Guida alla scelta degli SPD

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Guida alla scelta
dei limitatori di
sovratensione (SPD)
BD03/5G - stampato 01/2003
Il presente stampato annulla e sostituisce il G32F01
La BTicino s.p.a. si riserva il diritto di variare, in qualsiasi momento, i contenuti illustrati nel presente stampato.
Edizione Italiana
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Indice
Introduzione
Panorama normativo
Glossario
2
3
4
Le sovratensioni
Origine delle sovratensioni
La valutazione del rischio
La protezione dalle sovratensioni mediante l'installazione di SPD
Coordinamento degli SPD rispetto ai valori di tenuta delle apparecchiature
Collegamenti equipotenziali
Panorama dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni
5
6
10
13
14
15
17
Criteri di scelta degli SPD
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova I
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova II
Metodi per la riduzione dell'impendenza di linea nel calcolo di Uprot
La protezione su più livelli ed il coordinamento delle protezioni
La protezione degli SPD
Installazione degli SPD
Protezione in modo comune o in modo differenziale
21
23
27
28
29
32
35
36
Catalogo Surge Protective Device (Limitatori di sovratensione)
Catalogo – SPD a varistore modulari Btdin
Catalogo – SPD per linee civili
37
38
39
Schemi, esempi e diagrammi di flusso per la scelta degli SPD
Esempi installativi e schemi
Protezione della linea telefonica
Diagrammi di flusso per la scelta degli SPD
47
48
53
55
1
Guida alla scelta degli SPD
Introduzione
Le sovratensioni
Le sovratensioni sono dei fenomeni che possono avere
origine da azionamenti ed inserzioni di carichi
fortemente induttivi o capacitivi o da fenomeni
atmosferici, quali i fulmini che possono cadere su un
edificio o nelle sue immediate vicinanze. Il problema
legato a questi fenomeni è molto complesso e richiede
già a livello di progetto un’attenta analisi. I danni
provocati da un fulmine possono essere disastrosi non
solo dal punto di vista fisico del fenomeno, ma anche
dal punto di vista monetario dei danni ad esso associato.
Una sovratensione anche di pochi Volt può essere
distruttiva nei confronti di apparecchiature di tipo
elettronico, non opportunamente protette, come per
esempio Personal Computer e sistemi video/audio.
Sovratensioni invece di valore più elevato possono
provocare danni irreparabili con conseguenze
disastrose per le piccole aziende o imprese che le
hanno subite. In generale gli effetti provocati dalle
sovratensioni possono essere molto dannosi e
pericolosi, poiché in seguito a tali eventi si può verificare
il cedimento dell’isolamento soprattutto nelle
apparecchiature di tipo elettronico, il precoce
invecchiamento dei conduttori, il danneggiamento degli
2
avvolgimenti di motori elettrici e la possibilità di innesco
di incendi. Le norme CEI 81-1 e CEI 81-4 e la guida
CEI 81-8 vengono in aiuto al progettista, indicando
quali devono essere i fattori di rischio da considerare e
quali sono le soluzioni adottabili. E’ inoltre necessario
tener ben presente che per quanto riguarda gli impianti
in bassa tensione, la percentuale di sovratensioni
provocate dai fulmini supera di gran lunga quella
originata dall’inserzione dei carichi fortemente induttivi
o capacitivi. La presente guida ha lo scopo di guidare
l’installatore nella scelta del dispositivo di protezione
più idoneo, alle proprie necessità in funzione dell’offerta
Bticino. La guida non deve essere considerata come la
soluzione unica e inequivocabile al problema della
protezione contro le sovratensioni, ma solo come un
ausilio e non deve essere utilizzata come sostitutivo
delle norme specifiche definite dagli organi competenti.
Sono indicate le soluzioni che possono essere attuate,
utilizzando i prodotti a catalogo Bticino, a seconda
delle caratteristiche dell’impianto e del livello di
protezione che si vuole ottenere e si completa con la
serie di dati tecnici dei prodotti a catalogo.
R
Panorama normativo
La situazione normativa attuale riguardo all’utilizzo
degli SPD (Surge Protective Device) è in continua
evoluzione e per alcuni aspetti in fase di definizione. In
ambito CEI è stata pubblicata la nuova guida CEI 818 specifica per la scelta e l’utilizzo di questi dispositivi
di protezione. Di seguito sono riportate le principali
norme nazionali ed internazionali a cui poter fare
riferimento:
CEI 81-1
Protezione delle strutture contro i fulmini. (Novembre
1995 terza edizione)
CEI 81-1 V1
Protezione delle strutture contro i fulmini - Variante 1
(Dicembre 1996)
CEI 81-3
Valori medi del numero dei fulmini a terra per anno e per
chilometro quadrato dei comuni d’Italia in ordine
alfabetico. Elenco dei comuni. (Novembre 1994
seconda edizione)
CEI 81-4
Protezione delle strutture contro i fulmini – Valutazione
del rischio dovuto al fulmine. (Dicembre 1996 prima
edizione)
CEI 81-4/V1
Protezione delle strutture contro i fulmini – Valutazione
del rischio dovuto al fulmine. (Ottobre 1998)
CEI 81-8
Guida d’applicazione all’utilizzo di limitatori di
sovratensione sugli impianti elettrici utilizzatori di bassa
tensione (Febbraio 2002)
CEI 64-8
Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non
superiore a 1000V in corrente alternata e 1500V in
corrente continua. (Gennaio 1998 quarta edizione)
3
CEI EN 60099-4
SPD - Parte 4: SPD ad ossido metallico senza
spinterometri per reti elettriche a corrente alternata.
(Febbraio 1998 prima edizione)
CEI EN 60099-4/A1
SPD - Parte 4: SPD ad ossido metallico senza
spinterometri per reti elettriche a corrente alternata.
(Aprile 1999)
CEI EN 60099-5
SPD - Parte 5: Raccomandazioni per la scelta e
l’applicazione. (Maggio 1999 prima edizione)
UTE C 15-443
Protection des installations électriques basse tension
contre les surtensions d’origine atmosphérique. (Luglio
1996)
IEC 61643-1
Surge protective devices connected to low-voltage
power distribution system - Part 1: Performance
requirements and testing methods. (Settembre 1997)
IEC 61643-2
Surge protective devices connected to low-voltage
power distribution system - Part 2: Selection and
application principles. (1998)
In particolare la norma CEI 81-1 da molto peso agli
aspetti antinfortunistici legati ai problemi di fulminazione.
In essa sono indicate chiaramente quali tipi di misure
sono da adottare per la protezione contro i fulmini.
Sempre secondo la norma CEI 81-1 è indicata la
possibilità di installazione di SPD, per la protezione
delle strutture contenenti impianti o sistemi interni
essenziali o alimentati attraverso linee aeree.
Guida alla scelta degli SPD
Glossario
Il glossario riportato di seguito è tratto dalla nuova
guida CEI 81-8 ed ha la funzione di spiegare in modo
rapido e sintetico le terminologie utilizzate nella presente
guida.
Corrente ad impulso (Iimp): è il valore di picco della
corrente che circola in un SPD che ne permette la
classificazione di classe di prova I. Questo valore di
corrente è riferito ad un impulso con forma d’onda
10/350µs
Corrente continuativa (Ic): è il valore di corrente
riferito alla tensione massima continuativa Uc che
circola attraverso un SPD in ogni modo di protezione (o
polo).
Corrente di scarica massima (Imax): è il valore di
picco della corrente che può circolare in un SPD senza
che lo stesso si danneggi. Questo valore è riferito ad un
impulso con forma d’onda 8/20µs.
Corrente nominale scarica (In): è il valore di picco
della corrente che circola in un SPD che ne permette
la classificazione di classe di prova II. Questo valore
di corrente è riferito ad un impulso con forma d’onda
8/20µs.
Corrente susseguente (Is): è il valore della corrente a
frequenza industriale fornita dall’impianto elettrico
utilizzatore di bassa tensione che circola in un SPD
dopo il passaggio della corrente di scarica. Questo
valore di corrente è diverso da quello della corrente
continuativa Ic.
Livello di protezione (Up): è il valore della tensione
che caratterizza il comportamento del SPD nel limitare
la tensione tra i suoi terminali e che è scelto tra una
serie di valori preferenziali.
Livello di protezione effettivo (Uprot): è il valore della
tensione misurata tra i conduttori dell’impianto e la
barra di equipotenzializzazione quando un SPD è
attraversato dalla corrente nominale di scarica o dalla
corrente d’impulso. Questo valore dipende dal livello di
protezione Up e dalle cadute induttive di linea dei
collegamenti del SPD.
Tensione massima continuativa (Uc): è il valore
ammissibile di tensione alla frequenza 50/60Hz che
può essere applicata ai morsetti del SPD
continuativamente senza che si danneggi. Rappresenta
di fatto la tensione nominale del SPD.
Tensione di innesco (Ui): è il valore massimo della
tensione raggiunta prima dell’innesco del SPD durante
la prova con un impulso avente forma d’onda
determinata.
Tensione residua (Ures): è il valore della tensione che
si presenta ai capi del SPD durante la scarica.
Tensione di tenuta (Utenuta): è il valore di picco della
tensione ad impulso (1.2/50µs) che l’apparecchiatura
può sopportare senza danneggiarsi.
Sovratensione temporanea (TOV): è una
sovratensione oscillatoria smorzata alla frequenza di
rete in una determinata posizione e di relativamente
lunga durata.
Protezione in modo comune: tipo di protezione
realizzata collegando un SPD tra tutti i conduttori attivi
(fasi e neutro) e terra.
Protezione in modo differenziale: tipo di protezione
realizzata collegando un SPD tra i conduttori attivi (fasi)
ed il neutro.
Protezione primaria (o di testa): è la protezione
generale dell’impianto che si realizza collegando a monte
ed in parallelo al resto dell’impianto stesso un SPD.
4
Protezione fine: è la protezione finale di una parte
dell’impianto in cui si devono proteggere
apparecchiature particolarmente sensibili, che si
realizza collegando in serie alla linea da proteggere un
SPD (opportunamente coordinato con quelli di livello
superiore).
Densità annuale di fulmini al suolo (Nt): è un
coefficiente definito dalle norme che identifica il rischio
di fulminazione in relazione all’area geografica dove è
collocata la struttura da proteggere.
LPS (Lighting Protection System): è il sistema
completo di protezioni adottate per garantire la
protezione dai fulmini diretti ed indiretti. Esso si
compone di sistemi di protezione interni ed esterni.
SPD (Surge Protective Device): è un limitatore di
sovratensioni transitorie atto a deviare le correnti
impulsive. Esso contiene almeno un elemento non
lineare.
SPD con intervento ad innesco: è un SPD che ha
un’impedenza molto alta in assenza di sovratensione
che si porta rapidamente a valori bassissimi in presenza
di sovratensioni impulsive. Esempi di SPD ad innesco
sono gli spinterometri i triac, i tiristori.
SPD con intervento a limitazione: è un SPD che ha
un’impedenza molto alta in assenza di sovratensione
che si riduce con continuità a valori bassissimi con
l’aumentare della tensione e della corrente impulsiva.
Esempi di SPD a limitazione sono i varistori ed i diodi.
Classe I: è la classe di protezione di un SPD, definita
dalla norma IEC 61643-1 per cui è garantita la protezione
contro la fulminazione diretta. Gli SPD sono provati
con una corrente di impulso Iimp con forma d’onda 10/
350µs.
Classe II: è la classe di protezione di un SPD, definita
dalla norma IEC 61643-1 per cui è garantita la protezione
contro la fulminazione indiretta. Gli SPD sono provati
con una corrente nominale di scarica In con forma
d’onda 8/20µs.
Classe III: è la classe di protezione di uno SPD, definita
dalla norma IEC 61643-1 per cui è garantita la protezione
contro le sovratensioni transitorie. Gli SPD sono provati
con un generatore di tensione combinato, con forma
d’onda 1.2/50µs e corrente con forma d’onda 8/20µs.
Distanza di protezione (d): è la massima distanza tra
un SPD e l’apparecchiatura da proteggere
Distanza minima di coordinamento (dmin): è la
minima distanza che si deve avere tra 2 SPD per
garantire un coordinamento efficace.
Dispositivo di distacco: è un dispositivo che
disconnette automaticamente l’SPD dal circuito quando
lo stesso si guasta, in modo tale da prevenire un guasto
permanente nel sistema.
Fattore di riduzione k: indica l’efficacia del SPD nel
ridurre le componenti di rischio. I due fattori di riduzione
considerati sono rispettivamente k3 (fattore di riduzione
degli SPD installati nelle vicinanze dell’apparecchiatura
da proteggere) e k5 (fattore di riduzione degli SPD
installati all’arrivo linea). Tanto più basso è questo
valore quanto maggiore sarà l’efficacia del SPD.
R
Le sovratensioni
5
Guida alla scelta degli SPD
Origine delle sovratensioni
Per sovratensione si intende una differenza di potenziale
transitoria che ha origine in uno o più punti dell’impianto,
di valore superiore a quello di tenuta dell’impianto
stesso. Esse sono classificabili in due tipologie:
Sovratensioni interne: sono sovratensioni generate
da azionamenti di dispositivi di apertura e chiusura
installati su circuiti di potenza fortemente induttivi o
capacitivi oppure da guasti nell’impianto. Le
sovratensioni di origine interna sono legate alle
caratteristiche dell’impianto ed in particolare alla
tensione di esercizio. Esse possono risultare
particolarmente critiche per i circuiti alimentati con
tensioni elevate.
Sovratensioni esterne: sono sovratensioni provocate
dalla caduta di fulmini per esempio nelle vicinanze di
linee elettriche di alta, media e bassa tensione. La
sovratensione di origine esterna ha una sua criticità
che non è legata alle caratteristiche del circuito, per cui
i danni provocati possono essere considerevoli anche
per impianti con tensioni di esercizio più basse. Nel
caso di sovratensioni provocate dalla caduta di un
fulmine si può fare un’ulteriore suddivisione in due
tipologie:
Fulminazione Diretta: è un evento che si verifica
quando il fulmine colpisce direttamente la struttura o il
suo impianto di protezione. La fulminazione diretta può
interessare la struttura stessa quando viene colpita
direttamente dal fulmine oppure la linea di alimentazione
della struttura quando il fulmine colpisce invece la
linea. A seconda quindi del tipo di fulminazione diretta
(della struttura o della linea) bisogna fare alcune
considerazioni.
Fulminazione Indiretta: questo evento invece si verifica
quando il fulmine non colpisce direttamente la struttura
ma colpisce terra nelle immediate vicinanze della
struttura stessa o dell’impianto di protezione (sono
considerate distanze fino a 1,5 km). Vista l’impossibilità
di impedire la creazione di un fulmine, la soluzione per
evitare danni derivanti dalle sovratensioni consiste nel
realizzare impianti di protezione adeguati. Questi
impianti possono essere esterni alla struttura (sistema
parafulmini, gabbie di Faraday ecc...) oppure di tipo
interno mediante l’impiego di dispositivi di limitazione
(spinterometri, SPD a varistore o diodi soppressori).
