La protezione dalle sovratensioni

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Valutazione del rischio elettrico, conoscenza delle apparecchiature e delle tecnologie, inserimento corretto nell'impianto, software specifici…


La protezione dalle sovratensioni
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Nonostante l’ampia letteratura in proposito (norme Cei 81-1 e 81-4; guida Cei 81-8), il problema della protezione dalle sovratensioni è spesso trascurato; sono in molti a ritenere, erroneamente, che la fulminazione di un edificio sia evento piuttosto raro e, di conseguenza, non preoccupante.

Questo è parzialmente vero se si pensa a fulmini che colpiscono direttamente l’edificio anche se si deve considerare che la probabilità che l’edificio venga investito da una scarica diretta è proporzionale alle dimensioni dell’edificio stesso e dipende dalla sua ubicazione. Ad esempio, un grosso capannone industriale, proprio per le sue dimensioni, ha una buona probabilità di essere colpito e anche una villetta, seppur piccola, può avere la stessa probabilità se ad esempio si trova in aperta campagna o su di una collinetta.

Questo significa semplicemente che si deve sempre fare una valutazione del rischio di fulminazione proprio come indicato nelle pubblicazioni Cei; in particolare, le norme evidenziano quattro diverse tipologie di rischio: perdita di vite umane, perdita inaccettabile di servizio pubblico essenziale, perdita di patrimonio culturale insostituibile, perdita economica.

Le cause di danno sono essenzialmente due: fulminazione diretta ed indiretta.

Fulminazione diretta quando un fulmine colpisce direttamente l’edificio o la linea elettrica entrante, ed indiretta quando il fulmine cade in prossimità (anche qualche centinaio di metri) dall’edificio o dalla linea elettrica. Bisogna, infatti, tener presente che anche nel caso di fulminazione indiretta si possono avere ingenti danni economici ed a volte perfino rischi rilevanti per la vita di persone ed animali. Se si considera poi che la corrente di fulmine può arrivare a 200kA e che sul territorio italiano cadono mediamente dai due ai quattro fulmini l’anno per chilometro quadrato, si capisce chiaramente che si tratta di un problema tutt’altro che banale.

Un altro fattore di generazione di sovratensioni, purtroppo quasi sempre trascurato, è rappresentato da azionamenti o inserzioni di carichi fortemente induttivi o capacitivi o da intervento di protezioni. Queste sovratensioni, spesso generate anche a monte della linea elettrica entrante nell’impianto, non sono per nulla trascurabili in quanto possono essere distruttive al pari di quelle generate da fenomeni atmosferici causando, in ogni caso, l’invecchiamento precoce delle apparecchiature.

A testimoniare l’importanza del problema sono le statistiche periodiche pubblicate dalle compagnie di assicurazione dalle quali si evince che i danni economici arrecati dalle sovratensioni sono della stessa entità di quelli arrecati dai furti. Infatti, una sovratensione anche di poche decine di Volt può essere distruttiva nei confronti di apparecchiature di tipo elettronico, non opportunamente protette, come per esempio sistemi audio/video e personal computer.


Figura 1: Limitatore di sovratensione 10A a 3 poli

Sovratensioni di valore più elevato possono provocare danni irreparabili ad apparecchiature elettromeccaniche, fino a determinare inneschi di incendio. La protezione dalle sovratensioni è realizzabile tramite appositi dispositivi, detti appunto limitatori di sovratensione (Spd) e va possibilmente attuata in ogni impianto elettrico che si vuol realizzare secondo la buona tecnica.

È quindi necessario saper valutare il rischio elettrico connesso, conoscere le apparecchiature di protezione e inserirle correttamente nell’impianto. Per quanto riguarda il primo aspetto, cioè la valutazione del rischio, è molto importante la formazione in particolare a livello dei progettisti.

Contestualmente allo sforzo formativo, è importante per il tecnico individuare nell’offerta dei limitatori di sovratensione le apparecchiature effettivamente necessarie ad effettuare una corretta protezione, evitando gli inutili eccessi possibilmente con una gamma relativamente limitata. Infine, per aiutare sia il progettista sia l’installatore nella scelta degli Spd, possono essere utili anche software specifici che permettano di scegliere i dispositivi più opportuni e di posizionarli correttamente all’interno di qualsiasi impianto in modo tale da realizzare a regola d’arte la protezione da sovratensioni.


