Misurazione della resistenza di terra: panoramica dei metodi di misurazione pratica

La messa a terra viene utilizzata nella realizzazione di vari progetti di sistemi elettrici. Il concetto stesso di “messa a terra” viene schematicamente considerato come il collegamento di una parte del circuito elettrico al potenziale della terra.

Il circuito di terra contiene un conduttore e un elettrodo interrato in profondità. Un'azione tradizionale nella pratica elettrotecnica è la misurazione della resistenza di terra delle reti sia di nuova installazione che già in esercizio. Le illustreremo come e in che modo viene eseguita questa importante operazione.

A cosa servono le misurazioni?

Una soluzione brillante ai problemi elencati di seguito si ottiene con una resistenza ideale pari a zero nel circuito di terra:

1. Evitare la comparsa di tensione sul telaio delle macchine industriali.
2. Ottenere un potenziale di riferimento efficace per le apparecchiature elettriche.
3. Eliminare completamente le correnti statiche.

Tuttavia, l'esperienza elettrotecnica dimostra: non è possibile ottenere un risultato con resistenza zero ideale.

Procedura per l'esecuzione delle misure necessarie con l'uso di uno strumento per determinare la resistenza della barra di terra. Tali procedure vengono eseguite secondo un programma approvato dalla direzione dell'organizzazione di manutenzione.

In ogni caso, l'elettrodo di terra presenta una certa resistenza.

Il valore specifico della resistenza è determinato da:

• la resistenza dell'elettrodo nel punto di contatto con la barra conduttrice;
• l'area di contatto tra l'elettrodo di terra e il terreno;
• la struttura del terreno, che offre una resistenza variabile.

La pratica delle misurazioni della resistenza del circuito di terra osserva che i primi due fattori possono essere trascurati, a patto che siano soddisfatte condizioni logiche:

1. L'elettrodo di terra è realizzato in metallo ad alta conducibilità elettrica.
2. Il corpo dell'elettrodo a barra è accuratamente pulito e saldamente inserito nel terreno.

Rimane il terzo fattore: la superficie resistiva del terreno. Essa è considerata l'elemento principale per il calcolo delle misurazioni della resistenza del circuito di terra.

Si calcola invece mediante la formula:

R = pL / A,

dove: p è la resistività del suolo, L è la profondità convenzionale, A è l'area di lavoro.

Per proteggere i proprietari di case/appartamenti, tutti i tipi di apparecchiature elettriche domestiche potenti devono essere dotate di messa a terra:

Nel test di resistenza, ciascuna linea di terra viene controllata separatamente. La resistenza tra l'elemento di terra e ogni parte non conduttiva dell'apparecchiatura elettrica che potrebbe essere soggetta a tensione deve essere inferiore a 0,1 Ohm.

Panoramica dei metodi di misurazione

Esistono diverse modalità per misurare la resistenza del circuito di terra, ciascuna delle quali consente di determinare con precisione il valore desiderato.

Sistema di determinazione a 3 punti

Ad esempio, viene spesso utilizzato il metodo dello schema a 3 punti, basato sull'effetto di caduta di potenziale.

Schema grafico del cosiddetto sistema a tre punti, che viene spesso utilizzato quando si deve misurare il valore della resistenza del circuito di messa a terra.

Le misurazioni vengono eseguite in tre fasi principali:

1. Misura della tensione sull'elettrodo E1 e sulla sonda E2.
2. Misura della corrente sull'elettrodo E1 e sulla sonda E3.
3. Calcolo (con la formula R = E / I) della resistenza dell'elettrodo di terra.

Per questo metodo, la precisione delle misurazioni dipende logicamente dalla posizione di installazione della sonda E3. Si consiglia di interrarla a una distanza, idealmente al di fuori della cosiddetta area REE (resistenza efficace degli elettrodi) di E1 e E2.

Misurazioni secondo la tecnica «62%»

Se la struttura del terreno per il posizionamento dell'elettrodo di terra presenta un contenuto omogeneo, il metodo '62%' per la determinazione delle resistenze dei circuiti di terra promette una buona efficacia.

Schema sotto la tecnologia di misurazione dal nome interessante '62%'. Tuttavia, il nome deriva dal valore ottimale della distanza tra gli elettrodi, alla quale si ottiene un risultato accettabile.

Il metodo è applicabile a schemi con un singolo elettrodo di terra. La precisione delle letture è determinata dalla possibilità di posizionare le sonde di lavoro su un tratto rettilineo, rispetto all'elettrodo di terra.

Punti di installazione delle sonde di controllo

Metodo semplificato a due punti

L'applicazione di questo metodo di misurazione richiede la presenza di un'altra messa a terra di buona qualità oltre a quella che sarà oggetto di indagine. La metodologia è rilevante per aree densamente popolate, dove spesso non è possibile operare ampiamente con elettrodi di lavoro ausiliari.

