I sistemi di distribuzione elettrica sono classificati come TT, TN, IT sulla base dello stato del conduttore di neutro e sulla tipologia di collegamento delle masse con la terra. Questi tipi di sistemi di distribuzione esistono per poter far fronte alle esigenze di diversi tipi di impianti e quindi di utilizzatore finale. Sulla base di tale classificazione si effettua la selezione dei dispositivi di protezione contro i contatti indiretti. In questo articolo vedremo quali sono le categorie e le classi dei sistemi di distribuzione elettrica.
Categorie dei sistemi elettrici
I sistemi elettrici, siano quelli di un impianto oppure di una porzione degli stessi, vengono suddivisi in quattro categorie sulla base di della tensione nominale. Tali categorie servono ad una corretta progettazione ed installazione dei circuiti che sfruttano tale distribuzione elettrica. Si assume che i valori di tensione nominale di un impianto possa variare leggermente all’interno di un range di tolleranza tipicamente del 10%.
Nella tabella seguente sono mostrati i valori di riferimento delle tensioni nominali per ogni categoria.
| Categoria del sistema elettrico | Tensione nominale in corrente continua (Ucc) | Tensione nominale in corrente alternata (Uca) |
|---|---|---|
| Categoria 0 | Ucc ≤ 120 V | Uca ≤ 50 V |
| Categoria I | 120 V < Ucc ≤ 1500 V | 50 V < Uca ≤ 1000 V |
| Categoria II | 1500 V < Ucc ≤ 30000 V | 1000 V < Uca ≤ 30000 V |
| Categoria III | Ucc > 30000 V | Uca > 30000 V |
Classificazione dei sistemi di distribuzione TT, TN, IT
I sistemi di distribuzione elettrica sono identificati attraverso un codice composto da due lettere e sono TT, TN, IT.
La prima lettera identifica la modalità con cui il sistema di distribuzione è collegato a terra (lettera T oppure lettera I) mentre la seconda lettera identifica la modalità con cui le masse dell’impianto sono collegate a terra (T oppure N). Eventualmente, oltre queste due lettere che sono sempre presenti, possiamo trovare, in aggiunta, delle lettere addizionali (S e C) che indicano come sono disposti i conduttori di neutro e quello di protezione.
I sistemi di distribuzione TT sono quelli tipicamente utilizzati dagli edifici residenziali o da ambienti industriali che necessitano di potenze paragonabili a quelle residenziali. In questi ambienti gli ambienti sono tipicamente alimentati direttamente dalla rete di distribuzione elettrica pubblica che fornisce tensione di alimentazione pari 230 Vac nel caso monofase e/o 400 Vac nel caso trifase.
Se invece l’impianto richiede dei livelli di potenza superiori a quelli residenziali, l’alimentazione è fornita tramite una cabina di trasformazione e, in tal caso, il collegamento a terra può essere del tipo TT, TN, IT.
I sistemi di distribuzione IT sono utilizzati laddove sia necessario assicurare continuità di servizio dell’alimentazione elettrica. Un esempio tipico di impiego di un sistema IT è quello negli ospedali.
Significato delle lettere di codifica di un sistema di distribuzione
Nella tabella seguente viene mostrato il significato di ogni lettera che compone il codice che identifica il sistema di distribuzione.
