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La messa a terra di un quadro elettrico non consiste non semplicemente nel collegare il quadro a un picchetto di terra. Per un tipico sistema alimentato dalla rete, il progetto deve prevedere sia un sistema di dispersori di terra che un percorso efficace per la corrente di guasto a terra. Presso l'apparecchiatura di servizio, il conduttore di terra è collegato alla rete di collegamento equipotenziale dell'apparecchiatura nel punto di collegamento di servizio consentito. Nei quadri di distribuzione a valle, il conduttore di terra è normalmente isolato dall'involucro e dai conduttori di protezione (PE).
L'etichetta sullo sportello, “quadro principale” o “sottoquadro”, non risolve la questione. Identificare innanzitutto il dispositivo di sezionamento di servizio, la sorgente e se il quadro sia un'apparecchiatura di servizio, un'apparecchiatura alimentata da una linea di distribuzione o parte di un sistema derivato separatamente. Applicare quindi l'edizione adottata localmente della NFPA 70, il National Electrical Code (NEC), l'elenco e le istruzioni dell'apparecchiatura, i requisiti dell'ente erogatore e dell'autorità competente (AHJ).
Limite di sicurezza: Gli interventi sui quadri possono esporre i conduttori di servizio e i morsetti di linea che rimangono sotto tensione anche quando l'interruttore automatico principale è aperto. Questo articolo è una guida concettuale al NEC, non una procedura di installazione o di test sotto tensione. La progettazione, la modifica, la verifica e la manutenzione devono essere eseguite da personale qualificato utilizzando la documentazione specifica dell'apparecchiatura e le pratiche di lavoro elettrico in sicurezza richieste.
I tre percorsi che non devono essere confusi
La maggior parte degli errori di messa a terra inizia trattando tre diversi percorsi di corrente come uno solo.
| Sentiero | Ruolo normale | Con cosa non deve essere confuso |
|---|---|---|
| Conduttore di messa a terra, comunemente neutro | Trasporta la corrente di ritorno normale per i carichi fase-neutro collegati | Conduttore di protezione o conduttore dell'elettrodo di terra |
| Percorso efficace della corrente di guasto a terra | Trasporta la corrente di guasto attraverso il metallo collegato e il percorso di protezione verso la sorgente, affinché il dispositivo di protezione possa intervenire | Un percorso di corrente che dipende principalmente dal terreno o da un picchetto di terra |
| Collegamento dell'elettrodo di terra | Collega il sistema agli elettrodi idonei presso l'edificio o la struttura | Un sostituto per un conduttore di protezione o una protezione da sovracorrente |
L'OSHA descrive il conduttore di protezione come il percorso che riporta la corrente di guasto pericolosa verso la sorgente di alimentazione e consente agli interruttori automatici o ai fusibili di intervenire. Il suo standard elettrico richiede inoltre che il percorso di messa a terra di circuiti, apparecchiature e involucri sia permanente, continuo ed efficace. Il NEC applica la stessa logica di sistema essenziale: la terra non viene utilizzata come normale percorso efficace per la corrente di guasto a terra.
Si consideri un conduttore di linea che entra in contatto con un involucro metallico collegato a terra. Il percorso di interruzione previsto avviene attraverso il collegamento equipotenziale dell'involucro e il percorso di protezione, attraverso il collegamento di messa a terra del servizio e di ritorno all'avvolgimento della sorgente. Tale circuito metallico a bassa impedenza consente il passaggio di una corrente di guasto sufficiente affinché il dispositivo di protezione da sovracorrente applicabile intervenga entro le sue caratteristiche.
Il sistema di elettrodi di terra svolge altre funzioni necessarie, tra cui il collegamento del sistema dei locali alla terra e il contributo a limitare la tensione rispetto a terra in condizioni specificate. Non rende accettabile un percorso di protezione mancante e l'aggiunta di un altro picchetto di terra non ripara un conduttore di protezione dell'alimentatore interrotto.
