protezioni
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le sovratensioni e le loro protezioni 1.1 Il rischio delle fulminazioni 2 1.2 Il fenomeno delle fulminazioni 4 1.3 I differenti tipi di sovratensione 7 1.4 I differenti tipi di propagazione 11 1.5 Le protezioni contro le sovratensioni 12 1.6 Le norme 19 1 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.1 Il rischio delle fulminazioni La formazione dei temporali Le nubi dalle quali hanno origine solitamente i temporali sono del tipo cumuli-nembi. È possibile riconoscerle dalla loro forma ad incudine e dal loro colore scuro (Fig.1). Costituiscono un’enorme macchina termica la cui base è a circa due chilometri dal terreno, mentre il vertice si trova a circa 14 chilometri. Sviluppo elettrico di una nube temporalesca L’inizio del processo di elettrificazione di una nube è dovuto all’aria calda che dal terreno sale verso l’alto. Nel processo di ascesa l’aria calda si carica di umidità diventando una nuvola (Fig.2). Fig. 1: tipo cumulo-nembo Fig. 2: formazione di nubi Il principio di elettrificazione Le violente correnti d’aria ascendenti e discendenti separano le gocce d’acqua formatesi. Ad altitudini elevate, queste gocce d’acqua si trasformano in cristalli di ghiaccio. La collisione tra le gocce d’acqua e i cristalli di ghiaccio genera delle cariche elettriche positive e negative (Fig.3). Inizio della fase attiva Le cariche di segno opposto si separano. Le cariche positive costituite dai cristalli di ghiaccio si posizionano nella parte superiore della nube mentre le cariche negative, costituite dalle gocce d’acqua si posizionano nella parte inferiore della nube stessa. In questa fase compaiono nella nube i primi lampi (Fig.4). campo elettrico E Fig. 3: inizio del fenomeno di elettrificazione 2 Fig. 4: sviluppo: inizio fase attiva, lampi tra le nubi, ascendenze violente MERLIN GERIN Sviluppo della fase attiva La nube così costituitasi forma un’enorme condensatore con il terreno. Nell’arco di tempo di 1/2 ora si sviluppano i lampi tra la nube e il terreno. Questa fase è definita «fase attiva» (Fig.5). Fine della fase attiva Di seguito l’attività temporalesca all’interno della nuvola diminuisce, mentre al tempo stesso aumentano i fenomeni di scarica verso il terreno (Fig.6). Fig. 5: maturità: attività intensa tra le nuvole, massimo sviluppo verticale, forte attività convettiva. MERLIN GERIN Fig. 6: abbattimento: decrescita dell’attività tra le nuvole, fenomeni violenti al suolo occasionali: fulminazioni, forti precipitazioni, grandine, raffiche di vento. 3 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.2 Il fenomeno della fulminazione Il campo elettrico In condizioni di tempo sereno il campo elettrico naturale al terreno è nell’ordine di 120 V/m. In presenza di nubi elettricamente cariche tale valore può raggiungere i 15 kV/m (Fig.7). temperatura °C altezza km 14 + + + + + P + + + + + + - - - N - - - - + P + - + - 12 10 8 6 4 2 -55 -45 -33 -18 +7 +5 20 16 12 8 6 2 2 6 8 12 16 20 -4 -6 -10 -14 -18 -64 +30 larghezza km E: campo elettrico kV/m Fig. 7: il campo elettrico al suolo Il valore del campo elettrico è accentuato dalle asperità del terreno (colline, alberi, abitazioni). La presenza di tali elementi crea un effetto di punta che amplifica il campo elettrico accentuandolo fino a 300 volte (Fig.8). Tale fenomeno favorisce la caduta di un fulmine nel posto interessato. campo elettrico kV/m alcuni kV/m 0,12 kV/m distanza m Fig. 8: campo elettrico amplificato da una asperità del terreno 4 MERLIN GERIN La classificazione dei fulmini I fulmini vengono classificati in funzione della direzione nella quale si sviluppano (ascendenti o discendenti) e della carica elettrica (positiva o negativa) da cui sono caratterizzati (Fig.9). In presenza di terreno pianeggiante il fulmine più frequente e quello discendente mentre in montagna la maggior parte dei fulmini è di tipo ascendente positivo. ¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢ QQQQQ QQQQQQ ¢¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢ ¢¢¢¢¢¢ QQQQQQ QQQQQ ¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢ ¢¢¢¢¢ QQQQQ ¢¢¢¢¢¢ QQQQQQ QQQQQ ¢¢¢¢¢ - + + + + + + + + + + + + + + + + - fulmine negativo discendente fulmine negativo ascendente fulmine positivo discendente - - - - - - - - - fulmine positivo ascendente Fig. 9: classificazione dei fulmini (secondo K. Berger). Il principio di una scarica Prendiamo come esempio un fulmine negativo discendente, il più diffuso tra i fenomeni. 1. Il fulmine comincia con una saetta che si sviluppa dalle nuvole a sbalzi successivi di 30/50 m verso il suolo. La saetta è costituita da particelle elettriche catturate dalle nuvole attraverso il campo elettrico nubi-suolo. 2. Questo favorisce la formazione di un canale ionizzato che si ramifica. A circa 300 m dal suolo, da terra partono degli effluvi (o scintille) e uno di questi entrerà in contatto con la «punta» della saetta. 3. Apparirà quindi un arco elettrico molto luminoso. Questo provoca il tuono e permette lo scambio di cariche del «condensatore» nubi-suolo. 4. Seguirà una successione di archi, denominati archi susseguenti, di intensità sempre minore. Tra questi archi una saetta farà circolare una corrente di circa 200 A, scaricando una parte importante della carica del «condensatore» nubi-suolo. 1 2 3 4 40-100 µs 30-100 ms 1-2 ms 20 ms - - - - - - - - - - - - 30-100 ms - - - - 1-2 ms - - - nuvole saetta andamento continuo 3 km andamento a sbalzi 100 000 km/s 1000 km/s scarica elettrica + + + + suolo + + + + + + + + + + Fig.10: il principio di un fulmine negativo discendente MERLIN GERIN 5 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.2 Il fenomeno della fulminazione Caratteristiche dei fulmini probabilita di scarica P (%) 50 10 1 picco di corrente I (kA) 38 68 140 pendenza S (kA/µs) 48 74 97 durata totale T (s) 0,09 0,56 2,7 numero di scariche ■ 1,8 5 12 Tabella 1 La tabella seguente riassume le principali caratteristiche dei fulmini. Il 50% dei fulmini non supera i 38 kA di cresta, il 10% non supera i 68 kA mentre solo il 1% raggiunge valori di cresta pari a 140 kA. La corrente generata dalla caduta di un fulmine è di tipo impulsivo ad alta frequenza (HF) ed è nell’ordine dei megahertz. Sintesi Il fulmine è un fenomeno ad alta frequenza che genera delle sovratensioni su tutti gli elementi conduttori, in particolare sui conduttori di alimentazione degli impianti elettrici e direttamente sulle apparecchiature elettriche. 6 Gli effetti dei fulmini ■ effetti termici: fusione nel punto di impatto del fulmine e rischi di incendio generati dall’effetto joule dovuto alla circolazione di correnti elevate ■ effetti elettrodinamici: la circolazione di correnti elevate nei conduttori provoca attrazione o repulsione tra i conduttori stessi. I cavi sono sottoposti a sforzi elettrodinamici che ne danneggiano la struttura ■ sovratensioni dirette: si creano quando la caduta del fulmine avviene direttamente sulla linea elettrica o telefonica ■ sovratensioni indotte: si creano quando la caduta di un fulmine avviene al suolo nelle vicinanze di un circuito elettrico ■ aumento del potenziale di terra: distruttivo per i materiali. MERLIN GERIN 1.3 I differenti tipi di sovratensione Che cosa è una sovratensione Una sovratensione è un impulso o un’onda di tensione che si sovrappone alla tensione nominale della linea (Fig.11). tensione impulso tipo fulmine (durata = 100 µs) onda smorzata di tipo "choc da manovra" (f = 100 kHz ÷ 1 MHz) tempo Fig. 11: esempi di sovratensioni La sovratensione è caratterizzata da (Fig.12): ■ il tempo di crescita (tf) misurato in µs ■ la pendenza S misurata in kA/µs. Questi due parametri provocano fenomeni di induzione elettromagnetica, sugli impianti, che danneggiano le apparecchiature. tensione (V o kV) U max 50 % tf tempo di crescita tempo (µs) T durata della sovratensione Fig. 12: principali caratteristiche di una sovratensione I quattro tipi di sovratensione È possibile distinguere quattro tipi di sovratensione: ■ di origine atmosferica ■ di manovra ■ temporanee a frequenza industriale ■ dovute a scariche elettrostatiche. MERLIN GERIN 7 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.3 I differenti tipi di sovratensione Le sovratensioni di origine atmosferica ■ sovratensioni dirette: sono dovute alla caduta di un fulmine, diretta o nelle immediate vicinanze, su una linea aerea (elettrica o telefonica). Gli impulsi di corrente generati si propagano fino alle abitazioni (Fig.13). i i/2 i/2 i Fig. 13: sovratensione diretta ■ sovratensioni indotte o radianti: sono dovute alla caduta di un fulmine al suolo Conseguenze: il campo elettromagnetico investe tutti i conduttori generando delle sovratensioni di modo comune e/o di modo differenziale. Queste sovratensioni si propagano poi per conduzione (Fig.14) ■ fulmine champ électromagnétique campo elettromagnetico apparecchiatura BT U sovratensione neutre Rn neutro Fig. 14: accoppiamento campo cavo ■ le sovratensioni createsi sui conduttori generano a loro volta un campo elettromagnetico; la componente magnetica H induce sul cavo stesso una sovratensione. Questo processo continuo viene definito diafonia induttiva. 8 MERLIN GERIN ■ al tempo stesso la componente elettrica E del campo elettromagnetico favorisce la formazione di sovratensioni dovute alle capacità parassite tra i diversi conduttori. Questo fenomeno è definito diafonia capacitiva. ■ induzione nell’anello di terra (Fig.15). Le due apparecchiature in Figura sono alimentate ognuna dal proprio conduttore e sono entrambe connesse alla terra. La sovratensione che si viene a creare sul circuito è proporzionale all’area delimitata dai conduttori di alimentazione. Per esempio per un’area di 300 m2, e con una scarica di 100 kA/s, con la caduta del fulmine a 400 m di distanza, la sovratensione indotta che interesserà le nostre apparecchiature sarà di 15 kV circa! fulminazione = 100 kA/µs computer cavo del segnale anello di massa superficie = 300 m2 400 m cavo d'alimentazione stampante isolamento galvanico sottoposto a… 15 kV ! terra Fig. 15: anello di massa. ■ aumento del potenziale di terra (Fig.16). La caduta di un fulmine sul terreno genera delle sovratensioni che comportano l'aumento del potenziale di terra. Tutte le installazioni connesse alla terra nelle vicinanze del punto di caduta del fulmine risentono di questo effetto. apparecchiatura BT U U tensione RT RN Fig. 16: crescita del potenziale di terra. MERLIN GERIN 9 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.3 I differenti tipi di sovratensione Le sovratensioni di manovra La modifica brusca delle condizioni venutesi a creare all’interno di un circuito provoca la comparsa di fenomeni transitori. Sono solitamente delle onde di sovratensione ad alta frequenza (Fig.1 pag.7). Le sovratensioni di manovra possono essere generate da: ■ apertura o chiusura di apparecchiature di protezione (interruttori, fusibili) o di comando (contattori,...) ■ marcia e arresto di motori ■ inserzione di batterie di condensatori presenti sulla linea. Le sovratensioni temporanee a frequenza industriale (Fig.17) Hanno la stessa frequenza della linea (50, 60 o 400 Hz) ■ dovute a guasti di isolamento fase/massa o fase/terra su un circuito a neutro isolato ■ dovute all’interruzione di un conduttore. Per esempio un cavo MT che cade su una linea BT. tensione normale 230/400 V tensione normale 230/400 V sovratensione temporanea Fig. 17: sovratensione temporanea a frequenza industriale. Le sovratensioni dovute a scariche elettrostatiche Dovute a cariche elettriche che si accumulano generando campi elettrostatici troppo elevati. 