Per ottenere un’accettabile protezione dell’impianto è
necessario aumentare al massimo il grado di isolamento
dei cavi e della apparecchiature. Pur essendo le più
frequenti e dannose le sovratensioni prodotte dai fulmini
non sono tuttavia le uniche che possono danneggiare
gli impianti o essere pericolose per le persone; infatti le
manovre di commutazione sulle linee che alimentano
apparecchi con elevate induttanze (motori, trasformatori
ecc...) possono produrre sovratensioni che possono
raggiungere qualche decina di kV. Queste sovratensioni
per quanto di livello ed intensità inferiore rispetto a
quelle prodotte dai fulmini possono essere sicuramente
dannose anche a lungo termine perché possono portare
al rapido invecchiamento degli isolamenti (con
conseguente innesco di incendi), deterioramento delle
apparecchiature elettriche o perdita di informazioni in
sistemi informatici ecc...
Tipologie delle sorgenti di danno
d
S1
fulminazione diretta dell’edificio
Componenti di rischio
A-H-D
Tipi di danno
- danni meccanici
- incendi
- esplosioni
- morte di persone per tensioni
di passo e di contatto
- avaria o distruzione
apparecchiature elettroniche ed
elettriche
6
S2
fulminazione indiretta dell’edificio
Componenti di rischio
M
Tipi di danno
- avaria o distruzione
apparecchiature elettroniche ed
elettriche
d
S3
fulminazione diretta della linea
S4
fulminazione indiretta della linea
Componenti di rischio
C
Componenti di rischio
G
Tipi di danno
- incendi
- esplosioni
- morte di persone per tensioni
di passo e di contatto
- avaria o distruzione
apparecchiature elettroniche ed
elettriche
Tipi di danno
- avaria o distruzione
apparecchiature elettroniche ed
elettriche
R
Origine delle sovratensioni
Il meccanismo di accoppiamento
La corrente di fulmine può propagarsi nei circuiti elettrici
e le apparecchiature provocando delle sovratensioni
secondo tre tipologie di accoppiamento:
Profilo del potenziale del suolo in prossimità
di un dispersore ad anello
A
Accoppiamento resistivo
In questo caso le sovratensioni sono dovute al
passaggio della corrente di fulmine nel dispersore o
sulle guaine metalliche dei cavi. Quando la struttura è
colpita da un fulmine, il passaggio della corrente nel
suolo porta il dispersore alla tensione totale di terra:
B
U (V)
dispersore ad
anello
potenziale del
dispersore
potenziale del suolo
(asse A-B)
Ut = Z x I
che potrebbe essere di qualche centinaia di kilovolt
anche se il dispersore ha un’impedenza ad impulso Z
di qualche Ohm. Il suolo circostante il dispersore
assume anch’esso un potenziale rispetto a terra che va
diminuendo con la distanza dal dispersore stesso. Tale
potenziale può essere ancora molto elevato anche a
distanza di parecchie decine di metri. Tanto più piccolo
è il dispersore e più bassa la resistività del suolo tanto
più rapido sarà il decadimento del potenziale al suolo.
Tutti i circuiti provenienti dall’esterno, che attraversano
il cono di potenziale si comportano come masse
estranee e sono quindi soggetti a sovratensioni verso
terra pari al potenziale del suolo o alla tensione totale
di terra. In questo caso le sovratensioni saranno di
modo comune, poiché interessano direttamente i
conduttori di fase/neutro e terra e la loro entità dipende
sia dall’impedenza ad impulso del dispersore sia dalle
caratteristiche del circuito elettrico interessato. La
forma d’onda della sovratensione è molto simile a
quella della corrente di fulmine (10/350µs), mentre
l’energia e la carica associata possono essere notevoli.
10 20 30 40
D (m)
La sovratensione dovuta ad accoppiamento
resistivo è simile a quella della corrente di fulmine
U (V)
U(t) = L x di
dt
V
50%
10µs
T
350µs
La sovratensione dovuta ad accoppiamento induttivo
è proporzionale alla derivata della corrente di fulmine
Sovratensioni da manovre di commutazione
U (V)
V
In assenza di sovratensioni
U (V)
U
T (ms)
0,5µs
20µs
T
Sovratensioni transitorie in rete BT 230/400Va.c. 50Hz
U (V)
U (V)
In presenza di sovratensioni
U
µs
10
T (ms)
7
20
30
40
T (ms)
Guida alla scelta degli SPD
Origine delle sovratensioni
Accoppiamento Le sovratensioni sono indotte dal campo magnetico
associato alle correnti di fulmine nelle spire formate dai
induttivo
circuiti esterni o interni delle apparecchiature.
La corrente di fulmine genera un campo magnetico
transitorio di valore molto elevato in prossimità sia del
punto di impatto del canale di fulmine che dei conduttori dell’impianto di protezione.
L’induzione magnetica decresce con la distanza dal
conduttore su cui fluisce la corrente secondo la formula iperbolica riportata di seguito:
µI
dove
B =
2πD
Sovratensioni indotte su apparecchiature interne
alla struttura
(*)
Cavo d'antenna
Spira di induzione
Calata
Limitatore
di tensione
B
I
D
µ
=
=
=
=
induzione magnetica
corrente che fluisce nel conduttore
distanza
permeabilità magnetica (µ0=4π x10-7 H/m)
Tale formula può essere usata per una stima semplificata dell’induzione magnetica, poiché l’induzione varia nel tempo con la stessa legge con cui varia la
corrente di fulmine, essa genera, nelle spire formate
dai circuiti con cui si concatena una tensione pari a:
Ui =
L x di
dt
proporzionale all’induttanza L della spira concatenata
ed alla pendenza della forma d’onda della corrente di
fulmine.
Tanto più ampie saranno le spire tanto maggiore sarà
la tensione Ui.
Nel caso di fulminazione diretta la corrente di fulmine
che passa sugli elementi della struttura e dell’impianto
di protezione genera delle sovratensioni anche di centinaia di kilovolt che possono essere estremamente
pericolose perché possono interessare tutti gli elementi metallici della struttura stessa (anche per esempio i tubi dell’acqua o del gas).
Né la presenza dell’impianto di protezione base né la
presenza di limitatori di sovratensione possono impedire la creazione di queste sovratensioni che possono
essere sia di modo comune sia di modo differenziale.
La forma d’onda delle sovratensioni è di breve durata
(1/50µs) mentre l’energia e la carica associata sono
piuttosto modeste.
In caso di fulminazione indiretta invece le sovratensioni
trasmesse dalle linee sono sicuramente le più significative. In questo caso le sovratensioni sono di modo
comune e dipendono dall’ampiezza della corrente di
fulmine e dall’impedenza d’onda della linea.
8
Linea di energia
(*) Dopo la scarica una parte della
corrente di fulmine passa sul cavo
Calata
Spira concatenata
con il campo
magnetico della
corrente di fulmine
Presa di
energia
Sovratensione
indotta
Linea di
energia
Presa di
segnale
Limitatore
di tensione
Linea di segnale
schermata
R
Origine delle sovratensioni
Accoppiamento Le sovratensioni sono dovute al campo elettrico generato dalle cariche associate alle correnti di fulmine, per
capacitivo
accoppiamento capacitivo tra i circuiti e le apparecchiature e gli elementi che portano la corrente di
fulmine.
Quando il fulmine colpisce terra o un impianto di
protezione, il canale di fulmine assume un potenziale
molto elevato rispetto all’ambiente circostante, pari
alla tensione totale di terra. La capacità tra il canale di
fulmine e circuiti adiacenti si carica generando una
sovratensione in modo comune sul circuito e sulle
apparecchiature. Queste sovratensioni sono sicuramente più basse rispetto a quelle di tipo resistivo o
induttivo e talvolta possono essere trascurate.
Accoppiamento capacitivo
Canale
di
fulmine
Edificio n°1
Edificio n°2
Linea di trasmissione
Apparecchio n° 1
Z
9
Apparecchio n° 2
Z
Z
Guida alla scelta degli SPD
La valutazione del rischio
Tipi di danno
e componenti
di rischio
La decisione di installare un SPD all’inizio dell’impianto
è subordinata al fattore di rischio valutato in sede di
progetto attenendosi alle prescrizioni di cui alla norma
CEI 81-4 confrontando il rischio considerato R ed il
rischio tollerabile Ra. I danni causati da un fulmine
possono essere classificati in 4 tipi:
Tipo 1 - Perdite di vite umane
Tipo 2 - Perdita inaccettabile di servizi pubblici
essenziali
Tipo 3 - Perdita di patrimonio culturale insostituibile
Tipo 4 - Perdite economiche
Componenti di rischio definite dalla norma CEI 81-4
Componente
A
Incendi all'interno della struttura per
fulminazione diretta della struttura
stessa
C
Incendi all'interno della struttura per
fulminazione diretta della linea
elettrica
D
Sovratensioni sugli impianti interni
ed esterni alla struttura per
fulminazione diretta della struttura
(tale componente è composta da 2
parti: una dovuta all’accoppiamento
resistivo e l’altra all’accoppiamento
induttivo causati dalla corrente di
fulmine che colpisce la struttura)
G
Sovratensioni sugli impianti interni
della struttura per fulminazione
indiretta della linea elettrica
M
Sovratensioni sugli impianti interni
della struttura per fulmini a terra in
prossimità della struttura.
H
Tensioni di passo o di contatto
generate all'esterno della struttura da
fulmini intercettati direttamente dalla
struttura stessa.
A seconda del tipo di danno cambia il valore di rischio
tollerabile Ra come indicato nella tabella di seguito.
Valori del rischio tollerabile in funzione del tipo
di danno
Tipo di danno
Ra
Descrizione del danno
Tipo 1
10-5
Perdite di vite umane inteso
come numero di morti allo
anno riferito al numero totale
di persone esposte al rischio
Tipo 2
Tipo 3
10-3
10-3
Perdita inaccettabili di servizi
pubblici essenziali intesa
come prodotto del numero di
utenti non serviti per la durata
annua del disservizio, riferito
al numero totale degli utenti
serviti all'anno.
Perdita di patrimonio culturale
insostituibile, inteso come
valore annuo di beni perduti,
rispetto al valore totale dei
beni esposti al rischio.
Nei primi 3 casi la protezione dalle sovratensioni è da
considerarsi quasi obbligatoria.
Nel caso di “Tipo 4” invece la scelta di adottare delle
protezioni è affidata direttamente al progettista che ne
dovrà valutare, in accordo con il committente,
l’opportunità sulla base della convenienza.
La valutazione del rischio deve essere fatta
considerando le diverse componenti di rischio definite
nella norma CEI 81-4 e riassunte di seguito.
10
Descrizione
Ogni componente contribuisce al rischio in maniera più
o meno onerosa a seconda delle caratteristiche della
struttura. Per ciascun tipo di rischio il valore R è dato
dalla somma delle componenti che contribuiscono a
determinarlo come riportato nella tabella di seguito.
Tipo di
danno
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4
Componenti di rischio
Fulminazione
diretta della
struttura
H
A
D
X
X
X(3)
X
X
X
X(4)
X
X
Fulminazione
indiretta della
struttura
M(1)
G
C(2)
X(3)
X(3)
X
X
X
X
X
X
X
X
(1) Per strutture contenenti impianti interni sensibili
(2) Per linee di energia
(3) Per ospedali e per strutture con rischio di esplosione
(4) Per strutture ad uso agricolo (perdite di animali)
R
La valutazione del rischio
Valori medi del numero Nt di fulmini a terra all'anno ed al chilometro quadrato in Italia
1,5 fulmini anno/km2
2,5 fulmini anno/km2
4 fulmini anno/km2
11
Guida alla scelta degli SPD
La valutazione del rischio
In funzione del livello di esposizione al rischio si deve
prevedere l’opportunità di installare apparecchiature
di protezione.
Il livello di esposizione ai fulmini viene generalmente
fornito dagli uffici meteorologici locali.
Si prende come valore medio a livello europeo un livello
di rischio Nt di 2,5 che però in alcune aeree geografiche
(zone montagnose in genere e sulle alpi) può anche
essere superiore a 10.
Tipo di apparecchiatura
Livello di Valore delle apparecchiature da proteggere in di milioni di lire
protezione zona rischio basso
zona rischio medio
zona rischio elevato
Up (kV)
1÷3 3÷10 > 10
1÷3 3÷10 > 10
1÷3 3÷10 > 10
>2.5
C
C
B
C
B
B
B
B
B
Apparecchi elettromeccanici
poco sensibili
- apparecchiature elettrotecniche
- apparecchi di comando e protezione
- trasformatori
- motori etc…
Apparecchi elettromeccanici
1.8÷2.5
o elettronici sensibili
- lavatrici
- apparecchiature domestiche in genere
- congelatori
- televisione
- caldaie e sistemi di riscaldamento in genere
- ascensori etc…
Apparecchi elettronici molto sensibili
1.3÷1.8
- apparecchi informatici (PC)
0.5÷0.8
- autocommutatori
- equipaggiamenti specifici per ospedali
- registratori di cassa
- fotocopiatrici
- fax
- centrali di allarme
- centralini telefonici
A
necessario
B
raccomandato
C opzionale
12
Naturalmente questo dato non è sufficiente per una
corretta scelta della protezione poiché vanno considerati
tutta una serie di fattori che verranno descritti di seguito.
La tabella riportata di seguito vuole indicare dove è
necessario e conveniente installare dispositivi di protezione contro le sovratensioni, in funzione:
- della zona e del livello di esposizione
- delle apparecchiature installate
- del valore delle apparecchiature da proteggere.
C
B
B
C
B
A
B
A
A
B
B
B
B
A
A
A
A
A
R
La protezione dalle sovratensioni mediante
l'installazione di SPD
Per ottenere un’efficace protezione contro la
fulminazione e contro le sovratensione che ne possono
derivare si possono attuare una serie di misure
preventive che possono essere riassunte come segue:
- aumento dell’isolamento dei conduttori e delle
apparecchiature dell’impianto
- utilizzo di schermature (da considerarsi già in fase di
progetto della struttura)
- equipotenzializzazione dei componenti del circuito
da proteggere
- installazione di dispositivi di protezione esterni LPS
(se il rischio di fulmine è alto)
- installazione di dispositivi di protezione e limitazione
interni SPD.
La norma CEI 81-1 presa come riferimento per i diversi
punti di cui sopra non da delle indicazioni sufficienti per
la realizzazione della protezione richiesta, per cui spesso
si deve ricorrere a provvedimenti integrativi. In pratica
si deve ricorrere all’installazione di captatori a maglia
(con magliatura ridotta se ci sono apparecchiature
particolarmente suscettibili) alla predisposizione di
calate per ridurre il valore di campo elettromagnetico
ed alla realizzazione di dispersori ad anello con
magliatura su tutta la superficie occupata dalla struttura
di sezione non inferiore a 6 mm2 (possibilmente in
rame). Altro sistema per ridurre gli effetti del fulmine è
quello di realizzare strutture in cemento armato
realizzate in modo da garantire la continuità elettrica
tra i ferri di armatura. In questo caso possono essere
omessi i provvedimenti descritti prima. Al fine di ridurre
invece i rischi legati alle sovratensioni dovute ad
accoppiamento resistivo si può ricorrere
all’equipotenzializzazione di tutte le componenti della
struttura in modo da ridurre le differenze di potenziale
tra i circuiti e massa. Tutti i circuiti, i corpi metallici e le
masse estranee devono essere collegate direttamente
o tramite limitatore di tensione ad un collettore di
equipotenzializzazione a sua volta collegato a terra.
