mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

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vipao
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mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda vipao » mar feb 23, 2010 2:01 pm

Premetto che sono iscritto da poco a questo forum, ma pian paino mi sto leggendo molti post, anche quelli più datati...
Leggendo qua e là mi sono accorto che qualche volta si fa un po’ di confusione tra mEssa a terra, mAssa e "mAssa a terra".
In alcuni post si fa poi riferimento a disturbi audio (fruscio) nelle connessioni di segnale tra apparati (es. cd/dvd e cp).
In altri ancora si parla di come ottimizzare la distribuzione della catena audio (ampli in cabina, ampli a ridosso delle casse, cavi schermati, cavi di segnale da infilare in tubi metallici messi a terra per eliminare i disturbi...).
Credo si possa cercare di fare un pò di ordine... e ci vorrei provare!

Iniziamo facendo un pò di chiarezza sulla terminologia: per mEssa a terra si intende la situazione in cui tutti i corpi metallici e conduttori sono posti al potenziale di terra, cioè praticamente collegati al cavo giallo/verde dell'impianto elettrico, il quale a sua volta afferisce a una serie di paline metalliche piantate nel terreno secondo una serie di specifiche norme che garantiscono l'efficienza del collegamento.
Ben diverso è il concetto di mAssa: in campo elettrotecnico/elettronico con mAssa si intende il riferimento comune, generalmente posto a zero volt, di una scheda o un sistema elettronico. In pratica è il riferimento in base al quale vengono misurati tutti gli altri segnali del sistema. Esempio "stupido": io sono alto 1.75metri RISPETTO al livello del suolo su cui sono poggiato. Se però mi trovo su una montagna alta 1000metri RISPETTO al livello del mare, allora posso anche dire che io sono alto 1001.75metri rispetto al livello del mare! Le due informazioni sono congrueni: tutto sta nello specificare il RIFERIMENTO rispetto a cui si fa una misura.

Per quanto riguarda gli impianti elettrici e i sistemi elettronici esistono quindi la mEssa a terra e le mAssa, mentre non ha senso parlare di mAssa a terra, che al massimo in italiano sarebbe un (grosso) oggetto poggiato al suolo... ;)

Nei sistemi commerciali audio (ma anche video, di automazione, ecc...) la mAssa, cioè il riferimento in base a cui il sistema interpreta poi tutti i segnali, è solitamente posto a zero, cioè (per convenzione) al potenziale di terra: questo significa che in ogni apparecchio esiste UN (e uno solo) punto preciso in cui sono collegate fisicamente tra loro il conduttore di mAssa (solitamente la calza dei cavi) e quello di mEssa a terra (solitamente il telaio metallico dell'apparecchio).
E' importante che il punto in cui mAssa e mEssa a terra sia UNO SOLO per evitare di creare anelli di massa.

Cosa sono gli anelli di massa? Se si collega la mAssa a due punti diversi del telaio si crea un circuito chiuso, in gergo spira, che presenta due problemi.
In primis in una spira può circolare una corrente (anche piccolissima) proprio perchè questa è un circuito chiuso. Questa corrente può dipendere dalla non perfetta equipontezialità tra mAssa e mEssa a terra (cioè ci possono essere anche pochi millivolt, se non volt) di differenza tra la mAssa e il potenziale di terra prima che questi vengano connessi assieme. In questo caso connettendo assieme mAssa e mEssa a terra con un cavo (cioè una resistenza) si instaura un percorso in cui fluirà per forza una corrente (una differenza di potenziale ai capi di una resistenza genera per forza un passaggio di corrente nella resistenza stessa). Questa corrente "libera" di circolare lungo la spira creatasi genera a sua volta un campo elettrico e un campo magnetico (campo elettrico e magnetico sono indissolubilmente legati tra loro) che a loro volta possono introdurre disturbi nelle apparecchiature.
In secondo luogo una spira (anelo chiuso) si comporta come un'antenna, captando e tutti i possibili disturbi elettromagnetici presenti nell'ambiente circostante (trasmissione radio, segnale GSM, disturbi elettromagnetici irradiati da altre apparecchiature come la rete elettrica a 50Hz, l'arco voltaico all'interno della lampada a scarica del proiettore e/o delle lampade al neon, i disturbi degli alimentatori switching...) inserendoli nel circuito. In questo caso un disturbo irradiato (cioè che si propaga in aria) viene accoppiato al circuito diventando un disturbo condotto (cioè che si propaga per conduzione elettrica lungo i cavi).

