Norma CEI 11-37 Guida per l’esecuzione degli impianti di terra di stabilimenti industriali per sistemi di I, II e III categoria.

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1 Norma CEI 11-37 Guida per l’esecuzione degli impianti di terra di stabilimenti industriali per sistemi di I, II e III categoria

2 Oggetto della Norma La guida riguarda gli impianti di terra di stabilimenti industriali nei quali siano presenti impianti elettrici di I categoria (B.T.) ; II categoria (M.T.) e III categoria (A.T.) I e II categoria (B.T. ed M.T.) solo I categoria (B.T.)

3 Scopo della Norma Dare indicazioni al progettista o all’installatore per: dimensionare le varie parti dell’impianto costruire l’impianto eseguire le misurazioni necessarie

4 Finalità dell’impianto di terra
Vincolare il potenziale di determinati punti (centro stella) dei sistemi elettrici Disperdere nel terreno correnti sia in regime normale che perturbato, senza danni Assicurare che quanto sopra si effettui in sicurezza senza pericolo di folgorazione Disperdere nel terreno le correnti dell’impianto parafulmine

5 Tensione di terra E’ il prodotto della corrente dispersa per la resistenza di terra E’ perciò la tensione che l’impianto di terra, con tutte le masse ad esso collegate, assume verso il terreno considerato a distanza infinita (cioè a potenziale zero)

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8 Tensione di contatto E’ la differenza di potenziale fra la parte metallica di un’apparecchiatura, messa in tensione per guasto, ed il terreno su cui è un operatore che tocchi accidentalmente la massa E’ convenzionalmente la tensione mano-piedi, con i piedi distanti 1 m. dalla verticale della massa

9 Tensione di passo Differenza di potenziale fra due punti del terreno posti alla distanza di un passo convenzionale ( 1 m. ) Corrisponde alla d.d.p. fra due linee equipotenziali affioranti nel terreno nei due punti considerati

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11 Considerazioni sulla figura
Per la tensione di contatto, l’uomo corto circuita 1 m. di terreno Se la sua resistenza fosse zero, ai suoi piedi si avrebbe lo stesso potenziale della massa in dispersione. Poiché la sua resistenza non è nulla, la sua presenza si risolve in un avvicinamento del potenziale del terreno a quello della massa. Il suo contatto provoca un rialzo della curva del potenziale La resistenza totale dell’uomo si compone della sua resistenza interna ( convenzionalmente Rc= W) in serie con quella tra piedi e terreno detta Rtp. Essendo i due piedi in parallelo la resistenza complessiva vale Rtp/2

12 Considerazioni sulla figura
Per la tensione di passo, considerare lo spostamento radiale rispetto alla massa. La presenza dell’uomo corto circuita il tratto di terreno compreso fra i suoi piedi, provocando una riduzione della d.d.p. sulla superficie del terreno fra questi due punti. Ciò si traduce in un abbassamento della curva del potenziale per il piede più vicino ed in un innalzamento per quello più lontano. Contrariamente al caso della tensione di contatto, in questo caso i due piedi sono fra loro in serie, quindi la resistenza terreno-piede è pari a 2 Rtp, cioè 4 volte maggiore che per la tensione di contatto. Ciò vuol dire che un impianto adeguato nei riguardi della tensione di contatto lo è maggiormente nei riguardi della tensione di passo.

13 Schemi elettrici corrispondenti
U C C R U TP U CO U T T R R U R U R TP TP R PO C P T T R TP Schema per tensione di contatto U Schema per tensione di passo U C P

14 Norma CEI in funzione del tempo di eliminazione del guasto fornisce valore della tensione totale di terra (da non superare del 20%) Tempo in sec Tensione in V > 0, 0, 0, 0,5 e minori

15 Effetti della corrente sul corpo
Per maggiori dettagli: Rapporto IEC (1984) Rapporto IEC (1987) Tradotti nella pubblicazione CEI fascicolo 1335 P (1990)

16 Rilevanza della tensione di terra
Nei sistemi elettrici con neutro a terra (A.T.) la corrente di guasto monofase a terra può raggiungere valori dei kA, ad es. 10 kA conseguentemente anche la tensione di terra raggiunge valori elevati. Ad es. con R=0,5 W la tensione di terra risulta: UT = IT x RT = x 0,5 = V