Nel caso invece di sovratensioni di origine induttiva si
può ricorrere all’installazione di calate aggiuntive che
hanno la funzione di ridurre la corrente di fulmine.
Un ulteriore sistema di protezione attuabile può essere
la schermatura dei circuiti e delle apparecchiature.
Risulta quindi abbastanza evidente che realizzare degli
impianti di protezione dedicati oltre a comportare un
discreto numero di problemi può risultare anche
piuttosto oneroso in termini economici. L’installazione
di dispositivi di limitazione delle sovracorrenti, quali
appunto gli SPD può essere la soluzioni migliore sia dal
punto di vista tecnico che da quello economico.
Per ognuna delle componenti descritte al capitolo
precedente è indicato l’utilizzo di SPD all’ingresso di
linea o in prossimità delle apparecchiature installate.
Per valutare l’efficacia del SPD scelto si deve ricorrere
ai fattori di riduzione del rischio k5 (per gli SPD all’arrivo
linea) e k3 (per gli SPD installati in prossimità delle
apparecchiature) definiti dalla norma CEI 81-4. La
norma stessa attribuisce agli SPD correttamente
dimensionati un valore di fattore di riduzione k3 e k5
pari a 0.01, senza però indicare come scegliere e
installare gli SPD stessi. A soluzione di questo problema
si può fare riferimento alla guida CEI 81-8, dove sono
indicati i criteri di scelta e di installazione degli SPD. Nei
capitoli a seguire sono riportate le indicazioni
sull’installazione degli SPD in accordo a quanto previsto
dalla guida CEI 81-8.
Ripartizione presunta della corrente di scarica del fulmine
nell'impianto base
100%
Impianto base
Linea di segnale
50%
Barra di equipotenzialità
Linea di alimentazione
tubazioni metalliche
50%
Impianto di terra
Sovratensioni in un cavo schermato
impianto
parafulmine
I1
Edificio n°1
Apparecchio n° 1
I2
Edificio n°2
Apparecchio n° 2
conduttore
guaina
sbarra di
equipotenzialità
Impedenza di
terra (Z1)
13
Impedenza di
terra (Z2)
Guida alla scelta degli SPD
Coordinamento degli SPD rispetto ai valori di tenuta
delle apparecchiature
Per la scelta della protezione più efficace è necessario
tener conto di alcune regole basilari riportate di seguito.
Uno dei criteri di scelta degli SPD riguarda il
coordinamento dei livelli di tenuta ad impulso delle
apparecchiature e il livello di protezione del SPD stesso.
Tanta più bassa è la differenza tra il livello di protezione
Up del SPD installato rispetto al valore di tensione di
tenuta dell’apparecchiatura da proteggere, tanto più è
efficace la protezione. A tal proposito la norma IEC
60664 definisce 4 categorie di tenuta ad impulso così
definite:
Livelli di sovratensioni in funzione della tensione
nominale dell’impianto BT e della categoria di tenuta
ad impulso
Tensione
nominale (V)
1000
600
300
230/400
150
100
50
Categoria di tenuta ad impulso (V)
IV
III
II
I
12000
8000
6000
4000
8000
6000
4000
2500
6000
4000
2500
1500
6000
4000
2500
1500
4000
2500
1500
800
2500
1500
800
500
1500
800
500
330
Per ognuna delle 4 categorie possono essere
suddivise le apparecchiature più comunemente
usate negli impianti elettrici. La tabella di seguito
riassume quali apparecchiature corrispondono
generalmente alle categorie di tenuta ad impulso.
Esempi di materiale in funzione delle categorie di tenuta
ad impulso (Uo=230/400V
Categoria
Tensione di
Apparecchiature
tenuta (V)
IV
6000
apparecchi installati a monte
del quadro di distribuzione
(cavi, contatori, dispositivi
principali di protezione, ...)
III
4000
apparecchi facenti parte
dell’impianto fisso (quadri di
distribuzione, interruttori,
prese a spina, ...)
II
2500
apparecchi “utilizzatori” dalla
tenuta ad impulso “normale”
(ad esempio, apparecchi
elettrodomestici, lavatrice,
congelatore, frigorifero,
lavastoviglie utensili portatili)
I
1500
apparecchi particolarmente
sensibili (apparecchiature
elettroniche,
personal
computer, fotocopiatrice,
televisori, Hi-Fi
Dati caratteristici degli apparecchi dell’impianto utilizzatore
Utenuta = è il valore di tensione impulsiva oltre
il quale l’apparecchio si danneggia
Utenuta
Danni permanenti
Livello della
sovratensione
Riduzione vita utile
Uimmunita’
Malfunzionamenti
Nessun effetto
14
La Uprot deve essere
minore del 90% della
U di tenuta
dell’apparecchiatura
R
Collegamenti equipotenziali
Equipotenzializzazione
dei servizi
La realizzazione L’equipotenzializzazione di tutti i
servizi entranti nella struttura si rende necessaria per
ridurre il rischio che si creino differenze di potenziale
pericolose durante la fulminazione o tali da creare
delle spire che possano innescare delle tensioni indotte dannose alle apparecchiature installate nell’impianto. I collegamenti devono essere effettuati all’ingresso della struttura mediante l’installazione di barre
di equipotenzializzazione, alle quali vanno collegate
tutte le masse (le connessioni devono essere le più
corte possibili). Nel caso in cui le masse estranee e le
linee di alimentazione e di segnale entrassero nella
struttura da punti diversi si dovrà ricorrere all’installazione di più barre di equipotenzializzazione connesse
al dispersore ad anello o ai singoli dispersori.
Gli SPD sono spesso utilizzati come componente del
LPS (impianto di protezione contro i fulmini) interno, il
cui compito è quello di evitare le scariche pericolose
all’interno della struttura protetta durante il passaggio
della corrente di fulmine sull’LPS esterno in caso di
fulminazione diretta. In particolare è necessario evitare delle scariche pericolose tra l’LPS esterno e:
- corpi metallici (corpi metallici con notevole
estensione lineare)
- impianti esterni (impianti elettrici che entrano
nella struttura)
- impianti interni (impianti elettrici interni alla
struttura)
L’equipotenzializzazione della struttura e dei diversi
componenti può essere realizzata nei seguenti
modi:
- collegamenti equipotenziali con corpi metallici
interni
- collegamenti equipotenziali con corpi metallici
esterni
- collegamenti equipotenziali per impianti interni
- collegamenti equipotenziali per impianti esterni
Per quanto riguarda la realizzazione dei
collegamenti equipotenziali con corpi metallici
interni, la tabella di seguito indica le sezioni minime
dei conduttori di connessione da impiegare.
Collegamenti equipotenziali con corpi metallici interni
Materiale
Sezioni minime dei conduttori di connessione fra i
collettori di equipotezialità del LPS e fra questi ed
il dispersore (mm2)
Cu
16
Al
25
Fe
50
Sezioni minime dei conduttori di connessione per
corpi metallici interni ed il collettore di
equipotenzialità del LPS (mm2 )
6
10
16
Equipotenzializzazione dei servizi entranti:
ingresso in più punti a livello del terreno con utilizzo del dispersore ad anello
linee elettriche o di segnale
barre di
equipotenzializzazione
dispersore
ad anello
masse
estranee
ferri di armatura se utilizzati
15
masse estranee
Guida alla scelta degli SPD
Collegamenti equipotenziali
Equipotenzializzazione
dei servizi
Gli SPD devono essere installati in posizione accessibile e ispezionabile. Si ritiene sufficiente l’utilizzo di
SPD con corrente nominale di scarica non minore di
10kA, onda 8/20 µs (pertanto SPD) e tensione d’innesco coordinata con l’isolamento. Per i collegamenti
equipotenziali con corpi metallici esterni la scelta degli
SPD e della sezione dei conduttori di collegamento
dipende dalla corrente di fulmine e da come essa si
ripartisce nei conduttori. Nel caso di collegamenti
equipotenziali per impianti interni, se le linee degli
impianti interni non sono schermate o non sono in
canale metallico, i conduttori attivi devono essere
collegati per mezzo di SPD. I collegamenti devono
essere effettuati il più possibile vicino al punto di
ingresso delle linee esterne. Ne consegue che anche
gli SPD devono essere posti all’ingresso della linea
elettrica di alimentazione nella struttura protetta. Gli
SPD così scelti, però, possono portare ad una scarsa
protezione di alcune parti dell’impianto e degli apparecchi. Quindi per i singoli apparecchi e per zone
dell’impianto lontane dall’ingresso linea è necessario
ricorrere a SPD dedicati ai singoli apparecchi o alle
zone lontane (protezione su più livelli). Nelle figure di
seguito sono riportati degli esempi di equipotenzializzazione della struttura.
Equipotenzializzazione dei servizi entranti:
ingresso in più punti a livello del terreno con utilizzo del conduttore ad anello interno
dispersore locale
linee elettriche o di segnale
dispersore
locale
barre di
equipotenzializzazione
masse
estranee
ferri di
armatura
se utilizzati
anello di
dispersore locale masse estranee equipotenzializzazione
Equipotenzializzazione dei servizi entranti: ingresso in un singolo punto
barre di
equipotenzializzazione
dispersore
masse
estranee
ferri di armatura se utilizzati
16
linee elettriche o di segnale
masse estranee
R
Panorama dei dispositivi di protezione dalle sovratensione
Generalità
Il principio di funzionamento dei dispositivi di limitazione delle sovratensioni si basa sull’innesco di un arco
elettrico tra un conduttore attivo in cui si verifica
appunto la sovratensione e l’impianto di terra, al fine di
impedire il propagarsi della sovratensione stessa a
valle dell’apparecchio.
Spinterometri
Gli spinterometri sono dispositivi di protezione generalmente disponibili nella versione estraibile a coltello
oppure in custodia per installazione su guida DIN35.
Essi non sono in grado di estinguere l’arco generato
dalla sovratensione e causano l’intervento delle protezioni poste a monte dell’apparecchio. Gli spinterometri
si suddividono nelle tipologie in aria o a gas. Gli
spinterometri sono costituiti da 2 elettrodi distanziati
tra loro, tra i quali, in presenza di una sovratensione, si
innesca un arco elettrico che si autoestingue quando la
corrente scende al di sotto di qualche decina di Ampere.
Un potenziale problema che si può verificare è la
saldatura dei contatti in seguito alla scarica. Ciò è
dovuto alla limitata distanza che c’è normalmente tra i
contatti. Il potere di scarica degli spinterometri è molto
elevato sia per i dispositivi in aria che per quelli a gas.
La tensione di innesco cresce con la ripidità del fronte
d’onda della sovratensione. Questi apparecchi hanno
generalmente dimensioni maggiori rispetto ad altri
apparecchi di protezione. Ciò è dovuto alla necessità
di contenimento delle celle spegniarco. Uno svantaggio di questi tipi di dispositivi di protezione è legato
alla non sempre certa estinzione dell’arco in presenza
di elevate correnti di cortocircuito nel punto di installazione. In funzione del numero di interventi effettuati
si può inoltre avere un progressivo degrado delle
prestazioni dell’apparecchio.
La tensione di innesco degli spinterometri è generalmente troppo elevata per ottenere un’adeguata protezione delle apparecchiature elettroniche. Il principio di
funzionamento dei dispositivi di limitazione delle
sovratensioni si basa sull’innesco di un arco elettrico
tra un conduttore attivo in cui si verifica appunto la
sovratensione e l’impianto di terra, al fine di impedire il
propagarsi della sovratensione stessa a valle
dell’apparecchio.
In commercio sono disponibili diverse tipologie di
prodotti con caratteristiche differenti destinati a realizzare la protezione nei confronti delle sovratensioni.
Di seguito vengono brevemente presentate le diverse
tipologie e le relative caratteristiche.
Spinterometro
1
2
3
4
5
1 - morsetto di ingresso
2 - isolatore
3 - morsetto di uscita
4 - elettrodo di ingresso
5 - elettrodo di uscita
6 - piastra di raffreddamento
6
Comportamento degli spinterometri
in presenza di sovratensioni transitorie
U
sovratensione transitoria
tensione residua
ai morsetti
dello spinterometro
T
Variazione della tensione in funzione
della corrente ai morsetti dello spinterometro
U
effluvio
innesco
arco
I
17
Guida alla scelta degli SPD
Panorama dei dispositivi di protezione dalle sovratensione
SPD a gas
Per la protezione degli impianti di telecomunicazione
vengono utilizzati generalmente degli SPD a gas. Questi dispositivi sono caratterizzati da dimensioni estremamente ridotte e da un’elevata efficienza. Gli SPD a
gas sono composti generalmente da un tubetto in
vetro o ceramica alle cui estremità sono collocati gli
elettrodi. Tra i due elettrodi è presente un gas nobile
(argon o neon). Quando la tensione tra gli elettrodi è
uguale o maggiore a quella di accensione caratteristica
del dispositivo si verifica l’innesco dello SPD. Bticino
propone un apparecchio di questo tipo disponibile
nella versione per installazione su guida DIN 35
appositamente studiato per la protezione delle linee
telefoniche (art. PLT1). Le caratteristiche di questo
apparecchio sono descritte nelle tabelle dei dati
tecnici.
Scaricatori a gas
5
1
2
4
3
1 - elettrodi
2 - isolatore
3 - massa di attivazione
4 - supporto di ignizione
5 - zona di scarica
Comportamento degli SPD a gas
in presenza di sovratensioni transitorie
U (V)
U1
U2
T1
Diodi
soppressori
Questi tipi di SPD sono costituiti da diodi zener in grado
di sopportare correnti più elevate rispetto a quelle
sopportabili dai diodi di uso comune. Spesso questi
apparecchi si trovano già incorporati in prese o
connettori per la protezione delle appa-recchiature.
I soppressori a diodi offrono una elevata rapidità di
intervento senza alcun degrado delle prestazioni in
funzione del numero di scariche effettuate ed un’ampia
gamma di tensioni di innesco.
Per contro il potere di scarica di questi dispositivi è
piuttosto limitato.
T2
T
Comportamento dei soppressoria diodo
in presenza di sovratensioni transitorie
U
sovratensione transitoria
tensione residua
ai morsetti
del diodo
T
Diodo soppressore (a spina)
Variazione della tensione in funzione
della corrente ai morsetti del diodo
1
U
2
5
4
3
tensione di Zener
1 - fusibile di protezione rapido
2 - diodo Zener
3 - resistenza
4 - spinotti di uscita
5 - alveoli di ingresso
18
Imax
I
R
Panorama dei dispositivi di protezione dalle sovratensione
SPD a
varistore
La gamma di prodotti sicuramente più diffusa ed
efficace è quella degli SPD a varistore ad ossido di
metallo. Bticino propone una gamma di prodotti di
questo tipo, molto ricca e con prestazioni tali da poter
essere impiegati per la protezione primaria degli impianti, fino a quella terminale (fine). Gli SPD a varistore
sono dei dispositivi in grado di variare la propria resistenza in funzione della tensione ad essi applicata.
