La corretta installazione degli scaricatori di sovratensione tipo 2

Le apparecchiature possono guastarsi se soggette a sovratensione causate da fenomeni atmosferici (fulminazione indiretta) o da manovre sulla rete: è quindi necessario proteggerle attraverso l’installazione di scaricatori di sovratensioni di tipo 2

Gli apparecchi e gli impianti elettronici sono sempre più diffusi anche nelle case, oltre alla presenza di dispositivi domotici, climatizzatori, caldaie ed elettrodomestici smart. Tutte queste apparecchiature possono guastarsi se soggette a sovratensioni causate da fenomeni atmosferici (fulminazione indiretta) o da manovre sulla rete: è quindi necessario proteggerle attraverso l’installazione di scaricatori di sovratensione di tipo 2. Il rischio di fulminazione diretta richiede l’installazione di SPD di tipo 1.

Per gli impianti elettrici domestici di livello 3 secondo il capitolo 37 della norma CEI 64-8 è obbligatoria l’installazione di scaricatori di sovratensione di tipo 2 (SPD = Surge Protective Device) per la protezione delle apparecchiature.

Al fine di garantirne l’efficacia, la scelta e l’installazione in modo corretto, è necessario tenere conto delle prescrizioni delle sezione 534 della norma impianti CEI 64-8 e delle indicazioni del costruttore.

Guida all’installazione

Il principio da seguire per la corretta installazione degli scaricatori di sovratensioni è che la tensione residua che viene limitata durante una sovratensione impulsiva, misurata ai morsetti delle apparecchiature da proteggere, non deve essere superiore al livello UW di tolleranza delle apparecchiature alle sovratensioni impulsive (tolleranza indicata anche con UIMP).

Tipicamente, per i comuni apparecchi utilizzatori, tale valore è pari a 2,5 kV (corrispondente alla categoria II di tenuta all’impulso), mentre per gli apparecchi a ridotta tenuta è pari a 1,5 kV (corrispondente alla categoria I).

In generale, la tensione residua ai morsetti delle apparecchiature è determinata da tre contributi:

  • il livello di protezione UP dell’SPD, cioè la massima tensione residua ai morsetti dell’SPD durante la sovratensione (misurata in condizioni standard e selezionata tra valori preferenziali);
  • la caduta di tensione ΔU sui cavi di collegamento dell’SPD ai conduttori della linea e al conduttore di protezione durante la sovratensione (comprendendo l’eventuale dispositivo di back-up qualora presente lungo tali cavi di collegamento);
  • la tensione indotta durante la sovratensione dai fenomeni di riflessione lungo la tratta tra SPD e apparecchiature da proteggere.

Mentre UP è un dato caratteristico dell’SPD ed è fornito dal costruttore (ad esempio UP = 1,5 kV per SPD di tipo 2), i due contributi addizionali sono legati alla loro corretta installazione, che deve mirare a ridurli il più possibile.

Durante una sovratensione, la corrente impulsiva che attraversa l’SPD provoca una caduta di tensione ΔU sugli altri eventuali elementi percorsi dalla medesima corrente impulsiva per effetto delle loro impedenze. Essa si somma alla tensione residua ai morsetti dello scaricatore di sovratensioni, dando origine a un livello di protezione effettivo UP/F maggiore di UP.

Tali elementi conduttivi sono rappresentati dai cavi di collegamento dell’SPD ai conduttori attivi di alimentazione (fasi e neutro) e al conduttore di protezione nei punti A e B da cui si diramano i collegamenti all’impianto o alle apparecchiature da proteggere. Si noti che, a causa della elevata velocità di variazione della corrente impulsiva, tali impedenze sono essenzialmente induttive, con cadute di tensione dell’ordine di un 1 kV per ogni metro di cavo di collegamento.

A questo va aggiunta la caduta di tensione sulla protezione di backup dell’SPD, qualora essa sia installata in parallelo all’impianto da proteggere e non sia integrata nell’SPD stesso (figura 1).

La norma, tuttavia, considera solo le cadute di tensione sui cavi di collegamento quindi, per evitare cadute di tensione eccessive sulle protezioni di backup degli SPD, è necessario installare le protezioni di backup indicate nella documentazione del costruttore del dispositivo.

Decisivo ai fini della protezione degli impianti è il valore effettivo della tensione impulsiva applicata agli apparecchi da proteggere (tra i conduttori attivi e tra questi e il conduttore di protezione) UP/F comprensiva degli eventuali contributi dei collegamenti, che devono essere i più brevi possibili.

La norma CEI 64-8 chiede una lunghezza totale delle connessioni dell’SPD dai punti di diramazione A e B preferibilmente non superiore a 0,5 m, con una sezione minima dei conduttori di collegamento pari a 4 mm² (figura 2).

scaricatori di sovratensione Tipo 2
Figura 1 – Il livello di protezione effettivo UP/F comprende il livello di protezione UP dell’SPD e le altre cadute di tensione tra i punti di diramazione A e B cui sono collegate le apparecchiature da proteggere. Figura 2 – La lunghezza totale dei conduttori di collegamento ai punti di diramazione A e B deve essere la più breve possibile.

Normalmente, ci si riferisce al punto B come al “collettore di terra”, tuttavia esso non va confuso con il collettore principale di terra dell’edificio (la cui distanza è del tutto ininfluente ai fini dell’installazione degli scaricatori di sovratensioni di tipo 2). Il punto B è il nodo equipotenziale loca-le cui sono attestati sia l’SPD sia i cavi di protezione di tutte le apparecchiature che devono essere protette dalle sovratensioni.

La soluzione ideale per il collegamento degli scaricatori di sovratensione è la cosiddetta tecnica del collegamento “aV”, o anche a “entra-esci” (figura 3, ove per semplicità nello schema non compare la protezione di backup), cioè il collegamento diretto dell’SPD ai conduttori attivi e al conduttore di protezione principale che consente di ridurre a zero le cadute di tensione sui collegamenti (a+b+c=0).

Per non interrompere il conduttore di protezione si può realizzare un “piercing”, effettuando il collegamento all’SPD su una parte di cavo privata dell’isolante senza interrompere l’anima in rame. È importante che il cavo di protezione principale passi per il quadro principale con una sufficiente abbondanza da permettere l’esecuzione del piercing (indicata per i centralini domestici).

Quando questa soluzione non è possibile (la sezione dei conduttori non è compatibile con i morsetti dell’SPD), è necessario portare il conduttore di protezione principale nel quadro dove andranno installati gli scaricatori di sovratensione, in modo da realizzare un nodo
equipotenziale locale (costituito da una sbarra o da un semplice morsetto) in prossimità degli stessi.

In tutti i casi, per limitare la lunghezza dei collegamenti, è necessario individuare esattamente i due punti di diramazione A e B.

scaricatori di sovratensione Tipo 2
Figura 3 – Con la tecnica del collegamento a “entra-esci” la caduta di tensione sui cavi di collegamento è zero. Figura 4 – Il conduttore di protezione principale delle utenze da proteggere raggiunge il quadro ove si crea un nodo locale di terra a cui si collega l’SPD (si noti che è del tutto ininfluente la distanza del dispersore di terra o del nodo di terra centrale dell’edificio).

Approfondimenti sugli scaricatori di sovratensione

Articolo sulla variante 5 – Norma CEI 64-8: novità sulla protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica

Articolo – Errori di installazione degli scaricatori di sovratensione tipo 2

Articolo – Guida alla scelta degli SPD (surge protection device)

Articolo redatto dai tecnici di ABB per Elettricomagazine

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