’interramento da una lunghezza di 30 cm (accessorio di serie) e 80 cm (accessorio opzionale)

L’uso dei misuratori possedenti solo il metodo 3p e una corrente da 20 mA è limitato ai dispersori concentrati (dispersori verticali singoli, giunti di cavi) e ai piccoli impianti di messa a terra, come piccole strutture edilizie, ad esempio case unifamiliari (fig. 3).

Fig. 3. Dispersore verticale singolo e piccolo impianto di terra

Nei sistemi complessi è necessario scollegare tutti i terminali di controllo. Solamente allora le misurazioni verranno effettuate in modo selettivo per i singoli dispersori verticali. Nei sistemi di dispersori di fondazione e ad anello, la misurazione viene eseguita per un dato dispersore singolo selezionato, e gli altri vengono verificati tra loro per il mantenimento della continuità. Il metodo descritto è sostanzialmente implementato in tutti i misuratori per la misurazione delle messe a terra.

Gli errori più comuni nel metodo 3p:

1. la sonda H è interrata troppo vicino alla messa a terra analizzata,
2. le sonde ausiliarie sono poste sopra elementi conduttivi giacenti nel terreno,
3. la sonda di tensione è interrata fuori dell’area di potenziale zero,
4. durante le analisi di messe a terra estese (soprattutto con un’elevata resistività del suolo) la corrente di prova è troppo bassa.

Metodo tecnico 4p

Il metodo a 4 conduttori (4P) è sostanzialmente uguale al metodo 3P, ad eccezione di un filo aggiuntivo nel circuito di tensione (fig. 4).

Fig. 4. Metodo tecnico 4p

In questo modo è possibile collegare separatamente il circuito, in cui viene misurata la tensione sulla messa a terra analizzata. Infatti, il risultato di tale analisi, non risente dell’errore derivante dalla resistenza del conduttore con cui il misuratore è collegato alla messa a terra analizzata (conduttore lungo fino a 2,2 m, il che si traduce in frazioni di ohm).

Fig. 5. Morsetto a vite 

Le misurazioni con questo metodo sono giustificate quando le letture del misuratore sono inferiori a 1 Ω. Bisogna ricordare di garantire un solido collegamento del misuratore alla messa a terra analizzata. Questo verrà garantito da un morsetto a vite specialmente costruito, indicato in figura 5. Le restanti regole e i possibili errori nell’applicazione di questo metodo di misurazione sono uguali a quelli descritti precedentemente per il metodo 3p.     

Metodo a 3 conduttori con pinze aggiuntive   

I principi di misurazione con il metodo 3p con l’utilizzo di pinze aggiuntive sono per lo più gli stessi del metodo 3p. La differenza consiste nel fatto che la corrente non viene misurata come corrente totale nell’impianto di terra, ma solo nel ramo che ci interessa utilizzando le pinze (fig. 6). Questo è molto comodo perché non è necessario scollegare i connettori di controllo per misurare selettivamente un singolo dispersore dell’impianto. La condizione necessaria per eseguire tale misurazione è l’assenza di collegamento metallico della messa a terra analizzata con il resto dell’impianto di messa a terra al di sotto delle pinze applicate. Quindi, le misurazioni non verranno eseguite correttamente lì, dove sono presenti le messe a terra ad anello o di fondazione.

Fig. 6. Misurazione con l’utilizzo di pinze C-3

Un altro argomento è la complessità del sistema. Maggiore è il numero di dispersori nell’impianto, minore sarà il valore di corrente misurato sull’elemento su cui sono installate le pinze. Per questo, per gli impianti complessi ed estesi (per es. messa a terra di tralicci di bassa tensione), è necessario utilizzare misuratori con una corrente di misurazione elevata (200 mA) e garantire la minor resistenza possibile della sonda di corrente.

