PROTEGGERE IL TUO IMPIANTO

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Le sovratensioni rappresentano la principale causa

di guasto dei dispositivi elettronici e d’interruzione

dell’attività produttiva. Le sovratensioni piu pericolose

sono causate da fulminazioni, da manovre elettriche

sulla rete di distribuzione e da interferenze parassite.

Origine delle sovratensioni

Scariche atmosferiche

Le scariche atmosferiche sono un fenomeno naturale

di grande portata. I fulmini rilasciano una potenza

che puo raggiungere diverse centinaia di gigawatt

e possono avere un effetto distruttivo o perturbatore

su impianti elettrici situati a diversi chilometri di

distanza dal punto in cui si manifestano.

Perché proteggersi dalle sovratensioni?

Negli ultimi anni la protezione dalle sovratensioni sta diventando una necessita a causa

dell’utilizzo sempre più diffuso di componenti elettronici, come per esempio i Mosfet, molto

sensibili “per natura” alle sovratensioni.

In passato sugli impianti elettrici trovavamo prodotti elettromeccanici, quali: motori, trasformatori,

ecc. di per se piu resistenti a questi fenomeni impulsivi.

Non sono quindi aumentate le cause di guasto, ma le nostre abitazioni e le industrie si stanno

popolando di dispositivi piu sensibili tanto che, come vedremo, anche la Norma CEI 64/8 con

la variante 3 in vigore dal 1 settembre 2011 prevede l’installazione di SPD anche nel quadro

principale delle unita residenziali.

Gli SPD trovano rapida applicazione e diffusione, non perche rappresentano una novità

commerciale da proporre al mercato ma perche rispetto ad altri sistemi di protezione alle

sovratensioni, sono economici, possono essere aggiunti in un impianto preesistente, funzionano

perfettamente se scelti e installati correttamente.

Principi generali

Prima di affrontare il complesso discorso che regola gli aspetti impiantistici, la scelta, l’installazione

e l’applicazione degli SPD, conviene innanzitutto presentare le tipologie degli SPD esistenti, la

suddivisione in zone degli ambienti e il valore di tenuta all’impulso delle apparecchiature

elettroniche. Informazioni utili per comprendere meglio il mondo degli SPD.

A seconda del ruolo a cui sono chiamati rispondere, gli SPD, vengono definiti di Classe I, se

destinati a limitare sovratensioni a cui e associata tutta o una parte della corrente di fulmine, di

Classe II, se destinati a proteggere le apparecchiature da sovratensioni indotte, e di Classe III,

se svolgono un ruolo di finitura, imponendo una bassa “tensione residua” (livello di protezione)

Le sovratensioni

Le sovratensioni in un sistema elettrico possono essere endogene o esogene: le prime fanno

riferimento alle sovratensioni di manovra, sovratensioni che vivono normalmente nella rete

elettrica, e nascono durante il normale funzionamento dell’impianto. Le seconde, invece,

identificano le sovratensioni di origine atmosferica.

Fulminazione diretta e indiretta

della struttura
in prossimita della struttura
della linea elettrica
in prossimita della linea elettrica

tensione nominale

230/400 V

tensione nominale

sovratensione temporanea 230/400 V

Sovratensioni di manovra

Le sovratensioni di manovra nascono dal normale funzionamento delle linee elettriche, ad esempio

dalla manovra di interruttori (apertura o chiusura), sono causate da brusche variazioni di carico

(inserzione di grossi carichi), arresto o marcia di motori, o brusche variazioni sulla rete come i

cortocircuiti. L’andamento della sovratensione e oscillatorio smorzato, con transitori molto ripidi

la cui durata puo essere nell’ordine dei μs.

In questa categoria possiamo racchiudere le sovratensioni a frequenza industriale dovute a guasti

in cabina o lungo la linea. Dalle prime si differenziano per la durata, molto maggiore, e per la

frequenza: 50-60 Hz.

