Sistemi TN, TT e IT negli impianti industriali: differenze e criteri di scelta
I sistemi TN TT e IT descrivono il modo in cui il sistema elettrico è collegato a terra e come le masse delle apparecchiature sono collegate al sistema di protezione. Negli impianti industriali questa configurazione influenza direttamente il comportamento delle correnti di guasto, il tipo di protezioni da utilizzare e le modalità con cui deve essere garantita la sicurezza delle persone.
Non si tratta quindi di tre semplici sigle. La scelta e la corretta gestione del sistema di distribuzione incidono sul funzionamento di interruttori automatici e differenziali, sulla continuità dei conduttori di protezione e, in alcuni casi, anche sulla possibilità di mantenere operativo un processo dopo un primo guasto.
La CEI 64-8 dedica specifiche prescrizioni alla protezione contro i contatti elettrici e alla realizzazione degli impianti di terra. La CEI 64-8/4 riguarda le prescrizioni per la sicurezza, mentre la CEI 64-8/5 comprende scelta e installazione dei componenti, impianti di terra e dispositivi di protezione.
Che cosa significano le lettere T, N e I?
La classificazione permette di capire rapidamente il rapporto tra alimentazione, terra e masse.
La prima lettera descrive il rapporto tra il sistema di alimentazione e la terra:
- T indica un punto del sistema collegato direttamente a terra;
- I indica un sistema isolato da terra oppure collegato a terra attraverso un’impedenza.
La seconda lettera riguarda invece le masse dell’impianto:
- T indica masse collegate direttamente a terra;
- N indica masse collegate al punto del sistema di alimentazione messo a terra.
Comprendere questa distinzione è essenziale perché nei sistemi TN TT e IT la corrente di guasto segue percorsi differenti e, di conseguenza, cambiano anche le condizioni necessarie affinché le protezioni intervengano correttamente.
Sistema TT: masse collegate a un impianto di terra locale
Nel sistema TT un punto dell’alimentazione, generalmente il neutro, è collegato a terra, mentre le masse dell’impianto utilizzatore sono collegate a un proprio sistema di terra.
Il percorso della corrente in caso di guasto verso massa coinvolge quindi anche il terreno.
Per garantire la protezione contro i contatti indiretti è necessario che impianto di terra e dispositivi di protezione siano correttamente coordinati. In molte applicazioni assumono particolare importanza i dispositivi differenziali.
Non basta quindi conoscere il valore della resistenza di terra: occorre verificare l’intero sistema di protezione.
È lo stesso principio approfondito nell’articolo sugli impianti di terra industriali, dove abbiamo visto perché continuità dei PE, collegamenti equipotenziali e dispositivi di protezione devono essere valutati insieme.
Sistema TN: le masse sono collegate al punto di terra dell’alimentazione
Nel sistema TN il punto dell’alimentazione collegato a terra e le masse dell’impianto fanno parte dello stesso sistema di protezione.
In presenza di un guasto verso massa, la corrente può quindi richiudersi attraverso un percorso metallico costituito dai conduttori di protezione.
Questo può determinare correnti di guasto elevate, rendendo particolarmente importante il corretto dimensionamento dell’anello di guasto e il coordinamento con le protezioni automatiche.
All’interno della famiglia TN esistono diverse configurazioni.
TN-S: neutro e conduttore di protezione PE rimangono separati lungo il sistema.
TN-C: le funzioni di neutro e protezione sono combinate nel conduttore PEN.
TN-C-S: una parte del sistema utilizza il PEN e successivamente neutro e PE vengono separati.
Negli impianti industriali la configurazione deve essere conosciuta con precisione, soprattutto prima di eseguire ampliamenti o modifiche alla distribuzione.
Sistema IT: cosa succede al primo guasto?
Nel sistema IT l’alimentazione è isolata dalla terra oppure collegata attraverso un’impedenza, mentre le masse devono comunque essere collegate al sistema di protezione.
La caratteristica più interessante è il comportamento al primo guasto verso terra.
