La protezione contro le sovratensioni (seconda parte)

L’installazione dei limitatori di sovratensione nei vari sistemi di distribuzione deve tener conto dello schema di collegamento a terra adottato, della posizione rispetto ai dispositivi di protezione contro i contatti indiretti e dell’esigenza di garantire, nei limiti del possibile, la continuità del servizio. La contemporanea verifica di queste condizioni non è pero possibile in alcune situazioni di guasto degli scaricatori quando sono installati tra i conduttori di fase o di neutro e il conduttore di protezione (PE).

Protezione dalle sovratensioni e dispositivi di protezione dai contatti indiretti

La fig. 6.1 presenta l’impiego di SPD installati a valle di un interruttore differenziale che potrebbe intervenire intempestivamente essendo attraversato dalla corrente impulsiva che si scarica sul PE attraverso gli SPD.
Se gli SPD sono installati a valle del dispositivo differenziale si potrebbero verificare degli interventi intempestivi perché l’interruttore differenziale è attraversato dalla corrente impulsiva che si scarica sul PE attraverso gli SPD.

Il problema può essere risolto mediante lo schema di fig. 6.2 con gli SPD installati a monte del dispositivo differenziale. Tale soluzione però ne pone immediatamente un altro nell’eventualità che l’SPD si danneggi e chiuda in corto circuito un conduttore di fase o di neutro verso il PE. Se, passata la sovratensione, L’SPD non ripristina l’isolamento verso terra, cioè se si stabilisce una corrente susseguente, risulta inefficace la protezione contro i contatti indiretti.
Se gli SPD sono installati a monte del dispositivo differenziale il dispositivo differenziale non è influenzato dalla corrente impulsiva che si scarica sul PE attraverso gli SPD ma, se non si ripristina l’isolamento verso terra, potrebbe venire a mancare la protezione contro i contatti indiretti.

Nello schema di fig. 6.3 gli SPD sono installati a valle rispetto all’interruttore differenziale. Un guasto sullo scaricatore collegato tra il neutro e il PE e un contemporaneo cedimento dell’isolante dell’utilizzatore provoca una corrente che, in funzione della resistenza di terra, se si tratta di un sistema TT, o dell’impedenza dell’anello di guasto, se si tratta di un sistema TN, potrebbe non essere correttamente rilevata dall’interruttore differenziale. Questo comporta un grave rischio per le persone perché una tensione pericolosa si stabilisce sull’impianto di terra e sulle apparecchiature ad esso collegate.
Il contemporaneo guasto sullo scaricatore e sull’utilizzatore determina la circolazione di una corrente che potrebbe non essere rilevata, in funzione della resistenza (sistema TT) o dell’impedenza (sistema TN) dell’anello di guasto, dall’interruttore differenziale installato a monte rispetto all’SPD collegato tra neutro e PE. Si pregiudica in questo caso la sicurezza delle persone nei confronti dei contatti indiretti.

Il dispositivo differenziale interviene invece correttamente quando gli scaricatori sono installati a monte (fig. 6.4) anche nel caso di contemporaneo guasto dell’utilizzatore e dello scaricatore collegato tra neutro e PE.
Il guasto sull’utilizzatore è correttamente rilevato dall’interruttore differenziale installato a valle rispetto all’SPD danneggiato collegato tra neutro e PE.

Soluzioni installative in funzione del sistema di distribuzione

A questo punto, dall\'analisi delle varie tipologie installative, risulta evidente la necessità di una protezione che in caso di guasto permanente degli SPD intervenga, interrompendo il collegamento a terra, a ripristinare le condizioni di sicurezza nei confronti dei contatti indiretti.

In un sistema TN-C (fig. 6.5) o TN-S (fig. 6.6), dove l’impiego dell’interruttore differenziale non è indispensabile al fine della protezione dai contatti indiretti, il fusibile o l’interruttore automatico, in funzione dell’impedenza dell’anello di guasto, deve interrompere il circuito sull’SPD nei tempi previsti dalle norme.

Anche in un sistema IT il dispositivo differenziale non è essenziale ai fini della protezione contro i contatti diretti. Una condizione di guasto dell’SPD può essere affrontata come in un sistema TN, quando le masse sono collegate tra loro, e come in un sistema TT quando le masse sono connesse per gruppi o singolarmente. In fig. 6.7 in caso di guasto a terra sia dell’SPD sia dell’utilizzatore il dispositivo di protezione deve intervenire nei tempi previsti dalle norme.

In un sistema TT per la protezione dai contatti indiretti è generalmente impiegato l’interruttore differenziale. Come descritto nelle figure 6.1 e 6.2 l’installazione degli SPD a monte dell’interruttore differenziale consente di risolvere le problematiche relative all’interazione fra scaricatori e dispositivi differenziali.

