Un dispositivo di protezione da sovratensioni, noto anche come limitatore di sovratensione o SPD, è progettato per salvaguardare i componenti elettrici da sovratensioni che potrebbero verificarsi nel circuito elettrico.

Ogni volta che si verifica un aumento improvviso di corrente o tensione nel circuito elettrico o nel circuito di comunicazione a causa di un'interferenza esterna, il dispositivo di protezione da sovratensioni può condurre e deviare in un lasso di tempo molto breve, impedendo alla sovratensione di danneggiare altri dispositivi nel circuito.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) rappresentano un metodo conveniente per prevenire le interruzioni e migliorare l'affidabilità del sistema.

Vengono solitamente installati nei quadri di distribuzione e svolgono un ruolo importante nel garantire il funzionamento regolare e ininterrotto dei dispositivi elettronici in un'ampia gamma di applicazioni, limitando le sovratensioni transitorie.

Un SPD funziona deviando la tensione in eccesso derivante da sovratensioni transitorie lontano dall'apparecchiatura protetta. Tipicamente è costituito da varistori a ossido metallico (MOV) o tubi a scarica di gas che assorbono la tensione in eccesso e la reindirizzano verso terra, proteggendo così i dispositivi collegati.

Le sovratensioni possono verificarsi per diverse ragioni, tra cui fulmini, commutazioni della rete elettrica, cablaggi difettosi e il funzionamento di apparecchiature elettriche ad alta potenza. Possono anche essere causate da eventi che si verificano all'interno di un edificio, come l'avvio di motori o l'accensione/spegnimento di grandi elettrodomestici.

L'installazione di un SPD può offrire diversi vantaggi, tra cui:

Protezione di apparecchiature elettroniche sensibili da sovratensioni dannose.

Prevenzione della perdita o del danneggiamento dei dati nei sistemi informatici.

Prolungamento della durata di vita di elettrodomestici e apparecchiature proteggendoli dai disturbi elettrici.

Riduzione del rischio di incendi elettrici causati da sovratensioni.

Tranquillità sapendo che la tua preziosa attrezzatura è protetta.

La durata di un SPD può variare a seconda di fattori quali la sua qualità, l'intensità delle sovratensioni a cui è soggetto e le pratiche di manutenzione. Generalmente, gli SPD hanno una durata compresa tra 5 e 10 anni. Tuttavia, si raccomanda di ispezionarli e testarli regolarmente e di sostituirli secondo necessità per garantire una protezione ottimale.

La necessità di SPD può variare a seconda di fattori quali la posizione geografica, le normative locali e la sensibilità delle apparecchiature elettroniche collegate. Si consiglia di consultare un elettricista o un ingegnere elettrico qualificato per valutare le proprie esigenze specifiche e determinare se un SPD è necessario per il proprio impianto elettrico.

Alcuni componenti di protezione da sovratensione comunemente utilizzati nella produzione di SPD sono i varistori a ossido metallico (MOV), i diodi a valanga (ABD, precedentemente noti come diodi a valanga al silicio o SAD) e i tubi a scarica di gas (GDT). I MOV sono la tecnologia più comunemente utilizzata per la protezione dei circuiti di alimentazione CA. La corrente di sovratensione nominale di un MOV è correlata alla sezione trasversale e alla sua composizione. In generale, maggiore è la sezione trasversale, maggiore è la corrente di sovratensione nominale del dispositivo. I MOV hanno generalmente una geometria rotonda o rettangolare, ma sono disponibili in una vasta gamma di dimensioni standard che vanno da 7 mm (0,28 pollici) a 80 mm (3,15 pollici). Le correnti di sovratensione nominali di questi componenti di protezione da sovratensione variano notevolmente e dipendono dal produttore. Come discusso in precedenza in questo paragrafo, collegando i MOV in una matrice parallela, è possibile calcolare il valore della corrente di sovratensione semplicemente sommando le correnti di sovratensione nominali dei singoli MOV per ottenere la corrente di sovratensione nominale della matrice. Nel fare ciò, si dovrebbe prendere in considerazione il coordinamento operativo.