In determinate condizioni la corrente del primo guasto può rimanere limitata, permettendo al sistema di continuare temporaneamente a funzionare.
Questo non significa che il guasto possa essere ignorato.
È necessario rilevarlo, individuarlo e rimuoverlo, perché la presenza di un secondo guasto può modificare radicalmente la situazione e richiedere l’intervento delle protezioni.
Per questo nei sistemi IT assume particolare importanza il monitoraggio dell’isolamento.
Il rapporto tecnico CEI EN CLC/TR 50480 tratta anche la verifica della protezione dai guasti nei sistemi TN e IT nell’ambito del dimensionamento dei conduttori e della scelta delle protezioni. CEI EN CLC/TR 50480
Perché i sistemi TN TT e IT richiedono protezioni diverse?
Il dispositivo di protezione non può essere scelto indipendentemente dal sistema di distribuzione.
La stessa anomalia può produrre valori di corrente molto differenti a seconda del percorso disponibile per richiudere la corrente di guasto.
Per questo devono essere valutati insieme:
- sistema di distribuzione;
- impianto di terra;
- conduttori di protezione;
- corrente di guasto prevedibile;
- caratteristiche degli interruttori;
- eventuali dispositivi differenziali;
- tempi di intervento richiesti.
È un’applicazione diretta del principio già affrontato nel coordinamento tra cavi e protezioni: i singoli componenti non possono essere valutati separatamente dal circuito nel quale lavorano.
Il ruolo del conduttore di protezione PE
Nei sistemi in cui la corrente di guasto utilizza un percorso metallico di protezione, la continuità del PE assume un ruolo determinante.
Una connessione allentata, una modifica non documentata o un’interruzione possono alterare il percorso previsto della corrente di guasto.
Per questo durante ampliamenti, sostituzioni di macchinari e modifiche ai quadri non bisogna verificare soltanto la nuova alimentazione.
Devono essere controllati anche:
- collegamento delle masse;
- continuità dei conduttori di protezione;
- collegamenti equipotenziali;
- percorso della corrente di guasto;
- condizioni di intervento delle protezioni.
Il sistema di terra e il sistema di distribuzione sono quindi strettamente collegati.
Corrente di guasto e intervento delle protezioni
Una protezione può intervenire correttamente soltanto se il circuito consente di raggiungere le condizioni previste dal progetto.
Nel sistema TN, per esempio, l'impedenza del percorso di guasto può influenzare direttamente la corrente che provoca l'intervento dell'interruttore.
Nel sistema TT assume invece particolare importanza il coordinamento tra terra e dispositivo di protezione.
Nel sistema IT bisogna considerare sia il comportamento al primo guasto sia quello in presenza di un eventuale secondo guasto.
Ecco perché non è sufficiente verificare esclusivamente la taglia nominale dell'interruttore.
La protezione deve essere analizzata nell'ambito dell'intero sistema elettrico.
Sistema di distribuzione e selettività
La configurazione TN, TT o IT non sostituisce il problema della selettività.
Una cosa è assicurarsi che una protezione intervenga in presenza di un guasto; un'altra è stabilire quale dispositivo debba intervenire per primo per limitare l'interruzione alla porzione di impianto interessata.
Negli impianti industriali questo aspetto può avere conseguenze dirette sulla produzione.
Un corretto studio della selettività delle protezioni elettriche può evitare che un guasto locale provochi l'arresto non necessario di un'intera area dello stabilimento.
Non esiste un sistema migliore in assoluto
Non è corretto considerare TN, TT e IT come una classifica nella quale uno sia sempre migliore degli altri.
La configurazione dipende da diversi fattori:
- caratteristiche della sorgente di alimentazione;
- disponibilità di un trasformatore proprio;
- caratteristiche dello stabilimento;
- esigenze di continuità;
- tipo di carichi;
- organizzazione delle protezioni;
- necessità di manutenzione e monitoraggio.
Anche la complessità gestionale deve essere considerata.
Un sistema capace di offrire particolari vantaggi dal punto di vista della continuità può richiedere controlli, dispositivi di monitoraggio e competenze specifiche superiori rispetto a una distribuzione più semplice.