Quando al varistore è applicata la tensione nominale
d’impiego qualsiasi corrente di fuga verso terra viene
bloccata. Con il crescere della tensione, la resistenza
del varistore diminuisce, fino a ridursi praticamente a
zero in modo tale da permettere il passaggio della
corrente verso terra. Questi tipi di dispositivi sono in
grado di ripetere varie volte la loro funzione di protezione; infatti, essi possono proteggere intervenendo almeno 20 volte al valore di corrente nominale (In) per i
quali sono dichiarati, oppure per una sola volta al
valore di corrente massima di scarica (Imax). Gli SPD
a varistore Bticino sono disponibili in una vasta gamma
di soluzioni con caratteristiche installative che ne consentono l’impiego sia in ambito industriale e terziario
che domestico.
La gamma di SPD Bticino si compone di apparecchi
in modulo DIN 35 per ogni tipo di protezione (primaria, 2° livello e fine) oppure in moduli per serie civili
particolarmente indicati per la protezione fine di
apparecchiature elettroniche (Personal computer, HiFi, ecc...). I prodotti in modulo DIN Bticino sono del tipo
a cartuccia intercambiabile che offre il grosso vantaggio di una facile sostituzione delle sole cartucce senza
dover cambiare tutta l’apparecchiatura di protezione.
Questi apparecchi sono dotati di segnalazione, mediante bandierina colorata, dello stato del varistore.
Ciò permette la rapida verifica dell’efficienza dell’apparecchiatura. Grazie al contatto di scambio di cui
sono dotati è possibile portare a distanza l’eventuale
segnalazione ottica o acustica di fine vita della cartuccia. Gli apparecchi modulari per serie civili invece
possono essere abbinati a prese della stessa serie per
realizzare la protezione “fine”. Gli SPD a varistore
raggiungono elevati poteri di scarica indipendentemente dal valore di tensione d’innesco. La loro rapidità
di intervento e la completezza di gamma rende questi
apparecchi la soluzione ottimale per la protezione dalle
sovratensioni. Data la maggior capacità tra gli elettrodi
gli SPD a varistore non possono essere utilizzati per la
protezione degli impianti di trasmissione.
19
Varistore ad ossido di zinco
3
1
2
4
1 - terminali in rame
2 - elettrodi
3 - varistore ad ossido di zinco
4 - resina protettiva
Comportamento dei varistori
in presenza di sovratensioni transitorie
U
sovratensione transitoria
tensione residua
ai morsetti
del varistore
T
Variazione della tensione in funzione
della corrente ai morsetti del varistore
U
zona
di fuga
zona di
funzionamento
normale
zona di inversione
I
Guida alla scelta degli SPD
Panorama dei dispositivi di protezione dalle sovratensione
Confronto
tra le
caratteristiche
dei
dispositivi
di protezione
Tipo di dispositivo
componente ideale
spinterometro
U
U
Up
Up
varistore
Umax
I
elevato
elevato
Potere di scarica
di lunga durata
Capacità
tra gli elettrodi
elevato
elevato
elevata
bassa
(impiego anche
in circuiti di
teletrasmissione)
troppo alta
per la protezione
di apparecchiature
elettroniche
delicate
incerta anche
per basse correnti
progressivo
con il numero
di interventi
effettuati
modesta
più limitata
rispetto ad altri
dispositivi
Tensione
di innesco
nulla
Estinzione
dell'arco
Degrado
delle prestazioni
elevata
Rapidità d'innesco
Ampiezza
di gamma
elevata
elevata
20
nessuno
U
U
Up
Up
I
I
Potere
di scarica
diodo Zener
elevato
(indipendente dalla
tensione di innesco)
modesto
I
limitato
limitato
elevata
(escluso l'impiego
per alta frequenza)
elevata
ampia gamma
di tensioni
d'innesco
ampia gamma
di tensioni d'innesco
(da 7 a 500V)
progressivo
con il numero
di interventi
effettuati
elevata
elevata
nessuno
con il numero
di interventi
effettuati
elevata
elevata
R
Criteri di scelta
degli SPD
21
Guida alla scelta degli SPD
Criteri di scelta degli SPD
Scelta
degli SPD
Per dimensionare e scegliere la protezione adeguata
dalle sovratensioni è necessario considerare:
a) Il livello di pericolosità dell’area geografica in funzione del livello di esposizione ai fulmini.
b) Le caratteristiche elettriche e la tipologia delle
apparecchiature da proteggere.
c) Le caratteristiche elettriche della protezione, corrente massima di scarica e tensione in linea residua
(la tensione di linea residua è il valore massimo della
tensione che rimane applicata alle apparecchiature
dell’impianto in seguito all’intervento del dispositivo
di protezione).
d) La tensione di innesco del dispositivo di protezione
deve essere necessariamente inferiore a quella di
tenuta ad impulso dell’apparecchio da proteggere.
e) La tensione residua deve essere minore della tensione di tenuta permanente, ma superiore alla tensione
massima dell’impianto. Tale condizione è necessaria per evitare la presenza di correnti di scarica al
termine della sovratensione.
f) Il potere di scarica deve essere di valore adeguato
all’impulso d’onda. Nel caso di fulminazione indiretta le forme d’onda normalizzate sono 4/10µs e 8/
20µs. Tali impulsi sono quelli che si avvicinano
maggiormente alle forme d’onda generate dalle
sovratensioni indotte. Nel caso di fulminazione diretta l’onda normalizzata è invece 10/350µs che è
quella tipica del fulmine.
g) Il valore (in termini economici) delle apparecchiature
da proteggere.
Valutati tutti i rischi del caso come indicato per esempio dalla norma CEI 81-4 si può procedere alla scelta
delle protezioni in funzione delle diverse esigenze.
Nei capitoli di seguito si indicano i criteri di scelta dei
diversi tipi di SPD così come definito nella guida CEI 81-8.
Forma d’onda di corrente 10/350 µs
I (valore
di picco)
100%
90%
50%
10µs
350µs
T
Forma d’onda di corrente 8/20 µs
I (valore
di picco)
100%
T1= tempo di salita
T2= tempo di discesa all'emivalore
90%
50%
10%
T1=8µs
T2=20µs
Forma d’onda di tensione 1,2/50 µs
U (valore
di picco)
100%
T1= tempo di salita
T2= tempo di discesa all'emivalore
90%
50%
30%
T1=1.2µs
T2=50µs
Nota: La forma d'onda 1,2/50 µs è una forma d'onda di
tensione che permette di generare la forma d'onda di corrente
8/20 µs.
22
R
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova I
Requisiti di
scelta per
SPD di
classe I
Gli SPD di classe I vengono scelti per ridurre i rischi
legati alle componenti A,C,D e G mediante il fattore di
riduzione k5. Per semplificare al massimo il concetto si
può affermare che questi dispositivi devono essere
utilizzati quando c’è un rischio dovuto a fulminazione
diretta. Gli SPD devono essere scelti tenendo conto
dei fattori riportati nei paragrafi di seguito.
Tensione
massima
continuativa
Uc
La tensione massima continuativa del SPD deve essere
superiore o uguale ai valori indicati nella tabella di
seguito, che sono quelli delle sovr atensioni temporanee
(TOV) dovute a guasti di isolamento o di manovra con
durata fino a 5 secondi, dove Uo è la tensione tra fase
e neutro.
Se gli SPD, sollecitati dalle sovratensioni transitorie
TOV, resistono o si danneggiano per costruzione senza
creare situazioni di pericolo possono essere scelti con
Uc di valore inferiore a quelli della tabella di cui sopra
ma non devono assumere valori inferiori ai seguenti:
Tensione massima continuativa Uc
SPD tra F-PE
Sistema TN
Sistema TT o IT
Uc=1.45xUo
Uc=1.732xUo
Tensione massima continuativa Uc
SPD tra F-PE
Sistema TN e TT
Sistema IT
Uc=1.1xUo
Uc=1.732xUo
Corrente ad
impulso Iimp
SPD tra F-N
Sistema TT e TN
Uc=1.45xUo
La corrente ad impulso è il parametro che deve essere
utilizzato per la scelta degli SPD di classe di prova I.
Essa deve essere scelta in funzione del tipo di
fulminazione considerata, ovvero per fulminazione diretta della struttura (componenti di rischio A e D) o
fulminazione diretta della linea (componente C). Nel
caso in cui si debba considerare una fulminazione
diretta della struttura, il valore della corrente ad impulso Iimp deve essere calcolato considerando il fattore di
riduzione k5, ne consegue che la corrente Iimp del SPD
da installare deve essere superiore alla parte della
corrente di fulmine che interessa ciascun servizio entrante nella struttura stessa. Per determinare tale valore si deve ricorrere alla seguente formula:
IF =
23
Z1 (
8
13
16
22
28
35
)
I
4
6
10
10
10
10
1
66
63
77
62
53
44
2
60
48
55
47
42
36
3
40
39
43
38
34
31
4
33
32
36
32
29
27
II
4
6
10
15
15
15
dove:
I è la corrente di picco del fulmine (kA)
n1 è il numero di servizi entranti
Z è la resistenza di terra equivalente del dispersore
della struttura ( )
Z1 è la resistenza di terra equivalente dei servizi entranti ( )
Per la verifica dei valori di resistenza Z e Z1 vedere la
tabella di seguito dove ␳ è il valore della resistività del
terreno.
Resistenza di terra Z riferita ai livelli di protezione ( )
Livello di
Livello di
N° servizi
protezione
protezione
entranti
impianto
impianto
␳ ( m)
100
200
500
1000
2000
3000
(Z x I)
n1 x Z + Z1
SPD tra F-N
Sistema TT e TN
Uc=1.1xUo
Livello di
protezione
impianto
N° servizi
entranti
1
66
63
77
81
70
60
2
50
48
55
58
52
46
3
40
39
43
45
41
37
4
33
32
36
36
34
32
III - IV
4
6
10
20
40
60
N° servizi
entranti
1
66
63
77
95
117
126
2
50
48
55
64
74
77
3
40
39
43
49
54
56
4
33
32
36
39
42
44
Guida alla scelta degli SPD
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova I
Scelta degli
SPD in
classe I
Gli impianti possono essere realizzati utilizzando cavi
schermati o non schermati. A seconda del tipo di cavo
impiegato devono essere fatte le seguenti
considerazioni.
Cavo schermato
Lo schermo del cavo deve essere collegato alla barra
di equipotenzializzazione EBB.
Per determinare se collegare gli SPD tra lo schermo ed
i conduttori, si deve calcolare il valore della sezione As
(in mm2) dello schermo, utilizzando la formula riportata
di seguito e confrontare il valore calcolato con quello
effettivo dello schermo.
IF x ␳s x ls
AS =
Utenuta
x 106 dove:
␳s è la resistività del materiale costituente lo schermo
( m)
ls è la lunghezza del cavo che può essere uguale alla
distanza tra la struttura ed il punto più vicino di messa
a terra se il cavo è in aria o isolato dal suolo (m)
Utenuta è la tensione di tenuta ad impulso
dell’apparecchiatura da proteggere (kV)
Se la sezione As dello schermo del cavo è maggiore o
uguale a quella calcolata con la formula di cui sopra
non si rende necessario collegare SPD tra conduttori e
schermo per ridurre la componente di rischio D.
Se invece il valore di As è inferiore l’installazione di SPD
tra schermo e conduttori è necessaria e il dispositivo di
protezione (SPD) deve essere dimensionato
considerando la corrente ad impulso Ics calcolata con
Esempio di
calcolo per la
determinazione
della Iimp di
un SPD
Considerando una corrente di picco I di 200kA ed un
valore di Z1 pari a 22 ohm, corrispondente ad una
resistività del terreno di 1000 (m, il valore di resistenza
di terra Z sarà pari a 10 ohm. Se i servizi entranti nella
struttura sono 3 si determina il valore della componente
della corrente di fulmine IF per ognuno dei servizi
entranti.
IF =
10 x 200
3 x 10 +22
=
2000
52
= 38.46 (kA)
La corrente entrante è pari alla differenza tra la corrente
di picco I e la corrente di fulmine IF calcolata e risulta
quindi essere 161.54 kA
24
la seguente formula:
Ics =
IF x Rs
Rc+m x Rs
dove:
m è il numero di conduttori attivi
Rc è la resistenza per unità di lunghezza dei conduttori
del cavo ( m)
Rs è la resistenza per unità di lunghezza dello schermo
( m)
Cavo non schermato
Se il cavo è del tipo non schermato la corrente che
fluisce in ogni conduttore è pari a :
Icond =
IF
m
dove:
Per garantire l’adeguata protezione dell’impianto si
devono quindi scegliere SPD con valori di corrente ad
impulso Iimp uguali o superiori ai valori di corrente Ics
o Icond a seconda che l’impianto sia realizzato
con cavo schermato o non schermato.
La linea telefonica normalmente può essere esclusa
dal calcolo dei servizi entranti in quanto scarsamente
influente sul resto dell’impianto. Per la protezione della
stessa si ricorre all’impiego di SPD con Iimp maggiore
o uguale a 5 kA (valore definito dalla guida CEI 81-8).
Nel caso di fulminazione diretta della linea elettrica
(componente di rischio C) è necessario impiegare SPD
in classe di prova I con Iimp maggiore o uguale a 10 kA
installati all’origine dell’impianto.
Se l’impianto è di tipo trifase + neutro realizzato con
cavo non schermato, la corrente che interessa ogni
singolo conduttore sarà pari a:
Icond =
IF
m
=
38.46
4
= 9,61
ne consegue che scegliendo un SPD in classe di prova
I con Iimp di 10 kA (valore preferenziale) viene rispettata
la condizione di protezione definita dal fattore k5.
R
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova I
Diagramma di flusso il calcolo del valore di corrente ad impulso Iimp per SPD in classe di prova I
Valutazione del fattore di riduzione k5 per SPD in
classe di prova I installati all’origine dell’impianto
Fattore di riduzione k5 degli SPD
0.05
Probabilità P della corrente di picco
0.99
Corrente di picco I (kA)
200
Calcolo della parte di corrente di
fulmine IF che interessa ciascun
servizio entrante nella struttura
ZxI
IF =
(Z + Z1) x n1
Confronto tra la sezione dello
schermo As e il valore calcolato dalla
formula
IF x Ls x ρs
As = 106 x
Utenuta
sì
Tipo di linea
realizzata in
cavo
schermato
no
Linea realizzata con cavi non
schermati, calcolo della corrente Icond
che fluisce in ogni conduttore
IF
Icond =
m
Scelta del SPD in classe di prova
I in funzione di Iimp
Iimp > Icond
SPD non necessario tra schermo
e conduttori per riduzione della
componente D
sì
As schermo >
As calcolato
no
Calcolo della corrente Ics che fluisce
in ogni conduttore
Rs
Ics = IF x
Rs x (m + Rc)
Scelta del SPD in classe di prova
I in funzione di Iimp
Iimp > Ics
25
Guida alla scelta degli SPD
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova I
Livello di
protezione
effettivo
(Uprot)
Questo parametro deve essere considerato per la
riduzione del rischio per le componenti D e G. Esso
deve essere calcolato tenendo conto delle lunghezze
delle connessioni alla barra di equipotenzializzazione
che devono essere le più corte possibili. Per garantire
una adeguata protezione è necessario che il valore del
livello di protezione effettivo Uprot sia inferiore al 90%
del valore di tensione di tenuta ad impulso dell’apparecchiatura da proteggere. Si deve quindi rispettare la
seguente formula:
Nel caso di installazione di SPD ad innesco il valore
Uprot da considerare deve essere il più alto tra il livello
di protezione Up del SPD ed il valore delle cadute
induttive dovute alla linea. Nel caso invece di SPD a
limitazione il valore di Uprot è pari alla somma del livello
di protezione Up e delle cadute induttive.