Esistono molte ipotesi su quale componente, quale topologia e l'implementazione di una tecnologia specifica producano il miglior SPD per la deviazione delle correnti di picco. Invece di presentare tutte le opzioni, è meglio che la discussione sulla corrente di picco nominale, sulla corrente di scarica nominale o sulla capacità di sopportare correnti di picco si concentri sui dati dei test prestazionali. Indipendentemente dai componenti utilizzati nella progettazione o dalla specifica struttura meccanica implementata, ciò che conta è che l'SPD abbia una corrente di picco nominale o una corrente di scarica nominale idonea all'applicazione.

L'edizione corrente delle Norme di cablaggio IET, BS 7671:2018, stabilisce che, a meno che non venga effettuata una valutazione del rischio, deve essere fornita protezione contro le sovratensioni transitorie quando le conseguenze causate dalla sovratensione potrebbero:

Provocare gravi lesioni o perdita di vite umane; o

Comportare l'interruzione dei servizi pubblici e/o il danneggiamento del patrimonio culturale; oppure

Comportare l'interruzione dell'attività commerciale o industriale; o

Interessa un gran numero di individui che si trovano nella stessa zona.

La presente norma si applica a tutti i tipi di locali, compresi quelli domestici, commerciali e industriali.

Sebbene le norme IET sui cablaggi non siano retroattive, quando si eseguono lavori su un circuito esistente all'interno di un'installazione progettata e installata secondo una precedente edizione delle norme IET sui cablaggi, è necessario assicurarsi che il circuito modificato sia conforme all'edizione più recente; ciò sarà utile solo se vengono installati SPD per proteggere l'intera installazione.

La decisione di acquistare o meno gli SPD spetta al cliente, che tuttavia deve ricevere informazioni sufficienti per prendere una decisione consapevole sull'eventuale esclusione degli SPD. La decisione deve essere presa sulla base dei fattori di rischio per la sicurezza e di una valutazione del costo degli SPD, che può arrivare anche a poche centinaia di sterline, rispetto al costo dell'impianto elettrico e delle apparecchiature ad esso collegate, come computer, TV e apparecchiature necessarie, ad esempio rilevatori di fumo e controlli per caldaie.

La protezione contro le sovratensioni può essere installata in un'unità di consumo esistente se è disponibile lo spazio fisico adeguato oppure, se non è disponibile spazio sufficiente, può essere installata in un involucro esterno adiacente all'unità di consumo esistente.

Vale la pena di verificare anche con la propria compagnia assicurativa, poiché alcune polizze potrebbero stabilire che l'attrezzatura deve essere coperta da un SPD, altrimenti non verrà effettuato alcun pagamento in caso di sinistro.

La classificazione del dispositivo di protezione da sovratensione (comunemente noto come protezione contro i fulmini) è valutata secondo la teoria della protezione contro i fulmini di suddivisione IEC 61643-31 e EN 50539-11, che viene installato all'incrocio della partizione. I requisiti tecnici e le funzioni variano. Il dispositivo di protezione contro i fulmini di primo livello è installato tra la zona 0-1, elevata per il requisito di flusso, il requisito minimo di IEC 61643-31 e EN 50539-11 è Itotale (10/350) 12,5 ka, mentre il secondo e il terzo livello sono installati tra le zone 1-2 e 2-3, principalmente per sopprimere le sovratensioni.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sono essenziali per proteggere le apparecchiature elettroniche dagli effetti dannosi delle sovratensioni transitorie che possono causare danni, tempi di inattività del sistema e perdita di dati.

In molti casi, il costo della sostituzione o della riparazione delle apparecchiature può essere significativo, soprattutto nelle applicazioni mission-critical come ospedali, data center e impianti industriali.

Gli interruttori automatici e i fusibili non sono progettati per gestire questi eventi ad alta energia, rendendo necessaria un'ulteriore protezione contro le sovratensioni.

Mentre gli SPD sono progettati specificamente per deviare le sovratensioni transitorie lontano dall'apparecchiatura, proteggendola da danni e prolungandone la durata.

In conclusione, gli SPD sono essenziali nell'ambiente tecnologico moderno.

Principio di funzionamento SPD

Il principio di base degli SPD è quello di fornire un percorso a bassa impedenza verso terra per sovratensioni. In caso di picchi o sovratensioni, gli SPD funzionano deviando la tensione e la corrente in eccesso verso terra.

In questo modo, l'entità della tensione in ingresso viene abbassata a un livello sicuro che non danneggia il dispositivo collegato.

