Che cos'è il conduttore di protezione PE
Il conduttore di protezione, indicato con la sigla PE, è il conduttore che collega le masse e le parti metalliche dell'impianto al sistema di terra. La sua funzione non è trasportare corrente in servizio normale, ma offrire un percorso a bassa impedenza alla corrente di guasto, in modo che la protezione intervenga in tempo breve.
Da questa funzione derivano due esigenze precise: la sezione deve essere sufficiente a sopportare senza danni la corrente di guasto durante l'intervento della protezione, e l'impedenza del percorso deve restare contenuta. Un PE sottodimensionato può surriscaldarsi, danneggiare l'isolante e, nei casi peggiori, interrompersi proprio nel momento in cui serve.
La sezione del PE si sceglie di norma in base a quella del conduttore di fase, con una verifica termica separata per i casi più severi. Il riferimento è la IEC 60364-5-54, recepita in Italia dalla CEI 64-8.
La sezione minima rispetto al conduttore di fase
Quando fase e protezione hanno lo stesso materiale, la norma ammette una proporzione fissa tra le due sezioni. Il principio è che, in un cavo multipolare, il PE che accompagna la fase segue la stessa logica termica e non ha bisogno di essere uguale in ogni caso.
| Sezione fase S | Sezione PE |
|---|---|
| S ≤ 16 mm² | S (uguale alla fase) |
| 16 < S ≤ 35 mm² | 16 mm² |
| S > 35 mm² | S / 2 |
Così, per un cavo con conduttori di fase da 25 mm² il PE è di 16 mm², mentre per una fase da 95 mm² il PE scende a circa 48 mm². In ogni caso la sezione va comunque confrontata con la verifica adiabatica descritta più avanti, che può richiedere un valore maggiore.
La verifica adiabatica
La proporzione rispetto alla fase è una scorciatoia valida solo se il PE ha le stesse condizioni termiche del conduttore attivo. Quando questo non è vero, o quando la protezione interviene in tempi lunghi, occorre verificare che il conduttore regga la sollecitazione termica del guasto.
La verifica si esprime con la relazione S ≥ √(I²t) / k, dove I è la corrente di guasto, t il tempo di intervento della protezione e k un coefficiente che dipende dal materiale e dal tipo di isolante. Il prodotto I²t rappresenta l'energia termica specifica che il conduttore deve assorbire senza superare la temperatura ammessa.
Il coefficiente k tiene conto della temperatura iniziale e finale ammessa dal materiale: per il rame con isolante in PVC è più basso, per il rame con isolante in gomma o in materiale reticolato è più alto. Un k più basso impone una sezione maggiore: per questo la verifica va fatta con i valori reali dell'impianto e non con stime approssimative.
Sistemi TN e TT: due logiche diverse
Nei sistemi TN il PE è collegato al neutro dell'alimentazione e la corrente di guasto è relativamente elevata: l'interruttore magnetotermico può intervenire da solo e la sezione del PE si sceglie con le regole di proporzione e la verifica adiabatica.
Nei sistemi TT invece il neutro e le masse hanno terra separate e la corrente di guasto è limitata dalla resistenza di terra. Non basta il magnetotermico: serve un dispositivo differenziale, che interviene per correnti modeste. In questo caso la verifica termica del PE è meno severa, ma diventano decisive la resistenza di terra e la continuità del collegamento equipotenziale.
In entrambi gli schemi il PE deve essere continuo e identificabile, con una colorazione dedicata e senza interruzioni su dispositivi che possano aprirlo per errore. Una sezione adeguata su un percorso discontinuo non offre alcuna garanzia.
Minimi assoluti e casi particolari
Oltre alle regole di proporzione esistono sezioni minime assolute, che valgono anche quando il calcolo suggerirebbe valori inferiori. Per il rame, il minimo è di 2,5 mm² se il conduttore è protetto meccanicamente e di 4 mm² negli altri casi. Per l'alluminio i minimi sono maggiori.
Se il PE non fa parte dello stesso cavo della fase, ma è posato separatamente, la sezione si sceglie tenendo conto del rischio meccanico e del tipo di posa. Un conduttore di protezione posato in canalina condivisa con gli attivi non necessita della protezione meccanica aggiuntiva richiesta per una posa esposta.
Particolare attenzione meritano i conduttori di equipotenzialità, che collegano le masse estranee: la loro sezione segue regole proprie e non va confusa con quella del PE dei circuiti di alimentazione, pur concorrendo allo stesso obiettivo di sicurezza.
PE nei cavi multipolari e nelle canalizzazioni
Nella maggior parte degli impianti civili il conduttore di protezione fa parte dello stesso cavo multipolare che contiene anche fase e neutro. In questa configurazione il PE beneficia delle stesse condizioni di posa degli altri conduttori e la sezione segue le regole di proporzione senza ulteriori riduzioni.
Quando invece il PE è posato separatamente, per esempio in una canalizzazione condivisa, occorre tener conto del tipo di posa e del rischio meccanico. Il conduttore deve restare continuo lungo tutto il percorso e non può essere interrotto da dispositivi che si aprano in servizio normale.
Nei circuiti realizzati con più conduttori in parallelo per ogni polo, il PE deve essere ripartito in modo uniforme tra le vie. Un solo conduttore di protezione sottodimensionato vanifica la ripartizione della corrente e concentra la sollecitazione termica in un punto, riducendo la sicurezza dell'intero circuito.
Esempio pratico
Consideriamo un circuito di potenza con conduttori di fase in rame da 50 mm² e protezione con interruttore automatico a monte. Applicando la proporzione, il PE risulterebbe di circa 25 mm². La verifica adiabatica conferma o corregge questo valore in funzione della corrente di guasto e del tempo di intervento.
Se la corrente di guasto è elevata e il tempo non è brevissimo, il prodotto I²t può richiedere una sezione superiore a quella di proporzione. In quel caso si sale fino alla sezione commerciale che soddisfa la relazione, mantenendo la coerenza con la fase e con il diametro del cavo posato.
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Domande frequenti
Il PE deve avere sempre la stessa sezione della fase?
No. Per sezioni di fase fino a 16 mm² il PE ha la stessa sezione; tra 16 e 35 mm² è di 16 mm²; oltre i 35 mm² è pari alla metà della fase, se la verifica adiabatica è soddisfatta.
Quando serve la verifica adiabatica?
Quando il PE non ha le stesse condizioni termiche del conduttore attivo o quando la protezione interviene in tempi lunghi. Si verifica che S sia almeno pari a √(I²t) diviso il coefficiente k del materiale.
Qual è la sezione minima del PE in rame?
2,5 mm² se il conduttore è protetto meccanicamente e 4 mm² negli altri casi. I minimi valgono anche se il calcolo suggerirebbe sezioni inferiori.
Nei sistemi TT la sezione del PE è meno importante?
La verifica termica è di norma meno severa perché la corrente di guasto è limitata, ma diventano decisive la resistenza di terra e la continuità del collegamento equipotenziale.