Uprot < 0.9 x Utenuta
SPD a limitazione
Se tale condizione non è rispettata si può ricorre
all’installazione di SPD con valori di Up più bassi.
L e L’ sono le induttanze dei collegamenti µH
1 è la pendenza del fronte della corrente che attraversa
l’SPD (kA/µs)
SPD ad innesco
Uprot = Up oppure
Uprot = (∆VL + ∆VL’) x 1
Uprot = (Up + ∆VL + ∆VL’) x 1 dove
SPD a limitazione: Uprot=Up + ∆VL1 + ∆VL1’
a
L1
SPD
Uab (∆VL)
∆VL1
Up
L1’
USPD (Up)
∆VL1’
I
b
SPD ad innesco: Uprot deve essere il maggiore tra
Uprot = Up
Uprot = ∆VL1 + ∆VL1’
USPD (Up)
a
L1
SPD
26
Uab (∆VL)
Up
L1’
b
∆VL1
∆VL1’
I
R
Criteri di scelta degli SPD in classe di prova II
Requisiti di
scelta per
SPD di
classe II
Gli SPD di classe II vengono impiegati per ridurre i
rischi legati alla componente G mediante il fattore di
riduzione k5. Essi vanno scelti nel caso si in cui si
debba ricorrere ad una protezione contro le
sovratensioni di carattere induttivo dovute ad una
fulminazione indiretta. Questi dispositivi di protezione
devono essere scelti tenendo conto del valore di
corrente nominale di scarica In. La guida CEI 81-8
indica che il valore minimo della corrente di scarica
nominale di un SPD in classe di prova II installato
all’origine dell’impianto deve essere maggiore o uguale
a 10 kA (8/20µs), ciò per attribuire al fattore di riduzione
k5 il valore 0.01 definito dalla norma CEI 81-4. Per
quanto riguarda invece i valori di tensione massima
continuativa Uc e del livello di protezione effettivo
Uprot vale quanto detto per gli SPD in classe di prova I.
Le formule per il calcolo di questi valori sono le stesse
definite ai paragrafi precedenti.Nel caso in cui il livello
di protezione effettivo Uprot non risultasse superiore al
90% del valore di tensione di tenuta ad impulso si deve
ricorrere all’installazione di un altro SPD a monte
dell’apparecchiatura da proteggere. Tale dispositivo
dovrà essere opportunamente dimensionato e
coordinato con quelli installati a monte.
Distanza di
protezione
La distanza di protezione rappresenta la massima
lunghezza del collegamento per cui un SPD riesce a
garantire la protezione dell’apparecchiatura. Durante il
funzionamento del SPD il circuito compreso tra l’apparecchiatura e l’SPD stesso è sottoposto a una tensione
pari al livello di protezione effettivo Uprot. Se la lunghezza del collegamento tra SPD e apparecchiatura è
troppo elevato si possono innescare sovratensioni che
si possono far aumentare la tensione ai morsetti dell’apparecchiatura con conseguente danneggiamento
o distruzione della stessa, malgrado la presenza del
SPD. Per evitare che si inneschino questi fenomeni si
deve quindi considerare e calcolare (con opportune
formule attualmente allo studio) quali sono queste
distanze massime di protezione (d). Esse dipendono
da diversi fattori quali i singoli livelli di protezione degli
SPD, le tensioni di tenuta ad impulso delle
apparecchiature, la pendenza del fronte d’onda della
sovratensione, il tipo di conduttore e l’impedenza di
ingresso delle apparecchiature da proteggere. Per
semplificare il calcolo delle distanze di protezione la
nuova guida CEI 81-8 indica dei valori che possono
essere presi come riferimento per la maggior parte dei
casi considerati. I valori indicati dalla norma sono da
ritenersi validi nella condizione per cui il livello di
protezione effettivo Uprot è inferiore o uguale al 90%
del valore della tensione di tenuta ad impulso dell’apparecchiatura da proteggere. Tali distanza possono
però essere raddoppiate o triplicate al diminuire del
valore di Uprot al 80% ed al 70%.
Linea elettrica non schermata
d = 10 m se il conduttore di protezione PE fa parte della
stessa conduttura che alimenta l’apparecchiatura da
proteggere
d = 15 m se il conduttore di protezione PE non fa parte
della stessa conduttura che alimenta l’apparecchiatura da proteggere
Linea elettrica schermata
d = 10 m
Tabella riassuntiva della distanza di protezione d (m) in funzione di Uprot
Cavo non schermato
PE incluso nella conduttura
PE escluso dalla conduttura
Cavo schermato
Distanza di protezione
90% Utenuta
10
15
10
Uprot
80% Utenuta
20
30
20
70% Utenuta
30
45
30
d
In1
a
L
L1
SPD
∆VL1
Up
L1’
Uprot
U
∆VL1’
b
barra di equipotenzializzazione
27
Utilizzatore
Guida alla scelta degli SPD
Metodi per la riduzione dell’impedenza di linea nel
calcolo di Uprot
Metodi di
riduzione della
impedenza
di linea
Il contributo delle impedenze di linea nel calcolo di
Uprot è fondamentale. Si rende quindi necessario
ridurre al minimo tali lunghezze per ridurre i
conseguenti valori di impedenza di linea (la guida
CEI 81-8 indica come valore massimo preferenziale
di 0.5m di lunghezza nella somma tra i conduttori di
linea e quelli di equipotenzializzazione). Altri metodi
utilizzabili per ridurre il contributo introdotto dalle
impedenze dei collegamenti sono la realizzazione
dei collegamenti entra/esci oppure l’intrecciamento
dei conduttori che riduce l’induttanza a circa 1/3 di
quella senza intrecciamento. In questo secondo
caso va però considerata la distanza tra fase e PE
nel punto in cui l’intrecciamento non può essere
effettuato. Nei quadri elettrici, dove il conduttore PE
assume sezioni consistenti si consiglia l’installazione
di una barra di appoggio PE nelle immediate vicinanze
del SPD. La barra di appoggio dovrà essere isolata
dalla carpenteria per evitare che correnti dovuta
all'equipotenzializzazione vadano ad inficiare la
protezione del SPD. E’ importante ricordare che un
SPD deve essere in grado di ripristinare le condizioni
iniziali successivamente ad un intervento
interrompendo la corrente (alla frequenza di rete)
susseguente alla corrente impulsiva. Tale capacità
dipende fondamentalmente dal tipo di SPD.
Nel caso di SPD con capacità di estinzione della
corrente susseguente bassa o nulla si deve ricorrere
a dispositivi di distacco dedicati (interruttori o fusibili)
opportunamente dimensionati (si veda capitolo
dedicato) che intervengano prima che l’SPD si
danneggi.
Intrecciamento dei conduttori
Entra/Esci
F
Questo metodo annulla ∆VL1
e ∆VL1’ trasferita a valle.
Le sezioni dei cavi devono
essere tali da consentire l’entra/esci sul morsetto del SPD.
Ricorrere eventualmente a
barrettine di rame inserite sui
morsetti del SPD
F
PE
Riduzione lunghezza collegamenti
F
barra PE di
appoggio
isolata
barra PE
quadro
PE
28
Nei quadri elettrici si consiglia l’impiego di barre
PE di appoggio nelle immediate vicinanze degli
SPD.
Per contenere ∆VL1 e
∆VL1’ entro valori accettabili la lunghezza dei
collegamenti non dovrebbe superare 0.2 - 0.3 metri
PE
Questo metodo riduce
l’induttanza ∆VL1 a circa 1/3.
1/3∆VL1 Va considerata però la distanza tra la fase F ed il conduttore di protezione PE nel
punto in cui l’intrecciamento
non è possibile.
∆VL1’
Riduzione lunghezza collegamenti
F
∆VL1
PE
∆VL1’
Questo metodo annulla ∆VL1’.
Le sezioni dei cavi devono
essere tali da consentire l’entra/esci sul morsetto del SPD.
Ricorrere eventualmente a
barrettine di rame inserite sui
morsetti del SPD.
Per contenere ∆VL1 entro valori accettabili la lunghezza dei
collegamenti non dovrebbe
superare 0.2 - 0.3 metri
R
La protezione su più livelli ed il coordinamento
delle protezioni
Protezione e
coordinamento
degli SPD
Non sempre l’installazione di un SPD nel quadro generale è sufficiente a garantire un adeguato livello di
protezione dell’impianto. Come soluzione a questo
problema si può ricorrere all’installazione di ulteriori
SPD in quadri divisionali o direttamente nelle vicinanze
delle apparecchiature da proteggere. La condizione
necessaria per poter realizzare la protezione su più
livelli è però quella di coordinare opportunamente i
diversi SPD installati.
La protezione su più livelli si rende necessaria quando
si devono proteggere apparecchiature con sensibilità
differenti, o quando le linee di alimentazione tra i diversi
quadri di distribuzione sono molto lunghe. Questo tipo
di protezione si realizza impiegando SPD caratterizzati
da valori di corrente di scarica decrescenti. Per impianti particolarmente estesi è consigliabile l’installazione
di dispositivi di protezione dalle sovratensioni in ogni
quadro derivato, soprattutto se la distanza che separa
i vari quadri è maggiore di 10-15 metri. Nel coordinamento di più SPD in cascata è necessario tenere conto
della tensione di innesco dei vari dispositivi, che devono essere coordinate con la tensione di tenuta delle
apparecchiature da proteggere. Oltre al caso già considerato di SPD posti in cascata per raggiungere la
voluta corrente di scarica, gli SPD possono essere
collegati in cascata anche nei seguenti casi:
- minore è il valore di corrente di scarica del secondo
SPD rispetto a quella del primo SPD, maggiore deve
essere la distanza tra i due SPD. Se la corrente di
scarica I2 aumenta fino a superare il valore Imax2, lo
SPD, in caso di intervento si distruggerebbe. Per
questo è necessario coordinare opportunamente gli
SPD in cascata. E’ preferibile usare degli SPD il cui
coordinamento sia fornito dal costruttore.
- SPD a monte dell’impianto con livello di protezione
Up elevato e tale da non essere sopportato dall’apparecchiatura dell’impianto: in questo caso, in prossimità dell’apparecchiatura delicata è necessario porre un
altro SPD, con livello di protezione adeguato;
- apparecchi sensibili troppo distanti dallo SPD in
testa alla linea.
Classe dell’SPD da utilizzare in funzione del punto di
installazione
Punto di installazione
Classe di prova
I
II
III
Arrivo linea
Sì
Si*
No
Quadri/armadi di piano
Sì
Sì
No
Prossimità delle
No
Sì
Sì
apparecchiature
Per realizzare una corretta scelta e coordinamento
delle protezioni quando si devono impiegare più SPD
in cascata è necessario tener conto che:
- aumentando la distanza tra gli SPD la corrente di
scarica del 2° SPD (I2) diminuisce. In questo caso gli
SPD sono indipendenti tra loro. La stessa situazione
si otterrebbe aumentando l’impedenza di linea introducendo eventualmente delle bobine di
disaccoppiamento tra i due SPD.
- tanto minore è il livello di protezione Up del secondo
SPD rispetto a quella del primo SPD, tanto maggiore
sarà la corrente di scarica I2.
Quando è richiesta la protezione su più livelli è
necessario,in fase di installazione, accertarsi che essi
vengano installati in modo tale che risultino
disaccoppiati tra loro. Per garantire il coordinamento
tra gli SPD installati si può ricorrere all’impiego delle
bobine di disaccoppiamento. Spesso SPD distanziati
tra loro di qualche decina di metri risultano già
disaccoppiati grazie all’impedenza di linea che aumenta proporzionalmente alla distanza. In questo caso
può essere superfluo utilizzare le bobine di
disaccoppiamento. Il coordinamento può essere fatto
sia tra SPD con intervento a limitazione sia tra SPD con
intervento ad innesco. La tabella riportata di seguito
riassume quali tipi di SPD vanno installati nei diversi
punti dell’impianto:
*L’installazione di SPD in classe di prova II come
dispositivi di protezione primaria è consentita solo se
è rispettata la condizione Nc+Nd<0.1 (fulmini anno),
ovvero la possibilità di fulminazione diretta della linea
e dell’edificio è trascurabile.
Nc= frequenza di fulminazione diretta della linea
Nd= frequenza di fulminazione diretta della struttura
Coordinamento tra SPD
Z
I2
29
Guida alla scelta degli SPD
La protezione su più livelli ed il coordinamento
delle protezioni
Esempi di
coordinamento
tra SPD per la
riduzione della
componente G
Gli esempi riportati di seguito possono essere un
valido ausilio per capire come deve essere verificata
l’opportunità di inserire più SPD in cascata per garantire l’adeguata protezione di un’apparecchiatura.
Esempio N°1
Dati SPD1 a limitazione
Tensione di tenuta (Utenuta) dell’apparecchiatura
Corrente nominale (In1) SPD1 in classe di prova II
Livello di protezione (Up1) del SPD1
Lunghezza dei collegamenti L1+L1'
Induttanza dei collegamenti
1.8 kV
10 kA
1.4 kV
0.5 m
1 µH/m
Si calcola il livello di protezione effettivo Uprot1:
Uprot1 = Up1 + (∆VL1+∆VL1') x 1 = 1.4 + (1 x 0.5) x 1 = 1.9 kV
Tale valore è superiore al 90% del valore della tensione
di tenuta dell’apparecchiatura
Non potendo ridurre la lunghezza dei collegamenti si
ricorre all’installazione di un SPD2
Dati SPD2 a limitazione
Corrente nominale (In2) SPD2 in classe di prova II
Livello di protezione (Up2) del SPD2
Lunghezza dei collegamenti L2+L2'
Induttanza dei collegamenti
5 kA
1 kV
0.5 m
1 µH/m
Uprot2 = Up2 + (∆VL2+∆VL2') x 1 = 1 + (1 x 0.5) x 1 = 1.5 kV
In questo caso è rispettata la condizione per cui Uprot2
è inferiore al 90% di Utenuta. Per il coordinamento tra
i due SPD si può installare una bobina di
disaccoppiamento oppure distanziarli tra loro di almeno 10÷15 metri.
Coordinamento tra SPD con intervento a limitazione
Esempio N°2
Dati SPD1 ad innesco
Tensione di tenuta (Utenuta) dell’apparecchiatura
Corrente nominale (In1) SPD1
Livello di protezione (Up1) del SPD1
Lunghezza dei collegamenti L1+L1'
Induttanza dei collegamenti
Si deve calcolare il livello di protezione effettivo Uprot1
scegliendo il valore più alto tra quello calcolato con le
seguenti formule:
Uprot1 = (∆VL1+∆VL1') x 1 = (1 x 0.5) x 1 = 0.5 kV
Uprot1 = Up1 = 3 kV
Il valore di Uprot1 di 3 kV è più alto della Utenuta
dell’apparecchiatura da proteggere si deve ricorrere
all’installazione di un SPD a valle di classe II o di classe
III a limitazione.