Apparecchiature di servizio vs Messa a terra del quadro a valle
La prima domanda di progettazione non è “Dov'è la vite verde?” bensì “Quale confine elettrico occupa questo involucro?”
| Contesto del quadro | Conduttore di terra / neutro | Messa a terra delle apparecchiature e involucro | Collegamento dell'elettrodo di terra |
|---|---|---|---|
| Apparecchiatura di servizio presso il dispositivo di sezionamento del servizio | Collegato alla rete di equipotenzialità delle apparecchiature tramite la disposizione di collegamento principale richiesta o consentita | L'involucro e il morsetto di messa a terra dell'apparecchiatura sono collegati nel percorso efficace della corrente di guasto | Il conduttore dell'elettrodo di terra collega il punto di messa a terra/collegamento del servizio al sistema dell'elettrodo di terra come consentito dal codice adottato |
| Quadro di distribuzione a valle | Normalmente isolato dall'involucro e dalla barra di terra dell'apparecchiatura | La barra di terra dell'apparecchiatura e l'involucro sono collegati al percorso di terra dell'apparecchiatura di alimentazione | Un elettrodo locale, ove richiesto per un edificio separato o altra condizione, non sostituisce il percorso di terra dell'apparecchiatura di alimentazione né autorizza un secondo collegamento del neutro |
| Sistema derivato separatamente | La posizione del collegamento dipende dalla sorgente del sistema, dalla disposizione del sezionatore, dalla protezione e dalle disposizioni NEC applicabili | Richiede un'analisi specifica del sistema per il collegamento e la messa a terra | Utilizza il collegamento dell'elettrodo di terra applicabile per quel sistema derivato |
Perché il neutro a valle è normalmente isolato
Se il conduttore di terra viene ricollegato all'involucro o al sistema di messa a terra dell'apparecchiatura sul lato carico del punto di collegamento di servizio, la normale corrente di neutro può ripartirsi attraverso canalizzazioni metalliche, conduttori di protezione, involucri e altri percorsi collegati. Ciò rende le parti metalliche normalmente non percorse da corrente parte del normale circuito di ritorno.
Il materiale di sviluppo pubblico del NEC della NFPA per la Sezione 250.24 stabilisce la regola per il lato carico: salvo dove il Codice permetta specificamente diversamente, il conduttore di terra non viene ricollegato ai conduttori di protezione, alle parti metalliche normalmente non percorse da corrente o alla terra sul lato carico dei mezzi di sezionamento di servizio. Ecco perché il confine di servizio — non il soprannome comune “quadro principale” — determina la decisione.
Per un esame più approfondito della costruzione delle barre, utilizzare la guida alla differenza tra barra del neutro e barra di messa a terra. Una barra del neutro isolata e una barra di messa a terra collegata sono requisiti funzionali in un quadro a valle, non semplici preferenze estetiche.
Tabella di corrispondenza dell'Articolo 250 del NEC per la revisione del quadro
L'Articolo 250 copre un ampio sistema di messa a terra e collegamento equipotenziale. La seguente tabella di corrispondenza identifica le parti più rilevanti per una revisione del quadro senza riprodurre il Codice o sostituire l'edizione adottata.