10 MERLIN GERIN 1.4 I differenti tipi di propagazione Il modo comune Le sovratensioni di modo comune si verificano tra le parti attive e la terra: fase/terra o neutro/terra (Fig.18). Sono pericolose per le apparecchiature dove la massa è connessa a terra in ragione di rischi di scariche dielettriche. Il modo differenziale Le sovratensioni di modo differenziale si verificano tra le parti attive: fase/fase o fase/ neutro (Fig.19). Sono particolarmente pericolose per le apparecchiature di tipo elettronico, per i materiali sensibili di tipo informatico. Ph Sintesi È importante ricordare tre cose fondamentali: ■ La caduta di un fulmine, diretta o indiretta, può avere effetti distruttivi sulle installazioni elettriche che si trovano anche a diversi chilometri di distanza rispetto al punto di caduta del fulmine. ■ Le sovratensioni di manovra e temporanee generano rischi importanti nella stessa misura di quelle dovute alla caduta dei fulmini ■ Il fatto che la distribuzione dell’impianto sia interrata non significa che l’installazione sia protetta ma solo che il rischio di fulminazione diretta è limitato. MERLIN GERIN Imc Ph apparecchiatura N Imd U sovratensione apparecchiatura N Imd U sovratensione Imc Fig. 18: modo comune Fig. 19: modo differenziale Principali caratteristiche delle sovratensioni tipo di sovratensione a frequenza industriale (guasto d'isolamento) di manovra e scarica elettrostatica atmosferica coefficiente di sovratensione ≤ 1,7 2÷4 >4 durata fronte di salita o frequenza elevata 30-1000 ms breve 1-100 ms molto breve 1-100 µs frequenza industriale (50-60-400 Hz) media fino a 200 kHz molto elevata fino a 1000 kV/µs 11 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.5 Le protezioni contro le sovratensioni Le protezioni contro le sovratensioni possono essere divise in due categorie: le protezioni primarie e le protezioni secondarie. Le protezioni primarie Il loro compito è di proteggere le installazioni dalla caduta diretta di un fulmine. Questo tipo di protezione consente di scaricare l’eventuale sovratensione verso il terreno. Esistono tre tipi di protezioni primarie: ■ il parafulmine ■ i fili tesi ■ la gabbia di Faraday. Il parafulmine Costituito da un’asta metallica posta al di sopra della struttura da proteggere e collegata alla terra attraverso uno o più conduttori (Fig.20). Le regole di installazione si rifanno alla norma CEI 81-1 «protezione di strutture contro i fulmini». discesa del parafulmine in bandella di rame giunto di controllo presa di terra a "zampa d'oca" Fig. 20: principio del parafulmine Rimangono comunque dei problemi di sovratensioni indotte legati all'irradiamento elettromagnetico sui circuiti dell'edificio protetto provocati dalle correnti scaricate a terra (effetti secondari). 12 MERLIN GERIN I fili tesi Sono dei cavi tesi al di sopra dello stabile da proteggere (Fig.21 e Fig. 22). Si tratta di un tipo di protezione utilizzato sulle linee alta tensione. rame stagnato 25 mm2 asta metallica i/2 i i/2 d cavi di protezione 0,1 h h collegamento alla terra delle masse Fig. 21: i cavi tesi Fig. 22: i cavi di protezione La gabbia di Faraday Tipo di protezione utilizzato soprattutto in edifici dove la presenza di materiale informatico e elettronico è molto elevata. Consiste nel portare più conduttori a realizzare il collegamento verso terra suddividendo lo stabile in parti uguali in modo che si ottenga una migliore situazione equipotenziale per lo stabile stesso (Fig.23). Sintesi Le protezioni di tipo primario servono per proteggere le installazioni dalla caduta diretta di un fulmine. La più utilizzata è il parafulmine. La migliore, ma anche la più costosa, dal punto di vista tecnico è la gabbia di Faraday. Questi tipi di protezione non sono sufficienti per preservare le installazioni dagli effetti secondari delle sovratensioni. MERLIN GERIN Fig. 23: principio di una gabbia a maglia (gabbia di Faraday) 13 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.5 Le protezioni contro le sovratensioni Le protezioni secondarie Assorbono gli effetti delle sovratensioni di origine atmosferica, di manovra e a frequenza industriale. Sono classificate in funzione del modo di collegamento: protezioni in serie e protezioni in parallelo. Le protezioni in serie Collegate in serie sull’alimentazione del sistema da proteggere (Fig.24). Devono essere dimensionate per la potenza dell'installazione da proteggere. alimentazione installazione da proteggere protezione in serie Up Fig. 24: principio della protezione in serie i trasformatori: attenuano le sovratensioni e eliminano le componenti armoniche. La protezione non è molto efficace. ■ i filtri: costituiti da resistenze, induttanze e condensatori sono adatte a sovratensioni industriali o di manovra; non sono altresì efficaci contro le sovratensioni di origine atmosferica. ■ stabilizzatore e alimentazioni statiche senza interruzioni (ASI): utilizzati per proteggere apparecchiature sensibili di tipo informatico le quali necessitano di alimentazioni particolarmente «buone». Consentono di tenere regolati i valori di tensione e frequenza, assicurando la continuità di servizio. Non sono però protette contro le sovratensioni di origine atmosferica. ■ Sintesi Suddividiamo le protezioni secondarie in due tipologie: protezioni in serie e in parallelo. Le protezioni in serie sono specifiche ed adatte a situazioni particolari. Richiedono comunque di essere integrate con protezioni in parallelo. 14 MERLIN GERIN Le protezioni in parallelo La loro caratteristica principale è quella di adattarsi alla potenza dell’impianto da proteggere (Fig.25). Sono le protezioni più utilizzate. alimentazione installazione da proteggere protezione in parallelo Up Fig. 25: principio della protezione in parallelo Principali caratteristiche ■ la tensione nominale d’impiego corrisponde a quella dell’impianto: 230/400V ■ in assenza di sovratensione nessuna corrente di fuga deve circolare attraverso la protezione; è un circuito aperto. ■ in presenza di una sovratensione la protezione comincia a scaricare a terra limitando la tensione entro il valore desiderato Up (livello di protezione) (Fig.26). Up (V) Up 0 I (A) tr Fig. 26: caratteristica U/I della protezione ideale Al termine della sovratensione la protezione cessa di scaricare verso terra e si riposiziona in condizioni di sorveglianza (circuito aperto). ■ il tempo di risposta tr deve essere il più breve possibile, al fine di proteggere meglio l’impianto ■ la protezione deve essere dimensionata tenendo conto del livello di rischio del sito da proteggere ■ la protezione deve essere conforme alla norma NF C 61-740 la più restrittiva del settore: deve sopportare per almeno 20 volte scariche nell’ordine del valore della corrente nominale In ed almeno una volta una scarica pari al valore della Imax. Il tutto secondo onde di corrente 8/20 µs. I prodotti utilizzati ■ i limitatori di sovratensione: utilizzati nei posti di trasformazione MT/BT in uscita dai trasformatori. Utilizzati nei sistemi a neutro isolato consentono di scaricare a terra le eventuali sovratensioni, in particolare del tipo a frequenza industriale (Fig.27). MT/BT schema di collegamento della rete a terra limitatore di sovratensione CPI controllore permanente di isolamento Fig. 27: limitatore di sovratensione gli scaricatori BT: hanno veste modulare e sono quindi installabili all’interno dei quadri di distribuzione bassa tensione. Assicurano una protezione fine ma con capacità di scarica limitata. ■ gli scaricatori di basse correnti: adatti soprattutto per la protezione delle linee telefoniche. ■ Sintesi Le protezioni in parallelo sono le più utilizzate perché adatte alla gran parte delle situazioni. MERLIN GERIN 15 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.5 Le protezioni contro le sovratensioni La tecnologia utilizzata all’interno degli scaricatori di sovratensione I diodi Zener La curva caratteristica (Fig.28) è molto vicina alla curva ideale. I tempi di risposta sono estremamente rapidi e la corrente di fuga ha un valore pressoché nullo. Per contro questo tipo di scaricatore è in grado si dissipare bassi valori di energie. È un tipo di componente utilizzabile per la protezione ultra terminale in associazione ad altre protezioni. Lo spinterometro a gas È costituito da un’ampolla contenente gas. La curva caratteristica è rappresentata in Figura 9. Il vantaggio di utilizzare questo tipo di tecnologia è rappresentato dal fatto che la capacità di scarica è molto elevata mantenendo allo stesso tempo a 0 il valore della corrente di fuga. L’inconveniente che si presenta è quello di avere tempi di risposta relativamente lunghi. Inoltre una volta che la sovratensione non è più presente sul circuito, questo scaricatore rimane comunque ionizzato e una corrente residua continua a circolare all’interno dello scaricatore stesso. Il varistore La curva rappresentata in Figura 27 si avvicina alla curva ideale. Il tempo di risposta è basso (nano secondi), la capacità di scarica elevata e la corrente residua è nulla. L’inconveniente è rappresentato dal fatto che la corrente di fuga aumenta ad ogni choc subito (sovratensione), causando nel tempo, il riscaldamento e quindi la fine vita dell’apparecchiatura. È fondamentale che lo scaricatore basato su questo principio sia dotato di led di segnalazione di fine vita. Confronto La tabella sintetizza le principali caratteristiche dei componenti utilizzati all’interno delle protezioni. caratteristiche U/I componente Up (V) simboli corrente di fuga energia dissipata tensione residua