SPD Voltimum

SPD: che cosa sono e quando devono essere usati
Antonello Greco
Gli SPD, o limitatori di sovratensione, costituiscono la principale misura di
protezione contro le sovratensioni. La loro installazione può essere
necessaria per ridurre i rischi di perdita di vite umane, di servizi pubblici, di
patrimonio culturale dovuti alla fulminazione della struttura che ospita
lʼimpianto elettrico.
Le condizioni per eseguire la corretta valutazione del rischio e le istruzioni
per la realizzazione degli impianti di protezione contro i fulmini sono
descritte dalla serie di Norme CEI EN 62305:2013-02.
Gli SPD sono dispositivi atti a limitare le sovratensioni transitorie e a
deviare le sovracorrenti e comprendono almeno un componente non
lineare.
Negli ambienti residenziali, la Norma CEI 64-8:2012-06: “Impianti elettrici
utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1.000 V in corrente
alternata e a 1.500 V in corrente continua”, prescrive lʼinstallazione degli
SPD per rendere tollerabile il rischio R1 (Livello 1 e Livello 2) ovvero ai fini
della protezione contro le sovratensioni (Livello 3).
Ridurre il rischio R1 significa ridurre il rischio di perdita o danno
permanente della vita umana.
Gli altri rischi presi in considerazione dalla Norma CEI 62305-1 sono:
 R2: rischio di perdita di servizio pubblico;
 R3: rischio di perdita di patrimonio culturale.
La protezione contro i fulmini è necessaria se il rischio R è superiore al
livello tollerabile RT (la condizione deve essere soddisfatta per ciascun tipo
di perdita).
Figura 1: valori tipici di rischio tollerabile RT
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Inoltre, la necessità di protezione contro il fulmine per ridurre il rischio di
perdita economica R4 è valutata in base al rapporto fra il costo delle
misure di protezione e il beneficio economico ottenuto con la loro adozione
(Norme CEI 81-29:2014-02).
In questo caso, lʼinstallazione degli SPD risulta quasi sempre conveniente,
in relazione al valore delle apparecchiature da proteggere.
Per permettere la corretta messa a terra degli eventuali SPD tramite un
opportuno mezzo di connessione, lʼarticolo 37.4 della Norma CEI 648:2012-06 prescrive che il conduttore di protezione proveniente
dallʼimpianto di terra dellʼedificio raggiunga direttamente il quadro di arrivo
(principale) dellʼunità abitativa.
Figura 2: Esempio di installazione degli SPD nel o vicino allʼorigine dellʼimpianto
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La sezione minima dei conduttori di connessione degli SPD deve essere:
Figura 3: Minima sezione dei componenti delle connessioni equipotenziali
Inoltre (Articolo 534.2.9 della Norma CEI 64-8:2012-06), i conduttori di
collegamento dellʼSPD verso i conduttori attivi e verso il nodo di terra
devono essere i più corti possibile, al fine di limitare la caduta di tensione
(massimo 0,5 m)
Livelli prestazionali e di fruibilità:
- Livello 1: livello minimo previsto dalla Norma.
- Livello 2: per unità immobiliari con una maggiore fruibilità degli impianti,
tenuto anche conto delle altre dotazioni impiantistiche presenti.
- Livello 3: per unità immobiliari con dotazioni impiantistiche ampie ed
innovative (domotica).
Per ognuno dei tre livelli, la Tabella A della Norma CEI 64-8:2012-06
fornisce i criteri minimi e le dotazioni minime.
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Protezione dalle sovratensioni
Una sovratensione (overvoltage) è una differenza di potenziale transitoria
che si stabilisce fra un conduttore di fase e quello di terra o fra i conduttori
di fase e che presenta un valore di tensione superiore a quello di tenuta
delle apparecchiature.
La Norma CEI EN 50160:2011-05 definisce la sovratensione dovuta a
fulminazione (a manovre o a interventi di fusibili) come sovratensione
transitoria ovvero una sovratensione oscillatoria o non oscillatoria di breve
durata di solito molto smorzata e con durata di pochi millisecondi o
inferiore.