La metodologia di misurazione semplificata viene eseguita secondo uno schema a due punti. Con questa tecnologia sono necessarie meno manipolazioni con le apparecchiature e i calcoli, ma la precisione dei calcoli non è elevata.

Il metodo di misurazione a due punti si distingue per il fatto che mostra contemporaneamente il risultato per due dispositivi di messa a terra collegati in serie. Questo spiega i requisiti per l'alta qualità della seconda messa a terra, in modo da non dover considerare la sua resistenza.

Per eseguire i calcoli, si misura anche la resistenza della barra di terra. Il risultato ottenuto viene sottratto dai risultati delle misurazioni generali.

La precisione di questo metodo lascia a desiderare rispetto ai due precedenti. Qui gioca un ruolo significativo la distanza tra l'elettrodo di terra di cui si misura la resistenza e la seconda messa a terra. Normalmente questa metodologia non viene utilizzata. È una sorta di alternativa quando non è possibile utilizzare altri metodi di misurazione.

Misurazioni precise a quattro punti

Per la maggior parte delle varianti di misurazione delle resistenze, il metodo più ottimale, oltre a quelli a 2 e 3 punti, è considerato la tecnologia a 4 punti. Tale tecnologia di misurazione è dotata di strumenti come il tester della serie 4500. Dal nome del metodo, sul posto di lavoro vengono posizionati quattro elettrodi di lavoro in linea retta e a distanze uguali.

Con questo schema a quattro punti si eseguono le misurazioni più precise. Vengono utilizzate apparecchiature moderne ed è possibile eseguire i lavori senza scollegare il circuito di terra.

Il generatore di corrente del dispositivo viene collegato agli elettrodi estremi, di conseguenza tra di essi fluisce una corrente di cui è noto il valore. Sugli altri morsetti del dispositivo sono collegati due elettrodi di lavoro interni.

Su questi morsetti è presente il valore della caduta di tensione. Il risultato finale delle misurazioni è la resistenza di terra (in Ohm), il cui valore viene visualizzato sul display.

I dispositivi della serie 4500 sono spesso utilizzati per misurare la tensione di contatto. Il dispositivo, tramite un modulo speciale, genera nel terreno una tensione di piccola entità – simulazione di un danneggiamento del cavo.

Contemporaneamente sulla scala del dispositivo viene indicata la corrente che scorre nel circuito di terra. Le letture sullo schermo vengono prese come base e moltiplicate per il valore presunto della corrente nel terreno. In questo modo si calcola la tensione di contatto.

Esecuzione di attività di controllo sullo stato delle apparecchiature elettrotecniche e delle linee di terra. Per il lavoro viene utilizzato uno strumento di misura di tipo 4500.

Ad esempio, il valore massimo della corrente prevista nel punto di guasto è pari a 4000 A. Sul display del dispositivo viene indicato un valore di 0,100. Allora il valore della tensione di contatto sarà pari a 400 V (4000 * 0,100).

Misurazione con lo strumento C.A6415 (6410, 6412, 6415)

L'unicità di questo metodo è la possibilità di effettuare misurazioni senza scollegare il circuito di terra. Inoltre, va sottolineato l'aspetto vantaggioso per cui è consentito misurare la resistenza totale del dispositivo di terra includendo nel circuito di terra la componente resistiva di tutti i collegamenti.

Il principio di funzionamento è approssimativamente il seguente:

1. Un trasformatore speciale genera una corrente nel circuito.
2. La corrente scorre nel circuito formato.
3. Il segnale misurato viene registrato tramite un rivelatore sincrono.
4. Il segnale ottenuto viene convertito dall'ADC.
5. Il risultato viene visualizzato sul display LCD.

Il dispositivo è dotato di un modulo (amplificatore selettivo) grazie al quale il segnale utile viene efficacemente depurato da vari tipi di interferenze – rumori a bassa e alta frequenza. Con le ganasce della pinza in posizione articolata si forma un circuito eccitato che avvolge il conduttore di terra.

Istruzioni per la misurazione con lo strumento C.A6415

La sequenza di operazioni per l'utilizzo del dispositivo della serie C.A6415 è descritta in modo chiaro nelle istruzioni fornite con questo dispositivo unico.

Uno strumento di misura unico – pinze, grazie al quale è relativamente semplice e facile misurare la resistenza del circuito di terra in diverse condizioni.

Ad esempio, è necessario effettuare misurazioni della resistenza di terra di un modulo elettrico (trasformatore, contatore elettrico, ecc.).

Sequenza di operazioni:

1. Aprire l'accesso alla barra di terra rimuovendo il coperchio di protezione.
2. Afferrare con le pinze il conduttore di terra (la barra o direttamente l'elettrodo).
3. Selezionare la modalità di misurazione 'A' (misurazione della corrente).

Il valore massimo di corrente dello strumento è 30 A, pertanto in caso di superamento di tale valore non è possibile effettuare la misurazione. È necessario rimuovere lo strumento e ripetere la misurazione in un altro punto.