Codifica sistemi di distribuzione – Significato prima lettera
| Prima lettera | Identifica la modalità di collegamento del sistema di distribuzione con la terra |
|---|---|
| T | Il sistema di distribuzione è collegato direttamente a terra in un punto. In alternata questo tipicamente è il collegamento di neutro. |
| I | Il sistema di distribuzione è isolato da terra oppure è collegato a terra tramite una impedenza. In alternata, il collegamento a terra per mezzo di una impedenza è ottenuto tramite il conduttore di neutro. |
Codifica sistemi di distribuzione – Significato seconda lettera
| Seconda lettera | Identifica la modalità di collegamento delle masse dell'impianto con la terra |
|---|---|
| T | Le masse dell'impianto sono collegate direttamente a terra. |
| N | Le masse dell'impianto sono collegate al punto del sistema di alimentazione messo a terra. |
Codifica sistemi di distribuzione – Significato lettere successive
| Lettere successive | Identifica la modalità con cui sono svolte le funzioni di neutro ed il conduttore di protezione rispetto ai conduttori utilizzati |
|---|---|
| S | Sono utilizzati due conduttori separati, uno con funzione di neutro ed uno con funzione di protezione. |
| C | E' utilizzato un unico conduttore che svolge funzione di neutro e di protezione (conduttore PEN). |
Caratteristiche di un sistema TT
I sistemi di distribuzione TT sono tipicamente utilizzati per fornire alimentazione elettrica ad impianti residenziali oppure dell’industria leggera e qualora non sia possibile o facilmente realizzabile la distribuzione del conduttore di protezione e quindi la protezione dai contatti indiretti è responsabilità dell’utilizzatore dell’impianto.
Nel sistema TT, il sistema di alimentazione elettrica ha un punto collegato direttamente a terra (N – conduttore di neutro) e le masse dell’impianto collegate ad un impianto di terra elettricamente indipendente da quello del collegamento a terra del sistema di alimentazione.
In Italia, nel caso in cui l’impianto sia alimentato direttamente dalla rete di distribuzione elettrica pubblica a bassa tensione (come negli edifici residenziali), il modo di collegamento del sistema è sempre del tipo TT.
Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema TT.
- Il punto di neutro del sistema di distribuzione deve essere collegato a terra.
- Tutte le masse dell’impianto devono essere collegate allo stesso impianto di terra ma devono essere elettricamente separate dal neutro.
- Gli impianti di terra di un sistema TT sono dimensionati per una tensione di contatto limite non superiore a 25 V c.a. valore efficace o 60 V in c.c. non ondulata.
- Nei sistemi TT, per la protezione contro i contatti indiretti, è necessario l’uso di dispositivi di protezione a corrente differenziale con un tempo di interruzione inferiore ad 1 secondo. E’ sempre possibile utilizzare più interruttori differenziali per proteggere l’impianto ma, nel caso se ne usi soltanto uno, questo deve essere installato a monte dell’impianto.
- Nei sistemi TT non è vietato l’uso di dispositivi di protezione contro le sovracorrenti per la protezione contro i contatti indiretti in quanto richiederebbero l’uso di dispersori aventi resistenza verso terra con valori così bassi che risulterebbe difficile da mantenere tali nel tempo.
- Tutte le masse protette dell’impianto devono essere collegate allo stesso impianto di terra.
Guasto a terra in un sistema TT
Nei sistemi TT il neutro della linea di distribuzione è separato elettricamente dalle masse dell’impianto. In caso di guasto verso terra, il contatto, da parte di una persona, con una parte dell’impianto originariamente a massa ma che è andata in tensione a causa di tale guasto porta all’origine del circuito di guasto mostrato nella figura seguente.
In caso di un guasto verso terra si crea dunque un corrente di guasto che circola secondo il percorso indicato in figura tornando al nodo di alimentazione attraverso il terreno. Il valore di tale corrente di guasto è dato principalmente dai contributi delle resistenza di terra cioè dal valore della resistenza di terra delle masse dell’impianto (RE) sommato al valore della resistenza di terra del neutro (RB). Da notare che le resistenze RE ed RB risultano in serie ma essendo RE>>RB si considera in prima approssimazione unicamente il contributo di RE.
Si assume, per convenzione, che in caso di guasto è tollerabile (per il corpo umano) come massima tensione sulle masse un valore pari a 50 V in c. a. (detta tensione di contatto limite). Ne deriva che l’interruttore differenziale posto a protezione dai contatti indiretti deve avere una caratteristica di intervento adeguata affinché la tensione sulle masse non superi i 50 V. Questa condizione è espressa dalla seguente formula:
![\[ R_E * I_dn \leq U_L; \]](https://masterblob.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c60aaee1318703bae7125079f94ab2a9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
da cui deriva che
![\[ R_E \leq \frac{U_L}{I_dn}; \]](https://masterblob.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-bf3415ace7f1a6a55fa93f03f80e32f7_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
dove:
RE [Ohm]:= Resistenza di terra delle masse;
Idn [Ampere]:= Corrente di intervento dell’interruttore differenziale;
UL [Volt]:= Tensione di contatto limite (pari a 50 V).