17 Rilevanza delle tensioni di contatto e passo
Anche con un valore della tensione di terra così elevato, si possono limitare le tensioni di contatto e passo, le quali, come si vede dallo schema elettrico di pag. 13 sono sempre una frazione, comunque limitata, della tensione totale di terra. Se la Tensione di terra non supera del 20% i limiti ammessi per UC, queste sono rispettate in ogni punto dell’impianto

18 Possibilità di un esonero con limite dell’80%
Con sistema di terra avente perimetro inferiore a 100 m. e comprendente al suo interno tutte le masse, l’esonero dalla verifica di Uc si può portare all’80% (invece del 20%) Ciò potrebbe essere vero anche con impianti di maggiore estensione ma non se ne ha la matematica certezza

19 Protezione contro le scariche atmosferiche
L’impianto di terra che serve anche per le scariche atmosferiche deve soddisfare anche tutte le prescrizioni della Norma CEI 81-1

20 Drenaggio di cariche elettrostatiche
Le strutture che possono essere sede di cariche elettrostatiche (possibilità di innesco di miscela esplosiva in ambienti a pericolo di esplosione) devono essere collegate al dispersore generale.

21 Definizione delle correnti
Corrente di guasto IG è la massima corrente di guasto monofase a terra del sistema elettrico Corrente di terra IT è la quota parte della corrente di guasto IG che l’impianto disperde nel terreno

22 Alimentazione in b.t. Sono regolati dalla Norma CEI 64-8
Agli impianti per applicazioni residenziali e terziarie è dedicata la Guida CEI 64-12

23 Impaianti con propria cabina o sottostazione
Possono essere alimentati in MT e distribuzione bt in MT con trasformazione MT/MT1, distribuzione in MT o MT1, con cabine MT/bt ovvero MT1/bt e successiva distribuzione bt in AT con trasformazione AT/MT e successiva distribuzione secondo i criteri precedenti

24 Alimentazione in MT Generalmente a 8,4; 15 o 20 kV gestite con neutro isolato Il circuito di guasto può chiudersi solo attraverso le capacità verso terra della rete (completa) vedi fig. pag. successiva Ig è data dall’ENEL, altrimenti Ig=U(0,003 L1 + 0,2 L2)

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26 Nei sistemi con neutro isolato
Ig dipende dalla estensione della rete Ig non dipende dal punto di guasto, ma è la stessa sia che il guasto avvenga vicino al trasformatore di alimentazione sia ai morsetti dell’utente Ig è generalmente modesta da poche decine di A per linee aeree, a qualche centinaio per linee in cavo

27 Se manca l’apertura automatica
Può verificarsi il doppio guasto a terra Se i due guasti sono vicini la corrente Ig può diventare quella del corto circuito fra due fasi assieme a terra ( corto circuito bifase) In questo caso Ig = ( /2). Icc

28 Alimentazione in AT Nei sistemi AT il neutro è efficacemente a terra
Ig è pari alla corrente di corto circuito monofase a terra Dipende solo da potenza di alimentazione impedenza del circuito di guasto non dipende dall’estensione della rete

29 Calcolo delle correnti di guasto
Può venire eseguito secondo la guida CEI 11-25

30 Percorso e alimentazione di Ig
Con ogni tipo di alimentazione non tutta la corrente di guasto viene dispersa nel dispersore Solo la It ( che transita nel dispersore ) è determinante per il calcolo delle tensioni di contatto

31 Stabilimento alimentato da sorgente esterna

32 Stabilimento alimentato da sorgente interna

33 Stabilimento con sorgente esterna (guasto interno)

34 Stabilimento con sorgente esterna (guasto esterno allo stabilimento)

35 Guasto fuori dello stabilimento
Le due sorgenti sono in parallelo la IT2 che attraversa il dispersore dello stabilimento può essere superiore alla IT della figura a pag 33, se è preminente il contributo dell’autoproduzione L’impianto di terra deve essere dimensionato per la massima corrente in gioco

36 Circuiti di ritorno Quando non interessano il terreno Funi di guardia
Guaine metalliche dei cavi ( se a terra alle due estremità) Il dispersore stesso quando non disperde (Vedi figura pag 32)