corrente residua tempo di risposta componente ideale 0 elevata bassa nulla basso diodo zener bassa bassa bassa nulla basso spinterometro 0 elevata elevata continua elevato varistore bassa elevata bassa nulla basso Up 0 I (A) tr U Us I U U max Us I U Us I Fig. 28: tabella comparativa 16 MERLIN GERIN Lo schema interno di uno scaricatore di sovratensione Gli elementi di uno scaricatore Esistono essenzialmente tre tipi di componenti utilizzati: il diodo Zener, lo spinterometro a gas e il varistore Lo scaricatore a diodo zener bidirezionale (Fig.29) è utilizzato principalmente per la protezione ultra terminale, mai per la protezione in testa di installazione in quanto è caratterizzato da una limitata capacità di scarica. Lo scaricatore che utilizza lo spinterometro a gas deve essere associato a dei varistori in modo da compensare i punti deboli dello spinterometro stesso (Fig.30). P P N N V1 V2 spinterometro a gas Fig.29: diodo zener bidirezionale Fig.30: schema di principio di uno scaricatore spinterometro a gas arricchito Il varistore V1 in serie con lo spinterometro a gas serve per ripristinare l'isolamento dopo la sovratensione e di conseguenza ridurre il valore della corrente residua; il varistore V2 serve per abbreviare i tempi di risposta, solitamente lunghi per lo scaricatore con spinterometro a gas. Lo scaricatore a varistore (Fig.31) rappresenta attualmente il miglior rapporto qualità/prezzo. P N Fig.31: principio di uno scaricatore unipolare a varistori MERLIN GERIN 17 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.5 Le protezioni contro le sovratensioni Il sezionamento dello scaricatore di sovratensione in caso di fine vita è un’imposizione della norma NF C 15-100 (cap. 534 della CEI 64-8 attualmente allo studio); il dispositivo di sezionamento può essere esterno o integrato all’interno dell’apparecchiatura. È possibile associare allo scaricatore una spia di segnalazione di fine vita dell’apparecchiatura e un contatto per la segnalazione a distanza dell’avvenuto intervento della protezione (Fig.32). ■ elemento di protezione spia di fine vita segnalazione a distanza sganciatore termico Fig.32: schema di principio di uno scaricatore con uno sganciatore termico uno scaricatore unipolare consente di limitare le sovratensioni di modo comune tra fase e terra o tra neutro e terra. Allo stesso tempo consente di limitare le sovratensioni di modo differenziale tra fase e neutro. ■ 18 MERLIN GERIN 1.6 Le norme La norma NF C 15-100 (impianti elettrici in bassa tensione) I paragrafi riguardanti l’installazione dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni sono il 443 e il 534. La norma francese sarà la base di lavoro per la futura norma europea. Sezione 443 1. sovratensioni di origine atmosferica o di manovra Le regole enunciate sono destinate a descrivere i mezzi che consentono di limitare le sovratensioni transitorie entro livelli compatibili con le tensioni nominali di tenuta dei materiali elettrici. 1a) alimentazione da cavo interrato o in aria con schermo a terra La tensione di tenuta agli impulsi è ritenuta sufficiente a meno che il rischio di sovratensioni pregiudichi in modo totale il funzionamento delle apparecchiature. 1b) alimentazione da linea aerea o cavo non schermato Si raccomanda una protezione all'inizio dell'impianto. 2. descrizione delle differenti categorie dei materiali tensione nominale dll'impianto (V) rete rete trifase monofase 230/440 400/690 1000 230 – tensione di tenuta ad impulso (kV) dispositivi con tenuta molto elevata dispositivi con tenuta elevata dispositivi con tenuta normale dispositivi con tenuta ridotta contatori di energia interruttori sezionatori apparecchi industriali 4 6 elettrodomestici utensili portatili apparecchi di tipo elettronico 2,5 4 1,5 2,5 6 8 Sezione 534 Dispositivi di protezione contro le sovratensioni 1. installazione e livello di protezione ■ lo scaricatore protegge tutto l’impianto elettrico. Deve essere installato a valle del dispositivo generale di sezionamento situato in testa all’impianto. ■ il livello di protezione dello scaricatore deve essere appropriato alle tensioni di tenuta ad impulso delle apparecchiature e alla corrente di scarica. 2. messa in servizio dello scaricatore ■ lo scaricatore può essere collegato tra fase e terra o tra fase e PE (schema TNC e IT) e tra fase e PE o neutro e PE (schema TT e TNS) ■ la lunghezza dei conduttori di collegamento dello scaricatore tra i conduttori attivi e il morsetto di terra deve essere la più corta possibile (<0,5 m) (Fig.33) L1 scaricatore carico L = L1 + L2 < 0,5 m L2 morsetto di terra Fig.33: schema di collegamento di uno scaricatore 3. scelta dello scaricatore ■ lo scaricatore deve essere conforme alla norma NF C 61-740 ■ la tensione massima sopportabile dallo scaricatore in regime permanente deve essere: ❑ Uc > 1,5 Un in sistemi TT e TN ❑ Uc > 1,73 Un in sistemi IT MERLIN GERIN 19 1. Le sovratensioni e le loro protezioni 1.6 Le norme 4. la protezione ■ lo scaricatore deve essere associato ad una protezione di tipo magnetotermico-differenziale, qualora non abbia dispositivo interno ■ in sistemi TT e IT lo scaricatore deve essere installato a valle del dispositivo di protezione differenziale, ove previsto 5. caratteristiche del prodotto ■ il test degli scaricatori di sovratensione viene effettuato secondo due onde tipiche: ❑ onda di corrente 8/20 µs (Fig.34) ❑ onda di tensione 1,2/50 µs (Fig.35) I V Max 100 % Max 100 % 50 % 50 % 8 t (µS) 20 1,2 t (µS) Fig.35: onda 1,2/50 µs Fig.34: onda 8/20 µs ■ 50 le caratteristiche di un varistore (ZnO) U Uc: tensione d'impiego massima Up: livello di protezione In: corrente nominale di scarica Imax: corrente massima di scarica Up Uc I < 1 mA In IMax Fig. 36 20 MERLIN GERIN La norma NF C 61-740 (Matériel pour installations alimentées directement par une reseau de distribution publique à basse tension. Parafoudres pour installation basse tension). Si tratta di una norma prodotto specifica per le protezioni contro le sovratensioni di origine atmosferica installate in bassa tensione. I punti principali sono i seguenti: ■ il numero di choc al valore di corrente nominale che lo scaricatore deve essere in grado di sopportare è di 20 volte ■ l’obbligo per il costruttore di garantire il buon funzionamento dell’apparecchiatura al di sotto di un valore massimo in regime permanente di tensione Uc dichiarata dal costruttore stesso ■ l’assenza di manifestazioni esterne da parte del prodotto in caso si verifichi una sovratensione temporanea a frequenza industriale (onda 1500 V, 300 A, 50 Hz, 200 ms). MERLIN GERIN 21 2. Le regole generali di installazione 2.1 L’installazione degli scaricatori in funzione dello schema di collegamento alla terra (i sistemi di neutro) L’installazione degli scaricatori di sovratensione viene effettuata considerando diversi parametri tra i quali la posizione in rapporto ai dispositivi differenziali, e agli interruttori di protezione. Un altro parametro che deve essere considerato è lo schema di collegamento a terra utilizzato. Scelta di uno schema di collegamento alla terra Per la scelta del tipo di collegamento alla terra fare riferimento alla guida di Bassa Tensione. Le sovratensioni sulle linee BT possono verificarsi tra: ■ conduttori attivi (fase/fase o fase/neutro); sono definite di modo differenziale e sono particolarmente pericolose per tutte le apparecchiature che abbiano dei componenti elettronici. ■ conduttori attivi e la terra (fase/terra o neutro/terra); sono definite di modo comune e sono particolarmente pericolose per tutte quelle apparecchiature che abbiano la massa connessa alla terra. Modo comune, modo differenziale in funzione del collegamento alla terra ■ modo comune: la protezione è realizzata tra fase e PE o tra fase e PEN in funzione del tipo di collegamento alla terra. ■ modo differenziale: nei sistemi TT e TNS la messa a terra del neutro introduce una dissimmetria rispetto alle fasi che può fare comparire delle sovratensioni di modo differenziale quale conseguenza di una fulminazione di modo comune. Vediamo il caso di un sistema TT protetto in modo comune (Fig.1). La resistenza R1 di messa a terra del neutro è molto minore della resistenza R2 di messa a terra dell'impianto. cabina MT/BT su palo alimentation HTA alimentazione MT alimentazione alimentation BT scaricatore A I I-i Up1 C I V1 V2 Up2 B D I-i R1 bassa i R2 elevata i molto bassa Fig. 1: protezione in modo comune Quando una corrente di scarica percorre l'impianto sceglie il percorso di resistenza più breve ABCD, attraverso il varistore V1 e V2 in serie e determina una sovratensione di modo differenziale tra i punti A e C, che nei casi estremi può arrivare al valore Up1 + Up2. Con una protezione di modo differenziale V3 (Fig.2) il percorso della corrente sarebbe stato AHGCD e la tensione limitata al valore Up3. alimentazione MT alimentation HTA cabina MT/BT su palo alimentation alimentation BT BT alimentazione scaricatore A I C Up3 I I-i G V3 Up1 V1 I B D I-i R1 bassa H V2 Up2 R2 elevata Fig. 2: protezione in modo differenziale 24 MERLIN GERIN La tabella in Figura 3 indica il tipo di protezione da utilizzare in funzione del collegamento alla terra realizzato. protezione modo differenziale fase-neutro modo comune fase-terra neutro-terra TT TN-C X X X X TN-S IT X inutile X X X X(*) (*) eccetto che nel caso di neutro non distribuito. Fig. 3: tipo di collegamento degli scaricatori Sistema TT quadro elettrico interruttore di protezione DDR apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 N morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig. 4: sistema TT, collegamento scaricatore monofase Si tratta dello schema normalmente utilizzato nella distribuzione pubblica di bassa tensione. Il neutro è collegato alla terra nella cabina MT/BT. Le masse degli utilizzatori sono collegate ad un impianto di terra proprio. La protezione delle persone è realizzata mediante dispositivo differenziale. Il rischio che si presenta in caso della caduta di un fulmine è l’aumento del potenziale dei circuiti attivi rispetto alle masse o viceversa. È obbligatorio l’impiego di uno scaricatore che garantisca una protezione di modo comune. È consigliata anche una protezione di modo differenziale, che avrà una capacità di scarica ed un livello di protezione più bassi. MERLIN GERIN 25 2. Le regole generali di installazione 2.1 L’installazione degli scaricatori in funzione dello schema di collegamento alla terra (i sistemi di neutro) La figura 5 rappresenta lo schema di inserzione di uno scaricatore tetrapolare in un sistema TT. quadro elettrico