| Area dell'Articolo 250 | Domanda di revisione | Prove da raccogliere |
|---|---|---|
| Prestazioni generali di messa a terra ed equipotenzialità | Esiste un percorso efficace, permanente e continuo per la corrente di guasto e sono stati evitati percorsi di corrente indesiderati? | Schema unifilare, metodo di alimentazione, continuità dell'equipotenzialità, condizioni in campo |
| Sistemi alimentati da rete di distribuzione | Dove si trova il dispositivo di sezionamento del servizio e dove è consentito il collegamento di equipotenzialità del servizio? | Marcature delle apparecchiature di servizio, layout dell'utenza/servizio, istruzioni per quadri e sezionatori |
| Ponticello di equipotenzialità principale | Il mezzo di equipotenzialità è presente, posizionato correttamente, omologato o previsto per l'apparecchiatura e dimensionato in modo appropriato? | Etichetta/manuale dell'apparecchiatura, dati dei conduttori e di servizio, tabelle NEC adottate |
| Sistema di elettrodi di messa a terra | Quali elettrodi di qualificazione sono presenti e quelli presenti sono collegati tra loro come richiesto? | Registri di fondazione e di cantiere, ispezione degli elettrodi, documentazione dei collegamenti |
| Conduttore dell'elettrodo di terra | Il suo materiale, il percorso, la protezione, il collegamento e la dimensione sono corretti per il servizio e gli elettrodi effettivi? | Dati dei conduttori di servizio, requisiti NEC adottati, informazioni sui connettori omologati |
| Conduttore di messa a terra dell'apparecchiatura | La linea di alimentazione e ogni circuito forniscono un percorso approvato per la corrente di guasto? | Metodo di cablaggio, continuità di conduttori/canaline, disegni a monte/a valle |
| Equipotenzialità di involucri e sistemi metallici | Tutte le parti conduttive richieste sono elettricamente continue senza creare percorsi per la corrente normale? | Ispezione di involucri, canaline, tubazioni idriche, strutture metalliche ed equipotenzialità |
I numeri di sezione e i dettagli delle tabelle possono variare tra le edizioni e le normative locali possono modificare l'applicazione. Utilizzare l'edizione adottata dalla giurisdizione invece di presumere che il NEC pubblicato più recente regoli automaticamente il progetto.
Il sistema dell'elettrodo di terra è più di un semplice picchetto di terra
La terminologia NEC si riferisce a un sistema di elettrodi di messa a terra, non semplicemente “l'asta”. Il materiale pubblico della NFPA per la Sezione 250.50 afferma che gli elettrodi di messa a terra idonei presenti in un edificio o struttura sono collegati tra loro per formare tale sistema.
A seconda del sito e del Codice adottato, il sistema può includere tubazioni idriche metalliche interrate idonee, supporti metallici interrati, un elettrodo annegato nel calcestruzzo, un anello di terra, elettrodi certificati, elettrodi a asta o a tubo, o elettrodi a piastra. La presenza non ne prova automaticamente l'idoneità: dimensioni, contatto con il terreno, continuità, accessibilità, protezione dalla corrosione e metodi di connessione sono tutti fattori rilevanti.
L'acciaio di armatura può essere utilizzato?
L'affermazione generica “il NEC vieta l'uso del tondino come elettrodo” è errata. Un elettrodo idoneo annegato nel calcestruzzo può utilizzare barre o tondini di armatura in acciaio che soddisfino le condizioni applicabili di costruzione, lunghezza, diametro, continuità, annegamento nel calcestruzzo e contatto con il terreno. L'acciaio di armatura comune non è idoneo automaticamente e un elettrodo inaccessibile in un edificio esistente è soggetto a un trattamento specifico. Verificare le fondazioni effettive e l'edizione del NEC adottata.
Cosa significa la regola dei 25 ohm?
La disposizione dei 25 ohm, spesso citata, è limitata al singolo elettrodo a asta, a tubo o a piastra regola. Secondo la comune disposizione NEC, se non viene dimostrato che un tale elettrodo abbia una resistenza verso terra di 25 ohm o meno, viene installato un elettrodo supplementare distanziato come richiesto. Questo non è un obiettivo universale per ogni tipo di elettrodo di messa a terra né una garanzia che l'aggiunta di picchetti creerà un percorso efficace per la corrente di guasto dell'apparecchiatura.
La guida OSHA sulla messa a terra nei cantieri edili stabilisce analogamente che un singolo elettrodo con resistenza superiore a 25 ohm deve essere integrato da un elettrodo aggiuntivo ad almeno 6 piedi di distanza. Il progetto deve comunque seguire il testo NEC adottato, le modifiche locali, il metodo di prova, il tipo di elettrodo e l'interpretazione dell'AHJ. Non trasformare questa disposizione limitata in una regola universale secondo cui “il quadro deve essere testato al di sotto dei 25 ohm”.