Se le misurazioni vengono eseguite sul suolo, come sonda ausiliaria è possibile utilizzare per es. un traliccio di alta tensione. La resistenza della sonda deve essere bassa, specialmente dove ha luogo un’elevata resistività del suolo. Se la corrente misurata sarà troppo bassa, il misuratore mostrerà i risultati con ulteriore incertezza. Sarà quindi difficile identificare la causa di questa situazione. Pertanto, è necessario ricordare sempre di garantire condizioni di misura ottimali e di ridurre la resistenza delle sonde ausiliarie. Solo dopo questa operazione è possibile considerare le possibili cause dei problemi emergenti.

               La varietà dei sistemi di messa a terra realizzati è ampia ed esistono strutture sul campo dove, per motivi meccanici, non sia possibile utilizzare le pinze con nucleo duro C-3. La soluzione potrebbe essere quella di utilizzare l’adattatore ERP-1 con pinze flessibili (fig. 7).

Fig. 7. Adattatore ERP-1 con pinze flessibili

Questo prodotto è rivolto agli impianti energetici ed alle aziende che forniscono servizi per l’industria elettrica professionale. L’adattatore ERP-1 assieme ai misuratori MRU-120, MRU-120HD, MRU-200 i MRU-200-GPS consente di eseguire misurazioni con pinze in luoghi, in cui ciò non è stato finora possibile. L’utilizzo dell’adattatore consente di misurare la messa a terra dei tralicci reticolari senza scollegare i connettori di controllo e senza spegnere la linea.

Fig. 8. ERP-1 su un palo in calcestruzzo colato e durante la misurazione di un traliccio reticolare

Con un tale set a tua disposizione, è possibile coprire con le pinze oggetti di grandi dimensioni, come, per es., due pali in calcestruzzo colato su cui è posto un trasformatore MT/BT. Un ulteriore vantaggio è costituito dall’algoritmo creato dalla SONEL S.A. nei contatori MRU-200 e MRU-200-GPS. Esso consiste nella verifica della direzione della corrente per le singole misurazioni. Questa caratteristica consente al misuratore di riconoscere un danno consistente nella strappatura (o corrosione completa) della bandella connessa all’anello di tale palo. Si tratta di una caratteristica unica che non si trova in nessun altro misuratore di terra disponibile sul mercato. Inoltre, in questi due misuratori è stata implementata una procedura automatica per il calcolo della resistenza di messa a terra di un traliccio reticolare, che esclude la necessità di ricalcolare manualmente i risultati parziali per ottenere il risultato della resistenza risultante.

Gli errori più comunemente commessi nel metodo 3p con morsetti aggiuntivi

L’errore più comune nell’utilizzo dei morsetti è la convinzione che sia possibile misurare una qualsiasi messa a terra con essi. Ebbene, questo metodo è adatto esclusivamente per messe a terra multiple senza anello! Pertanto, la misurazione con le pinze non verrà eseguita correttamente dove sarà presente un dispersore singolo, un dispersore di fondazione o ad anello. Per i sistemi estesi (complessi) è necessario utilizzare misuratori con la massima corrente di misura possibile, nonché accessori che consentano la corretta costruzione del sistema di misura (conduttori di lunghezza adeguata e sonde).

               Un altro problema potrebbe essere l’installazione delle pinze su una messa a terra artificiale, dove nel punto di collegamento del misuratore, oltre ai morsetti, sono presenti altri elementi conduttivi, per es. pali in cemento armato di BT.

Fig. 9. Palo di bassa tensione Misurazione con le pinze C-3

Metodo a due pinze

I principi di applicazione del metodo a due pinze, in riferimento al tipo di messa a terra misurabile, sono sostanzialmente gli stessi del metodo 3p con l’utilizzo di pinze aggiuntive. Bisogna però essere consapevoli di una certa caratteristica di questo metodo: nel risultato della misurazione si ottiene il valore della messa a terra misurata, maggiorato della resistenza risultante dell’impianto di messa a terra.

Fig. 10. Metodo a due pinze – esempio

Nel caso di misurazioni in sistemi con messa a terra ad anello o di fondazione, la resistenza di messa a terra non può essere verificata con questo metodo. Tuttavia essa è molto comoda, quando è necessario determinare la continuità dei collegamenti metallici nell’intero impianto di messa a terra (parafulmini – fili di scarica – fili di messa a terra – fili di scarica – dispersori).