37 Funzioni delle funi e delle guaine
Drenare una notevole quantità della corrente di guasto ( vale per le funi e le guaine di cavi che alimentano il guasto) Presentarsi come dispersore ausiliario in parallelo al dispersore dello stabilimento (vale per tutte le funi e le guaine anche se fuori tensione purché collegate a terra - vedi figura pag )

38 Fattore di riduzione Si definisce fattore di riduzione ri il rapporto fra la corrente di terra ITi (cioè quella che interessa il dispersore) e la corrente di guasto monofase a terra ( pari a 3 I0 ) fornita dalla linea stessa ri = ITi / 3 I0 dove I0 deriva dal calcolo della corrente di guasto consigliato dalla Norma CEI In sostanza 3 I0 = IG

39 Linea con funi di guardia
Il fattore di riduzione dipende dal materiale delle funi dalla loro impedenza omopolare dalle distanze fra funi di guardia e conduttori di fase dalla resistenza dei dispersori dei sostegni di linea dalla resistività del terreno

40 Valore del fattore r dalla pubblicazione IEC 909-3
Con buona approssimazione, per funi di guardia singole si ha: fune in acciaio zincato r = 0,95 fune in alumoweld r = 0,85 fune in copperweld r = 0,70 NOTA: minore è r minore è la corrente IT

41 Abaco di esempio (copperweld)

42 Abaco di esempio Abachi di esempio simili a quello della pagina precedente esistono per i casi di fune di guardia in acciaio zincato una o due funi alumoweld

43 Valori per il fattore r per cavi in AT in olio fluido o isolamento solido e sezioni da 150 a 1000 mmq r = 0,25 - 0,30 per cavi fino a 20 kV in carta Cu 95 mmq. e guaina in piombo r=0,2-0,6 Al 95 mmq e guaina in Al r=0,2-0,3 per cavi isolati in XLPE Cu 95 mmq schermo Cu 16 mmq r=0,5-0,6 NOTA L’effetto drenante dei cavi è maggiore

44 Corrente di terra ridotta
Guasto alimentato da una linea: IT = r . IG = r . 3 I0 Guasto alimentato da 2 linee di caratteristiche r1 ed r2 IT = r1 . 3 I01 + r2 . 3 I02

45 Corrente nella fune di guardia
per guasto alimentato da una linea IW = IG - IT = (1 - r) . 3 I0 per guasto alimentato da due linee IW 1 = (1 - r1) . 3 I01 ; IW 2 = (1 - r2) . 3 I02

46 Funzione come dispersore ausiliario
la funzione deriva dal fatto che la successione di celle in cascata formate dalla campata di una fune di guardia e dai dispersori di terra dei sostegni di linea costituisce un circuito disperdente in parallelo al dispersore principale dello stabilimento l’impedenza complessiva va in parallelo a quella del dispersore

47 Impedenza d’ingresso Zp

48 Valore di Zp ZW ZP = (1/2) ZW + ZW . RS + 4 ZP = (1/2) ZW + ZW . RS
Con riferimento alla figura della pagina precedente: ZW 2 ZP = (1/2) ZW + ZW . RS + 4 la quale poiché ZW è molto minore di Rs si riduce a: ZP = (1/2) ZW + ZW . RS formule per calcolare ZW e ZP nella pubblicazione IEC909-3

49 Alcuni valori di ZP in modulo e fase per funi singole

50 IG = 3 . I0 + ITR IT = r ( IG - ITR )
Lo schema della distribuzione della corrente di guasto in uno stabilimento alimentato in entre- esce in AT, con rete con neutro a terra, con autoproduzione locale ( ovvero con trasformatore con neutro messo a terra in stazione) si presenta come nella figura della pagina successiva. La corrente di guasto monofase a terra risulta: IG = 3 . I0 + ITR La corrente che interessa tutti i dispersori vale: IT = r ( IG - ITR )

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53 La resistenza di terra della stazione con i dispersori di guardia
collegati vale: 1 ZT = 1 1 +n RT ZP La tensione di terra è UT = IT . ZT La corrente iniettata a terra dal solo dispersore di stabilimento è IRT = IT ( ZT / RT ) Questa corrente va presa nella determinazione delle tensioni di contatto e passo