Oltre a tale condizione, nella scelta dell’interruttore differenziale, occorre ricordare che deve essere in grado di interrompere l’alimentazione entro 1 secondo.
Caratteristiche di un sistema TN
I sistemi TN sono tipicamente utilizzati dall’industria pesante e comunque per alimentare impianti in media tensione, che dispongono di cabina di trasformazione (categoria I) e sono facilmente raggiungibili con la distribuzione del conduttore di protezione.
Nel sistema TN, il sistema di alimentazione elettrica presenta il conduttore di neutro connesso direttamente a terra e le masse dell’impianto sono connesse allo stesso impianto di terra del neutro.
Nei sistemi TN il conduttore di neutro e quello protezione possono essere o non essere separati e per questo si distinguono tre tipi di sistemi TN che si identificano con le lettere aggiuntive e sono TN-S, TN-C-S, TN-C.
Sistema TN-S
Nel sistema TN-S il conduttore di neutro e di protezione sono separati.
Sistema TN-C
Nel sistema TN-C è presente un unico conduttore che svolge contemporaneamente funzione di neutro e di protezione denominato PEN.
Sistema TN-C-S
Nel sistema TN-C-S combina le caratteristiche del sistema TN-C e del sistema TN-S. Il sistema TN-C-S può essere inteso come un sistema TN-S in cui in una parte del sistema stesso si hanno le funzioni combinate del conduttore di neutro e di quello di protezione.
Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema TN.
- Tutte le masse dell’impianto devono essere collegate al punto di messa a terra del sistema di alimentazione (ovvero al punto di terra del neutro).
- Il conduttore PEN non deve disporre di alcun dispositivo di interruzione o di sezionamento.
- Nei sistemi TN è possibile utilizzare i seguenti dispositivi di protezione:
- dispositivi di protezione contro le sovracorrenti;
- dispositivi di protezione a corrente differenziale (nota bene: per i sistemi TN-C non è possibile utilizzare dispositivi di protezione differenziale; nei sistemi TN-C-S il conduttore di protezione deve essere collegato al conduttore PEN a monte del dispositivo di protezione a corrente differenziale).
Guasto a terra in un sistema TN
Nei sistemi TN, il conduttore di neutro può essere o non essere separato dal conduttore di protezione ma condividono lo stesso impianto di terra. In questi casi, all’insorgere di un guasto nell’impianto si genera una corrente di guasto che circola su un circuito che si chiude sul nodo di alimentazione tramite gli elementi metallici che (a causa del guasto) sono andati in tensione come mostrato nella figura seguente. A titolo di esempio consideriamo un sistema TN-S, considerazioni identiche valgono per i sistemi TN-C e TN-C-S.
Per il corretto dimensionamento dei dispositivi di protezione (dispositivi contro le sovracorrenti oppure dispositivi a corrente differenziale) occorre considerare le caratteristiche di tale dispositivo ma anche le impedenze dei circuiti. Nei sistemi TN la disconnessione automatica dell’alimentazione a seguito di un guasto e per assicurare una adeguata protezione dai contatti indiretti deve rispettare la seguente relazione.
![\[ Z_S * I_a \leq U_O; \]](https://masterblob.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5b6d522372341692aba23e7b196996d2_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
dove:
ZS [Ohm]:= impedenza dell’anello di guasto che comprende la sorgente, il conduttore attivo fino al punto di guasto ed il conduttore di protezione tra il punto di guasto e la sorgente;
Ia [Ampere]:= corrente che provoca l’interruzione automatica del dispositivo di protezione entro un tempo massimo (se il dispositivo di protezione è un interruttore differenziale, tale corrente coincide con la corrente differenziale nominale di intervento);
UO [Volt]:= tensione nominale verso terra;
Un altro parametro da prendere in considerazione per effettuare una scelta corretta dei dispositivi di protezione è quello relativo ai tempi di intervento del dispositivo di protezione. I tempi massimi di interruzione dipendono dal valore di tensione nominale verso terra. Nella tabella seguente sono mostrati i tempi massimi di interruzione previsti per i sistemi in corrente alternata.