La fulminazione di una struttura (sorgente di danno S1), in prossimità della
struttura (sorgente di danno S2), di un servizio connesso alla struttura
(sorgente di danno S3) o in prossimità di un servizio connesso alla
struttura (sorgente di danno S4) può causare guasti o malfunzionamenti
degli impianti interni.
In particolare, il fulmine può provocare:
 D1: danno ad esseri viventi per elettrocuzione;
 D2: danno materiale (incendio, esplosione, distruzione meccanica,
rilascio di sostanze chimiche) dovuto agli effetti della corrente di
fulmine, scariche disruptive incluse;
 D3: guasto di impianti elettrici e elettronici dovuti allʼimpulso
elettromagnetico del fulmine (LEMP).
Per ciascun tipo di danno relativo alla struttura da proteggere, solo o in
combinazione con altri, il fulmine può produrre differenti perdite. Il tipo di
perdita che può verificarsi dipende dalle caratteristiche della struttura
stessa. La Norma considera i seguenti tipi di perdita che possono
verificarsi a causa di danneggiamenti alla struttura:
 L1: perdita di vite umane (inclusi danni permanenti);
 L2: perdita di servizio pubblico;
 L3: perdita di patrimonio culturale insostituibile;
 L4: perdita economica (struttura, contenuto e perdita di attività).
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Figura 4: Procedura per la valutazione della necessità o meno della protezione e
per la scelta delle misure di protezione
Per quanto riguarda i guasti agli impianti elettrici ed elettronici, questi
possono essere causati (Norma CEI EN 62305-4) dallʼimpulso
elettromagnetico connesso al fulmine (LEMP) tramite:
a) gli impulsi condotti ed indotti trasmessi agli apparati attraverso i
conduttori;
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b) gli effetti del campo elettromagnetico irradiato direttamente
sullʼapparato stesso.
Gli impulsi esterni alla struttura sono generati dai fulmini che colpiscono le
linee entranti o il suolo nelle loro vicinanze, e sono trasmessi agli impianti
elettrici ed elettronici interni alla struttura attraverso le linee stesse; gli
impulsi interni alla struttura sono generati dai fulmini che colpiscono la
struttura o il suolo vicino ad essa.
Scelta degli SPD
La figura 5 mostra un esempio di installazione di SPD.
Figura 5: Esempio di installazione di SPD di Classe di prova I, II e III
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Gli SPD di bassa tensione (Norma CEI EN 61643-11) sono dimensionati in
relazione alla tenuta allʼimpulso dellʼapparecchiatura da proteggere,
installati in prossimità dellʼapparecchiatura da proteggere e coordinati con
gli altri dispositivi di protezione dalle sovratensioni.
La categoria di tenuta ad impulso da assegnare ai singoli componenti
(Norma CEI 64-8) è indicata in figura 6, mentre la successiva figura 7
descrive la tensione nominale di tenuta allʼimpulso richiesta per i
componenti elettrici dellʼimpianto.
Figura 6: Descrizione delle categorie di tenuta ad impulso (categorie di
sovratensione)
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Figura 7: Tensione nominale di tenuta allʼimpulso richiesta per i componenti
elettrici
La scelta degli SPD è effettuata con riferimento al livello di tensione di
protezione, al punto dʼinstallazione e alla corrente di scarica.
La scelta dellʼappropriato livello di tensione di protezione di un SPD
dipende dalla:
 tensione di tenuta ad impulso UW dellʼapparato da proteggere;
 lunghezza delle connessioni dellʼSPD;
 lunghezza e percorso delle connessioni tra lʼSPD e lʼapparato.
In funzione del punto in cui devono essere installati, gli SPD devono
essere:
a) provati con Iimp (Classe di prova I) o provati con In (Classe di prova
II), allʼingresso della linea nella struttura;
b) provati con In (Classe di prova II) o provati con onda combinata UOC
(Classe di prova III), in prossimità degli apparati da proteggere.