interruttore di protezione DDR apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 L2 L3 N morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig. 5: sistema TT, collegamento scaricatore trifase Sistema TNC Il neutro del trasformatore è collegato direttamente alla terra della cabina di distribuzione. Le masse degli utilizzatori sono collegate alla terra da un conduttore che realizzerà sia la protezione sia il collegamento di neutro (PEN). Da qui l’origine della denominazione TNC (neutro comune). La protezione delle persone è realizzata con un interruttore automatico. quadro elettrico interruttore di protezione apparecchiatura da proteggere scaricatore PEN L1 L2 L3 PEN morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig. 6: sistema TNC, collegamento scaricatore trifase 26 MERLIN GERIN Un collegamento equipotenziale è realizzato tra tutte le apparecchiature. Non è quindi possibile che si verifichi il caso di un aumento del potenziale di terra rispetto alle apparecchiature. È sufficiente l’impiego di uno scaricatore che garantisca una protezione di modo comune tra le fasi e il PEN. Sistema TNS Il neutro del trasformatore è collegato direttamente alla terra della cabina di trasformazione. Le masse delle apparecchiature sono collegate al conduttore di protezione PE. Il conduttore di protezione e il conduttore di neutro sono separati. Da qui l’origine del nome TNS (neutro separato). La protezione delle persone è realizzata da un interruttore automatico. Lo schema di collegamento è simile a quello utilizzato nello schema TT. È quindi consigliato prevedere la protezione tra i conduttori attivi e la terra (modo comune) e tra le fasi e il neutro (modo differenziale). quadro elettrico interruttore di protezione dello scaricatore apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 L2 L3 N PE morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig. 7: sistema TNS, collegamento scaricatore trifase La figura 8 rappresenta lo schema di collegamento di uno scaricatore di sovratensione bipolare in un sistema TNS. quadro elettrico interruttore di protezione dello scaricatore apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 N PE terra di neutro BT morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse Fig. 8: sistema TNS, collegamento scaricatore monofase MERLIN GERIN 27 2. Le regole generali di installazione Sistema TNC-S Gli schemi TNC e TNS possono essere utilizzati contemporaneamente sul medesimo impianto. Lo schema TNC dovrà essere obbligatoriamente a monte dello schema TNS. 2.1 L’installazione degli scaricatori in funzione dello schema di collegamento alla terra (i sistemi di neutro) quadro elettrico quadro elettrico interruttore di protezione dello scaricatore interruttore di protezione dello scaricatore apparecchiatura da proteggere apparecchiatura da proteggere scaricatore scaricatore PE PE PEN L1 L2 L3 N PE L1 L2 L3 PEN morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig. 9: sistema TNC-S, collegamento scaricatore trifase Sistema IT Il neutro del trasformatore è isolato da terra o eventualmente collegato a terra attraverso un’impedenza di valore elevato ha lo scopo di limitare le sovratensioni di modo comune. Le masse delle apparecchiature sono collegate alla terra. quadro elettrico interruttore di protezione dello scaricatore apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 L2 L3 N CPI limitatore di sovratensioni (cardew) morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig.10: sistema IT, collegamento scaricatore trifase 28 MERLIN GERIN La protezione delle persone è realizzata da un interruttore automatico al secondo guasto. L’identificazione e la segnalazione del primo guasto viene effettuata da un controllore permanente di isolamento (CPI). Un limitatore di sovratensioni (tipo Cardew) in testa all’installazione tra neutro e terra garantisce la protezione contro le sovratensioni dovute ad un guasto MT/BT nella cabina di trasformazione. È necessario prevedere una protezione di modo comune. Se il neutro è distribuito un varistore supplementare è obbligatorio. La figura 11 rappresenta il collegamento di uno scaricatore di sovratensione bipolare in un sistema IT. quadro elettrico interruttore di protezione dello scaricatore apparecchiatura da proteggere scaricatore PE PE L1 N Sintesi Per l’installazione di scaricatori di sovratensione sceglieremo: ■ con sistemi TT e TNS: una protezione in modo comune e in modo differenziale ■ con sistemi IT e TNC: una protezione in modo comune MERLIN GERIN CPI limitatore di sovratensioni (cardew) morsetto principale di terra (anello in fondo allo scavo) terra delle masse terra di neutro BT Fig.11: sistema IT, collegamento scaricatore monofase 29 2. Le regole generali di installazione 2.2 Il collegamento delle terre e delle masse La protezione contro le sovratensioni si basa principalmente sul concetto di equipotenzialità. La figura 12 rappresenta le reti di terra e delle masse. Tutte le parti conduttrici interrate costituiscono la terra o la rete di terra. Tutte le parti metalliche al di fuori della terra costituiscono la rete delle masse. parafulmine rete delle masse intelaiatura metallica discesa del parafulmine a maglia telaio metallico collegamenti simmetrici delle discese del parafulmine pavimento sala informatica pavimento "zampa d'oca" per lo smaltimento delle correnti dei fulmini rete di terra Fig.12: rete di terra, rete delle masse La rete di terra di un’installazione Assicura il collegamento tra l’installazione stessa e il potenziale di riferimento garantendo: ■ la sicurezza delle persone ■ la scarica verso terra di eventuali correnti di guasto ■ la protezione e il buon funzionamento delle apparecchiature. È caratterizzata da una propria impedenza che dipende dalla resistività del terreno e dalla geometria dei conduttori interrati. Il valore della resistenza del terreno è variabile nel tempo in quanto risente dei seguenti fenomeni: ■ vetrificazione del suolo: dopo ogni fulminazione la terra a contatto con il cavo tende a solidificarsi intorno allo stesso creando uno strato isolante ■ corrosione per effetto pila: i conduttori interrati si ossidano al passaggio di corrente soprattutto se di tipo continuo. È importante realizzare una buona interconnessione tra le masse di un sito. 30 MERLIN GERIN edificio 1 edificio 2 cavo di segnale massa 1 alimentazione 1 massa 2 alimentazione 2 I1 Z1 V1 Z2 Fig.13: interconnessione delle terre Supponiamo che le masse non siano interconnesse (Fig.13).Se una sovracorrente I1 viene scaricata verso il terreno attraverso l’impedenza Z1 la massa M1 vede aumentare il proprio potenziale al valore V1=Z1xI1.Tale aumento di potenziale viene sentito anche dalla massa M2, in quanto un cavo di trasmissione dati collega i due edifici. I rischi per le persone che si trovino nello stabile 2 sono altrettanto elevati. Per evitare questo inconveniente è consigliato interconnettere le terre dei due edifici (Fig.13 bis). edificio 1 edificio 2 cavo di segnale massa 1 alimentazione 1 massa 2 alimentazione 2 ZL Z1 IL interconnessione di terra Z2 VL Fig.13 bis: interconnessione delle terre Cosi facendo le persone risultano protette ma le apparecchiature no. Essendo tale differenza di potenziale uguale a VL=ILxZL il valore dell’impedenza ZL deve essere il più basso possibile. Le soluzioni in caso la lunghezza del cavo sia elevata sono le seguenti: ■ raddoppiare o triplicare la sezione del cavo di interconnessione ■ utilizzare cavi in fibra ottica per la trasmissione di dati La rete delle masse È l’insieme di tutte le parti metalliche accessibili collegate tra loro da conduttori di protezione PE (Fig.14). massa 1 massa 2 collegamento equipotenziale Sintesi È importante avere una resistenza di terra bassa. È molto importante avere una rete di terra unica. Bisogna collegare le terre di edifici separati allo stesso punto. Ciò per evitare che un collegamento di segnale (trasmissione dati) tra edifici risulti pericoloso per i beni e per le persone. Il collegamento a stella delle masse alla terra non è compatibile con le perturbazioni in alta frequenza. MERLIN GERIN morsetto principale di terra PE PE ponticello di interruzione terra Fig.14: equipotenzialità 31 2. Le regole generali di installazione 2.2 Il collegamento delle terre e delle masse Il collegamento equipotenziale tra masse differenti deve essere il più corto possibile, al fine di evitare differenze di potenziale tra le masse stesse dovute alla lunghezza e quindi all’impedenza dei conduttori di protezione. Porre attenzione alla creazione di anelli di masse che risultano particolarmente sensibili ai campi elettromagnetici (Fig.15). Ridurre il più possibile l’area. cavo massa 2 di segnale massa 1 massa 1 massa 2 cavo di segnale anello di massa importante anello di massa ridotto no si Fig.15: ridurre l’anello di massa Unicità della rete delle masse La massa per essere in condizioni equipotenziali deve essere unica. Tre sono i metodi di collegamento che rispettano l’unicità della rete delle masse: ■ rete a stella (Fig.16) 1 2 3 ddp tra le masse L1 L2 L3 cavo di messa a terra troppo lungo massa Fig.16: rete a stella È un tipo di collegamento valido in bassa frequenza e per la protezione delle persone ma è poco efficace per limitare perturbazione ad alta frequenza. L’impedenza dei cavi è proporzionale alla lunghezza degli stessi. Esiste il rischio di ottenere forti differenze di potenziale tra le masse. Se le apparecchiature sono collegate elettricamente, l’anello delle masse che si viene a creare risulta sensibile ai campi elettromagnetici (Fig.17). massa 1 massa 2 cavo di segnale grande superficie campo Fig.17: massa a stella = anello di massa di grande superficie 32 MERLIN GERIN ■ collegamento ad un unico conduttore di protezione PE (Fig.18) conduttori di protezione (PE) massa Fig.18: messa a terra tramite il conduttore di protezione PE È un collegamento in serie. Un unico conduttore di protezione serve per diverse apparecchiature. L’impedenza del cavo e di conseguenza la differenza di potenziale risultano più basse. L’area creata dall’anello delle masse è notevolmente inferiore rispetto al caso analizzato in precedenza. Per contro l’estinzione di numerose scariche ad alta frequenza potrebbe risultare difficoltosa. In questo caso si rende quindi necessario un ulteriore collegamento equipotenziale tra le apparecchiature. ■ collegamento alla massa più vicina (Fig.19) massa Fig.19: collegamento alla massa più vicina Sintesi L'equipotenzialità delle masse è una condizione necessaria per garantire il buon funzionamento di tutte le apparecchiature elettriche; consente di migliorare l’immunità dalle perturbazioni elettromagnetiche. MERLIN GERIN È il collegamento più vicino alla rete di massa per esempio attraverso un cavo. È il migliore collegamento realizzabile. L’area creata dall’anello delle masse è limitata, l'equipotenzialità delle masse garantisce una bassa differenza di potenziale tra le apparecchiature. Attenzione poiché questo tipo di collegamento non sostituisce i collegamenti atti a garantire la sicurezza delle persone. 