Funzione di ogni conduttore e ponticello
| Articolo | Collega | Funzione primaria | Autorità di selezione |
|---|---|---|---|
| Conduttore messo a terra | Punto neutro della sorgente ai carichi consentiti e al punto di messa a terra/collegamento equipotenziale di servizio | Percorso di ritorno normale e riferimento del sistema messo a terra | Progettazione del sistema, NEC adottato, istruzioni dell'apparecchiatura |
| Conduttore di messa a terra delle apparecchiature (EGC) | Involucri delle apparecchiature e morsetti di terra verso il punto di collegamento equipotenziale della sorgente | Parte del percorso efficace della corrente di guasto a terra | Metodo di cablaggio, progettazione del circuito/alimentatore, NEC adottato |
| Conduttore dell'elettrodo di terra (GEC) | Punto di messa a terra del servizio o del sistema derivato verso il sistema dell'elettrodo di terra | Collega il sistema elettrico al sistema dell'elettrodo | Dati del servizio/sistema derivato, tipo di elettrodo, NEC adottato |
| Ponticello di collegamento principale (MBJ) | Conduttore di messa a terra verso la rete di collegamento equipotenziale delle apparecchiature presso l'equipaggiamento di servizio | Completa la relazione di ritorno della corrente di guasto del servizio | Costruzione dell'equipaggiamento di servizio e NEC adottato |
| Ponticello di collegamento del sistema (SBJ) | Conduttore di messa a terra verso la rete di collegamento equipotenziale delle apparecchiature per un sistema derivato separatamente | Stabilisce il punto di collegamento del sistema derivato | Architettura della sorgente e del sezionatore, NEC adottato |
Questi nomi descrivono funzioni elettriche, non pezzi intercambiabili di cavo verde o nudo. Dimensionare un GEC da una tabella EGC, utilizzare una barra di messa a terra come barra del neutro o presumere che ogni vite di equipotenzialità appartenga a ogni involucro può produrre un'installazione non corretta.
Lista di controllo per l'ispezione da parte di personale qualificato
Questa lista di controllo serve per definire l'ambito e documentare una revisione professionale. Evita deliberatamente istruzioni morsetto per morsetto.
- Identificare la sorgente e il confine. Individuare il punto di consegna, i mezzi di sezionamento del servizio, le origini delle linee di alimentazione, le sorgenti alternative e le sorgenti derivate separatamente.
- Identificare la funzione di ogni conduttore. Distinguere i conduttori di fase, il conduttore di neutro, il conduttore di protezione (PE), il conduttore dell'elettrodo di terra e i ponticelli di equipotenzialità dai disegni e dalle marcature delle apparecchiature.
- Individuare ogni connessione tra neutro e terra. Confermare che i punti di collegamento equipotenziale del servizio e del sistema derivato corrispondano al progetto approvato e che nessun collegamento a valle non intenzionale crei percorsi paralleli per la corrente normale.
- Verificare l'isolamento del neutro a valle. Controllare la barra del neutro, l'involucro, la barra di messa a terra dell'apparecchiatura, il metodo di cablaggio dell'alimentazione e qualsiasi vite o ponticello di collegamento rispetto alle istruzioni del quadro elencate.
- Mappare il percorso completo della corrente di guasto. Confermare la continuità dalle parti conduttrici esposte verso il punto di collegamento equipotenziale della sorgente. Non considerare il terreno o un picchetto isolato come percorso normale di interruzione.
- Inventariare gli elettrodi di messa a terra. Determinare quali elettrodi qualificanti siano presenti e se gli elettrodi richiesti siano collegati in un unico sistema.
- Controllare le evidenze di conduttori e connettori. Verificare il materiale, le dimensioni, l'instradamento, la protezione fisica, l'elenco dei connettori, l'idoneità ambientale e le autorizzazioni di terminazione in base al NEC adottato e alle istruzioni specifiche dell'apparecchiatura.
- Controllare l'uso dei morsetti e la documentazione relativa alla coppia di serraggio. Confermare il numero di conduttori, il materiale/gamma dei conduttori, la preparazione e la coppia di serraggio in base alla marcatura dell'apparecchiatura o alle istruzioni del produttore; non utilizzare un valore di coppia generico.
- Pianificare la messa fuori tensione e la verifica. Una persona qualificata deve occuparsi delle parti sotto tensione lato alimentazione, del lockout/tagout, dell'idoneità degli strumenti di misura e dei dispositivi di protezione individuale richiesti secondo le norme di sicurezza elettrica applicabili.