Dati SPD2 a limitazione
Corrente nominale (In2) SPD2 in classe di prova II
Livello di protezione (Up2) del SPD2
Lunghezza dei collegamenti L2+L2'
Induttanza dei collegamenti
La condizione Uprot2 < 0.9 Utenuta è soddisfatta e
l’SPD2 garantisce la protezione se è installato entro la
distanza massima di protezione dall’apparecchiatura.
Il coordinamento è efficace se l’induttanza di
disaccoppiamento tra i due SPD e sufficiente a far sì
che l’SPD1 inneschi prima che si distrugga l’SPD2.
Coordinamento tra SPD1 con intervento ad innesco
e SPD2 con intervento a limitazione
d
I2
L
I1
I2
L
L1
L2
L1
L2
SPD1
SPD2
SPD1
SPD2
L1’
30
5 kA
1.6 kV
0.5 m
1 µH/m
Uprot2 = Up2 + (∆VL2+∆VL2') x 1 = 1.6 + (1 x 0.5) x 1 = 2.1 kV
d
I1
2.5 kV
10 kA
3 kV
0.5 m
1 µH/m
L2’
Utilizzatore
L1’
L2’
Utilizzatore
R
La protezione su più livelli ed il coordinamento
delle protezioni
L’esempio riportato di seguito, tratto dalla guida CEI
Esempi di
coordinamento 81-8 chiarisce come deve essere realizzato un coorditra SPD in classe di prova I e in classe di prova
tra SPD per la namento
II per ridurre la componente di rischio D (resistiva).
riduzione della
componente D Dati ambientali e della struttura da proteggere
Resistività del terreno
Resistenza di terra equivalente Z1
Resistenza impianto di terra Z
Servizi entranti (n1)
Conduttori attivi della linea (m)
Corrente di picco di fulmine (I)
500 m
16
10
4
4
200 kA
Dati SPD1 ad innesco
Tensione di tenuta (Utenuta) dell’apparecchiatura
Corrente nominale (Iimp1) SPD1
Livello di protezione (Up1) del SPD1
Lunghezza dei collegamenti L1+L1'
Induttanza dei collegamenti
2.5 kV
10 kA
4 kV
0.5 m
1 µH/m
Si determina il livello di protezione effettivo Uprot1 con
le formule seguenti scegliendo quello di valore più alto
Uprot1 = (∆VL1+∆VL1') x 1 = (1 x 0.5) x 1 = 0.5 kV
Uprot1 = Up1 = 4 kV
Si calcola la corrente di fulmine IF che interessa ciascun servizio entrante
Il livello Uprot1 pari a 4 kV non soddisfa la condizione
di protezione
IF = (Z x I)/ n1 x Z + Z1 = (10 x 200) / 4 x 10 + 16 = 2000 / 56 = 35.71 kA
Uprot≤ 0.9 Utenuta
La corrente entrante nel dispersore è la differenza tra
la corrente di picco e la somma delle correnti IF per
ogni servizio:
Si deve ricorrere all’installazione di un altro SPD nelle
vicinanze dell’apparecchiatura da proteggere.
Dati SPD2 ad innesco
Idisp = I - (n1 x IF) = 200 -(4 x 35.71) = 57.16 kA
La corrente entrante in ogni singolo conduttore è
circa 8.9kA ne consegue che un SPD in classe di
prova I con Iimp 10kA potrebbe essere in grado di
garantire la protezione. Si sceglie un SPD con le
seguenti caratteristiche:
Corrente nominale (Iimp2) SPD2
Livello di protezione (Up2) del SPD2
Lunghezza dei collegamenti L2+L2'
Induttanza dei collegamenti
2 kA
1.5 kV
0.5 m
1 µH/m
Uprot2 = Up2 + (∆VL2+∆VL2') x 1 = 1.5 + (1 x 0.5) x 1 = 2 kV
in questo caso la condizione di protezione è soddisfatta.
Coordinamento tra SPD con intervento ad innesco
d
I1
I2
L
L1
L2
SPD1
SPD2
L1’
31
L2’
Utilizzatore
Guida alla scelta degli SPD
La protezione degli SPD
Protezione
dal
cortocircuito
Un SPD una volta intervenuto innesca un cortocircuito;
lo SPD è in grado di interrompere la conseguente
corrente e autoripristinarsi fino ad un determinato
valore di corrente di cortocircuito; sopra detto valore
l’SPD ha bisogno di un dispositivo per interrompere la
corrente. Questo dispositivo di protezione può essere
un interruttore magnetotermico oppure un fusibile
che svolge la funzione di “back-up” nei confronti del
SPD. E’ importante ricordare che anche gli SPD sono
costruttivamente dimensionati per sopportare determinati livelli di energia specifica passante oltre i quali
si ha la distruzione del SPD stesso è la possibilità di
innesco di incendi. La funzione dell’interruttore
magnetotermico o del fusibile coordinato con l’SPD
ha quindi la funzione di proteggerlo contro l’eccesso
di energia specifica passante e preservare la continuità di servizio durante l’intervento del SPD stesso. La
tabella riportata di seguito indica il valore di corrente
di cortocircuito condizionata degli SPD Bticino coordinati con gli interruttori Btdin o i fusibili gG. I valori
riportati in tabella devono essere confrontati con
quelli calcolati nel punto di installazione.
Corrente di cortocircuito condizionata per tutti i tipi di SPD modulari (kA)
Btdin In≤ 32A curva C
Icn (kA)
4.5
6
10
Icc condizionata (kA)
4.5
6
10
Fusibile gG In≤ 63A
100
100
Sistema TN Installazione degli SPD
origine dell’impianto
quadro elettrico principale
L1
L2
L3
PEN
fusibili
PE
N L3 L2 L1
SPD
utilizzatore
32
R
La protezione degli SPD
Per garantire la protezione contro i contatti indiretti è
sempre necessario inserire, nell’impianto protetto da
un SPD, un dispositivo che interrompa le correnti di
guasto a terra. Questo dispositivo, che deve essere
opportunamente coordinato con l’impianto di terra,
può essere un interruttore magnetotermico o un interruttore differenziale. L’impiego di un interruttore
magnetotermico è la soluzione più economica, ma
anche la più difficile da applicare al fine del coordinamento con l’impianto di terra, tranne per i sistemi di
distribuzione TN. L’impiego di interruttori differenziali
di tipo generale può determinare scatti intempestivi.
Da ciò ne consegue che in realtà l’interruttore differenziale di tipo generale non è adatto ad essere installato
a monte del SPD.
La soluzione possibile a questo
problema è quella di installare all’ingresso linea un
interruttore differenziale selettivo, che protegga direttamente anche l’SPD, prevedendo poi per le derivazioni degli interruttori differenziali istantanei. In questo
modo si assicura la continuità dell’alimentazione in
caso di intervento del SPD. In alternativa la soluzione
proposta da BTicino è quella di installare interruttori
magnetotermici con modulo differenziale di tipo AR
che pur essendo differenziali di tipo istantaneo lavorano sul limite più alto della curva di intervento. Questo
tipo di differenziale da 30 mA soddisfa pienamente i
requisiti di coordinamento e protezione e può essere il
giusto compromesso tecnico/economico.
Sistema TT con interruttore differenziale installato a monte degli SPD
origine dell’impianto
quadro elettrico principale
interruttore differenziale selettivo
L1
L2
L3
N
I∆
Protezione
dai contatti
indiretti
fusibili
SPD
PE
utilizzatore
messa a terra locale
33
Guida alla scelta degli SPD
La protezione degli SPD
A completezza di informazione per soddisfare la
condizione di protezione contro i contatti indiretti nei
sistemi TT con interruttori differenziali installati a valle
degli SPD si può ricorrere ad una installazione secondo
lo schema definito dalla guida CEI 81-8 “3+1” riportato
di seguito. Questo schema prevede l’installazione di
tre SPD a limitazione tra fase e neutro ed uno ad
innesco tra neutro e terra. È bene tener presente che
tale soluzione non può essere utilizzata nel caso in cui
vi siano probabilità che il neutro venga interrotto.
In questa condizione infatti lo spinterometro potrebbe
innescare e provocare un cortocircuito tra fase e PE
che non verrebbe interrotto da alcun dispositivo e
quindi potenzialmente pericoloso.
Sistema TT con interruttore differenziale installato a valle degli SPD (schema 3+1)
origine dell’impianto
quadro elettrico principale
interruttore
differenziale selettivo
L1
L2
L3
N
I∆
Protezione
dai contatti
indiretti
fusibili
SPD
PE
utilizzatore
messa a terra locale
34
R
Installazione degli SPD
Installazione
degli SPD in
funzione
dello
schema di
collegamento
a terra
Gli SPD possono essere installati all’origine dell’impianto, nei diversi quadri divisionali o nelle immediate
vicinanze delle apparecchiature da proteggere. Nella
tabella di seguito è riportato il tipo di SPD da installare
all’origine dell’impianto o nei quadri divisionali/
apparecchiature, in funzione delle componenti di rischio precedentemente descritte.
Nel caso in cui un SPD installato all’origine dell’impianto non fosse in grado di garantire la protezione delle
apparecchiature installate si può installare un ulteriore
SPD di classe I, II o III, a valle del primo e opportunamente coordinato, che consente di ridurre la componente G, C e la componente D (per la parte resistiva).
Se la distanza tra l’SPD e le apparecchiature da proteggere è elevata, le apparecchiature possono essere
soggette a sovratensioni inaccetabili. Pertanto la distanza tra SPD e parti da proteggere non deve essere
superiore a 10-45m. Può, quindi, essere necessario
inserire più SPD, uno all’ingresso linea e altri in prossimità delle apparecchiature da proteggere.
Gli SPD vanno installati sui conduttori attivi. Esistono
due modi di collegamento che garantiscono un diverso
tipo di protezione e che sono definiti “protezione di
modo comune “ e “protezione di modo differenziale.
Nel primo caso (modo comune) l’SPD è collegato tra
tutti i conduttori attivi (il neutro è considerato attivo) e
la barra di equipotenzializzazione (messa a terra), mentre nel secondo caso (modo differenziale) la connessione avviene solo tra i conduttori attivi (è quindi
esclusa la terra). In genere le sovratensioni sono di
modo comune. Quando l’SPD, installato in modo comune, interviene tra i conduttori attivi si possono
manifestare delle sovratensioni (di tipo differenziale) di
livello pari a quello di protezione effettivo del SPD
stesso. Se tali sovratensioni superano il valore di
tensione di tenuta delle apparecchiature si deve ricorrere anche all’installazione di SPD in modo differenziale. Nella tabella di seguito sono indicati i tipi di collegamento degli SPD in funzione del sistema di distribuzione del neutro e di terra.
Installazione
Origine dell’impianto
Quadri intermedi o
vicinanze
apparecchiature
Collegamento a terra
Fase e neutro
Fase e fase
Fase e terra
Neutro e terra
(1) con neutro distribuito
TT
SI
SI
SI
SI
TN-C
SI
SI
-
IT
SI(1)
SI
SI
SI(1)
Gli SPD installati all’origine dell’impianto come
dispositivi di protezione generali vanno sempre collegati in “modo comune”. Per la protezione diretta di
apparecchiature (esempi PC, televisori Hi-Fi...) si può
ricorrere alla protezione in modo differenziale (impiegando per esempio gli SPD Bticino delle serie civili). La
somma delle lunghezze dei cavi dai conduttori di linea
al SPD (L1) e dal SPD alla barra di equipotenzializzazione
(L2) deve essere la minore possibile (il valore consigliato è per lunghezze inferiori ad 1 metro). Le sezioni dei
cavi di collegamento in rame suggerite sono:
Classe di prova SPD
Classe I
Classe II
Classe III
Sezione conduttore (mm2)
6
4
1.5
Per operare una corretta installazione degli SPD è
necessario rispettare alcune regole:
- evitare percorsi tortuosi dei cavi in modo tale che
non si creino spiralature che a frequenze elevate
possano dar origine a cadute di tensione.
- la distanza tra gli apparecchi da proteggere (nel caso
di protezione diretta) e la protezione associata deve
essere la minore possibile.
Classe di prova SPD
Classe I
Componenti di rischio Fattore di riduzione
A-D-C-G
k5
Classe II
G
k5
Classe I
Classe II
Classe III
D-M
k3
Nc ed Nd rappresentano la frequenza di fulminazione diretta della struttura e della linea.
35
TN-S
SI
SI
SI
SI
Note
La componente D va
considerata per la
parte riguardante
l’accoppiamento
resistivo
Il fattore k5 per le
componenti A-C-D vale
1. Gli SPD di classe II
possono essere
installati all’origine
dell’impianto purché sia
verificata la seguente
formula: Nc+Nd<0.1
La componente D va
considerata per la
parte riguardante
l’accoppiamento
induttivo
Guida alla scelta degli SPD
Protezione in modo comune o in modo differenziale
Modi di
connessione
A seconda di come un SPD è collegato si parla di
protezione in modo comune o modo differenziale.
La protezione in modo comune si realizza collegando
gli SPD tra tutte le fasi attive (il neutro è considerato
attivo) del circuito e terra.
Questo tipo di collegamento deve essere impiegato
ogni qualvolta venga richiesta la protezione generale
dell’impianto.
Gli SPD posti per esempio nel quadro generale o nei
diversi quadri divisionali vengono sempre collegati in
“modo comune”.
La protezione differenziale invece si realizza collegando gli SPD tra fase e neutro.
In questo caso il conduttore di terra non viene considerato.
Questo tipo di protezione è impiegata esclusivamente
per la protezione fine delle apparecchiature elettroniche particolarmente sensibili.
Gli SPD in questo caso vengono collocati nelle immediate vicinanze dell’apparecchiatura da proteggere.
Il contributo energetico dato dagli SPD collegati in
modo comune è decisamente superiore rispetto a
quello attribuito alla protezione differenziale.
Gli schemi riportati di seguito indicano le due condizioni possibili.
Protezione in modo comune
Propagazione di una sovratensione in modo comune
L1
L2
L3
N
Id
Imc
L
Imc
N
Us1
Utilizzatore
Us2
Imc
Cabina di
trasformazione
Protezione in modo differenziale
Propagazione di una sovratensione in modo differenziale
Imd
L
N
Id
L
Usd
N
Cabina di
trasformazione
36
Imd
Utilizzatore
R
Catalogo
Surge Protective Device
(limitatori di
sovratensione e accessori)
37
Guida alla scelta degli SPD
Catalogo - SPD a varistore modulari Btdin
38
R
Catalogo - SPD per linee civili
L4536
N4536
NT4536
5471
SPD per serie civili
Articolo
Descrizione
L4536
scaricatore di sovratensione a varistore
N4536
da abbinare alla presa di alimentazione
NT4536
delle utenze - corrente nominale di scarica
5471
In=1kA - corrente massima Imax=2kA - tensione max di protezione Up=1kV - tensione
nominale Un=110-230Va.c. - tensione max
permanente Uc=250Va.c. - classe II e III
SPD per protezione della linea telefonica
Articolo
Descrizione
PLT1
Scaricatore di sovratensione a gas - protezione
per 1 linea telefonica - 2 moduli DIN - classe
II e III
PLT1
Articolo
S5470
S5470
Descrizione
salvafulmine - spina/presa con scaricatore
di sovratensioni incorporato - spina e presa
2P+T 10A 250Va.c. - alveoli schermati adatto alla protezione di televisori, HI-FI,
computer da sovratensioni impulsive
presenti sulla rete di alimentazione classe II e III
Multiprese POKER con 4 prese e scaricatore da
sovratensione
Multiprese Poker con 4 prese Schuko/bipasso - 250Va.c.