33 2. Le regole generali di installazione 2.2 Il collegamento delle terre e delle masse Le regole di cablaggio 1 È auspicabile che tutte le canalizzazioni metalliche (acqua e gas), i cavi di alimentazione elettrica, di telecomunicazione, di segnale entrino o escano da uno stabile tutti nel medesimo punto. All’ingresso è opportuno realizzare un collegamento equipotenziale collegando tutte le canalizzazioni e i conduttori alla barra di terra o ad una piastra metallica dell’area di 1m2 in modo da evitare il rischio di differenze di potenziale tra le varie linee (Fig.20). verso quadro elettrico discesa parafulmine sbarra principale di terra o piastra di collegamento contatori yyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyy PE verso rete di terra cavo di alimentazione elettrica acqua gas Fig.20: collegamento equipotenziale d’arrivo delle reti 2 Dopo aver realizzato equipotenzialità del sito, analizzare la distribuzione dei conduttori e il loro cablaggio: ■ separare i conduttori durante la posa (Fig.21) NO SI involucro metallico cavi di misura o sensibili cavi di potenza cavi di collegamento Fig.21: ripartizione dei cavi 34 MERLIN GERIN ■ allontanare i cavi incompatibili tra loro e incrociarli sia nelle canalizzazioni che nel quadro elettrico formando un angolo retto (Fig.22) al fine di evitare accoppiamenti elettromagnetici tra i cavi NO SI d < 30 cm cavi di potenza o collegamento incrociare i cavi incompatibili a angolo retto d> < 30 cm cavo sensibile cavi di potenza o collegamento cavo sensibile Fig.22: allontanare i cavi incompatibili. ■ assicurare la continuità elettrica alle estremità dei conduttori al fine di ottenere una riduzione del fenomeno di accoppiamento dei cavi e una migliore protezione contro le perturbazioni dei campi elettromagnetici (Fig.23). canalina canalina a soffitto passerella a pioli Fig.23: posa con effetto riduttore MERLIN GERIN 35 2. Le regole generali di installazione 2.2 Il collegamento delle terre e delle masse i conduttori di andata e di ritorno devono sempre essere il più vicino possibile tra di loro (Fig.24) ■ sensore sensore NO SI superficie dell'anello troppo estesa utilizzatore utilizzatore sensore - + alimentazione sensore - + alimentazione Fig.24: limitare le superfici dell’anello di cablaggio ■ ■ utilizzare preferibilmente cavi schermati collegare i conduttori liberi alla massa alle due estremità (Fig.25) NO dispositivo elettronico Sintesi Le regole di cablaggio da utilizzare per proteggere le installazioni da perturbazioni ad alta frequenza sono quelle dettate dalla compatibilità elettromagnetica. Evitare di realizzare anelli di masse. Separare sempre i conduttori di potenza da quelli di trasmissione segnali e/o dati. 36 SI dispositivo elettronico cavi allontanati dalla lamiera o non collegati alla massa lamiera equipotenziale lamiera equipotenziale Fig.25: cablaggio dei cavi non collegati MERLIN GERIN 2.3 L'installazione in cascata degli scaricatori di sovratensione Principio La determinazione della protezione contro le sovratensioni dipende dal grado di rischio del sito e dalla sensibilità delle apparecchiature da proteggere. A volte l’impiego di un solo scaricatore non è sufficiente per garantire la scarica di correnti elevate mantenendo un livello di protezione Up sufficientemente basso (Fig.26). alimentazione generale partenze utilizzatori sensibili partenze utilizzatori Up = 2000 V In = 20 kA scaricatore P1 Up = 1500 V In = 2,5 kA cassetta alimentazione generale scaricatore P2 cassetta di distribuzione Fig.26: protezione in cascata Il primo dispositivo P1 è posizionato in testa all’installazione. Il suo compito sarà quello di scaricare a terra la massima energia con un livello di protezione pari a 2000 V sopportabile solo da determinate apparecchiature (contattori, motori). Il secondo dispositivo P2 proteggerà le apparecchiature particolarmente sensibili in quanto avrà una capacità di scarica minore ma un livello di protezione più basso. Coordinamento degli scaricatori UL1 I i utilizzatore U1 = 2000V scaricatore parafoudre P1 I-i L scaricatore parafoudre P2 U2 = 1500 V I UL2 Fig.27: coordinamento tra scaricatori La protezione P2 è installata in parallelo alla protezione P1. Se la distanza L è troppo bassa al manifestarsi di una sovratensione, P2, che ha un livello di protezione U2 = 1500 V, interverrà prima di P1 con livello di protezione U1 = 2000 V. P2 non sarà in grado di sopportare una corrente troppo elevata. È quindi necessario coordinare le protezioni in modo che P1 intervenga in anticipo rispetto a P2. Variando la lunghezza dei cavi di collegamento tra i due scaricatori varierà il valore di induttanza tra le due protezioni. Questa auto induttanza si opporrà al passaggio della corrente verso P2 apportando un certo ritardo che obbligherà P1 ad intervenire in anticipo rispetto a P2. Un metro di cavo presenta auto induttanza di circa 1 µH. La regola di calcolo ∆U = L di genera una caduta di tensione di circa 100 V/m • kA dt con onda 8/20 µs. Per L = 10 m avremo UL1 = UL2 ≅1000 V. Perché P2 funzioni con un livello di protezione di 1500 V deve essere U1 = UL1 + UL2 + U2 = 1000 + 1000 + 1500 V = 3500 V. Ora P1 anticipa P2 proteggendolo. MERLIN GERIN 37 2. Le regole generali di installazione 2.3 L'installazione in cascata degli scaricatori di sovratensione Le tabelle 1 e 2 mostrano in che misura influisca la distanza tra due scaricatori installati in cascata sugli effetti di ripartizione delle correnti tra P1 e P2 (Fig. 27). L’ideale è di avere almeno 10 m. distanza tra gli scaricatori (m) per I = 20 kA 1m 10 m 50 m corrente in P1 (kA) corrente in P2 (kA) 16,7 19 19,7 3,3 1 0,3 corrente in P1 (kA) corrente in P2 (kA) 7,4 9,2 9,7 2,6 0,8 0,3 Tabella 1 distanza tra gli scaricatori (m) per I = 10 kA 1m 10 m 50 m Tabella 2 Installazione Lo scaricatore di sovratensioni PF1 (protezione principale) è installato all’interno del quadro principale (Fig.28). Lo scaricatore PF2 (protezione fine) è invece installato in una cassetta secondaria. Se il quadro e la cassetta sono vicini tra di loro, faremo correre il cavo che unisce i due scaricatori all’interno di una canalizzazione fino a raggiungere la lunghezza minima di 10 metri. E’ possibile utilizzare più protezioni secondarie in associazione ad una protezione primaria. distribuzione principale PRC (1) distribuzione secondaria PF1 PF2 distribuzione secondaria Sintesi La protezione in cascata impone una distanza minima tra i due dispositivi di protezione pari almeno a 10 metri. Tale principio è valido indipendentemente dalla tipologia di edificio in cui gli scaricatori vengono installati (domestico, terziario o industriale). 5m collegamento equipotenziale PF2 canalina L > 10 m Fig.28: installazione in cascata (1) Scaricatore per linee telefoniche. 38 MERLIN GERIN 2.4 Il sezionamento degli scaricatori di sovratensione Tre sono i tipi di protezione che devono essere assicurate impiegando uno scaricatore, in conformità alla norma NF C 15-100 (vedi pag.19): ■ la protezione interna contro l’invecchiamento dei componenti ■ la protezione esterna contro le correnti di corto circuito ■ la protezione contro i contatti indiretti La protezione contro l’invecchiamento dei componenti Sezionamento integrato all’interno dello scaricatore Lo scaricatore a varistore è caratterizzato da una corrente di fuga molto bassa (<1 mA). Per contro per la struttura del semiconduttore la corrente di fuga aumenta leggermente ad ogni scarica di sovratensione assorbita. Il riscaldamento dei componenti dovuto a questa corrente di fuga è la causa dell’invecchiamento dello scaricatore. Un sistema di esclusione interno disconnette lo scaricatore stesso prima che venga raggiunto il grado di surriscaldamento massimo sopportabile. Un led segnalerà la fine vita dell’apparecchiatura. Su alcune versioni è possibile avere integrato nell’apparecchiatura un contatto di stato che commuterà nel momento in cui lo scaricatore non sarà più in grado di funzionare (segnalazione a distanza dell’efficienza della protezione Fig.29). sganciatore termico segnalazione a distanza led di segnalazione Fig.29: interruttore interno MERLIN GERIN 39 2. Le regole generali di installazione 2.4 Il sezionamento degli scaricatori di sovratensione Protezione contro i corto-circuiti Interruttore esterno allo scaricatore Un parametro caratteristico degli scaricatori di sovratensione è il valore di corrente massimo (Imax in onda 8/20 µs) che lo scaricatore è in grado di sopportare senza danneggiarsi. Se questo valore viene superato, lo scaricatore è danneggiato in modo irreversibile e definitivo: dovrà essere sostituito. La corrente di guasto che ne consegue dovrà essere eliminata attraverso un sistema di interruzione esterno installato a monte (Fig.30). Solo un interruttore magnetotermico è in grado di garantire la protezione necessaria per l’installazione di uno scaricatore di sovratensione: ■ tenuta alle onde normalizzate 8/20 µs e 1,2/50 µs: ❑ non deve intervenire per 20 choc al valore della corrente nominale ❑ può intervenire al valore massimo Imax senza danneggiarsi ■ assicurare l'esclusione dello scaricatore in caso di corto circuito. Il sistema di esclusione interno non funziona in questo caso perché è sensibile soltanto al riscaldamento conseguente ad un certo numero di interventi di scarica. interruttore esterno D I guasto scaricatore apparecchiatura da proteggere Fig.30: interruttore esterno Nel caso in cui lo scaricatore sia danneggiato in modo irreversibile e non si abbia la possibilità di sostituirlo in tempi brevi, si può ovviare all’inconveniente del fuori servizio dell'apparecchio, inserendo immediatamente a monte dello scaricatore stesso un interruttore che in caso di necessità si trasforma anche in sezionatore dello scaricatore (Fig.31). protezione dell'apparecchiatura D I guasto interruttore esterno scaricatore Sintesi La sostituzione di uno scaricatore diventa obbligatoria nei seguenti casi: ■ segnalazione da parte dello strumento di fine vita (led o contatto integrato) ■ apertura dell’interruttore di sezionamento che indica un corto-circuito dello scaricatore. 