Che cosa succede dopo un ampliamento?
Un nuovo quadro o una nuova macchina non devono essere collegati considerando soltanto tensione, potenza e sezione del cavo.
È necessario sapere in quale sistema di distribuzione vengono inseriti.
Cambiare il percorso dei conduttori di protezione, estendere una linea o modificare le protezioni può influire sulle condizioni che garantiscono l’intervento in caso di guasto.
Per questo i sistemi TN TT e IT devono essere correttamente identificati anche nella documentazione dell’impianto.
Gli ampliamenti sono uno dei momenti nei quali errori di interpretazione della configurazione esistente possono trasformarsi in problemi di sicurezza o affidabilità.
Un esempio pratico
Consideriamo uno stabilimento alimentato da un proprio trasformatore con distribuzione TN-S.
Durante un ampliamento viene installata una nuova linea automatizzata e il quadro dedicato viene collegato alla distribuzione esistente.
Il dimensionamento del cavo risulta corretto e la potenza disponibile è sufficiente.
Tuttavia, prima della messa in servizio devono essere verificate anche la continuità del PE, le caratteristiche del percorso di guasto e la capacità della protezione di intervenire nelle condizioni previste.
Limitarsi alla corrente assorbita dalla macchina non sarebbe sufficiente.
Questo esempio mostra perché conoscere i sistemi TN TT e IT non è un esercizio teorico: la configurazione della rete influenza direttamente le verifiche da effettuare sull'impianto reale.
Sistemi TN, TT e IT: effetti sulla continuità operativa
La configurazione della rete può incidere anche sul modo in cui lo stabilimento reagisce a un guasto.
In un processo industriale, infatti, la sicurezza rimane prioritaria, ma è importante evitare che anomalie locali provochino interruzioni più estese del necessario.
Protezione, selettività, monitoraggio e manutenzione devono quindi essere progettati considerando anche gli obiettivi di continuità elettrica dell’impianto industriale.
FAQ – Sistemi TN, TT e IT
Qual è la differenza principale tra TT e TN?
Nel TT le masse dell'impianto utilizzatore sono collegate a un proprio sistema di terra; nel TN sono collegate al punto messo a terra dell'alimentazione attraverso il sistema di protezione.
Che differenza c'è tra TN-S e TN-C?
Nel TN-S neutro e conduttore PE sono separati. Nel TN-C le funzioni di neutro e protezione sono combinate nel conduttore PEN.
Nel sistema IT il primo guasto interrompe sempre l'alimentazione?
Non necessariamente. Una delle caratteristiche del sistema IT è proprio la possibilità, nelle condizioni previste, di mantenere temporaneamente il servizio dopo un primo guasto, che deve però essere segnalato, individuato e risolto.
Un sistema TN non necessita dell'impianto di terra?
No. Anche il sistema TN richiede una corretta gestione della messa a terra, dei conduttori di protezione e delle connessioni equipotenziali.
Posso capire se un impianto è TN, TT o IT guardando semplicemente il quadro?
Non sempre. È necessario conoscere la configurazione della sorgente, i collegamenti a terra, il percorso dei conduttori di protezione e la documentazione dell'impianto.
Dopo una modifica bisogna verificare nuovamente il sistema?
Sì, quando l'intervento interessa la distribuzione, le protezioni o i percorsi dei conduttori è necessario verificare che le condizioni di sicurezza previste siano ancora rispettate.
Conclusioni
I sistemi TN TT e IT definiscono una parte fondamentale dell'architettura dell'impianto elettrico e influenzano il comportamento del sistema in presenza di un guasto.
Conoscere la configurazione della rete permette di verificare correttamente impianto di terra, conduttori di protezione e dispositivi di intervento, evitando di valutare i singoli componenti separatamente dal resto dell'impianto.
Negli stabilimenti soggetti ad ampliamenti e trasformazioni, mantenere aggiornata questa conoscenza è essenziale per conservare sicurezza, affidabilità e continuità operativa.
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