| Tempi massimi di interruzione per i sistemi TN [secondi] | ||||
|---|---|---|---|---|
| Sistema in c. a. | 50 V| 120 V | 230V | Uo >400V |
|
| TN | 0,8 | 0,4 | 0,2 | 0,1 |
Bisogna tenere presente che tali valori, in secondi, si applicano ai circuiti protetti con dispositivi di protezione contro le sovracorrenti aventi corrente nominale massima pari a 32 Ampere.
Riassumendo, nei sistemi TN il dispositivo per la disconnessione automatica dell’alimentazione per protezione contro i contatti indiretti deve essere quindi scelto tenendo conto:
- del valore dell’impedenza dell’anello di guasto;
- del tempo di intervento del dispositivo di protezione.
I dispositivi di protezione utilizzabili nei sistemi TN includono:
- interruttori magnetotermici;
- interruttori con sganciatori elettronici;
- interruttori differenziali.
Nei sistemi TN i valori di impedenza dell’anello di guasto sono piuttosto bassi e consegue che sono caratterizzate da correnti di guasto molto elevete.
Caratteristiche di un sistema IT
I sistemi IT sono utilizzati da impianti come ospedali o industrie chimiche che necessitano di continuità di servizio in condizione di primo guasto.
Nel sistema IT le parti attive sono elettricamente isolate da terra oppure il collegamento a terra è presente ma è ottenuta tramite una elevata impedenza. Le masse dell’impianto sono singolarmente oppure collettivamente, collegate ad un impianto di terra indipendente.
Di seguito sono riportate alcune delle specifiche che caratterizzano un sistema IT.
- I sistemi IT assicurano la continuità di servizio in condizione di primo guasto.
- L’impianto devono essere dotati di un dispositivo di controllo dell’isolamento a funzionamento continuo
- le parti attive sono isolate da terra oppure collegate a terra attraverso un’impedenza di valore sufficientemente elevato
- in condizioni di primo guasto, la corrente di guasto ha valori bassi ed inferiori al valore massimo di tensione di guasto verso terra pericolosa per gli esseri umani (50V).
Guasto a terra in un sistema IT
Nei sistemi IT un guasto nell’impianto genera una corrente di guasto che circola su un circuito che si chiude sulle le capacità verso terra dell’impianto. Nella figura seguente è mostrato il percorso della corrente di guasto in condizione di primo guasto.
In considerazione del percorso della corrente di guasto, tale corrente è debole e le tensioni di contatto avranno valori bassi non rendendo necessario la disconnessione automatica dell’alimentazione. Tuttavia si rende necessaria l’installazione nell’impianto di un dispositivo di controllo dell’isolamento a funzionamento continuo. Tale dispositivo ha la funzione di segnalare la presenza di un primo guasto tra una parte attiva e masse o terra. All’insorgere del primo guasto è necessario infatti intervenire per risolverlo ed evitare che un secondo guasto a terra porti a tensioni di contatto pericolose. Il dispositivo di controllo dell’isolamento è un dispositivo che aziona un segnale sonoro e/o visivo che rimane attivo finché il primo guasto persiste.
All’accadere del primo guasto, il sistema IT perde i suoi vantaggi in termini di sicurezza ed assume le caratteristiche di un sistema TT (nel caso in cui la massa di ogni impianto che è alimentato dal sistema di distribuzione è connessa ciascuna al proprio impianto di terra) oppure di un sistema TN (nel caso in cui la massa di ogni impianto che è alimentato dal sistema di distribuzione è connessa allo stesso impianto di terra). In conseguenza di questo, i sistemi IT, in condizione di doppio guasto devono rispettare le prescrizioni relative all’interruzione automatica dell’alimentazione valide per i sistemi TT oppure TN, a seconda di come sono connesse le masse degli impianti asserviti dal sistema di distribuzione.