54 Rete interna in MT Rete a neutro isolato
Rete con neutro a terra attraverso impedenza

55 Rete con neutro isolato
Comportamento diverso con sorgente solo esterna sorgente solo interna (poco frequente) combinazione di 2 casi

56 Schema semplificato con distribuzione MT intermedia e BT
20 kV 6 kV Utenze bt Utenze MT

57 Sorgente esterna e rete interna
Se non è prevista l'interruzione al primo guasto, conduttore di terra dimensionato per il doppio guasto a terra Non ci sono conseguenze per tensioni di passo e contatto Schema a pagina seguente

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59 Sorgente esterna con autoproduzione interna (fra loro in parallelo)
Dispersore dimensionato per la corrente capacitiva di ritorno della rete MT del distributore La corrente dell'autoproduzione si chiude tutta tramite conduttori metallici Per l’esercizio in parallelo prendere accordi con il distributore pubblico

60 Rete con neutro a terra tramite impedenza
Resistenza di basso valore riduce la corrente di guasto dal valore della corrente nominale del trafo ad alcune centinaia di A Resistenza di alto valore riduce la corrente di guasto a alcune decine di A o meno

61 Con resistenza di basso valore
il potenziale del sistema risulta saldamente ancorato a terra e' ridotto al minimo il pericolo di sovratensioni transitorie sono più elevate le correnti sono maggiori le possibilità di danno per guasto a terra

62 Con resistenza di alto valore
sono minori le correnti minori i pericoli per corrente di guasto in macchine, trafo e quadri il sistema è sede di sovratensioni di varia origine

63 Caratteristiche dei relè di protezione
di tipo direzionale (poiché la corrente di guasto è indipendente dal punto di guasto) devono distinguere la componente capacitiva e quella attiva (questa passa nella Resistenza) con bassi valori della IG servono di tipo toroidale

64 Valore di IG 3 UN IG = Z1 + Z2 + Z0 + 3 ZG UN IG = 3 ZG
Con qualunque valore della resistenza di messa a terra la corrente di guasto monofase a terra vale: 3 UN IG = Z1 + Z2 + Z ZG dove UN = tensione nominale della rete ZG = reattanza nominale di messa a terra delle rete MT poiché le impedenze diretta, inversa ed omopolare sono << ZG UN IG = 3 ZG ad esempio una rete a 6 kV con resistenza sul neutro di 40 ohm avrebbe una corrente di guasto di circa 86 A

65 Neutro e masse MT collegate ad unica rete di terra
6 kV massa in MT ZG la corrente di guasto non transita per il terreno

66 Neutro e masse collegate a terre distanti anche se interconnesse
6kV massa in MT ZG IG a b Zi caduta di tensione fra terra a e b UT = IG . Zi

67 Tensioni di contatto e passo
dalla formula precedente UT = IG . Zi se inferiore ai limiti previsti dalla norma CEI 11.8 aumentati del 20% o eventulamente dell’80% non occorre fare la verifica altrimenti la verifica è necessaria

68 Valore di Zi per rame in tubo non ferromagnetico
2 m0 1 d Zi = Ri + w 2 2 2 ( ) . L + ln 2p 4 r dove Ri = resistenza del conduttore in W. r = raggio della sezione del conduttore in m. d = distanza fra fase e protezione in m. L = lunghezza del conduttore in m. m0 = permeabilità dell’aria = 4p.10 H/m. -7

69 Schema equivalente del circuito di guasto
ZG Zi Zi A B IT = IG Zi+RA+RB IG-IT IT RA RB

70 Considerazioni su IT Se il collegamento di impedenza Zi non è isolato, disperde a sua volta, ma il calcolo resta anche se cautelativo Se gli impianti satelliti fossero più d’uno lo schema si avvicina sempre più a quello di terra generale unica.