---

Fig. 11. Misurazione a due pinze. Analisi della continuità dei collegamenti nell’impianto di terra

Metodo flashover

Un altro aspetto nella scelta di un dispositivo di misurazione è la sua versatilità. Se nell’area delle operazioni svolte in termini di misurazioni delle messe a terra sono presenti anche misurazioni delle messe a terra di protezione contro i fulmini, diventa importante che il dispositivo abbia la possibilità di una loro corretta esecuzione. Infatti, in questo tipo di misurazione, si parla dell’impedenza della messa a terra o della resistenza dinamica.

Il compito dei sistemi di messa a terra di protezione contro i fulmini è quello di scaricare la carica elettrica proveniente dalla scarica atmosferica sotto forma di fulmine. Questa scarica ha carattere dinamico, quindi il metodo di verifica delle condizioni di messa a terra del fulmine deve essere adeguato. I misuratori di resistenza delle messe a terra Sonel MRU-200 i MRU-200-GPS lo consento al cento per cento.

Il metodo flashover, altrimenti noto come metodo ad impulsi, è caratterizzato da parametri completamente diversi rispetto al metodo tecnico. L’impulso generato dal misuratore ha una forma rigorosamente definita, corrispondente alla forma dell’impulso del fulmine.

Fig. 12. Forma dell’impulso di misura nel metodo flashover

I parametri dell’impulso vengono definiti da due numeri: il tempo di salita della frontale T₁ e il tempo di semipicco  T_2. I misuratori Sonel precedentemente citati consentono di scegliere tra tre forme di impulsi: 10/350 μs, 8/20 μs e 4/10 μs. Secondo la norma EN 62305, un impulso dalla forma 10/350 μs è tipico per il primo picco di corrente di fulmine. L’impulso di 8/20 μs viene utilizzato per studiare l’effetto delle scariche sui dispositivi. L’impulso di 4/10 μs di tale forma è saldamente radicato nella pratica di misurazione polacca. I metodi per eseguire le misurazioni con questo metodo sono presentati in numerose pubblicazioni della SONEL S.A..

Sommario

La scelta di un misuratore per verificare la messa a terra deve essere preceduta da un’attenta considerazione e determinazione delle proprie esigenze. Il misuratore, come ogni altro strumento, funzionerà secondo le aspettative solamente se verrà fatta la scelta giusta, in linea con l’effettivo lavoro di misurazione svolto sul campo. L’ovvio elemento decisivo sarà la funzionalità del misuratore, ma come descritto già in precedenza, l’equipaggiamento e la potenza del convertitore dello strumento possono essere di fondamentale importanza. Indubbiamente, l’industria energetica professionale e le aziende che forniscono servizi ad essa dovrebbero decisamente scegliere misuratori ad alta potenza. Questa è una condizione fondamentale, perché in queste aree è certo che il perito si trovi nelle condizioni del terreno più difficili. Altrettanto importante è l’equipaggiamento con lunghi cavi di misurazione (per es. di 100 m oppure 200 m), che consentono di effettuare misurazioni di messe a terra estensive, per esempio della messa a terra di una centrale elettrica. Le informazioni qui presentate intendono richiamare l’attenzione su quegli aspetti delle misurazioni della resistenza di messa a terra, che, purtroppo, vengono spesso trascurati, e l’unico fattore che determina l’acquisto di uno strumento è il suo prezzo. Di conseguenza, ciò può portare a una decisione i cui effetti vengono notati solo dopo l’acquisto. Intanto, uno strumento opportunamente selezionato garantisce comfort di lavoro, risparmio di tempo e soddisfazione complessiva dopo efficaci misure di resistenza di terra.

[1] L’informazione sulla tensione di misurazione consentita di 25 V RMS è stata inclusa nella norma PN-EN 61557-5: 2007.

Prodotti di cui all’articolo: