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Guida:
alla protezione da fulmini e da sovratensione
per impianti a LED
Versione 08/2014
Indice
Capitolo 1.
Protezione da fulmini e da sovratensione per illuminazione a LED . . . . 3
Capitolo 1.1
Concetti di base: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Capitolo 1.2
Pericoli: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Capitolo 2.
Illuminazione stradale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Capitolo 2.1
Danni e costi di riparazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Capitolo 2.2
Versione degli impianti di messa a terra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Capitolo 2.3
Luogo di installazione della protezione da fulmini e da sovratensione . . . . . 4
Capitolo 3.
Illuminazione interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capitolo 4.
Collegamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capitolo 4.1
Collegamento in parallelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capitolo 4.2
Collegamento seriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Capitolo 5.
Risultato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Capitolo 6.
Bibliografia: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I contenuti delle istruzioni informano su argomenti tecnici specifici. Esse si basano sulle norme e
i regolamenti attualmente in vigore e noti e sulle nostre esperienze. Non è possibile desumere da
questo documento un vincolo giuridico ed una completezza generalmente validi.
Protezione da fulmini e da sovratensione per illuminazione a LED
Capitolo 1.
Protezione da fulmini e da sovratensione per illuminazione a LED
Capitolo 1.1
Concetti di base:
Grazie alla loro luminosità, all'efficienza energetica e alla loro robustezza, le
lampade a LED si adattano in maniera ottimale all'illuminazione stradale e all'illuminazione di insegne ed oggetti in edifici industriali e commerciali. Dato che
le lampade a LED, a parità di luminosità, consumano fino al 70 % in meno di
energia rispetto ai comuni mezzi di illuminazione, durante la loro durata utile
fino a 100.000 ore contribuiscono notevolmente alla riduzione dei costi energetici. A titolo comparativo: le lampade a vapore metallico hanno solo una durata
utile fino a 20.000 ore. Il prezzo di acquisto più elevato delle lampade a LED si
ammortizza pertanto in breve tempo, se inoltre si procede a proteggerle da un
guasto dovuto a fulminazione diretta e a sovratensioni di commutazione.
Capitolo 1.2
Pericoli:
nell'abito dell'illuminazione stradale le lampade a LED sono soggette, a causa
della posizione esposta, a fulminazioni dirette e vicine e alle sovratensioni. Negli edifici, all'avvio di tubi fluorescenti o delle lampade ad alogenuri metallici, vi
è il rischio di danneggiamento o invecchiamento precoce dovuto a sovratensioni di commutazione elevate fino a 5000 Volt. Questi carichi possono portare ad
una riduzione dell'intensità luminosa o alla distruzione di ballast. Vi è il rischio di
guasto e di costi di riparazione elevati che allungano il tempo di ammortizzazione. Pertanto dovrebbe essere installata la protezione da sovratensione contro il
danneggiamento dalle tensioni dovuti a fulmini o a sovratensioni.
Fulminazione con distruzione dovuto ad incendio e sovratensioni.
Guasto a causa di sovratensioni dovute ad
induzione e dalla rete AC.
Il vento, il sole, la neve e le temperature gravano sull'installazione.
Gli apparecchi elettrici della categoria di sovratensione I, ad es. i ballast elettronici o i driver LED, devono essere dimensionati secondo VDE 0100-443.4
tabelle 1 con una resistenza alla tensione impulsiva di 1.500 Volt e con categoria di sovratensione II con 2.500 Volt. I guasti dovuti ai fulmini e alle operazioni
di commutazione generano tuttavia, nella norma, sovratensioni fino ad oltre
10.000 Volt, che sono ben al di sopra delle resistenze alla tensione impulsiva
sopportata. Per la protezione contro le sovratensioni, le moderne lampade a
LED necessitano di una protezione da sovratensione esterna.
3
Illuminazione stradale
Capitolo 2.
Illuminazione stradale
Capitolo 2.1
Danni e costi di riparazione
Nell'ambito dell'illuminazione stradale la sostituzione dei componenti difettosi
causa, oltre ai costi dell'hardware, anche costi elevati per l'impiego della piattaforma di lavoro aerea e del personale. I dispositivi di protezione da sovratensioni installati a monte riducono gli impulsi e proteggono le lampade.
I tratti stradali vengono alimentati tramite cassette di distribuzione centrali, in
cui sono montati i comandi e i componenti di protezione. La tensione di alimentazione viene alimentata nel vano di collegamento del palo tramite cavo di terra.
La lampada viene alimentata dal vano di collegamento.
Capitolo 2.2
Versione degli impianti di messa a terra
Con la realizzazione di una nuova installazione, il cavo di alimentazione può
essere protetto nel terreno, contro la distruzione dovuta a correnti dei fulmini,
attraverso un conduttore di messa a terra opzionale sovrapposto. Secondo la
norma per la protezione dai fulmini attuale DIN EN 62305-3 (allegato tedesco
2) questo conduttore di messa a terra deve essere disposto a 0,5 metri al di
sopra del cavo di alimentazione.
