Fondamenti della messa a terra e della sicurezza nei sistemi industriali

La messa a terra è una delle parti meno visibili di un sistema industriale, ma definisce direttamente la sicurezza e l’affidabilità con cui le apparecchiature operano in condizioni reali di guasto.

Dalla sicurezza degli operatori alla protezione delle apparecchiature e al controllo elettrostatico, la messa a terra costituisce la base della progettazione degli impianti elettrici negli attuali ambienti di automazione.

Figura 1. Conduttori di terra collegati a una sbarra collettrice all’interno di un quadro industriale.

Messa a terra per la sicurezza del personale

Negli ambienti industriali, la sicurezza è sempre la priorità nella progettazione dei sistemi.

Un sistema di messa a terra garantisce che le correnti di guasto accidentali non attraversino gli operatori in caso di guasto delle apparecchiature.

La maggior parte dei guasti si verifica nei punti di connessione, come morsetti, connettori o blocchi di distribuzione.

Quando un conduttore sotto tensione entra in contatto con un involucro metallico, la rete di terra fornisce un percorso a bassa resistenza che attiva immediatamente i dispositivi di protezione.

Questo meccanismo impedisce il passaggio di correnti pericolose attraverso il personale e riduce il rischio di folgorazione mortale.

Protezione delle apparecchiature e stabilità del sistema

La messa a terra stabilizza inoltre i sistemi industriali durante gli eventi elettrici transitori.

Questi eventi possono essere causati dalla commutazione dei motori, da carichi induttivi o da fenomeni esterni come le sovratensioni dovute ai fulmini.

In assenza di un adeguato percorso di terra, l’energia transitoria può fluire verso i componenti elettronici di controllo sensibili e danneggiare i circuiti interni.

Nei sistemi di automazione che si basano su piattaforme PLC e DCS come ABB 800xA e AC 800M, l’integrità della messa a terra influisce direttamente sulla continuità operativa e sull’affidabilità del sistema.

Figura 2. Sistema di elettrodi di terra che collega l’infrastruttura elettrica dell’impianto alla terra.

Reti di messa a terra e percorso della corrente di guasto

Un sistema di messa a terra progettato correttamente garantisce che la corrente di guasto segua un percorso controllato fino alla sorgente.

Questo percorso controllato limita l’aumento di tensione sulle superfici metalliche esposte e consente ai dispositivi di protezione di interrompere rapidamente l’alimentazione.

In assenza di questo percorso, l’energia può scaricarsi attraverso le piste dei PCB o i moduli di controllo, causando danni permanenti alle apparecchiature e l’arresto del sistema.

Elettricità statica e controllo ESD

La scarica elettrostatica diventa una preoccupazione critica negli ambienti che coinvolgono componenti elettronici, polveri o materiali infiammabili.

Anche una piccola differenza di potenziale tra due superfici conduttive può generare una scarica.

Sebbene la corrente possa essere minima, il rilascio di energia può comunque incendiare materiali sensibili o danneggiare i componenti a semiconduttore.

La messa a terra equalizza il potenziale elettrico tra tutti gli elementi conduttivi presenti nell’ambiente.

Ciò include telai delle apparecchiature, postazioni di lavoro, operatori e sistemi di attrezzaggio.

I sistemi di controllo ESD, come i braccialetti antistatici e le pavimentazioni collegate a terra, estendono questa protezione ai punti di interazione con le persone.

Figura 3. Il braccialetto antistatico mantiene lo stesso potenziale tra l’operatore e l’apparecchiatura.

Standard di settore e articolo 250 del NEC

La progettazione della messa a terra segue rigorosi quadri normativi definiti da standard come l’articolo 250 del NEC e la norma UL 508A.

Questi standard definiscono le modalità di implementazione dei conduttori di terra, dei sistemi di collegamento equipotenziale e delle connessioni a terra negli impianti industriali.

Specificano inoltre il dimensionamento dei conduttori, i metodi di connessione e i requisiti di protezione dai guasti, per garantire un comportamento prevedibile del sistema.

Nei sistemi di automazione su larga scala che coinvolgono piattaforme come GE Fanuc RX3i / RX7i PACSystems, la conformità a questi standard garantisce la sicurezza operativa a lungo termine e la preparazione alla certificazione.

Conclusione

La messa a terra non è un elemento ausiliario della progettazione.

Definisce il confine di sicurezza tra il funzionamento normale e le condizioni di guasto elettrico.

Dalla protezione del personale alla stabilità del sistema e al controllo ESD, la messa a terra garantisce che i sistemi di automazione industriale rimangano prevedibili in tutti gli scenari operativi.

Comprenderne il ruolo è essenziale per progettare sistemi di controllo affidabili e sicuri negli ambienti industriali moderni.