Abbiamo quindi capito che per limitare l'accoppiamento di disturbi indesiderati bisogna evitare la formazione di spire.
All'interno delle apparecchiature commerciali il problema non si pone: tutti i costruttori sono attenti a connettere mAssa e potenziale di terra in un unico punto. Semmai bisogna prestare molta attenzione a questo dettaglio quando si apportano modifiche ad apparecchi esistenti o quando si "accrocchiano" dispositivi fatti in casa, magari inserendoli in un contenitore metallico perché “ci hanno detto” o “abbiamo letto” che questo schema dai disturbi esterni.
Il problema può semmai sorgere quando parti diverse e distanti di un impianto audio sono alimentate, e messe a terra in punti diversi. Questo può accadere ad esempio quando montando un impianto in un cinema o un teatro, si alimentano i finali di potenza dal palco, mentre la sorgente audio (cp o mixer) è alimentata dalla cabina di proiezione (o regia) posta a fondo sala. In questo modo si crea un GROUND LOOP (anello di massa) che altro non è che una enorme spira. Infatti collegando i cavi di segnale dal cp (o mixer) ai finali, si crea un percorso chiuso di conduttori (linea tratteggiata nella figura sottostante): telaio del mixer collegato alla mEssa a Terra, mAssa del mixer (o cp) collegata al telaio ( e quindi a terra), mAssa del mixer collegata alla mAssa dei finali attraverso la calza del cavo di segnale, mAssa dei finali collegata al telaio dei finali, telaio dei finali collegato alla mEssa a Terra, mEssa a terra dei finali ricollegata alla mEssa a terra del mixer tramite decine o centinaia di metri di cavo giallo/verde dell’impianto elettrico del cinema che “prima o poi” affluiranno tutti alla sbarra di rame che funge da collettore della mEssa a terra.

Ground Loop.gif
Ground Loop.gif (13.27 KiB) Visto 10103 volte


Purtroppo l'accoppiamento di disturbi indesiderati è proporzionale all'area della spira (spira grande = grande capacità di accoppiamento soprattutto alle basse frequenza, che poi sono quelle che rientrano nello spettro audio udibile).

Per ovviare a questo inconveniente sarebbe consigliabile alimentare l’intero impianto da un unica
presa, ma siccome questo non è quasi mai possibile si può ricorrere ad appositi disaccoppia tori di segnale, il cui funzionamento si basa sull’utilizzo di trasformatori di isolamento. In alternativa molti amplificatori professionali presentano l’opzione “Ground Lift”: si tratta di un interruttore che scollega la calza della cavo di segnale (cioè la mAssa) dalla terra dell’apparecchio, aprendo la spira. Il suo utilizzo è “banale”: si fanno semplicemente diverse prove spostando l’interruttore per vedere in quale posizione il rumore è ridotto al minimo.

NB: Qualcuno potrebbe pensare che la cosa migliore per spezzare un anello di massa sia rimuovere la messa a terra dalla regia o dal palco: ASSOLUTAMENTE DA NON FARE!!!!! Per ipotesi pensiamo a cosa succederebbe scollegando la mEssa a terra dai finali: questi riceverebbero la mEssa a terra solo attraverso la calza del cavo di segnale (cioè il conduttore di mAssa) proveniente dal cp, ma tale cavo non ha una sezione adatta a scaricare a terra eventuali correnti disperse (provate a confrontare la calza di un cavo “microfonico” e il filo giallo-verde della terra in un cavo per l’allacciamento alla rete elettrica…). In caso di corto circuito verso terra del finale (la fase che per esempio si scollega dal morsetto e si appoggia alla carcassa metallica dell’amplificatore) si rischia non solo di danneggiare gli apparecchi collegati ma anche di rimanere folgorati! Infatti nel brevissimo (si spera…) lasso di tempo tra il corto circuito verso terra e l’intervento dell’interruttore differenziale nel quadro elettrico, tutta la corrente fluisce dal finale in corto lungo il conduttore di mAssa (calza del cavo microfonico), raggiungerà il cp e tutto ciò che vi è collegato e finalmente si scaricherà a terra… nel caso migliore… Nel frattempo in TUTTI gli apparecchi collegati il potenziale di mAssa anziché essere a quello di terra (0Volt) si sarà portato a quello della fase in corto (230Volt) …