Attraverso il conduttore di messa a terra vengono compensate differenze di
potenziale e minimizzate scariche disruptive al cavo di alimentazione.
Immagine 1 mostra il conduttore messa a terra condotto al di sopra del cavo di
alimentazione.
Immagine 1: Posa del conduttore di messa a terra e del cavo di alimentazione
Legenda:
Conduttore di messa a terra non isolato
2 Cavo di alimentazione
1
Capitolo 2.3
Luogo di installazione della protezione da fulmini e da
sovratensione
L'impiego della protezione da sovratensione è necessario per l'esercizio sicuro.
Secondo gli standard americani ANSI e IEEE, per l'illuminazione all'esterno è
indicata una resistenza alla tensione impulsiva di 20 kV con un carico della corrente impulsiva di 10 kA. Decisivo per l'effetto protettivo è tuttavia che il livello
4
Illuminazione stradale
di protezione del dispositivo di protezione da sovratensione sia al di sotto della
resistenza alla tensione impulsiva della lampada e del driver LED.
I dispositivi di protezione da sovratensione devono essere conformi alla norma
di prova EN 61643-11 ed essere in grado di deviare, più volte e in modo non distruttivo, correnti impulsive di diverse migliaia di ampere. Secondo la norma di
prova, ogni dispositivo di protezione deve essere monitorato dal punto di vista
termico ed essere staccato in modo sicuro in caso di difetto.
Nella norma lampade "Fpr EN 60598-1: 2012-11 lampade – parte 1: requisiti
generali e prove" al punto 4.32 è indicato: "I dispositivi di protezione da sovratensione devono essere conformi a IEC 61643."
Con fulminazione diretta del lampione (Immagine 2) una gran parte della corrente del fulmine scorre direttamente nel terreno e genera una differenza di
potenziale al cavo di alimentazione. I parafulmini / deviatori combinati potenti
possono deviare le correnti ricche di energia.
Immagine 2: Fulminazione diretta e nelle immediate vicinanze
Legenda:
Testa della lampada con sistema a LED tipo 2
2 Vano di collegamento del lampione tipo 1 + 2
1
Quadro di comando con elettronica tipo 1 + 2
4 Conduttore di messa a terra non isolato
3
5
Luogo di installazione
Cavo di alimentazione
Apparecchio di protezione
Descrizione
N. articolo:
1 Testa della lampada
Prima del driver LED
2 Palo
ÜSM-LED 230
Protezione da sovratensione tipo 2
5092 480
Vano di collegamento
3 Quadro di comando
V50 1+NPE-280
Deviatore combinato tipo 1+2
5093 522
Alimentazione
V50 3+NPE-280
Deviatore combinato tipo 1+2
Tabella 1:
Selezione degli apparecchi di protezione
5093 526
5
Illuminazione stradale
La fulminazione nelle vicinanze entro 1,5 km genera una sovratensione che raggiunge l'illuminazione attraverso il cavo di alimentazione (Immagine 3). Queste
sovratensioni sono hanno meno energia rispetto alla fulminazione diretta, ma
possono tuttavia distruggere anche i componenti elettronici.
Immagine 3: Fulminazione più lontana e accoppiamento induttivo
Legenda:
Testa della lampada con sistema a LED tipo 2 o tipo 3
2 Vano di collegamento del lampione tipo 2
1
Quadro di comando con elettronica tipo 1 + 2
4 Conduttore di messa a terra non isolato
3
5
Luogo di installazione
Cavo di alimentazione
Apparecchio di protezione
Descrizione
N. articolo:
1 Testa della lampada
Prima del driver LED
Alternativa: protezione
tipo 3
2 Palo
ÜSM-LED 230
ÜSM-A 230
Protezione da sovratensione tipo 2
Protezione da sovratensione tipo 2
5092 480
5092 451
Vano di collegamento
3 Quadro di comando
ÜSM-LED 230
Protezione da sovratensione tipo 2
5094 480
Alimentazione trifase
Alternativa: monofase
V20 3+NPE-280
Protezione da sovratensione tipo 2
V20 1+NPE-280
Protezione da sovratensione tipo 2
Tabella 2:
Selezione degli apparecchi di protezione
5095 253
5095 251
Gli accoppiamenti induttivi vengono ridotti notevolmente da un palo metallico e
da una lampada con involucro in metallo. Anche in questo caso devono essere
considerati gli impulsi di sovratensione su cavo dalla rete di alimentazione. La
protezione da sovratensione nel vano di collegamento del palo è in questo caso
facilmente accessibile e facilmente verificabile.