40 apparecchiatura da proteggere Fig.31: interruttore esterno e continuità di servizio Protezione contro i contatti indiretti Deve essere assicurata dai dispositivi differenziali quando necessario MERLIN GERIN 2.5 Il coordinamento delle protezioni Principio Gli scaricatori di sovratensione sono solitamente posizionati a valle degli interruttori di protezione dell’impianto (Fig.32). interruttore di testa interruttore di protezione dello scaricatore scaricatore Fig.32: scaricatore con interruttore associato L’apparecchiatura generale di comando e protezione dell’impianto può essere: ■ non differenziale ■ differenziale di tipo non selettivo ■ differenziale di tipo selettivo o temporizzato. Il coordinamento tra l'interruttore generale e quello di protezione dello scaricatore deve garantire l'intervento di quest'ultimo sia durante una scarica normale che in fin di vita dello scaricatore. In un’installazione protetta con un interruttore differenziale generale, è preferibile installare lo scaricatore di sovratensioni a monte del differenziale. Alcuni enti di distribuzione dell’energia elettrica non consentono di intervenire sulle installazioni a questo livello (es. ente Francese). È allora necessario prevedere l’impiego di differenziali di tipo selettivo in modo che durante la scarica a terra delle sovracorrenti da parte dello scaricatore di sovratensione non si verifichino sganci intempestivi dell’interruttore differenziale di protezione (Fig.33). interruttore differenziale di tipo selettivo interruttore associato scaricatore interruttore differenziale ad alta sensibilità selettivo con l'interruttore differenziale a monte Fig.33: scaricatore collegato a valle dell’interruttore automatico differenziale Un’altra soluzione può essere la seguente: utilizzare un interruttore non differenziale in testa all’installazione e immediatamente a valle utilizzare un interruttore differenziale. Lo scaricatore sarà collegato a monte del differenziale generale e sarà a sua volta protetto contro i contatti indiretti da un differenziale proprio (Fig.34). L: collegamento classe II Sintesi Non installare mai uno scaricatore di sovratensione senza un opportuno interruttore di protezione associato. Il coordinamento tra questo interruttore e l’interruttore generale dell’impianto è fondamentale per garantire la continuità di servizio. È consigliato l’uso di un interruttore differenziale di tipo selettivo. MERLIN GERIN interruttore differenziale dell'impianto interruttore magnetotermico differenziale associato scaricatore Fig.34: scaricatore collegato a monte dell’interruttore differenziale dell'impianto. 41 2. Le regole generali di installazione 2.6 L’installazione degli scaricatori di sovratensione in quadro I collegamenti Devono essere i più corti possibile. Per proteggere le apparecchiature, una delle caratteristiche da tenere in considerazione è il livello di tensione massima che queste sono in grado di sopportare. Sceglieremo uno scaricatore con un livello di protezione adeguato all’apparecchiatura da proteggere (Fig.35). La lunghezza totale dei collegamenti è: L = L1 + L2 + L3; e costituisce un'impedenza di circa 1 µH/m (con correnti ad alta frequenza). di Applicando la regola ∆U = L ⋅ con onda 8/20 µs ed una corrente di 8 kA, dt otteniamo una tensione di 1000 V di cresta per metro: ∆U = 1⋅ 10 −6 ⋅ 8 ⋅ 10 3 8 ⋅ 10 −6 = 1000 V Avremo quindi una tensione applicata all'utilizzatore pari a: Up + U1 + U2. Se limiteremo L = 50 cm avremo 500 V di sovratensione per una scarica di 8 kA. U dispositivo L1 interruttore U1 L2 L = L1 + L2 + L3 < 50 cm scaricatore L3 utilizzatore Up da proteggere U2 Fig.35: il collegamento di uno scaricatore Le regole di cablaggio ■ regola 1 La prima regola da rispettare deve essere quella di non superare i 50 cm per il collegamento dello scaricatore e del suo interruttore di protezione. Il collegamento ideale è raffigurato nella figura 36. interruttore di protezione L < 50 cm utilizzatore da proteggere Fig.36: rappresentazione schematica dei collegamenti 42 MERLIN GERIN regola 2 I conduttori destinati alle varie apparecchiature devono partire direttamente dall’interruttore di sezionamento e dallo scaricatore (Fig.37). ■ alimentazione partenze protette interruttore associato MERLIN GERIN multi 9 C60N C63A 400V 10000 15kA IEC 947,2 1 3 24854 2 4 0 - OFF 0 - OFF L < 50 cm scaricatore MERLIN GERIN multi 9 PF30 In 10kA (8/20) Imax 30kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV Uc 440V 15687 test terra Fig.37: i collegamenti sono agli stessi morsetti dello scaricatore regola 3 Raggruppare i conduttori all’interno del quadro in modo che l’anello che si crea delimiti un'area la più ridotta possibile (Fig.38). ■ regola 4 Separare i cavi di arrivo dello scaricatore dai cavi di partenza per evitare di scambiare i cavi perturbati con i cavi protetti. ■ separazione delle canaline cavi protetti e cavi disturbati disturbi dei cavi causati da cavi adiacenti 2 C 6 C partenze protette 2 C 6 C superficie dell'anello di massa elevata SI NO morsettiera di terra intermedia LN morsettiera di terra intermedia superficie dell'anello di massa ridotto morsettiera di terra principale LN morsettiera di terra principale anello di massa Fig.38: le precauzioni del collegamento in cassetta (regole 2,3,4,5) regola 5 Posizionare i cavi contro le strutture metalliche della cassetta per ridurre l'anello di massa riducendo così le perturbazioni. In qualunque caso bisogna verificare che le strutture metalliche della cassetta, o armadio, siano messi a massa con collegamenti molto brevi. ■ MERLIN GERIN 43 2. Le regole generali di installazione 2.6 L’installazione degli scaricatori di sovratensione in quadro Schema d’installazione di uno scaricatore all’interno di un quadro Per rispettare le regole di cablaggio la fase e il neutro saranno connessi direttamente all’interruttore di sezionamento e la terra dell’impianto direttamente al morsetto di terra dello scaricatore di sovratensione (Fig.39). Se possibile utilizzare dei pettini di collegamento. Questo cablaggio è particolarmente indicato per piccole utenze (domestico). L N 2 C 6 C protezione protection delle apparecchiature des équipements L < L50< cm 50 cm 2 C 6 C pettine di collegamento 2 C 6 C morsettiera di terra Fig.39: schema di principio di installazione di scaricatore per uso domestico Il cablaggio rappresentato in figura 40 è il più indicato per un'applicazione nel terziario dove sono sempre possibili ampliamenti dell’impianto. A tal proposito sarà utile prevedere: ■ una morsettiera di distribuzione fase/neutro più vicina possibile all’interruttore di sezionamento dello scaricatore ■ una morsettiera di terra intermedia più vicina possibile allo scaricatore di sovratensione. L N morsettiera di ripartizione fase/neutro protezione protection delle apparecchiature des équipements L < L50< cm 50 cm morsettiera di terra intermedia massa dell'apparecchiatura morsettiera di terra principale conduttore di terra Fig.40: collegamento semplificato per il terziario e l’industria 44 MERLIN GERIN Alimentazione del quadro dall’alto Schema di collegamento di uno scaricatore di sovratensione e dell’interruttore di protezione associato installati su due guide differenti (Fig.41). arrivo L1 L3 N L2 partenze rete protetta PE o cavo di terra morsettiera di cablaggio sbarra di messa a terra PE massa della cassetta Fig.41: installazione dello scaricatore su guida differente Schema di collegamento di uno scaricatore di sovratensione e dell’interruttore di protezione associato installati sulla medesima guida (Fig.42). partenze rete protetta arrivo N L1 L3 L2 morsettiera di cablaggio PE massa della cassetta PE o cavo di terra Fig.42: installazione dello scaricatore sulla stessa guida MERLIN GERIN 45 2. Le regole generali di installazione 2.6 L’installazione degli scaricatori di sovratensione in quadro Alimentazione del quadro dal basso partenze rete protetta PE morsettiera di terra massa locale morsettiera di cabalggio arrivo PE o cavo di terra Fig.43: installazione dello scaricatore con alimentazione dal basso Sezione dei cavi È consigliato l’utilizzo delle seguenti sezioni: ■ > 4 mm2 in assenza di un parafulmine ■ ≥ 10 mm 2 in presenza di un parafulmine 46 MERLIN GERIN 3. La scelta delle protezioni 3.1 La valutazione dei rischi di sovratensioni per l'installazione da proteggere Per determinare il livello di protezione di cui un’installazione ha bisogno viene di seguito proposto un metodo di valutazione del rischio che tiene in considerazione diversi parametri. Principio generale Gli elementi da considerare per la valutazione del rischio sono i seguenti: ■ esposizione della zona ai rischi di caduta fulmini ■ tipologia della linea di alimentazione ■ topografia del sito ■ presenza di un eventuale parafulmine ■ natura dei materiali da proteggere ■ le sovratensioni di manovra. Questi elementi ci consentono di definire due diagnostiche: la diagnostica delle apparecchiature da proteggere e quella del sito in cui ci troviamo. La diagnostica delle apparecchiature È definita dalla formula: R=S+C+I R= S= C= I = è un indice del rischio per le apparecchiature sensibilità dei materiali costo dei materiali tasso di incidenza del disservizio dovuto all’indisponibilità dei materiali la sensibilità dei materiali (tabella 1) È legata alla tensione di isolamento dei materiali. ■ S= S=1 U≥ 2,5 kV categoria III e IV tenuta a chocs elevati quadri di distribuzione, apparecchiature fisse (interruttori, prese di corrente), dispositivi industriali (motori, trasformatori), apparecchiature installate a monte del quadro di distribuzione. S=3 U < 2,5 kV categoria I e II tenuta a chocs bassi tutti gli apparecchi sensibili: personal computer, fax, stereo hi-fi, televisori, videoregistratori, elettrodomestici, dispositivi elettronici, utensili. Tabella 1 ■ C= il costo dei materiali (tabella 2 ) C=1 costo basso < 3 ML C=2 costo medio 3-30 ML C=3 costo elevato > 30 ML Tabella 2 ■ I= tasso di disservizio (tabella 3 ) I=1 nessuna incidenza per le attività I=2 interruzione parziale dell'attività I=3 interruzione dell'attività con conseguenze economiche inaccettabili Tabella 3 48 S + C + I = R S + C + I = R MERLIN GERIN La diagnostica del sito in cui ci troviamo È definita dalla formula: E = Ng (1 + BT + MT + d) 100 Ng = ■ Ng: esposizione della zona al rischio di caduta fulmini. Consultare le carte indicanti il numero di fulmini per chilometro quadrato per anno della zona in cui ci si trova (vedi Allegati pag. 71). ■ BT: lunghezza in chilometri della linea di bassa tensione (tabella 4) alimentation HTA alimentazione MT interrata alimentazione BT interrata 3 2 1 4 7 6 5 8 9 0 alimentazione aerea della cabina MT/BT ➋ su palo alimentazione BT ➊ aerea Fig. 1: struttura di una rete di alimentazione BT BT = BT = 0 linea interrata BT = 0,2 l = 100÷200 m BT = 0,4 l = 201÷300 m BT = 0,6 l = 301÷400 m BT = 0,8 l = 401÷500 m BT = 1 l > 500 m lunghezza della linea aerea in bassa tensione Tabella 4 ■ MT = MT: tipo di alimentazione della cabina MT/BT (tabella 5) MT = 0 alimentazione interrata HT = 1 alimentazione aerea ➋ Tabella 5 ■ d= d: coefficiente relativo alle caratteristiche del sito (tabella 6) d localizzazione dell'edificio o della linea d=0 completamente circondato da strutture d = 0,5 qualche struttura vicino d = 0,75 d=1 terreno piano presenza di specchi d'acqua, luoghi montuosi, parafulmini Tabella 6 Ng 100 Sintesi Questo metodo è un aiuto alla scelta. Ha comunque un margine di errore dovuto alle approssimazioni delle cifre (lunghezza della linea, densità di fulminazione). Sarà cura dell'installatore affinare la scelta in tutta libertà. MERLIN GERIN ( 1 + BT + MT + d ) = E x( + + + )= Attenzione: tenere conto delle eventuali sovratensioni di manovra. Quando l'installazione contiene apparecchiature che possono provocare sovratensioni di manovre, oppure è influenzata da altre installazioni che possono provocarne, può essere opportuno sovradimensionare gli scaricatori oppure installarne quando non previsti. 