Neutro (conduttore)

Il neutro è quel conduttore elettrico in un sistema trifase a potenziale zero che è elettricamente collegato al punto neutro^[1] ed è in grado di contribuire alla distribuzione della corrente elettrica. Identificato secondo la norma internazionale IEC 60445 con il colore blu chiaro (bianco o grigio negli USA, nero in Australia, Sud Africa, India, Pakistan e in Inghilterra ma solo prima del 31 marzo 2004).

Conduttore Neutro secondo la normativa europea

DescrizioneModifica

Nei sistemi trifase con configurazione a stella, al punto neutro dove converge un terminale di ciascuna impedenza viene collegato il conduttore neutro che impone una tensione di fase identica sui tre elementi.

Collegamento a stella con carico simmetrico ed equilibratoModifica

Nei sistemi simmetrici ed equilibrati il neutro si trova a potenziale nullo (V=0); per la prima legge di Kirchhoff la somma algebrica delle correnti entranti e delle correnti uscenti, in un nodo, è uguale a zero. Questo sistema consiste nel collegare ciascun elemento (resistenze, carichi induttivi o carichi capacitivi ma dello stesso tipo e del medesimo valore) alla tensione di fase.

Si ottiene quindi:

$I_{0}=I_{1}+I_{2}+I_{3}$

dove I₀ è la corrente del neutro e I_1,2,3 sono quelle di fase.

La prima legge di Kirchhoff si scrive: $\sum _{k}I_{k}=0$

dove I indica le correnti entranti (con coefficiente con segno +) e quelle uscenti (con coefficienti con segno -).

Collegamento a stella con carico asimmetrico o squilibratoModifica

In pratica quasi nessun sistema elettrico è perfettamente simmetrico ed equilibrato ed è per questo che il neutro è da considerarsi a tutti gli effetti un conduttore attivo alla stregua delle fasi. Quando il carico non è identico sulle fasi, le correnti sono diverse.

$I_{1}\neq \ I_{2}\neq \ I_{3}$

Il conduttore neutro è percorso da una corrente tale che la somma vettoriale di tutte le correnti è uguale a 0.

${\vec {I_{1}}}+{\vec {I_{2}}}+{\vec {I_{3}}}+{\vec {I_{N}}}=0$

Per determinare l'intensità della corrente sul neutro, si sommano vettorialmente le tre correnti di fase. La risultante sarà l'intensità della corrente sul neutro. Oppure nel caso in cui tutti gli elementi siano delle resistenze o delle impedenze con il medesimo cos φ, le tre correnti nei conduttori polari sono sfasate di 120°. L'intensità della corrente può essere trovata facilmente anche attraverso la formula :

$I_{N}={\sqrt {I_{1}^{2}+I_{2}^{2}+I_{3}^{2}-(I_{1}\cdot I_{2}+I_{1}\cdot I_{3}+I_{2}\cdot I_{3})}}$

Il neutro nei sistemi elettriciModifica

Il neutro nei sistemi elettrici^{[Dovrebbe essere "Stato del neutro e stato delle masse"?]}

Lo stesso argomento in dettaglio: Sistemi di terra (elettrotecnica).

Si distinguono i seguenti sistemi con riferimento alla connessione del neutro e al collegamento a terra:

TT
TN-C
TN-S
TN-C-S
IT

La prima lettera fa riferimento alle condizioni di messa a terra del impianto^{[Potrebbe essere " allo stato del neutro"?]}

T = Collegato direttamente a terra (o con impedenza trascurabile)
I = Tutte le parti attive separate da terra oppure un punto connesso mediante impedenza (bobina di Petersen)^{[Potrebbe essere " Neutro isolato da terra, o a terra tramite un'impedenza]}

La seconda lettera fa riferimento alle relazioni dei corpi^{[Probabilmente è masse]}^[2] dell'impianto elettrico con la terra:

T = Il corpo è collegato direttamente a terra (con impianto di terra separato)
N = Il corpo è collegato direttamente al punto del sistema, generalmente il centro stella del trasformatore dove c'è il neutro collegato direttamente a terra

Le altre lettere si riferiscono alla disposizione del conduttore neutro e del conduttore di protezione:

S = Per la funzione di protezione è previsto un conduttore separato dal conduttore neutro
C = Funzioni di conduttore neutro e di protezione combinati nello stesso conduttore

Riassumendo si possono avere tre configurazione in riferimento al neutro:

neutro a terra mediante impedenza
neutro efficacemente a terra
neutro isolato

Caratteristiche del neutro nelle varie retiModifica

In alta tensione (220 kV ÷ 380 kV) il neutro non è distribuito ed è collegato efficacemente a terra in ogni condizione della rete.