71 Collegamento del neutro della BT all'impianto generale di terra delle installazioni alimentate in MT o AT Si può avere impianto unico separato

72 Sistema TN-S impianto cabina 1 2 3 N PE

73 Sistema TN-C impianto cabina 1 2 3 PEN

74 Dispersore unico I due schemi precedenti sono equivalenti
Per guasto su BT la terra deve soddisfare CEI 64-8 Per guasto su MT o AT la terra deve soddisfare CEI 11-8 ( con estensione delle misure di contatto e di passo a tutto lo stabilimento se non soddisfa il valore di RT) NOTA: il PEN è vietato da 64-2

75 Impianti separati sistema TT
impianto cabina 1 2 3 N PE VT < 250 V

76 Impianti separati - Sistema TN
impianto cabina 1 2 3 N PE VT > 250 V

77 Con terre separate La tensione di terra si ritrova nello stabilimento come sopraelevazione di tensione fra il neutro e le masse E’ consentito ( Norma CEI 11-8) la messa a terra del neutro in cabina AT/MT (sistema TT pag 75) solo se la tensione totale di terra è inferiore a 250 V Altrimenti occorre terra del neutro vicino all’impianto ( sistema TN pag. 76)

78 Perché 250 V? Tensione totale di terra = 250 V
Tensione fra fase e terra circa 250 V Sommate danno 500 V Con fattore di sicurezza 2 si arriva a 1.000V Questa è la tenuta di isolamento che ci si può aspettare in impianti vecchi inizialmente provati a V

79 Con tensione maggiore di 250 V
in tale caso occorre verificare che l'avvolgimento del trafo e tutti i componenti della BT nella cabina soddisfino la: Up > Ut + Uo dove Up tensione di prova verso terra della b.t. (Isolamento) per 1’ a 50 Hz Ut tensione di terra della cabina Uo tensione nominale verso terra della BT

80 Con dispersori separati
Attenzione a elementi che possono collegare le terre quali: Binari Tubazioni Recinzioni Passerelle Cavi ( schermati o armati)

81 Quando la terra separata
Con cabina alimentata in MT ( valore della IG limitato con neutro isolato) la terra separata non si giustifica se non in casi particolari Con cabina alimentata in AT ( neutro a terra ed elevate IG) il problema si presenta in maniera perentoria

82 Terre separate UT>250V Sistema TT
1 2 3 N 5D>=40m

83 UT > 250V Il neutro del trafo va portato a terra fuori dell’ambito della terra di AT/MT ( 5 volte la dimensione dell’impianto con minimo di 40m.) Evitare che linee BT escano direttamente dalla cabina, o interporre trafo rapporto 1:1 Deve valere sempre UP>UT+U0+500 O va maggiorato l'isolamento di tutto il carico esterno alimentato da quella linea

84 Conseguenze del neutro messo a terra all’esterno
Ogni volta che il neutro dei trafo è messo a terra all’esterno della stazione o dello stabilimento; la rete deve avere un isolamento che soddisfi: UP > UT + U Perché le masse sono a terra su terra locale, il neutro invece è a potenziale 0

85 Tensioni trasferite all'esterno dell'impianto di terra
possono essere determinate da funi di guardia guaine metalliche masse estranee

86 Provvedimenti per evitare tensioni di contatto pericolose a causa di tensioni trasferite:
Interruzione della continuità metallica Aumento della resistività superficiale Controllo del gradiente sulla superficie per mezzo di griglia supplementare Segregazione della zona pericolosa

87 Interruzione della continuità metallica
Riguarda le masse estranee (tubazioni) sostituire le flange con flange isolate su tubi esterni sostituire tratti di tubi isolati in interrato una o più volte per tratte di 10 m. isolare i tubi ( anche all’interno per evitare conduttività del fluido)

88 Interruzione della continuità metallica
riguarda anche i binari linea non elettrica: si può isolare un tratto di binario della lunghezza massima di un treno linea elettrica: prendere accordi con il gestore

89 Aumento della resistività superficiale estensione della zona isolata: almeno a distanza di 1,25 m dalla massa strato di pietrisco di 10 cm strato di asfalto di 5 cm strato di gomma o plastica di 2,5 mm pedana isolante

90 Controllo del gradiente
maglia alla profondità di 0,50 m. ed estendentesi per 1 m. oltre il perimetro della massa griglia da connettere al dispersore se la massa è interna al perimetro del dispositivo griglia da non connettere al dispersore se la massa è esterna al perimetro del dispositivo

91 Segregazione protezione della zona con barriere o parapetti distanti almeno 1,25 m dalle masse barriere munite di cartelli monitori accesso consentito solo a personale addestrato