49 3. La scelta delle protezioni 3.2 La tabella di scelta degli scaricatori di sovratensione Dopo avere determinato il livello di rischio delle apparecchiature e del sito da proteggere utilizzare la seguente tabella per scegliere la protezione adatta. Griglia di scelta degli scaricatori BT R: livello di rischio degli utilizzatori R=8o9 PF15 + PF8 PF15 + PF8 PF30 + PF8 PF65 + PF8 R=6o7 PF15 PF15 PF30 PF65 R≤5 poco utile PF15 PF15 PF30 0 1 E≤1 1<E≤2 2 2<E≤4 4 E>4 E: livello di rischio del luogo Griglia di scelta per la protezione di linee telefoniche R: livello di rischio degli utilizzatori R = 8 ou 9 PRC obbligatorio PRC obbligatorio PRC obbligatorio PRC obbligatorio R≤7 PRC consigliato PRC consigliato PRC obbligatorio PRC obbligatorio 0 1 2 4 E: livello di rischio del luogo Completare la scelta con i seguenti elementi: ■ scaricatore 2P oppure 4P ■ contatto di segnalazione a distanza ■ la presenza di un parafulmine nel raggio di 50 m impone di aumentare la protezione ottenuta con il metodo di calcolo precedentemente illustrato. Se le apparecchiature da proteggere sono particolarmente sensibili alle sovratensioni (computer, apparecchiature elettroniche) installare un PF8 in coordinamento con la protezione ottenuta. Lo scaricatore PF8 sarà installato in un quadro secondario in prossimità delle apparecchiature da proteggere 3.3 La scelta dell'interruttore di sezionamento La tabella seguente indica il tipo di interruttore da utilizzare per il sezionamento dello scaricatore di sovratensione tipo di scaricatore interruttore di protezione associato PF65 NC100 C60 C60 (C) (C) (C) (50 A) (50 A) (20 A) C60 C60 (C) (C) (20 A) (20 A) PF30 PF30r PF15 PF8 50 MERLIN GERIN 3.4 Esempio di valutazione del rischio Edificio isolato L’abitazione si trova in un terreno pianeggiante ed è circondata da alcuni alberi molto alti; è dotata di parafulmine. L’alimentazione è in bassa tensione aerea con una distanza dal punto di trasformazione MT/BT pari a 200 m. L’esposizione della zona al rischio di caduta fulmini è: Ng= 0,6 Il costo delle apparecchiature da proteggere è relativamente elevato e l’indisponibilità dei materiali comporta un’interruzione parziale dell’attività (allarme, irrigazione,...). parafulmine linea aerea MT linea aerea BT 200 m cabina MT/BT su palo Fig. 2 Diagnostica delle apparecchiature: Sensibilità dei materiali: Costo dei materiali: Tasso di disservizio: Diagnostica del sito: Esposizione della zona: Lunghezza della linea BT: Modo di distribuzione dell'energia: Coefficiente relativo al sito: R S C I R = = = = = S+C+I 3 2 2 3+2+2 R=7 E = Ng (1 + BT + MT + d) 100 Ng = 0,6 BT = 0,2 MT = 1 d = 1 E = 0,6 (1 + 0,2 + 1 + 1) E = 1,9 La tabella di scelta ci indirizza verso uno scaricatore di sovratensioni PF15 con relativo interruttore di sezionamento C60 20 A. Abitazione in zona urbana Abitazione in zona urbana circondata da strutture con una densità di fulminazione bassa, alimentata da una linea aerea BT di 20 m. Il materiale da proteggere ha una tenuta agli chocs ridotta (Hi-fi, TV, computer) e un costo medio, senza particolari esigenze di continuità di servizio. L’abitazione è situata in una zona a bassa densità di fulminazione: Ng=0,5 BT 20 m Fig. 3 Diagnostica delle apparecchiature: Tenuta agli chocs ridotta: Costo medio: Tasso di disservizio: Diagnostica del sito: Densità di fulminazione bassa: Lunghezza della linea BT: Linea MT/BT interrata: Luogo circondato da strutture: R = S+C+I S = 3 C = 2 I = 1 R = 3+2+1 R=6 E = Ng (1 + BT + MT + d) 100 Ng = 0,5 BT = 0 MT = 0 d = 0 E = 0,5 (1 + 0 + 0 + 0) E = 0,5 La griglia di scelta dello scaricatore con R=6 e E=0,5 indica che in questo caso è opportuno installare un PF15, con relativo interruttore C60N 20 A. MERLIN GERIN 51 3. La scelta delle protezioni 3.5 L'offerta La tabella di seguito evidenzia tutte le caratteristiche degli scaricatori di sovratensione Merlin Gerin. n° di poli larghezza in passi da 9 mm PF15 2P 4P 2P 4P 2P 4P 2P 14 14 6 8 6 8 4 PF15 4P 8 PF8 2P 4 PF8 4P 8 PRC 2P 2 denominazione PF65r PF30r PF30 I nominale di scarica In (kA) onda 8/20 µs 20 (MC) 20 (MC) 10 (MC) 10 (MC) 10 (MC) 10 (MC) 5 (MC) 2 (MD) 5 (MC) 2 (MD) 2 (MC) 2 (MD) 2 (MC) 2 (MD) I max di scarica I max (kA) onda 8/20 µs 65 (MC) 65 (MC) 30 (MC) 30 (MC) 30 (MC) 30 (MC) 15 (MC) 8 (MD) 15 (MC) 8 (MD) 8 (MC) 8 (MD) 8 (MC) 8 (MD) livello di protezione Up (V) codice 2 000 (MC) 2 000 (MC) 1 800 (MC) 1 800 (MC) 1 800 (MC) 1 800 (MC) 1 800 (MC) 1 000 (MD) 1 800 (MC) 1 000 (MD) 1 500 (MC) 1 000 (MD) 1 500 (MC) 1 000 (MD) 15684 15685 15689 15690 15687 15688 15692 15693 15695 15696 15462 Altre caratteristiche denominazione PF65r PF30r PF30 PF15 2P PF15 4P PF8 2P PF8 4P PRC interruttore funzionamento segn. fine di di protezione MC e/o MD vita spia+test NC100 (C) (50A) MC si o C60 (C) (50A) MC si C60 (C) (20A) MC si MC si C60 (C) (20A) MC si MC si C60 (C) (20A) MC + MD solo spia C60 (C) (20A) MC + MD solo spia C60 (C) (20A) MC + MD solo spia C60 (C) (20A) MC + MD solo spia no segnalazione a distanza si si si si no no no no no no no collegamenti codice (Ph-N) 25 mm2 terra 50 mm2 15684 15685 15689 15690 15687 15688 15692 15693 15695 15696 15462 (Ph + N) 16 mm2 terra 25 mm2 2 x 2,5 mm2 MC modo comune: protezione fase-terra e neutro-terra. MD modo differenziale: protezione fase-neutro. 52 MERLIN GERIN MERLIN GERIN multi 9 PF65r In 20kA (8/20) Imax 65kA (8/20) 100kA (4/10) 2kV Up(LN/ ) 440V Uc PF65r conforme alla norma NF C 61-740/1995 Consigliato per un livello di rischio molto elevato (posizione molto esposta) Impiego: tutti i sistemi di collegamento a terra (regime di neutro) IT, TT, TN. tipo 2 poli 4 poli largh. passi da 9 mm 14 14 tensione nominale di rete (V) 230/400 230/400 I nom. cod. (kA) onda 8/20 µs 20 15684 20 15685 15685 test Caratteristiche ■ capacità di scarica in modo comune: ❑ I nom.: 20 kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 65 kA, onda 8/20 µs 100 kA, onde 4/10 µs ■ Ic corrente residua permanente < 1 mA ■ livello di protezione: Up = 2000 V ■ Uc tensione max, in regime permanente: 440 V ■ segnalazione tramite spia arancione: ❑ spento in funzionamento ❑ intermittente dopo fine vita ■ pulsante test della spia sul fronte ■ segnalazione a distanza di fine vita tramite contatto normalmente chiuso, 3 A, 230 V CA ■ collegamenti tramite morsetti a gabbia: ❑ fase e neutro: 25 mm2 ❑ terra: 50 mm2 ■ sezione mini fase/N/terra: ❑ 4 mm2 senza parafulmine ❑ 10 mm2 con parafulmine ❑ segnalazione a distanza: 2 x 2,5 mm2 ■ autoprotezione tramite sezionamento termico integrato ■ temperatura di funzionamento: -25 a +60°C ■ temperatura di stoccaggio: -40 a +85°C ■ tempo di risposta dei componenti attivi: < 25 ns; ■ peso: ❑ 2P 490 g, ❑ 4P 670 g. L3 L2 L1 N L1 N N L1 N Fig. 5 - PF65 2P: cod. 15684 MERLIN GERIN L1 L2 L3 PF65 4P: cod. 15685 53 3. La scelta delle protezioni 3.5 L'offerta MERLIN GERIN multi 9 PF30r In 10kA (8/20) Imax 30kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV 440V Uc 15690 test PF30 e PF30r conformi alle norme NF C 61-740/1995 Consigliati per un livello di rischio elevato. Utilizzo: tutti i sistemi di collegamento a terra (regime di neutro) IT, TT, TN. Caratteristiche ■ capacità di scarica in modo comune: ❑ I nom.: 10 kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 30 kA, onda 8/20 µs ■ Ic corrente residua permanente < 1 mA ■ livello di protezione: Up = 1 800 V ■ Uc tensione max, in regime permanente: 440 V ■ segnalazione tramite spia arancione: ❑ spento in funzionamento ❑ intermittente dopo fine vita ■ pulsante di test della spia sul fronte ■ collegamento tramite morsetti a gabbia: ❑ fase e neutro: 25 mm2; ❑ terra: 50mm2 ■ sezione minima fase/N/terra: ❑ 4 mm2 senza parafulmine ❑ 10 mm2 con parafulmine ■ autoprotezione tramite sezionamento termico integrato ■ tempi di risposta dei componenti attivi: < 25 ns ■ pesi: ❑ PF30 2P: 280 g ❑ PF30 4P: 420 g tipo PF30 2 poli 4 poli PF30r 2 poli 4 poli largh. passi da 9 mm tensione nominale di rete (V) I nom. cod. (kA) onda 8/20 µs 6 8 230/400 230/400 10 10 15687 15688 6 8 230/400 230/400 10 10 15689 15690 PF30r Segnalazione a distanza di fine vita tramite contatto normalmente chiuso, 3 A, 230 V CA ■ collegamento tramite morsetti a gabbia: ❑ segnalazione a distanza: 2 x 2,5 mm2 ■ pesi: ❑ PF30r 2P: 290 g ❑ PF30r 4P: 430 g ■ L3 L2 L1 N L1 N N L1 N Fig. 6 - PF30r 2P: cod. 15689 PF30 2P: cod. 15687 54 L1 L2 L3 PF30r 4P: cod. 15690 PF30 4P: cod. 15688 MERLIN GERIN MERLIN GERIN multi 9 PF15 5kA (8/20) In Imax 15kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV 1,1kV Up(L/N) 250/440V Uc 15693 PF15 conforme alla norma NF C 61-740/1995 Consigliato per un medio livello di rischio. Utilizzazione: tutti i sistemi di collegamento a terra (regime di neutro) IT, TT, TN. tipo 2 poli largh. passi da 9 mm 4 tensione nominale di rete (V) 230/400 4 poli 8 230/400 I nom. cod. (kA) onda 8/20 µs 5 MC 15692 2 MD 5 MC 15693 2 MD Caratteristiche ■ capacità di scarica in modo comune ❑ I nom.: 5 kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 15 kA, onda 8/20 µs ■ Ic, corrente residua permanente < 1 mA ■ livello di protezione: Up = 1 800 V ■ Uc tensione max in regime permanente 440 V ■ capacità di scarica in modo differenziale: ❑ I nom.: 2kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 8 kA, onda 8/20 µs ■ Ic corrente residua permanente < 1 mA ■ livello di protezione Up: 1000 V ■ Uc tensione max in regime permanente: 440 V ■ segnalazione tramite spia arancione: ❑ spento in funzionamento ❑ intermittente dopo fine vita ■ collegamento tramite morsetti a gabbia: ❑ fase e neutro: 16 mm2 ❑ terra: 25 mm2 ■ sezione minima fase/N/terra: ❑ 4 mm2 senza parafulmine ❑ 10 mm2 con parafulmine ■ autoprotezione tramite sezionamento termico integrato; ■ tempi di risposta dei componenti attivi: < 25 ns; ■ peso: ❑ 2P 240 g, ❑ 4P 420 g L3 L2 L1 N L1 N N L1 N Fig. 7 - PF15 2P: cod.. 15692. MERLIN GERIN L1 L2 L3 PF15 4P: cod. 15693. 