Pertanto, gli SPD installati nel punto di ingresso delle linee entranti devono
essere di Tipo 1 ovvero provati per sopportare la corrente di fulmine (onda
10/350 µs); possono essere di Tipo 2 (onda 8/20 µs), solo a condizione
che sia trascurabile (ND + NL ≤ 0,01 fulmini/anno) il numero annuo di
fulmini diretti sullʼedificio (ND) e sulla linea (NL).
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Figura 8: Informazioni sulla classificazione degli SPD
II valore della corrente di scarica di un SPD dipende dal livello di
protezione (LPL) richiesto e dal tipo di corrente attesa (fulminazione diretta
o indiretta).
Figura 9: Corrispondenza tra il livello di protezione e la classe dellʼLPS
Connessione degli SPD
Per la protezione degli impianti elettrici contro le sovratensioni transitorie
di origine atmosferica trasmesse da un sistema di alimentazione elettrica,
la Norma CEI 64-8 prescrive (Sistemi TT con protezione mediante
interruzione automatica dellʼalimentazione) la connessione degli SPD a
valle/monte di un interruttore differenziale (figure 10, 11 e 12).
Qualora si adotti lʼinstallazione sul lato a valle dellʼinterruttore differenziale,
lʼinterruttore differenziale (con o senza ritardo nellʼintervento) non deve
essere sensibile alle correnti di scarica ≤ 3 kA (8/20 μs).
Ricordo che la Norma prevede tre modalità di connessione:
- Tipo A: negli impianti dove cʼè una connessione diretta fra il neutro e il
conduttore di protezione (PE) nel punto dʼinstallazione dellʼSPD, o vicino
ad esso, o, se non esiste il neutro, fra ciascun conduttore di fase e il
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collettore principale di terra o il conduttore di protezione principale,
scegliendo tra i due percorsi il percorso più breve;
Figura 10: Installazione di SPD in sistemi TN e IT (Connessione tipo A)
- Tipo B: negli impianti dove non cʼè una connessione diretta fra il neutro e
il conduttore di protezione (PE) nel punto dʼinstallazione dellʼSPD, o vicino
ad esso fra ciascun conduttore di fase e il collettore principale di terra o il
conduttore di protezione principale, e fra il conduttore di neutro e il
collettore principale di terra o il conduttore di protezione, scegliendo
comunque il percorso più breve;
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Figura 11: Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo B)
SPD sul lato a valle dellʼinterruttore differenziale
- Tipo C: negli impianti dove non cʼè una connessione diretta fra il neutro e
il conduttore di protezione (PE) nel punto di installazione dellʼSPD, o vicino
ad esso fra ciascun conduttore di fase e il conduttore di neutro e fra il
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conduttore di neutro e il collettore principale di terra o il conduttore di
protezione, scegliendo comunque il percorso più breve.
Figura 12: Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo C)
SPD sul lato a monte di un interruttore differenziale
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La Guida CEI 81-27:2013-11 contiene la definizione delle modalità
tecniche dʼinstallazione degli SPD sulla linea di alimentazione entrante in
un edificio al fine di conseguire una protezione adeguata alle richieste
della Norma CEI 0-21.
La Guida non si occupa della protezione contro le sovratensioni delle
apparecchiature allʼinterno della struttura, bensì individua i casi in cui è
necessario installare gli SPD sulla linea elettrica, definendo gli SPD idonei
alla protezione ed i criteri dʼinstallazione.
Pertanto non esime dalla valutazione del rischio di fulminazione, la cui
progettazione (impianti di protezione da scariche atmosferiche) è
obbligatoria per gli edifici di volume superiore a 200 m3 e deve essere
eseguita da un professionista iscritto ad un albo nellʼambito delle proprie
competenze (Decreto ministeriale 22/01/2008 n. 37).
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