Nelle trasmissioni a 120 kV ÷ 150 kV il neutro non è distribuito ed è collegato a terra ma non in ogni condizione della rete.

Le linee in media tensione (10 kV ÷ 35 kV) hanno varie modalità di esercizio che va da franco a terra a compensato, visto che il neutro isolato può portare a correnti di guasto troppo elevate.

In bassa tensione (230 V ÷ 400 V) ormai è quasi sempre distribuito salvo le alimentazioni concatenate.

A causa di guasti ricorrenti sulle linee di media tensione e di correnti di guasto elevate in gioco, è in corso il cambio dello stato del neutro da isolato a neutro compensato da parte degli enti distributori. Il processo di cambiamento e le caratteristiche tecniche sono specificate da una regola tecnica proprietaria conosciuta come DK5600 (del marzo 2004).

Riduzione del conduttore neutroModifica

In tutti i sistemi trifase il nodo è rappresentato dal centro stella del trasformatore. In un sistema trifase equilibrato, quindi, la corrente circolante risulta nulla (nella realtà non sarà mai nulla ma i valori saranno comunque ridotti rispetto alla corrente circolante nei conduttori di fase); per questo motivo la norma CEI 64-8 permette di dimensionare la sezione del neutro (dalla sezione di 16 mm² in poi) la metà della sezione di fase. Inoltre bisogna osservare le seguenti condizioni:

la massima corrente prevedibile, comprese le armoniche superiori nel conduttore neutro, non deve superare, nel servizio regolare, la portata di corrente della sezione ridotta del conduttore neutro (presupponendo che il carico sulle fasi sia equilibrato)
il conduttore neutro è protetto dal corto circuito dall'organo di protezione dei conduttori polari secondo lo schema TN o TT.

Corrente nel neutro con utilizzatori elettroniciModifica

Dagli anni '90 si sono diffusi alimentatori elettronici che spesso producono disturbi sotto forma di armoniche multiple della frequenza di rete. I coefficienti dipendono dalle tecnologie costruttive del singolo alimentatore, ma, per una rete a 50 Hz, sono molto diffuse armoniche a 150 Hz, 250 Hz, 450 Hz, 750 Hz ecc. Questa situazione può condurre ad un sovraccarico del conduttore neutro ed anche ad un riscaldamento inammissibile. Di conseguenza in questo caso il conduttore neutro non può essere ridotto (pericolo d'incendio). Per questo motivo, le alimentazioni a valle degli UPS con carichi elettronici ed informatici, devono essere dimensionate con la consapevolezza della presenza del contenuto armonico in rete.

Nel calcolo: $I^{2}t\leq K^{2}S^{2}$ (vedi nota^[3]) la I deve contenere anche la ∑ delle I relative alle armoniche. In questi casi, infatti, il neutro deve avere almeno la stessa sezione di fase.

NoteModifica

^ Punto comune di un sistema polifase collegato a stella
^ parti conduttrici di un componente elettrico che può essere toccata ed abitualmente non è sotto tensione ma che può diventare sotto tensione in caso venga meno l'isolamento di base
^ I²t è l'integrale di Joule della corrente di cortocircuito; K è una costante che dipende dal materiale del conduttore e dell'isolante del cavo; S è la sezione del conduttore

BibliografiaModifica

Norme Internazionali IEC 60445, 2010^[1]

Elettrotecnica ed elettronica, corso di tecnica professionale fascicolo 1^[2]

Voci correlateModifica

Collegamenti esterniModifica

Sulla Bobina Petersen, su electroportal.net.

Portale Elettrotecnica

Portale Fisica

Portale Ingegneria

^ Commissione elettrotecnica internazionale, Norme Internazionali IEC 60445 (PDF), 2010, ISBN 978-2-88912-166-3.
^ Marco Cappelli e Bruno Stortoni, Elettrotecnica ed elettronica, vol. 1, Arnodo Mondadori, 2004, ISBN 978-88-247-2227-8.

[1] Punto comune di un sistema polifase collegato a stella

[2] rti conduttrici di un componente elettrico che può essere toccata ed abitualmente non è sotto tensione ma che può diventare sotto tensione in caso venga meno l'isolamento di base

[3] I²t è l'integrale di Joule della corrente di cortocircuito; K è una costante che dipende dal materiale del conduttore e dell'isolante del cavo; S è la sezione del conduttore

[4] Commissione elettrotecnica internazionale, Norme Internazionali IEC 60445 (PDF), 2010, ISBN 978-2-88912-166-3.

[5] Marco Cappelli e Bruno Stortoni, Elettrotecnica ed elettronica, vol. 1, Arnodo Mondadori, 2004, ISBN 978-88-247-2227-8.

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