Figura 2: La protezione dalle sovratensioni è realizzabile tramite appositi dispostivi, detti Spd

Per quanto concerne la scelta degli Spd, è opportuno fare chiarezza sui tre parametri fondamentali che ne determinano le caratteristiche e quindi l’impiego: la classe di prova dell’Spd, il potere di scarica a Iimp o a In e la tensione di protezione Up.

La classe di prova I, II o III identifica l’Spd ed il tipo di protezione che è in grado di effettuare.
Se l’Spd è di classe I, è adatto a protezione da scariche dirette e ne viene dichiarata la Iimp (capacità di scarica della corrente di fulmine); se è di classe II, è adatto a proteggere da scariche indirette eliminando le sovratensioni generate dal fulmine deviando la corrente e ne viene dichiarata la In (corrente nominale di scarica); se è di classe III, è adatto alla protezione da scariche indirette proteggendo le apparecchiature dalle sovratensioni indotte (il parametro di scelta è la Uoc).

Quindi, la classe di prova chiarisce se l’Spd è adatto a proteggere da scariche dirette o indirette e i parametri di scelta, per i classe I e di classe II, sono esclusivamente Iimp ed In.

A questo proposito è doveroso fare una precisazione sui poteri di scarica degli Spd, partendo da Iimp, cioè il parametro di scelta per la protezione da scariche dirette. Nella maggior parte delle applicazioni un Spd di classe I con Iimp di 10 kA è più che sufficiente a proteggere persone, impianti e utilizzatori finali dalle componenti C e D resistiva (componenti di rischio dovute a scariche dirette); questo è sempre vero per la componente C e valido in molti casi reali per la componente D resistiva.

In alcuni casi in cui la cabina di protezione è esterna all’edificio oggetto della protezione e si hanno elevate impedenze di terra equivalenti (impedenza impulsiva) nonché solamente 1 o 2 servizi entranti nell’edificio (servizi metallici come rete elettrica, tubazioni acqua, gas, ecc.) è necessario ricorrere ad un Spd con potere di scarica più elevato; in questi casi un Spd con Iimp 20 kA si rivela necessario ed adeguato.

Proprio per coprire anche queste esigenze, sono disponibili sul mercato nuovi Spd tipo S in classe I e II con Iimp pari a 20 kA. Per quanto riguarda invece la In, parametro di scelta per protezione da scariche indirette, 10 kA è un valore sufficiente in tutti i casi.

Una volta considerato il rischio e deciso di effettuare la protezione da fulminazione diretta o indiretta o entrambe e considerate Iimp ed In, per la scelta degli Spd resta solo da prendere in esame Up. Up è la tensione di protezione che caratterizza l’Spd ed è un parametro importantissimo che è intimamente legato ai poteri di scarica. Infatti, è importante ricordare che, nello sviluppo degli Spd, più ci si spinge verso Iimp elevate più si rischia di alzare la Up dell’Spd stesso, e questo è un male; la Up deve essere minore della Uten, tensione di tenuta dell’utilizzatore che si vuole proteggere, e più Up è “piccola” più si possono avere distanze elevate tra Spd e utilizzatore.

Mediamente gli utilizzatori elettronici hanno una Uten di 1,5 kV; gli utilizzatori elettromeccanici hanno una Uten di 2,5 kV quindi, se un determinato Spd dovesse avere una Up > di 2,5 kV, anche con 200 kA di Iimp, non sarebbe in grado di proteggere direttamente nessun utilizzatore con Uten ¡Ü 2,5 kV. Questo spiega perché non è certo utilizzando un Spd con alti poteri di scarica che si effettua una buona protezione, ma con la scelta corretta considerando tutti i parametri del caso.


Limitatore di sovratensione 10A a 1 polo

Gli Spd, inoltre, possono basarsi su varie tecnologie (ad esempio varistore o spinterometro).

Gli Spd a varistore offrono un vantaggio importante rispetto agli Spd spinterometrici: infatti, dopo la scarica, il varistore è in grado di bloccare la corrente susseguente che viene alimentata dalla tensione di rete. Con lo spinterometro, invece, si forma una Icc che deve essere interrotta dalle protezioni, che quindi intervengono aprendo il circuito a discapito della continuità di servizio.


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Fonte:: GIE

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