Per funzionare, un dispositivo di protezione da sovratensioni deve contenere almeno un componente non lineare (un varistor o uno spinterometro) che, in diverse condizioni, passa da uno stato di alta impedenza a uno di bassa impedenza.

La loro funzione è quella di deviare la corrente di scarica o di impulso e di limitare la sovratensione sulle apparecchiature a valle.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni funzionano nelle tre situazioni elencate di seguito.

A. Condizione normale (assenza di sovratensione)

In assenza di condizioni di sovratensione, l'SPD non ha alcun impatto sul sistema e agisce come un circuito aperto, rimanendo in uno stato di alta impedenza.

B. Durante le sovratensioni

In caso di picchi e sovratensioni, l'SPD passa allo stato di conduzione e la sua impedenza diminuisce. In questo modo, protegge il sistema deviando la corrente impulsiva verso terra.

C. Ritorno al normale funzionamento

Dopo che la sovratensione è stata scaricata, l'SPD torna al suo normale stato di alta impedenza.

I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) sono componenti essenziali delle reti elettriche. Tuttavia, scegliere un SPD adatto al proprio sistema potrebbe rivelarsi un compito arduo.

Tensione massima di esercizio continuo (UC)

La tensione nominale dell'SPD deve essere compatibile con la tensione dell'impianto elettrico per offrire una protezione adeguata. Una tensione nominale inferiore danneggerà il dispositivo, mentre una tensione nominale superiore non devierà correttamente i transitori.

Tempo di risposta

Viene descritto come il tempo di risposta dell'SPD ai transitori. Più rapidamente l'SPD risponde, migliore è la protezione offerta. Solitamente, gli SPD basati su diodi Zener hanno la risposta più rapida. I modelli a gas hanno un tempo di risposta relativamente lento, mentre i modelli con fusibili e MOV hanno il tempo di risposta più lento.

Corrente di scarica nominale (In)

L'SPD deve essere testato con una forma d'onda di 8/20 μs e il valore tipico per un SPD residenziale di dimensioni ridotte è di 20 kA.

Corrente massima di scarica impulsiva (Iimp)

Il dispositivo deve essere in grado di gestire la massima corrente di picco prevista sulla rete di distribuzione per garantire che non si guasti durante un evento transitorio e deve essere testato con una forma d'onda di 10/350μs.

Tensione di serraggio

Questa è la tensione di soglia e, al di sopra di questo livello di tensione, l'SPD inizia a bloccare qualsiasi transitorio di tensione che rileva nella linea di alimentazione.

Produttore e certificazioni

È fondamentale scegliere un SPD di un produttore noto e certificato da un ente di prova imparziale, come UL o IEC. La certificazione garantisce che il prodotto è stato testato e soddisfa tutti i requisiti di prestazioni e sicurezza.

La comprensione di queste linee guida sul dimensionamento ti consentirà di selezionare il dispositivo di protezione contro le sovratensioni più adatto alle tue esigenze e di garantire una protezione efficace contro le sovratensioni.

I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) sono progettati per fornire una protezione affidabile contro le sovratensioni transitorie, ma alcuni fattori possono causarne il guasto. Di seguito sono riportate alcune delle cause principali del guasto degli SPD:

1. Sovratensioni eccessive

Una delle principali cause di guasto degli SPD è la sovratensione, che può verificarsi a causa di fulmini, sovratensioni o altri disturbi elettrici. Assicurarsi di installare il tipo corretto di SPD dopo aver effettuato i calcoli di progettazione appropriati in base al luogo.

2. Fattore di invecchiamento

A causa delle condizioni ambientali, tra cui temperatura e umidità, gli SPD hanno una durata limitata e potrebbero deteriorarsi nel tempo. Inoltre, gli SPD possono essere danneggiati da frequenti picchi di tensione.

3. Problemi di configurazione

Configurazione errata, ad esempio quando un SPD con configurazione a stella è collegato a un carico collegato tramite un triangolo. Ciò potrebbe esporre l'SPD a tensioni maggiori, con conseguente possibile guasto dell'SPD.

4. Guasto del componente

Gli SPD contengono diversi componenti, come i varistori a ossido metallico (MOV), che possono guastarsi a causa di difetti di fabbricazione o fattori ambientali.

5. Messa a terra non corretta

Per il corretto funzionamento di un SPD, è necessaria la messa a terra. Un SPD può malfunzionare o addirittura rappresentare un problema di sicurezza se non è correttamente messo a terra.