Qualche difficoltà potrebbe però sorgere allorché, in caso di guasto dell’SPD installato fra le fasi ed il PE, la corrente circolante verso terra, a causa dell’elevata resistenza dell’anello di guasto, non fosse in grado di provocare l’intervento del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti (fig. 6.8); passata la sovratensione, se non viene ripristinato l’isolamento, si potrebbe stabilire verso terra una corrente susseguente tale da inficiare la protezione contro i contatti indiretti.

A causa dell’elevato valore della resistenza dell’anello di guasto, il dispositivo di protezione contro le sovracorrenti potrebbe non intervenire in caso di guasto sull’SPD collegato tra un conduttore di fase e il PE rendendo inefficace la protezione contro i contatti indiretti.

Una soluzione accettabile può essere quella di fig. 6.9 dove i varistori sono collegati direttamente al neutro e quindi al PE attraverso uno spinterometro. Questa configurazione limita la probabilità che si possa stabilire una corrente susseguente tale da compromettere la protezione contro i contatti indiretti. In caso di corto circuito del varistore interviene, senza incertezza in virtù del collegamento verso il neutro, il dispositivo contro le sovracorrenti installato a monte, evitando che il varistore guasto possa compromettere l’efficienza del dispositivo di limitazione al sopraggiungere di una nuova sovratensione.

In caso di guasto sui varistori il dispositivo di protezione contro le sovracorrenti interviene correttamente in virtù del loro collegamento verso il neutro. Lo spinterometro collegato tra neutro e PE deve garantire l’isolamento verso terra.

Fin qui si è supposto di collegare gli SPD a monte del dispositivo differenziale di tipo generale ma, se l’interruttore differenziale è di tipo selettivo (tipo S), gli SPD possono in alcuni casi essere collegati anche a valle (fig.6.10).

Come sappiamo la sovratensione può caricare la capacità costituita dall\'impianto verso terra o può sollecitare gli isolamenti provocando una scarica in aria. La corrente verso terra che ne consegue può determinare l\'intervento intempestivo dell\'interruttore differenziale di tipo generale. L\'intervento è da ritenere intempestivo perché la sovratensione ha una durata dell\'ordine dei microsecondi mentre il tempo di intervento del dispositivo differenziale è dell\'ordine dei millisecondi (aprendo il circuito dopo che il fenomeno è cessato il suo intervento risulta inutile e anche inopportuno).

Un interruttore differenziale ritardato di tipo S è in grado di sopportare le sollecitazioni provocate da questi fenomeni transitori e l\'eventuale formazione di una corrente susseguente verso terra ne sollecita l\'intervento garantendo quindi la protezione contro i contatti indiretti.

La differenza tra l’interruttore differenziale di tipo selettivo e quello di tipo generale consiste nella forma d’onda dell’impulso della corrente di prova. Quello di tipo generale è provato con un impulso di corrente che ha la forma d’onda di fig. 6.11 con un valore di picco di 200 A (25 A per quelli con Idn minore o uguale a 10 mA).

L’interruttore differenziale di tipo S viene invece provato sia con l’impulso di figura 6.10 sia con l’impulso 8/20 microsecondi di figura 6.12 con un valore di picco di 3000 A. Questo è giustificato dal fatto che l’interruttore differenziale di tipo generale deve poter resistere alle correnti capacitive verso terra provocate dalle sovratensioni e deve intervenire nell’istante in cui si ha il cedimento dell’isolamento. Un interruttore di tipo S non deve invece intervenire quando si è in presenza di una corrente impulsiva verso terra dovuta ad un cedimento dell’isolamento.

Queste considerazioni sono valide se la sovratensione è indotta sulla linea a causa di fulminazione indiretta. Se la fulminazione è invece diretta su un edificio dotato di LPS esterno la forma d’onda della corrente di prova 8/20 microsecondi non va più bene perché la sovratensione assume la forma d’onda 10/350 microsecondi con una corrente di picco più elevata. L’energia in gioco potrebbe in questo caso essere superiore a quella sopportabile dall’interruttore differenziale di tipo S.

La corrente prodotta dal fulmine si suddivide in parte nell’impianto di terra, in parte nelle linee elettriche entranti e in parte nelle tubazioni metalliche. Per ottenere equipotenzialità in presenza di sovratensioni il sistema di protezione LPS esterno è connesso alla linea elettrica entrante nell’edificio mediante SPD che in questa situazione, per non essere attraversati da una corrente di fulmine pericolosa, devono essere collegati, rispetto al punto di consegna dell’energia, a monte dell’interruttore differenziale (fig. 6.13).

In caso contrario, se gli SPD fossero collegati a valle, la corrente dovuta al fulmine attraverserebbe il dispositivo differenziale danneggiandolo (fig. 6.14).

Tab. 6.1 - Vantaggi e svantaggi in relazione al tipo di collegamento dell’SPD a monte o a valle dell’interruttore differenziale

Allegati scaricabili

La protezione contro le sovratensioni

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