Processo di esecuzione delle misure con dispositivi di misurazione di tipo C.A6415 e 3770. I risultati delle misure vengono registrati in una tabella e confrontati al prossimo intervento di manutenzione.

Quando il valore di corrente ottenuto sulla scala rientra nell'intervallo consentito, è possibile continuare il lavoro commutando lo strumento sulla misurazione della resistenza «?».

Il risultato visualizzato sul display mostrerà il valore complessivo della resistenza, compresi:

• l'elettrodo e la barra di terra;
• il contatto del neutro con l'elettrodo di terra;
• il contatto delle giunzioni sulla linea tra il neutro e l'elettrodo di terra.

Lavorando con le pinze, è necessario tenere presente che: indicazioni sovrastimate dello strumento sulla resistenza di terra sono generalmente dovute a un cattivo contatto dell'elettrodo di terra con il suolo.

Inoltre, la causa di un'elevata resistenza può essere una barra conduttrice interrotta. Anche gli elevati valori di resistenza nei punti di giunzione (splicing) dei conduttori possono influenzare le indicazioni dello strumento.

Raccomandazioni generali per la misurazione della resistività del suolo

Prima di realizzare il circuito di terra, ad esempio per una caldaia a gas, è necessario ottenere informazioni precise su in quale tipo di terreno verrà posizionato l'elettrodo di terra. Spesso per determinare i valori di “p” del terreno si consiglia di fare riferimento alle tabelle esistenti.

Tuttavia, questa opzione con le tabelle fornisce dati puramente indicativi. Pertanto non è consigliabile fare affidamento su di essi. I valori reali della resistenza del terreno possono differire di molto.

Variante #1: terreno monostrato

Se il terreno ha una componente omogenea, la sua resistività viene misurata con il metodo dell'«elettrodo di prova».

Struttura del terreno omogeneo. In queste condizioni, misurare e calcolare la resistenza è molto più semplice che eseguire lo stesso lavoro su terreni multistrato.

Il metodo prevede l'esecuzione di una determinata procedura in due fasi:

1. Si prende una sonda di controllo a barra di lunghezza leggermente superiore alla profondità di interramento di progetto.
2. Si immerge la sonda nel terreno rigorosamente in verticale fino alla profondità di interramento di progetto.
3. L'estremità rimasta sopra la superficie del terreno viene utilizzata per misurare la resistenza di dispersione (Rr).
4. Si determina la resistività del suolo con la formula p = Rr * Ψ.

Si consiglia di eseguire la procedura più volte in diversi punti dell'area di lavoro. Misurazioni alternative aiutano a ottenere risultati precisi della resistenza del terreno.

Variante #2: terreno multistrato

Per questa situazione, la misurazione della resistività del suolo viene eseguita con il metodo della sonda a gradini. Cioè, la sonda di controllo viene immersa fino alla profondità di lavoro per gradi e in corrispondenza di ogni gradino vengono effettuate le misurazioni della resistività. I calcoli della resistività media del suolo vengono effettuati utilizzando le formule per ogni singola misurazione.

Terreno multistrato. In tali condizioni, è necessario calcolare la resistenza di ogni singolo strato. I calcoli per terreni multistrato richiedono più lavoro.

Successivamente, in base alle caratteristiche climatiche della zona, si determinano i valori per le variazioni stagionali. In questo modo (abbastanza complesso) si ottengono i valori calcolati della resistività del suolo degli strati superiori. Gli strati sottostanti sono considerati non soggetti a variazioni stagionali e pertanto il calcolo per essi si limita a una misurazione e a un calcolo leggermente semplificati.

Requisiti per l'esecuzione dei lavori

Lavori di questo tipo vengono naturalmente eseguiti da personale qualificato di organizzazioni specializzate. Ad esempio, la gestione dei quadri elettrici negli edifici residenziali è di solito di competenza dei servizi comunali. È consentito effettuare misurazioni in questi punti solo rivolgendosi a tali servizi.

I circuiti elettrici sono considerati sistemi pericolosi. Nonostante le comunicazioni del settore domestico siano progettate per tensioni inferiori a 1000V, questa tensione è letale per l'uomo. È necessario osservare tutte le misure di sicurezza necessarie quando si maneggia apparecchiature elettriche. Spesso il cittadino comune non è a conoscenza di tali misure.

Con le particolarità della realizzazione di un impianto di terra per la vasca in un appartamento urbano illustra il seguente articolo, che contiene le regole e le linee guida per l'esecuzione dei lavori.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Esecuzione pratica delle misurazioni con lo strumento:

L'esecuzione di lavori relativi alla verifica della resistenza di terra è obbligatoria, indipendentemente dalla complessità dello schema elettrico e dalla categoria dell'oggetto in cui l'apparecchiatura elettrica viene installata o è installata e in funzione. Molte organizzazioni specializzate sono disposte a fornire tali servizi.

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