92 Tensioni trasferite da funi di guardia
contribuiscono ad abbassare la corrente di terra ma possono determinare tensioni di contatto pericolose in corrispondenza dei primi pali della linea aerea la verifica della tensione di contatto Uc va estesa anche ai primi pali nel caso sia maggiore di quella ammessa adottare uno dei provvedimenti di pag. 89

93 Tensioni trasferite da guaine metalliche
quando collegate a terra da ambo le parti, verificare che il guasto in una delle due cabine non produca tensioni di contatto superiori ai valori ammessi nell'altra la guaina si comporta come un collegamento isolato (vedi pagina 66 e 69)

94 Guaine metalliche interrotte
(causa protezione catodica, vengono interrotte al limite dell'impianto di terra) i pozzetti dell'interruzione avranno propria messa a terra separata, le guaine interrotte saranno ivi protette adeguatamente : una messa a terra, l'altra isolata per la tensione di terra della corrispondente cabina attenzione alla sicurezza del personale durante lavori di manutenzione

95 Masse estranee (recinzioni metalliche)
punti critici possibili alla periferia della maglia di terra su recinzioni porte metalliche delle cabine in muratura cancelli

96 Raccomandazioni per cabina, stazioni o impianti all'aperto
recinzioni esterne in materiale non conduttore controllo del gradiente con un conduttore interrato a 0,5 m e 1 metro di distanza, lungo tutta la recinzione ad esso connessa, con collegamento opzionale alla terra locale se vicina: sì altrimenti no; evitare continuità metallica dei pannelli della recinzione isolamento superficiale lungo tutta la zona della recinzione

97 Cancello esterno: Se nell'ambito della terra locale, con recinzione collegata a detta terra, è sufficiente proteggere la zona di ingresso con isolamento maggiorato (asfalto) Se lontano dalla terra locale ed alimentato elettricamente, può essere necessario un trafo di isolamento sull'alimentazione

98 Cancello nell’ambito della terra locale

99 Cancello esterno alla terra di stazione

100 Recinzioni interne alla rete di terra principale
possono non essere messe a terra se non supportano componenti elettrici altrimenti vanno considerate come tutte le altre masse

101 Interferenze fra impianto di terra e strutture metalliche esterne
Interessano strutture metalliche ad andamento longitudinale transitanti in prossimità dell'impianto di terra

102 Tubazioni quando attraversano la zona di terreno che viene messa in tensione dal dispersore in caso di guasto a terra, essendo esse supposte di lunghezza infinita ed a potenziale zero, fra loro ed il terreno si crea una differenza di potenziale, e quindi una tensione di contatto che potrebbe risultare pericolosa In tale caso occorre ricorrere a giunti isolanti d'accordo con il gestore dell'impianto

103 Binari Non si può interrompere la continuità metallica con treno elettrico, peraltro basta l'asfaltatura in occasione dei passaggi a livello, e la massicciata lungi i binari

104 Recinzioni o ringhiere estranee all'impianto
Se poste in senso radiale alla terra si possono verificare i seguenti casi: sostegni interrati tutti nella zona di influenza sostegni che si estendono al di fuori della zona di influenza

105 Sostegni tutti nella zona di influenza

106 Sostegni interrati tutti nella zona di influenza
i paletti assumono lo stesso potenziale (intermedio) che si trasferisce per la continuità metallica sull'ultimo paletto che può dare luogo a pericolose tensioni di contatto

107 Sostegni parzialmente nella zona di influenza

108 Sostegni che si estendono al di fuori della zona di influenza e quindi a potenziale 0
Dalla figura si vede che il primo paletto ( a potenziale circa 0 per la sua appartenenza alla recinzione) è soggetto, quando il terreno in caso di guasto disperde, ad una ddp pari quasi alla tensione totale di terra

109 Proprietà diverse. ( distributore pubblico)
I rapporti sono regolati da accordi fra le parti il D.P. generalmente impone le sue condizioni il D.P. deve comunicare corrente di guasto e tempo di intervento (MT) Il cliente resta esclusivo proprietario e responsabile della sua rete di terra

110 Fine della II giornata Arrivederci al 22 maggio
Grazie dell’attenzione