Aspetto commenti soprattutto da moderatori e amministratore: come potete vedere dai miei interventi non sono molto ferrato in materia “video”, ma me la cavo meglio con audio e alimentazione elettrica! Se l’articolo piace e va bene mi piacerebbe anche parlare di altre cosette tipo connessioni audio bilanciate/sbilanciate e altri “sassolini” che ho nella scarpa: quanti di voi accendono i finali, il cp, il monitor ecc uno a uno attraverso i loro interruttori e quanti invece lasciano sempre tutti gli interruttori su “on” accendendo e spegnendo l’intero rack dall’interruttore magneto-termico sul quadro?


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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda Antonio Marcheselli » mar feb 23, 2010 3:36 pm

assolutamente uno per uno, prima CP ed elettroniche, poi ampli, anche se la QSC avrebbe progettato i DCA apposta per essere accesi e spenti dal DCM.

Dopo leggo meglio la discussione, per ora la approvo. Poi levo la necessita' di approvare ogni singola risposta, che non serve a nulla
Ciao
A
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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda vipao » mar feb 23, 2010 4:11 pm

Su di te, Antonio, non avevo dubbi che accendessi pezzo per pezzo e nella corretta sequenza... :ok: ma per la legged ei grandi numeri dovrebbe esserci anchi qui qualcuno che alimenta tutto il rack dal magneto-termico del quadro! :wowo!!:
Paolo

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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda Antonio Marcheselli » mar feb 23, 2010 10:51 pm

Anche a casa mia lo facevo! Del resto la motivazione è banale.

Grazie per il messaggio. La mia conoscenza elettronica è limitata ma negli anni mi avevano chiarito il concetto di massa e quindi di potenziale riferito ad un riferimento e non come valore assoluto. Fai bene anche a precisare il discorso della messa a terra che va sempre mantenuta, in quanto essenziale per la sicurezza.

Domanda banale. Te dici che nella progettazione di un circuito si sta attenti appunto a collegare a massa in un punto unico. Non riesco bene a visualizzare il concetto. Ipotizziamo quello che hai disegnato te e ipotizziamo che venga collegato alla stessa spina. Non ci sarebbe comunque un anello di massa dalla spina-processore-amplificatore-spina? Cosa mi cambia tra la configurazione palina-spina-processore-amplificatore-spina-palina? Solo la dimensione?

Ho presente il ground lift di alcuni amplificatori. Che vantaggio comporta collegare la calza ad entrambi i lati? Se scollegare la calza comporta solo benefici, perché la si collega da entrambe le parti?

Perdona le domande da ignorantone!

PS. per ora ho levato la moderazione al forum.
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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda vipao » mer feb 24, 2010 8:47 am

Antonio Marcheselli ha scritto:Ipotizziamo quello che hai disegnato te e ipotizziamo che venga collegato alla stessa spina. Non ci sarebbe comunque un anello di massa dalla spina-processore-amplificatore-spina? Cosa mi cambia tra la configurazione palina-spina-processore-amplificatore-spina-palina? Solo la dimensione?