• prodotti in confezione blister
Articolo
Descrizione
S3673D/2NF
multipresa con 4 prese 2P+T per spine
Schuko, spine italiane 10A e 16A - scaricatore contro le sovratensioni tipo N4536 cavo 1,5m con sezione 1,5mmq - bianca classe II e III
S3673G/2LF
multipresa con 4 prese 2P+T per spine
Schuko, spine italiane 10A e 16A - scaricatore contro le sovratensioni tipo L4536 cavo 1,5m con sezione 1,5mmq - grigia classe II e III
S3673D/2NF
39
40
R
Dati tecnici
e caratteristiche
degli SPD BTicino
41
Guida alla scelta degli SPD
Caratteristiche tecniche
SPD
a varistore
modulari
Btdin
spia
di segnalazione
cartuccia
sostitutiva
base
modulare
La gamma di SPD BTicino si compone di dispositivi a
varistore con cartucce estraibili in grado di soddisfare
le diverse esigenze di protezione.
Disponibili in tre versioni con differenti livelli di protezione e correnti di scarica, questi apparecchi sono
destinati alla protezione contro le sovratensioni generate da fenomeni atmosferici, commutazioni di trasformatori e motori o da rapide variazioni di carico e
da fulminazione indiretta.
La caratteristica principale degli SPD a varistore è
quella di variare il proprio valore di resistenza in
funzione della sovratensione ad essi applicati.
Gli SPD a varistore si comportano come una “valvola”
automatica che consente l’istantaneo deflusso della
corrente verso terra. Il numero di scariche e l’intensità
di corrente di scarica possono ridurre l’efficienza
dell'SPD e di conseguenza la sua vita.
La segnalazione dell’efficienza o meno del SPD è
segnalata sul fronte dell’apparecchio da una
bandierina colorata.
Il colore rosso indica la necessità di sostituire la
cartuccia, mentre il colore verde ne indica l’efficienza.
Per un corretto impiego lo SPD deve essere coordinato con un dispositivo di protezione dalle sovracorrenti
collocato a monte e con un interruttore differenziale di
tipo selettivo o ritardato.
Questi due apparecchi di protezione dedicati hanno la
funzione di protezione aggiuntiva nel caso di cartuccia “esaurita”, questo perché a fine vita della
cartuccia, lo SPD si comporta come un cortocircuito
fase - terra.
Nel caso di intervento del SPD l’impossibilità di riarmo
della protezione associata comporta la sostituzione
del modulo.
In ogni caso deve sempre essere garantita la protezione dai contatti diretti ed indiretti, anche nel caso di
guasto del SPD.
Corrente di cortocircuito condizionata per tutti i tipi di SPD (kA)
Btdin In ≤ 32A curva “C”
Fusibile gG In ≤ 63A
Icn (kA)
4,5
6
10
100
Icc condizionata (kA) 4,5
6
10
100
Dati tecnici scaricatori di sovratensione (SPD)
Norme di riferimento
IEC 61643
IEC 61643
IEC 61643
Versioni
F10S/...
F10L/...
F10H/...
Classe di prova
I - II
I - II
II
N° moduli
1P
1P-2P-3P-4P
1P-2P-4P
Tensione nominale del circuito di alimentazione Uo (V a.c.)
400
400
230
Tensione massima continuativa Uc (V a.c.)
440
440
320
Livello di protezione Up (kV) alla In
2,2
2*
1,2
Livello di protezione Up (kV) alla Iimp
1,8
1,6
1,2
Corrente nominale di scarica In (kA) (onda 8/20 µs) - 20 volte
40
20 *
10
Corrente ad impulso Iimp (kA) (onda 10/350 µs)
20
10
5
Corrente massima di scarica Imax (kA) (onda 8/20 µs) - 1 volte
100
70
40
Corrente di cortocircuito condizionata Icc (kA)
vedere tabella delle correnti di cortocircuito
Corrente continuativa Ic (mA)
<1
<1
<1
Grado di protezione
IP 20
IP 20
IP 20
Segnalazione visiva mediante spia
SI
SI
SI
Corrente susseguente Is
nulla
nulla
nulla
Temperatura max. di funzionamento (°C)
- 5 ÷ +50
- 5 ÷ +50
- 5 ÷ +50
Dispositivo di distacco
integrato
integrato
integrato
Sezione massima conduttori (mm2)
16/25
16/25
16/25
* Il livello di protezione Up per la corrente nominale In di 10 kA è pari a 1,8 kV.
42
IEC 61643
F10A/...
II
1P-2P-4P
230
320
1
1
5
2,5
15
<1
IP 20
SI
nulla
- 5 ÷ +50
integrato
16/25
R
Caratteristiche tecniche
Prescrizioni di
installazione
Gli SPD BTicino devono essere collegati ai vari
conduttori di fase/neutro sui morsetti opportunamente
identificati.
Al morsetto contrassegnato dal simbolo di terra deve
essere collegato il conduttore giallo verde dell’impianto di terra stesso.
A monte degli SPD, separatamente ed in parallelo alle
altre protezioni del circuito devono essere installati gli
interruttori magnetotermici o i fusibili da scegliere
utilizzando la tabella riportata alla pagina precedente.
Per garantire la protezione dai contatti indiretti è inoltre
necessario installare a monte dell'SPD un interruttore
differenziale (di tipo selettivo o ritardato se si vogliono
evitare scatti intempestivi).
Per garantire una protezione efficace i cavi di collegamento devono essere i più corti possibili per avere
un’impedenza estremamente bassa.
TT
S
S
L
Nel caso di utilizzo dell’SPD in classe I (all’origine
dell’impianto) racchiuderlo all’interno di un quadro
elettrico metallico avente grado di protezione ⭓ IP2X
nei confronti dell’SPD stesso.
In alternativa posizionare l’SPD all’interno di un centralino Idroboard con grado di protezione IP55 munito di
serratura mantenuta chiusa in esercizio.
Nel caso si utilizzino SPD F10H... o F10A... in impianti
dove è richiesta la protezione anche da scariche dirette
sulla linea (componente C) o sull’edificio (componente
D resistiva) questi SPD devono essere posizionati a
valle di un SPD F10L... o F10S... ed opportunamente
disaccoppiati.
TN-S
S
L1
Id
N
L1
L2
L3
L2
Id
L3
N
Id
N
PE
F10L/2
F10H/2
F10A/2
F10L/4
F10H/4
F10A/4
TN-C
F10L/4
F10H/4
F10A/4
IT
S
L
L1
N
L2
Id
L2
L3
L3
Id
N
PEN
F10L/3
Nota: se gli SPD sono nelle immediate vicinanze della
cabina non é necessario collegare un SPD sul conduttore di neutro.
43
S
L1
F10L/2
F10H/2
F10A/2
F10L/4
F10H/4
F10A/4
Guida alla scelta degli SPD
Caratteristiche tecniche
Schemi elettrici La gamma di SPD a varistore BTicino è articolata per
di collegamento polarità e per caratteristiche elettriche in modo tale da
soddisfare le diverse esigenze installative in tutti i
sistemi di distribuzione (TT, TN-S, TN-C…).
Gli SPD BTicino possono essere collegati in modo
comune (collegamento tra fasi/neutro e terra) o in
modo differenziale (collegamento tra fase e neutro).
La protezione dalle sovratensioni deve essere opportunamente ripetuto sui quadri derivati, specialmente
se distano dalla prima protezione più di 10-45 metri.
In questo caso, nei sistemi di distribuzione TN, gli SPD
vanno posti anche sul neutro.
A
L N
A
Btdin
In ≤32A
S
Id
Icn (kA)
I circuiti e gli schemi di collegamento descritti precedentemente sono impiegati come schemi “generali”
per la protezione di un circuito.
Per la protezione “fine” di una linea dedicata sulla quale
sono collegati apparecchi sensibili (Hi-Fi, computer,
televisione etc…) si può utilizzare per esempio un
limitatore delle serie civili collegato in modo differenziale. Per riportare la segnalazione di fine vita dell'SPD
sono inoltre disponibili degli accessori da abbinare che
svolgono la funzione di contatto di allarme.
Protezione di una linea dedicata
gG
In ≤63A
4,5 6 10
100
Icc cond (kA) 4,5 6 10
100
X
L
N
Idn=0.03A
X + Y = 0,5m
Id
Y
Segnalazione a distanza fine vita del modulo
230Va.c.
50Vd.c.
1A µ
OK
14
11
Apparecchio operativo
F10/C1
F10/C2
F10/C3
F10/C4
OK
14
PE
PE
44
12
12
11
Assenza o fine vita utile
del modulo estraibile
R
Caratteristiche tecniche
Accessori
e ricambi
per SPD
modulari
Btdin
Bobine di
disaccoppiamento
Cartucce di ricambio per SPD modulari
N° di articolo
N° di moduli DIN
Tensione nominale di impiego Ue (V a.c.)
Tensione max. a regime perm. Uc (V a.c.)
Tensione max. di protezione Up (kV)
Corrente nominale di scarica In (kA)
Corrente max. di scarica Imax (kA)
F10A/S
1
230
320
1,2
5
15
Contatti di segnalazione per SPD modulari
N° di articolo
N° di moduli DIN
Tensione nominale Vn (V a.c./d.c.)
Corrente nominale del contatto In (A)
F10/C1
1
230/50
1
Le bobine di disaccoppiamento sono necessarie per
realizzare il coordinamento tra due SPD collegati in
cascata. Esse devono essere utilizzate quando la distanza di connessione tra i due SPD installati non è
sufficiente a garantire l’adeguato disaccoppiamento.
La distanza minima per la quale si riesce ad avere un
induttanza tale da garantire il disaccoppiamento è
indicata in 15 metri se il PE fa parte della stessa
conduttura e 10 metri se non ne fa parte. Esse devono
essere installate in serie al circuito ed alle
apparecchiature da proteggere per assolvere la loro
funzione di “back-up” energetico tra i due SPD.
Tipo di SPD
Rispondenza normativa
N° di moduli DIN
Frequenza nominale (Hz)
Tensione nominale circuito di alimentazione Uo (Va.c.)
Corrente nominale In (A)
Induttanza nominale Ln (µH)
Resistenza in corrente continua (m )
Potenza dissipata a In (W)
Corrente di cortocircuito max. condizionata Icc (kA)
Protezione associata
Grado di protezione
Temperatura di funzionamento (°C)
Materiale involucro
Montaggio
Sezione massima conduttori rigidi/flessibili (mm2)
45
F10H/S
1
230
320
1,4
15
40
F10/C2
2
230/50
1
F10L/S
1
400
440
2
20
70
F10/C3
3
230/50
1
F10/C4
4
230/50
1
Contatti di segnalazione per SPD modulari
Btdin in ⭐ 63A curva "C" Fusibile gG in ⭐ 63A
Icn (kA)
4,5
6
10 50
Icc condiz. (kA) 4,5
6
10 50
F10/B35
F10/B63
IEC 61024-1
2
50
500
35
15÷20%
4
5
4
50
500
63
15÷20%
2
8
Vedere tabella
Fusibile integrato
IP20
-10 ÷ +50° C
termoplastico
guida DIN35
25/35
Guida alla scelta degli SPD
Caratteristiche tecniche
SPD a
varistore
per serie
civili
Gli SPD a varistore Living International e Light sono
adatti per realizzare la protezione fine delle
apparecchiature elettroniche. Essi possono essere
impiegati in abbinamento alle prese di corrente e
collegati solo ed esclusivamente in modo differenziale
(tra fase e neutro) per realizzare la protezione terminale. Non sono adatti per il collegamento in modo comune. L’articolo S5470 è un SPD del tipo a spina. Questi
SPD sono particolarmente indicati per la protezione
contro le sovratensioni tra F-N dovute a squilibri di
sovratensioni F-PE o N-PE. Di seguito sono riportate le
caratteristiche tecniche dei prodotti.
Tipo di SPD
Rispondenza normativa
Classe di prova
N° di moduli Living Int./light
Frequenza nominale (Hz)
Tensione nominale circuito di alimentazione Uo (Va.c.)
Tensione massimo continuativa Uc (Va.c.)
Livello di protezione Up alla In (kV)
Corrente nominale di scarica In (8/20µs) - 20 volte (kA)
Corrente massima di scarica Imax (8/20µs) - 1 volta (kA)
Corrente continuativa Ic alla Uc (mA)
Corrente susseguente Ic
Corrente di cortocircuito max. condizionata Icc (kA)
Protezione associata
Grado di protezione
Temperatura di funzionamento (°C)
Temperatura di immagazzinaggio (°C)
Sezione massima conduttori rigidi/flessibili (mm2 )
Dispositivo di distacco
SPD per
linee
telefoniche
L/N/NT4536 - 5471
S5470
IEC 61643
II
II
1
50/60
50/60
230
230
275
275
1
1
1
1
2
2
<1
Nulla
1.5
Fusibile integrato
IP20
-10 ÷ +40° C
-20 ÷ +70
2.5
integrato
Il limitatore di sovratensione art. PLT1 è un dispositivo
a gas studiato appositamente per la protezione dalle
sovratensioni sulle linee telefoniche.
Adatto quindi per la protezione di telefoni, fax, cordless
etc…, questo apparecchio si collega in serie alla linea
telefonica.
Per maggiori dettagli vedere la sezione specifica riportata di seguito.
Tipo di SPD
Rispondenza normativa
Classe di prova
N° di moduli DIN
Livello di protezione Up alla In (kV)
Corrente nominale di scarica In (8/20µs) - 20 volte (kA)
Corrente massima di scarica Imax (8/20µs) - 1 volta (kA)
Corrente continuativa Ic alla Uc (mA)
Grado di protezione
Temperatura di funzionamento (°C)
Temperatura di immagazzinaggio (°C)
Sezione massima conduttori rigidi/flessibili (mm2 )
46
PLT1
EN41008 - EN50081-1 - EN50082-1 - ETSI - TBR21
II
2
1
5
2
<1
IP20
-10 ÷ +50° C
-20 ÷ +70
4
R
Schemi, esempi
e diagrammi di flusso
per la scelta
degli SPD
47
Guida alla scelta degli SPD
Esempi installativi e schemi
Generalità
Nelle pagine seguenti sono riportati alcuni esempi
pratici di scelta degli SPD BTicino in funzione del
campo applicativo, del livello di rischio e del sistema di
distribuzione.
Gli schemi sono da considerarsi indicativi e sono stati
realizzati tenendo conto solo della probabilità di
fulminazione diretta ed indiretta. Si lascia comunque al
progettista l’onere di verificare, in funzione delle caratteristiche dell’impianto, la compatibilità delle diverse
protezioni. Per la scelta della protezione più idonea
devono essere verificate sempre e comunque le caratteristiche dell’impianto e delle apparecchiature da
proteggere. Gli schemi riportati di seguito devono
essere considerati solo come esempi.