Sovratensioni di origine atmosferica

Le sovratensioni di origine atmosferica nascono quando scocca un fulmine durante un’attivita

temporalesca. Il fulmine scocca in seguito all’accumulo di cariche negative in corrispondenza

della nube e positive sulla terra, tra le quali si stabilisce un campo elettrico maggiore della

rigidita dielettrica dell’aria che permette la scarica. In genere in seguito al primo colpo di

fulmine, si verificano 3 o 4 scariche successive.

Le sovratensioni possono essere “condotte” quando i fulmini colpiscono direttamente una linea

elettrica, oppure “indotte” quando i fulmini cadono in prossimita di un edificio o di una linea.

Il campo elettrico generato dal fulmine, investendo i conduttori crea le sovratensioni dannose

per i dispositivi ad essi collegati.

Classe (di prova) I: a questa classe appartengono gli SPD che vengono provati dal costruttore

con un generatore di forma d’onda Questa forma d’onda e quella che viene usata

per simulare il primo colpo di fulmine e definisce le prestazioni dell’SPD in termini di corrente impulsiva

Gli SPD di Classe I, sono

obbligatori in edifici dotati di parafulmine.

Vengono installati nel quadro principale nel punto di allacciamento con la rete elettrica.

Classe II: Vengono installati nei quadri di distribuzione.

Classe III: appartengono a questa classe i dispositivi che svolgono un ruolo di rifinitura, il grosso

dell’energia e stato rimosso dagli SPD installati a monte. Gli SPD di Tipo 3 sono i piu veloci, ed

eliminano le sovratensioni residue.

Livello di immunità, tensione di tenuta e danno economico

Possiamo concludere dicendo che tutte le apparecchiature elettriche ed elettroniche sono

caratterizzate da un valore di tensione che indica il livello di immunità alle sovratensioni: fino

a quando la sovratensione e al di sotto del livello di immunità dell’apparecchiatura, non vi sono

problemi. Se la sovratensione supera di poco questo valore possono verificarsi dei malfunzionamenti

dell’apparecchiatura, per valori superiori o ripetitivi gli isolamenti dei componenti vengono

stressati riducendo la vita utile; con un livello di sovratensione molto alto, invece, si può verificare

un guasto permanente.

Spesso le sovratensioni possono essere di entità tale da non danneggiare immediatamente

l’apparecchiatura, quindi non ci accorgiamo della loro presenza. Le ripetute sovratensioni di

ampiezza modesta, vanno a compromettere la rigidita dielettrica degli isolamenti, ne riducono

la vita utile riducendo cosi la tensione di tenuta del dispositivo. Se la sovratensione e tale da

superare la tensione di tenuta dell’isolamento solido (stressato) si verifica il cedimento

dell’isolante e la rottura permanente del dispositivo.

Si immagini ora di avere un inverter collegato ad una linea, soggetto a continue sovratensioni,

di valore tale che non lo portano alla rottura ma ne stressano gli isolamenti. Decidiamo di

aggiungere in parallelo un altro inverter. Al primo temporale quello vecchio si guasta, quello

nuovo funziona ancora… Perche ? A causa delle ripetute sovratensioni l’isolante del primo

inverter si e indebolito, fino a permettere la rottura permanente dell’apparecchio non appena

l’impulso proveniente dalla rete ne ha determinato il cedimento. Il secondo, più nuovo, continua

a funzionare, in quanto il livello della sovratensione non era cosi elevato da guastarlo con un

solo colpo.

Concludiamo questa parte introduttiva considerando anche l’aspetto economico: dietro alla

rottura di un dispositivo, non vi e solo il costo della sua sostituzione, che spesso costituisce il

danno economico minore, ma bisogna considerare il danno economico causato dal disservizio.

Se per esempio si guasta il server di prenotazione di un’agenzia viaggi ho un danno causato

dal lavoro che non può essere svolto. Pensiamo ad un aeroporto! Dunque l’SPD e sempre

conveniente dal punto di vista economico.

Non dobbiamo certo dimenticare che una sovratensione puo determinare danni ben piu gravi,

come la morte di persone, l’incendio di edifici con la perdita di opere di valore o il fermo

macchina di una linea di montaggio, aspetti che non possono e non devono essere trascurati in

fase di progettazione di un impianto elettrico.