Terra e la griglia

La rete elettrica trasmette energia tramite cavi alle nostre case, e il nostro Bryan Cockfield ne ha parlato molto bene nella sua serie Electrical Grid Demystified, ma che ruolo gioca la terra? È comunemente noto che viene utilizzato per la sicurezza, ma sapevi che in alcuni casi viene utilizzato anche per la trasmissione di potenza?

Qui è mostrato uno schema abbastanza tipico per il sistema di messa a terra di una casa, insieme ad alcuni dei conduttori che trasportano corrente comunemente chiamati sotto tensione e neutro. All'estrema sinistra c'è il trasformatore fuori casa e all'estrema destra c'è un elettrodomestico collegato. In mezzo a loro c'è un pannello interruttore e una presa a muro del tipo che si trova in Nord America. La linea tratteggiata verde mostra il percorso normale del flusso di corrente.

Notare gli elettrodi di messa a terra per effettuare un collegamento elettrico con la terra. Per utilizzare come esempio il National Electrical Code (NEC) degli Stati Uniti, l'articolo 250.52 elenca otto tipi di elettrodi di messa a terra. Un ottimo tipo è un elettrodo racchiuso nel cemento poiché il cemento continua ad assorbire umidità dal terreno e crea un buon contatto fisico grazie al suo peso. Un altro è un picchetto o un tubo di messa a terra lungo almeno otto piedi e inserito abbastanza in profondità nel terreno. Per abbastanza profondo intendiamo includere fattori come il fatto che la linea del gelo non conta come un buon terreno poiché ha un'elevata resistenza. Devi fare attenzione a usare tubi dell'acqua metallici che sembrano entrare nel terreno, poiché le sezioni di questi vengono spesso sostituite con tubi non metallici durante la regolare manutenzione.

Notare anche nello schema che ci sono punti in cui le varie custodie metalliche sono collegate al sistema di terra. Questo si chiama legame.

Ora, in che modo tutto questo sistema di messa a terra ci aiuta? Cominciamo con la gestione di un guasto.

Uno degli scopi del sistema di messa a terra è quello di far scattare l'interruttore nel pannello degli interruttori se c'è un cortocircuito da qualche parte. Ciò accade se c'è un apparecchio con una custodia metallica e l'isolamento del cavo sotto tensione nell'apparecchio è danneggiato, facendo sì che il filo di rame all'interno tocchi la custodia metallica. La custodia diventa un'estensione di quel filo sotto tensione. Questo si chiama difetto.

Ma la custodia metallica è collegata a un percorso elettrico costituito dal filo di terra del cavo di alimentazione collegato alla presa a muro, nonché dal filo dalla presa a muro al pannello dell'interruttore. Nel National Electrical Code (NEC) degli Stati Uniti questi sono indicati come conduttori di messa a terra delle apparecchiature.

Almeno in Nord America, nella scatola in cui il servizio entra per primo in casa, i conduttori di messa a terra dell'apparecchiatura sono collegati al neutro. In questo caso quella scatola è il pannello dell'interruttore principale. Nella maggior parte dei pannelli dell'interruttore questo collegamento viene effettuato facendo passare entrambi i fili a barre metalliche avvitate o incollate alla custodia del pannello, realizzando così il collegamento elettrico attraverso la custodia.

Seguendo la linea tratteggiata rossa che parte dal guasto, una corrente elevata scorre ora attraverso il cavo sotto tensione, attraverso la custodia dell'apparecchio e utilizza i cavi di messa a terra dell'apparecchiatura come percorso di ritorno al pannello dell'interruttore. Da lì la corrente passa attraverso l'involucro del pannello alla barra neutra e il filo neutro torna al trasformatore. Lungo il percorso, il filo sotto tensione passa attraverso un interruttore nel pannello dell'interruttore e la corrente è sufficientemente elevata da farlo scattare, aprendo il circuito e rendendolo di nuovo sicuro.

Ma dove c'entra la terra? Spesso non è così. A volte, tuttavia, come mostrato dalla linea tratteggiata blu, una piccola corrente scorre attraverso un percorso parallelo che comprende gli elettrodi di messa a terra e la terra.

C'è uno scopo per la messa a terra che molti qui a Hackaday conoscono abbastanza, e cioè la carica vagante e i problemi con le scariche elettrostatiche su dispositivi e componenti sensibili all'elettricità statica come MOSFET, circuiti integrati CMOS e chip TTL. I metodi per gestirlo consistono nell'indossare una cinghia antistatica o lavorare su un tappetino antistatico. Questi solitamente hanno una clip o una presa dedicata per il collegamento a terra.