6
Illuminazione interna
Capitolo 3.
Illuminazione interna
I sistemi di illuminazione a LED di impianti industriali ed edifici commerciali vengono di norma distrutti da tensioni elevate, che vengono accoppiate in modo
induttivo o causate da operazioni di commutazione.
Attraverso l'analisi del rischio secondo DIN EN 62305 viene determinato se è
necessario un sistema di protezione dai fulmini esterno. Con un sistema di protezione dai fulmini i cavi di alimentazione, all'ingresso dell'edificio, devono essere protetti con parafulmini adatti. Indipendentemente da ciò, dovrebbe essere
installata, per tutto il sistema di illuminazione, la protezione da sovratensione.
In caso di capannoni industriali o palazzetti sportivi, le lampade vengono applicate a grandi altezze. Dopo un danno, le lampade o i driver LED possono essere riparati solo a costi elevati. Dato che sul posto di lavoro l'intensità luminosa
minima può causare incidenti o errori, è necessario un intervento immediato.
I cavi di alimentazione di norma molto lunghi, possiedono un potenziale elevato per l'accoppiamento induttivo di sovratensioni. I dispositivi di protezione da
sovratensione devono essere applicati nella sub-distribuzione prevista. Spesso le lampade sono ad una distanza di oltre 10 m da questa distribuzione.
Pre la protezione del driver LED e della lampada è necessario un dispositivo
di protezione immediatamente prima dei componenti elettronici. Se le lampade vengono montate ad es. direttamente al di sotto dei sistemi portacavi, la
protezione da sovratensione può essere anch'essa applicata in una scatola
di derivazione prima delle lampade. Per sfruttare la funzione di schermo dei
sistemi portacavi metallici, essi devono essere collegati su entrambi i lati alla
equipotenzializzazione.
Capitolo 4.
Collegamento
Il dispositivo di protezione ÜSM-LED 230 può essere installato in serie o in parallelo rispetto alle lampade. Attraverso il diverso collegamento, la disponibilità
può essere massimizzata (collegamento in parallelo) o in caso di difetto sul
dispositivo di protezione la lampada può essere spenta (collegamento seriale).
Capitolo 4.1
Collegamento in parallelo
Il dispositivo di protezione da sovratensione viene collegato prima della lampada a LED.
Immagine 4:
Comportamento in caso di guasto: scompare l'indicazione su ÜSM-LED. La
protezione da sovratensioni viene scollegata. La lampada a LED continua ad
essere accesa senza protezione.
7
Risultato
Capitolo 4.2
Collegamento seriale
La protezione da sovratensioni viene collegata in serie rispetto alla lampada a
LED.
Immagine 5:
Comportamento in caso di guasto: scompare l'indicazione su ÜSM-LED.
La protezione da sovratensioni ed il circuito elettrico (L´) vengono scollegati. Il
guasto viene segnalato dallo spegnimento della lampada.
Capitolo 5.
Risultato
Un dispositivo di protezione adatto prima del driver LED elettronico dovrebbe
rappresentare una barriera sicura contro le sovratensioni. Così viene garantita
la durata utile delle lampade a LED e viene protetto l'investimento.
Nell'ambito commerciale e nell'illuminazione stradale possono essere risparmiati costi enormi per l'energia, grazie ai tempi di funzionamento più lunghi
e nonostante i prezzi di acquisto più elevati. Il ritorno sugli investimenti può
tuttavia essere rimandato a causa di un guasto prematuro a causa di danni
dovuti a sovratensione. Attraverso misure di protezione adeguate è possibile
proteggere gli investimenti.
Il programma OBO ProtectPlus offre per gli impianti di illuminazione soluzioni
di sistema sicure.
8
Bibliografia:
Capitolo 6.
Bibliografia:
Protezione da fulmini:
• VDE 0185-305-1 (DIN EN 62305-1) - Regole generali
• VDE 0185-305-2 (DIN EN 62305-2) - Valutazione del rischio
• VDE 0185-305-3 (DIN EN 62305-3) - Protezione degli impianti edilizi e delle
persone
• VDE 0185-305-4 (DIN EN 62305-4) - Impianti elettrici ed elettronici interni
agli impianti edilizi
Messa a terra:
• DIN 18014: dispersori di fondazione
Impianti in bassa tensione:
• VDE 0100 (IEC 60634)
• VDE 0100-534 (IEC 60634-5-534)
• VDE 0100-410 (IEC 60634-4-41)
• VDE 0100-443 (IEC 60643-4-44)
• VDE 0100-714:2014-02 (IEC 60364-7-714) – Impianti di illuminazione
all'aperto
Lampade:
• VDE 0711-1 (Fpr EN 60598-1)
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OBO BETTERMANN®, OPTO 140102, versione 9. luglio 2015 DE
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