Esattamente! Cambia solo la dimensione della spira che si crea! Che però non è poco: prendendo la messa a terra tra due prese distanti decine di metri, quasi sicuramente queste saranno alimentate da linee elettriche diverse che si dipartono dal quadro elettrico principale ed è facilissimo che la spira assuma dimensioni incontrollate (anche centinaia di metri se l'edificio è grande). Se invece alimenti le apparecchiature tutte dalla stessa spina (o dallo stesso quadro di distribuzione) i cavi gialli/verdi della messa a terra saranno tutti raggruppati assieme nel quadro stesso, riducendo notevolmente l'erea della spira!
Aggiungo anche che se l'impianto è vecchio e realizzto male, non è detto che prendendo la messa a terra da spine diverse queste confluiscano in un unico colletore di terra: c'è la possibilità che appartengano a due circuiti di dispersione di terra completamente diversi e separati perchè magari realizzati in anni diversi (soprattutto quando si ristruttura a "pezzi" e si va al risparmio). In questo caso non si è nemmeno sicuri della equipontezialità del collegamento di terra! Ovvero tra una messa a terra e un'altra distante ci possono essere anche una decina di volt di differenza: a questo punto collegando le apprecchiature come nello schema che ho postato si instaura una corrente che circola tra i due collegamenti di terra e quindi sui collegamenti di massa introducendo fortissimi disturbi. Ti dirò di più: in caso ci siano due impianti di terra distinti, uno potebbe essere più vecchio e malconcio e offrire una resistenza alla dispersione più alta rispetto all'impiano nuovo fatto magari con cavi di sezione maggiore e con paline e morsetti nuovi. In questo caso se l'apparecchiatura connessa all'impianto di terra vecchio andasse in corto, la correte dispersa cercherebbe il percorso a minor resistenza per scaricarsia terra. Questo significa che anzichè "infilarsi" nel cavo giallo verde dell'apparecchio in corto (colegato all'impiano di terra più vecchio e con maggiore resistenza) percorrerà tutte le mase dei cavi di segnale per andare a disperdersi nella terra dell'apparecchio collegato ai dispersori più efficenti che offrono minore resistenza!

Antonio Marcheselli ha scritto:Ho presente il ground lift di alcuni amplificatori. Che vantaggio comporta collegare la calza ad entrambi i lati? Se scollegare la calza comporta solo benefici, perché la si collega da entrambe le parti?

Credo dipenda dal fatto che chi produce le apparecchiature non può sapere a priori come poi tu le collegherai e le userai! E' vero che si potrebbe ad esempio decidere che solo le sorgenti hanno massa e terra colelgate assieme e gli ampli mai, così si sarebbe sicuri di non crere una spira! Ma poi mi viene in mente che gli apparecchi dotati di doppio isolamento eletrico della cercassa per legge non hanno il contato di terra (pensa per esempio a tutti i lettori cd/dvd decoder, mixerini economici) che hanno DI SERIE la spina civile da 10A stampata in plastica senza il collegamento di terra! Se usi come sorgente uno di questi e anche l'ampli non avesse la calza colegata a terra, la massa risulterebbe flottante (scolelgata da tutto): che riferiemnto sarebbe? la sua tensione ballerebbe anche solo respirandoci sopra!

Spero di ver effettivamente risposto alle tue domande...

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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda Antonio Marcheselli » mer feb 24, 2010 9:30 am

Sì credo di sì,. grazie.

Per esperienza, tra neutro e messa a terra a casa mia avevo 60V... :(
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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda vipao » mer feb 24, 2010 9:47 am

Antonio Marcheselli ha scritto:Per esperienza, tra neutro e messa a terra a casa mia avevo 60V... :(


Bhè dai non ti affliggere! non è proprio il massimo ma capita!
Considera due cose: si assume che il potenziale di terra sia equipotenziale appunto, ma in realtà la terra su cui camminiamo non è affatto una sfera di rame!
Il neutro è "creato" in cabina "enel" collegando il centro stella del trasformatore a una palina piantata a terra.
Quindi se tutta la terra fosse equipotenziale la terra in cabina (che arriva a casa tua sotto forma di neutro) avrebbe lo stesso potenziale della palina di terra che hai in giardino... Ma siccome la terra NON è equipotenziale, tra la tua palina in giardino e quella in cabina (distanti magari qualche chilometro) ci posono anche essere 100V! Ecco perchè chi ha la cabina enel "privata" con i trasformatori di media tensione (grosse aziende, ospedali, centri commerciali, credo i multisala...) collega neutro e terra insieme in cabina, per garantirsi l'equipotenzialità tra terra e neutro!

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Re: mAssa, mEssa a terra e Ground Loop

Messaggioda Antonio Marcheselli » mer feb 24, 2010 12:15 pm

Interessante. Un amico ingegnere tentava di spiegarmelo ma sai come funziona con gli ingegneri, se non la fanno complicata... :D
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