- Registrare il codice adottato e la base di approvazione. Annotare l'edizione del NEC, le modifiche locali, i requisiti del permesso/AHJ, la documentazione dell'apparecchiatura, i risultati dei test e le azioni correttive.
Riscontri comuni e cosa significano realmente
| Esito | Perché è importante | Ciò che non si risolve da solo |
|---|---|---|
| Neutro collegato nuovamente in un quadro a valle | Può causare il passaggio di corrente normale del neutro sulla messa a terra delle apparecchiature e sui percorsi metallici collegati | Aggiunta di un picchetto di terra |
| Percorso di messa a terra dell'apparecchiatura di alimentazione mancante o discontinuo | Può impedire al percorso metallico previsto per la corrente di guasto di trasportare una corrente sufficiente per l'intervento del dispositivo di protezione | Un elettrodo di terra locale da solo |
| Conduttore dell'elettrodo di terra presente ma scollegato o corroso | Compromette il collegamento tra il sistema elettrico e il sistema dell'elettrodo di terra | Presumere che l'EGC del circuito derivato svolga ogni funzione di elettrodo |
| Considerare un solo elettrodo quando sono presenti altri elettrodi idonei | Può lasciare incompleto il sistema dell'elettrodo di terra richiesto | Trattare l'asta più facilmente visibile come l'intero sistema |
| Stato della vite di equipotenzialità dedotto dal nome del quadro | Può posizionare il collegamento sul lato errato del sezionatore di servizio | Definire un involucro come “quadro principale” |
| Conduttori multipli sotto un morsetto non identificato per tale uso | Possono creare connessioni inaffidabili e violare le istruzioni dell'apparecchiatura | Serraggio a una coppia di serraggio stimata |
La messa a terra e il collegamento equipotenziale non sostituiscono inoltre la protezione tramite interruttore differenziale (GFCI) o i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) laddove tali funzioni siano richieste. La guida su messa a terra vs GFCI vs protezione contro le sovratensioni separa questi tre livelli di sicurezza.
Domande mirate
L'apertura dell'interruttore principale rende sicuro l'intero quadro?
No. I conduttori di alimentazione e i morsetti lato linea a monte del sezionatore possono rimanere sotto tensione. Il quadro deve essere valutato secondo le pratiche di lavoro elettrico sicuro applicabili da una persona qualificata; un indicatore senza contatto o un controllo con multimetro generico non sostituiscono tale procedura.
Il neutro e la terra devono essere collegati in un sottoquadro?
In un tipico quadro a valle alimentato da una linea, il conduttore di terra è isolato dall'involucro e dai conduttori di protezione (PE). La decisione esatta dipende dal servizio effettivo, dalla linea di alimentazione, dalla sorgente derivata separatamente, dalle condizioni dell'impianto esistente, dalla certificazione dell'apparecchiatura e dal codice adottato, non solo dal termine “sottoquadro”.
Un quadro in un edificio distaccato necessita di un picchetto di terra?
Un edificio o una struttura alimentata da una linea può avere requisiti per l'elettrodo di terra in aggiunta al percorso di terra dell'apparecchiatura della linea stessa. Un elettrodo locale non sostituisce il conduttore di protezione né autorizza un collegamento neutro-terra non intenzionale. Verificare le regole per la linea, l'edificio e l'impianto esistente nell'edizione adottata.
Un picchetto di terra può far scattare un interruttore automatico durante un guasto a terra?
La progettazione normale non si affida alla terra come percorso efficace per la corrente di guasto a terra. Il percorso metallico di protezione collegato verso la sorgente è ciò che consente una corrente di guasto sufficiente ad azionare il dispositivo di protezione da sovracorrente entro le sue caratteristiche.
Chi dovrebbe verificare la messa a terra del quadro?
Rivolgersi a un professionista elettrico qualificato che conosca l'edizione del NEC adottata localmente, le apparecchiature di servizio, la certificazione e le istruzioni specifiche del quadro e i requisiti dell'autorità competente (AHJ). Un articolo tecnico può spiegare i limiti decisionali, ma non può verificare le condizioni di un'installazione specifica.