Sistema di
distribuzione
TT monofase
(230Va.c.)
In un impianto TT monofase le sovratensioni si possono propagare sia in modo comune che in modo differenziale.
Al fine di garantire un adeguato livello di protezione è
quindi possibile installare come protezione primaria e
di 2° livello (se richieste) SPD modulari con adeguate
caratteristiche in modo comune e SPD Living
international, Light o Magic in modo differenziale.
Se il rischio di fulminazione è basso (considerando le
caratteristiche dell’impianto, il fattore di rischio etc…)
è possibile predisporre la sola protezione primaria ed
eventualmente in abbinamento SPD Living
International/Light installati specificatamente per gli
apparecchi più sensibili. Gli esempi riportati qui sotto
sono puramente indicativi poiché in ambito domestico
è molto più razionale prevedere la sola protezione
generale nel centralino (con magari uno scaricatore
F10A/2) oppure la sola protezione delle linee dedicate
utilizzando gli SPD Living/Light direttamente sulle prese di corrente degli apparecchi più sensibili.
La protezione su più livelli in ambiente domestico si
può realizzare in casi molto particolari.
Sistema TT abitativo e piccolo terziario
Protezioni nel centralino nell’alloggio
Centralino
Eventuali interruttori o
bobine di disaccoppiamento
Icc < 10kA
In < 32A
tipo AR
F
id
N
SPD1
SPD3
PE
Esempi di scelta SPD in ambiente domestico per impianti TT
Fulminazione
Indiretta
Componenti di rischio
G-M
SPD1
SPD2
SPD3
N° di articolo
F10H/2
L/N/NT4536
In (kA)
10
1
Up (kV) alla In
1.2
1
Imax (kA)
40
2
Iimp (kA)
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
-
48
SPD1
F10L/2
20
2
70
10
1.6
diretta / indiretta
D-C-G-M
SPD2
F10A/2
5
1
15
5
1
SPD3
L/N/NT4536
1
1
2
-
R
Esempi installativi e schemi
Protezioni alla base della colonna montante e
nel centralino nell’alloggio
Centralino
Icc < 10kA
In < 32A
tipo AR
F
id
N
Colonna montante
SPD2
In < 32A
tipo S
SPD3
id
SPD1
PE
Esempi di scelta SPD in ambiente domestico per impianti TT
Fulminazione
Indiretta
Componenti di rischio
G-M
SPD1
SPD2
SPD3
N° di articolo
F10H/2
F10A/2
L/N/NT4536
In (kA)
10
5
1
Up (kV) alla In
1.2
1
1
Imax (kA)
40
15
2
Iimp (kA)
5
2.5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
-
49
SPD1
F10L/2
20
2
70
10
1.6
diretta / indiretta
D-C-G-M
SPD2
F10A/2
5
1
15
5
1
SPD3
L/N/NT4536
1
1
2
-
Guida alla scelta degli SPD
Esempi installativi e schemi
Sistema di
distribuzione
TT
Negli impianti di tipo TT industriali la protezione
primaria nel primo quadro si può realizzare con
scaricatori di sovratensione articolo F10…/4 (4
moduli collegati sulle tre fasi e sul neutro).
La protezione di 2° livello nei quadri divisionali può
anche essere realizzata impiegando scaricatori di
sovratensione articolo F10…/2 (2 moduli) collegati
tra le singole fasi/neutro e terra (L1/N-T, L2/N-T,
L3/N-T).
Se la distanza tra gli SPD non é sufficiente a garantire l'adeguato coordinamento ricorrere all'installazione delle bobine di disaccoppiamento.
Sistema TT terziario e piccola industria - monofase
Protezioni nei quadri dell’impianto
Avanquadro
Quadro elettrico generale
Quadro elettrico derivato
Icc < 100kA
In < 32A
In < 32A
id
id
selettivo o ritardato
F = 25A
F = 25A
F = 25A
id
SPD2
SPD1
SPD3
PE
Esempi di scelta SPD per ambienti del terziario o piccola industria per impianti TT monofase
Fulminazione
Indiretta
diretta / indiretta
Componenti di rischio
G-M
D-C-G-M
SPD1
SPD2
SPD3
SPD1
SPD2
N° di articolo
F10H/2
F10A/2
F10A/2
F10L/2
F10H/2
In (kA)
10
5
5
20
10
Up (kV) alla In
1.2
1
1
2
1.2
Imax (kA)
40
15
15
70
40
Iimp (kA)
5
2.5
2.5
10
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
1
1.6
1.2
50
SPD3
F10A/2
5
1
15
2.5
1
R
Esempi installativi e schemi
Sistema TT terziario e piccola industria - trifase
Protezioni nei quadri dell’impianto
Icc < 100kA
Quadro elettrico generale
Quadro elettrico derivato
id
Avanquadro
F = 25A
F = 25A
id
SPD1
SPD2
F = 25A
id
SPD3
Esempi di scelta SPD per ambienti del terziario o piccola industria per impianti TT trifase
Fulminazione
Indiretta
diretta / indiretta
Componenti di rischio
G-M
D-C-G-M
SPD1
SPD2
SPD3
SPD1
SPD2
N° di articolo
F10H/4
F10A/4
F10A/4
F10L/4
F10H/4
In (kA)
10
5
5
20
10
Up (kV) alla In
1.2
1
1
2
1.2
Imax (kA)
40
15
15
70
40
Iimp (kA)
5
2.5
2.5
10
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
1
1.6
1.2
SPD3
F10A/4
5
1
15
2.5
1
Esempi di scelta SPD per ambienti del terziario o piccola industria per impianti TT trifase/monofase
Fulminazione
Indiretta
diretta / indiretta
Componenti di rischio
G-M
D-C-G-M
SPD1
SPD2
SPD3
SPD1
SPD2
N° di articolo
F10H/4
F10A/2
F10A/2
F10L/4
F10H/2
In (kA)
10
5
5
20
10
Up (kV) alla In
1.2
1
1
2
1.2
Imax (kA)
40
15
15
70
40
Iimp (kA)
5
2.5
2.5
10
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
1
1.6
1.2
SPD3
F10A/2
5
1
15
2.5
1
51
Guida alla scelta degli SPD
Esempi installativi e schemi
Sistema di
distribuzione
TN-S
Per la protezione dalle sovratensioni nei sistemi TN-S
trifase valgono le stesse osservazioni descritte per il
sistema TT.
La protezione di testa (o primaria) si realizza nel 1°
quadro con apparecchiature in 4 moduli collegate in
modo comune tra le singole fasi/neutro e terra.
Le protezioni invece di 3° livello o terminale possono
essere realizzate (se necessario) sia in modo comune
sia in modo differenziale.
Sistema TN-S terziario e piccola industria
Protezioni nei quadri dell’impianto
Icc < 100kA
Quadro di cabina
Quadro elettrico generale
F = 25A
F = 25A
id
SPD1
Quadro elettrico derivato
SPD2
F = 25A
id
SPD3
PE
barre di equipotenzializzazione
Esempi di scelta SPD per ambienti del terziario o piccola industria per impianti TN-S trifase
Fulminazione
Indiretta
diretta / indiretta
Componenti di rischio
G-M
D-C-G-M
SPD1
SPD2
SPD3
SPD1
SPD2
N° di articolo
F10H/4
F10A/4
F10A/4
F10L/4
F10H/4
In (kA)
10
5
5
20
10
Up (kV) alla In
1.2
1
1
2
1.2
Imax (kA)
40
15
15
70
40
Iimp (kA)
5
2.5
2.5
10
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
1
1.6
1.2
SPD3
F10A/4
5
1
15
2.5
1
Esempi di scelta SPD per ambienti del terziario o piccola industria per impianti TT trifase/monofase
Fulminazione
Indiretta
diretta / indiretta
Componenti di rischio
G-M
D-C-G-M
SPD1
SPD2
SPD3
SPD1
SPD2
N° di articolo
F10H/4
F10A/2
F10A/2
F10L/4
F10H/2
In (kA)
10
5
5
20
10
Up (kV) alla In
1.2
1
1
2
1.2
Imax (kA)
40
15
15
70
40
Iimp (kA)
5
2.5
2.5
10
5
Up (kV) alla Iimp
1.2
1
1
1.6
1.2
SPD3
F10A/2
5
1
15
2.5
1
52
R
Protezione della linea telefonica
Le protezioni per linee telefoniche devono essere utiSchemi di
collegamento lizzate in ogni impianto dove è installato un centralino
per art. PLT1 telefonico , oppure un apparecchio elettronico colle-
Installazione
Lo scaricatore di sovratensione PLT1 deve essere
collegato alla linea urbana mediante i morsetti “IN” ed
al dispositivo da proteggere mediante i morsetti “OUT”.
Per i collegamenti dei morsetti “IN” ed “OUT” utilizzare
del cavo telefonico.
Per il corretto funzionamento della protezione è importante che il collegamento di terra venga effettuato con
un cavo di sezione non inferiore a 2,5 mm2.
Avvertenze
- non installare il dispositivo in ambienti umidi o vicino
ad importanti fonti di calore
- sistemare il dispositivo su una superficie solida ed
asciutta, al riparo dagli agenti atmosferici
- non manomettere in alcun modo l’apparecchio e non
versare liquido all’interno
- la protezione non richiede manutenzione
- per ogni eventuale necessità contattare il “servizio
tecnico clienti”
- evitare di installare l’apparecchio durante i temporali
Attenzione
La PLT1 deve essere obbligatoriamente collegata all’impianto di terra.
La protezione risulta tanto più efficace quanto minore
è la lunghezza del collegamento tra la PLT1 ed il
morsetto principale dell’impianto di terra; è necessario
che tale impianto sia conforme alle norme CEI.
gato alla linea telefonica urbana, ad esempio: fax,
modem, combinatore telefonico, segreteria telefonica,
cordless, etc...
La protezione della linea telefonica e delle
apparecchiature ad essa collegate può essere realizzata impiegando lo specifico scaricatore articolo PLT1.
Linea
urbana
230 V
Lo scaricatore di sovratensione articolo PLT1 é provvisto di Dichiarazione CE di conformità secondo i
requisiti indicati di seguito.
Esso é conforme ai requisiti essenziali della direttiva
1999/5/CE in quanto rispetta le seguenti norme:
EN 41003
EN 50081-1
EN 50082-1
ETSI TBR21
Anno di Apposizione marcatura CE secondo la direttiva indicata: 2000
~
7
6
1
a b a2 b a3 b a4 b a 5 b a b a b a 8 b
PRI.
a b
IN
Centralino
335818
Art.PLT1
Telefono 1 (n°401)
OUT
a b
a
U1
b
3 4
a
b
Telefono 2 (n°402)
a
b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
53
Guida alla scelta degli SPD
Protezione della linea telefonica
Schemi di
collegamento
per art. PLT1
Linea
urbana 1
230 V
~
7
6
a 1 b a2 b a3 b a4 b a 5 b a b a b a 8 b
PRI.
a b
IN
Centralino
335828
Art.PLT1
Telefono 1 (n°401)
OUT
a b
a
U1
b
a
U2
b
a
b
3 4
Linea
urbana 2
Telefono 2 (n°402)
a b
IN
Art.PLT1
a
b
OUT
a b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Linea
urbana
1
5
a b a2 b a3 b a4 b a b
LU
aa bb
a b
IN
Centralino
PBX 15D
Art.PLT1
Telefono 1 (n°41)
OUT
a b
PRI.
230 V
5 3 4
6 1
a
b
~
Telefono 2 (n°42)
a
b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
54
R
Diagrammi di flusso per la scelta degli SPD
Diagramma di flusso la verifica della necessità di installazione degli SPD per la riduzione delle
componenti di rischio mediante i fattori k3 e k5
Valutazione del
rischio R e
definizione del
rischio tollerabile Ra
Valutazione della
componente di
rischio per ridurre
R < Ra
sì
R > Ra
Protezione della
struttura non
necessaria
no
SPD all’origine dell’impianto
riduce con k5 le componenti
A-C-G-D (parte resistiva)
SPD vicino alle apparecchiature
riduce con k3 le componenti
M-D (parte induttiva)
no
d < dm
sì
Nc+Nd<0.1
no
sì
SPD in classe di prova II o III
In >5 kA
Uoc >10 kV
Scegliere Up e calcolare il
valore di Uprot
sì
SPD in classe di prova II
SPD in classe di prova I
riduce con k5 la
componente G
riduce con k5 le
componenti A-C-G-D
(parte resistiva)
riduce con k3 le
componenti M e D
(parte induttiva)
riduce con k3 le
componenti M e D
(parte induttiva)
Vedere diagramma per
l’installazione degli SPD
in classe di prova II
Vedere diagramma per
l’installazione degli SPD
in classe di prova I
d= distanza tra SPD e apparecchiatura
dm= distanza massima necessaria per ridurre le componenti D ed M
55
Uprot < 0.9 x
Utenuta
no
sì
protezione garantita
k3 = 0.01
Guida alla scelta degli SPD
Diagrammi di flusso per la scelta degli SPD
Diagramma di flusso per l’installazione degli SPD in classe di prova I
SPD1 all’origine dell’impianto BT:
Classe di prova I
riduce le componenti di rischio
A-C-G-D (parte resistiva)
Verificare installazione come descritto
ai paragrafi precedenti
Scegliere Iimp1
Se presente un LPS
installare un SPD2
Componente di rischio A
Componente di rischio D e G
Struttura protetta da scariche
pericolose
k5 = 0.01 per la componente
di rischio A
Iimp1 > 10kA
Componente di
rischio D
sì
Componente di
rischio G
Scegliere Up1 e calcolare il
valore di Uprot
sì
no
k5 = 1 per la componente di
rischio C
Uprot1 < 0.9 x
Utenuta
no
ridurre Uprot
sì
Struttura protetta da scariche
pericolose
k5 = 0.01 per la componente
di rischio C
Vedere diagramma per
l’installazione degli SPD
in classe di prova II
sì
no
no
d < d prot
Installare SPD2 coordinato
- distanza SPD2 da apparecchiatura< distanza di protezione
- coordinamento (ad esempio con Iimp1)
- Scegliere Iimp2 e Up2
- Calcolare Uprot2
- Verificare Uprot2 < 0.9 x Utenuta
protezione garantita
k5 = 0.01
per la componente di rischio D (parte
resistiva)
56
R
Diagrammi di flusso per la scelta degli SPD
Diagramma di flusso per l’installazione degli SPD in classe di prova II
SPD1 all’origine dell’impianto BT:
Classe di prova II
riduce solo la componente di rischio
G
Verificare installazione come descritto
ai paragrafi precedenti
In1 > 10 kA
Scegliere Up1 e calcolare il
valore di Uprot
sì
Uprot1 < 0.9 x
Utenuta
no
no
sì
sì
protezione garantita
k5 = 0.01
d= distanza tra SPD e apparecchiatura
d prot= distanza di protezione
57
d < d prot
ridurre Uprot
no
Installare SPD2 coordinato
- distanza SPD2 da apparecchiatura< distanza di protezione
- coordinamento (ad esempio con In)
- Scegliere In2 e Up2
- Calcolare Uprot2
- Verificare Uprot2 < 0.9 x Utenuta