55 3. La scelta delle protezioni 3.5 L'offerta MERLIN GERIN PF8 conforme alla norma NF C 61-740/1995 Si utilizza in presenza di sensori molto sensibili, è da mettere in opera in coordinamento con un PF65r, PF30, PF30r, PF15. Utilizzo: tutti i sistemi di collegamento da terra (regime di neutro) IT, TT, TN. tipo 2 poli largh. passi da 9 mm 4 tensione nominale di rete (V) 230/400 4 poli 8 230/400 I nom. cod. (kA) onda 8/20 µs 2 MC 15695 2 MD 2 MC 15696 2 MD multi 9 PF8 2kA (8/20) In 8kA (8/20) Imax Up(LN/ ) 1,5kV 1kV Up(L/N) 250/440V Uc 15696 Caratteristiche ■ capacità di scarica in modo comune ❑ In nom.: 2 kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 8 kA, onda 8/20 µs ■ Ic corrente residua permanente < 1 mA ■ livello di protezione: Up = 1 500 V ■ Uc tensione max, in regime permanente: 440 V ■ capacità di scarica in modo differenziale: ❑ I nom.: 2 kA, onda 8/20 µs ❑ I max.: 8 kA, onda 8/20 µs ■ Ic corrente residua permanente: < 1 mA ■ livello di protezione: Up = 1000 V ■ Uc tensione max, in regime permanente: 440 V ■ segnalazione tramite spia arancione: ❑ spento in funzionamento ❑ intermittente dopo fine vita ■ collegamento tramite morsetti a gabbia: ❑ fase e neutro: 16 mm2 ❑ terra: 25 mm2 ■ sezione minima fase/N/terra: ❑ 4 mm2 senza parafulmine ❑ 10 mm2 con parafulmine ■ autoprotezione tramite sezionamento termico integrato ■ tempi di risposta dei componenti attivi: < 285 ns ■ peso: ❑ 2P 170 g, ❑ 4P 260 g L3 L2 L1 N L1 N N L1 N Fig. 8 - PF8 2P: cod. 15695. 56 L1 L2 L3 PF8 4P: cod. 15696. MERLIN GERIN MERLIN GERIN multi 9 PRC PRC scaricatore di sovratensione per linea telefonica Funzione Questo scaricatore di sovratensione protegge le installazioni telefoniche contro le sovratensioni transitorie d’origine atmosferica. tipo PRC larghezza in passi da 9 mm 2 cod. 15462 48V 15462 MERLIN GERIN Caratteristiche ■ montaggio: in parallelo sulla rete telefonica ■ U alimentazione: 48 V CC ■ capacità di scarica: ❑ 10 chocs a 5 kA in onda 8/20 µs ❑ 10 chocs a 5 A in 1 secondo ❑ capacità a 1 kHz: < 100 pF (senza indebolimento del segnale) ■ resistenza di isolamento: > 10 MΩ ■ indicazione di fine vita per messa in corto-circuito irreversibile dell’apparecchio (abolizione della tonalità) ■ collegamento: tramite 3 morsetti a gabbia per cavo fino a 2 x 2,5 mm2 ■ peso: 50 g 57 3. La scelta delle protezioni 3.6 Gli schemi di cablaggio per la segnalazione a distanza Schema per la segnalazione a distanza dello scaricatore di sovratensione PF65r/PF30r (Fig. 11) L1 N MERLIN GERIN multi 9 C60N C63A 400V 10000 15kA IEC 947,2 1 3 24854 2 4 0 - OFF 0 - OFF interruttore di protezione dello scaricatore MERLIN GERIN segnalazione a distanza di fine di vita multi 9 PF30 scaricatore In 10kA (8/20) Imax 30kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV Uc 440V 15687 test Fig.11: segnalazione di fine di vita dello scaricatore Questo schema semplice permette di inviare a distanza unicamente la fine vita dello scaricatore di sovratensione. Schema per la segnalazione a distanza dello scaricatore di sovratensione PF65r/PF30r o interruttore di sezionamento associato (Fig. 12) L1 N MERLIN GERIN multi 9 SD MERLIN GERIN multi 9 C60N C63A 400V 10000 15kA IEC 947,2 1 3 24854 2 4 Reset 26927 0 - OFF 0 - OFF interruttore di protezione dello scaricatore + SD (segnalazione guasto) segnalazione a distanza MERLIN GERIN multi 9 PF30 In 10kA (8/20) Imax 30kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV Uc 440V scaricatore 15687 test Fig.12: segnalazione unica di fine di vita dello scaricatore o apertura dell’interruttore di protezione Questo schema permette di segnalare su una spia unica un guasto nel circuito dello scaricatore di sovratensione: ■ l’interruttore di sezionamento è aperto a seguito di un fulmine che ha corto circuitato un varistore dello scaricatore di sovratensione. ■ lo scaricatore di sovratensione è arrivato a fine vita tramite sezionamento termico. La spia arancione dello scaricatore di sovratensione lampeggia. 58 MERLIN GERIN Schema per la segnalazione a distanza dello scaricatore di sovratensione PF65r/PF30r e dell’interruttore di sezionamento L1 N MERLIN GERIN multi 9 SD MERLIN GERIN multi 9 C60N C63A 400V 10000 15kA IEC 947,2 1 3 24854 2 4 Reset 26927 0 - OFF segnalazione a distanza guasto dell'interruttore 0 - OFF interruttore di protezione + SD (segnalazione guasto) MERLIN GERIN segnalazione a distanza di fine di vita multi 9 PF30 In 10kA (8/20) Imax 30kA (8/20) Up(LN/ ) 1,8kV Uc 440V scaricatore 15687 test Fig.13: segnalazione doppia di fine di vita dello scaricatore e apertura dell’interruttore di protezione Questo schema permette di segnalare separatamente: ■ l’apertura dell’interruttore di sezionamento (spia rossa) a seguito di un fulmine corto-circuitando lo scaricatore di sovratensione ■ la fine vita dello sganciatore di sovratensione (spia verde che si spegne) tramite sezionamento termico. MERLIN GERIN 59 3. La scelta delle protezioni 3.7 Esempi d’applicazione Esempio 1: la villa La posizione Villa situata su un terreno pianeggiante. L’alimentazione in bassa tensione è aerea (Fig. 14). Gli utilizzatori Il materiale da proteggere è: ■ elettrodomestici: frigorifero, forno micro-onde, lavastoviglie, congelatore ■ impianto hi-fi ■ televisore ■ telefono, citofono. alimentazione MT aerea cabina MT/BT su palo Fig.14: alimentazione generale Studio dei rischi sugli utilizzatori ■ forte sensibilità dei ricevitori: S = 3 ■ costo medio dei ricevitori: C = 2 ■ conseguenza dell’indisponibilità: I = 1 Calcolo del rischio ricevitore: R = S + C + I = 3 + 2 + 1 = 6 R=6 Studio del rischio del sito linea bassa tensione aerea: BT = 1 ■ linea media tensione aerea: MT = 1 ■ luogo del sito terreno piatto e scoperto: d = 0,75 ■ la mappa di densità ceraunica indica: Ng = 0,3 (pag. 72) 100 Calcolo del rischio sito: E = Ng (1 + BT + MT + d) = 0,3 (1 + 1 + 1 + 0,75) 100 ■ E = 1,12 Scelta dello scaricatore di sovratensione I valori di R e E nelle griglie di scelta raccomandano d’installare uno scaricatore di sovratensione PF15 bipolare per proteggere la linea di B.T. Lo scaricatore di sovratensione telefonico PRC è fortemente consigliato per avere la protezione globale dell’installazione. Il potere d’interruzione nel domestico è di 4,5 kA, ciò che permette di precisare la scelta dell’interruttore di sezionamento C60 a (curva C) 20 A bipolare (tab. pag. 52). 60 MERLIN GERIN L’installazione Installando uno scaricatore di sovratensione, tutti i parametri sono importanti e devono essere rispettate tutte le regole di cablaggio. La selettività delle protezioni impone l’impiego di un interruttore differenziale generale di tipo selettivo che quindi non abbia sganci intempestivi (Fig. 15). interruttore di allacciamento C60 2P CDS PF15 2P 32 A 2A 20 A 10 A 10 A 10 A 10 A J/N TV TL CT 20 A ID 25 A DPNa Vigi 20 A CT 20 A 10 A 10 A Fig.15: schema di installazione Le verifiche di base sono state effettuate: ■ misura della messa a terra 4 Ω ■ verifica dei collegamenti a terra di tutti gli apparecchi ■ verifica dell’equipotenzialità di tutte le masse conduttrici dell’abitazione Lo scaricatore di sovratensione è stato installato in una cassetta seguendo il cablaggio della Fig. 16. Il cablaggio non rispettava le regole di base raccomandate: ■ lunghezza max di 50 cm ■ separazione dei circuiti inquinati e dei circuiti protetti. È stato rifatto il cablaggio in conformità alla figura 17. Essa tiene conto dell’impiego dei prodotti nella cassetta per minimizzare l’anello di massa e separare i circuiti. MERLIN GERIN 61 3. La scelta delle protezioni 3.7 Esempi d’applicazione anello di massa poco esteso anello di massa troppo grande scaricatore PF 15 interruttore di protezione C60 interruttore di protezione C60 lunghezza del cablaggio 43 cm < 50 cm lunghezza del cablaggio 160 cm > 50 cm scaricatore PF 15 morsettiera di terra intermedia morsettiera di terra principale arrivo cavo di terra alimentazione alimentazione arrivo cavo di terra morsettiera di terra principale anello di massa Fig.16: installazione dello scaricatore non conforme 62 Fig.17: installazione dello scaricatore conforme MERLIN GERIN Esempio 2: l’hotel ristorante Il sito Un hotel-ristorante di 2 piani, 2300 m2, 63 camere; un ristorante con cucina, sale riunioni, bar (Fig. 18). È situato su un terreno pianeggiante. Le alimentazioni BT e MT sono interrate. cabina MT/BT HOTEL alimentazione MT interrata alimentazione BT interrata Fig.18: alimentazione generale Gli utilizzatori Il materiale da proteggere è: ■ centrale telefonica ■ allarme incendio ■ controllo d’accesso ■ gestione tecnica: riscaldamento, climatizzazione, illuminazione ■ informatica di gestione ■ televisioni Studio del rischio utilizzatori ■ forte sensibilità degli utilizzatori: S = 3 ■ costo degli utilizzatori elevato : C = 3 ■ conseguenze dell’indisponibilità importanti : I = 3 Calcolo del rischio utilizzatore : R = S + C + I = 3 + 3 + 3 = 9 R=9 Studio del rischio sito ■ linea bassa tensione interrata: BT = 0 ■ linea media tensione interrata: MT = 0 ■ situazione dello stabile: circondato da qualche struttura: d = 0,75 ■ la mappa di densità ceraunica indica: Ng = 1,2 (pag. 72) 100 Calcolo del rischio sito: E = Ng (1 + BT + MT + d) = 1,2 (1 + 0 + 0 + 0,75) 100 E = 2,1 Scelta dello scaricatore di sovratensione I valori di R e E nella griglia di scelta raccomandano d’installare uno scaricatore di sovratensione PF30 tetrapolare nel quadro generale BT. Uno scaricatore di sovratensione PF8 sarà installato in cascata a valle del PF30, in ciascuna cassetta di distribuzione secondaria. Rimane comunque necessario uno scaricatore di sovratensione telefonico PRC. Gli interruttori di sezionamento degli scaricatori di sovratensione sono: ■ C60 (C), 20 A, tetrapolari, per il PF30 (tabella pag. 52) ■ C60 (C), 20 A, tetrapolari, per il PF8 Il potere di interruzione è di 10 kA. Gli interruttori sono dunque dei C60N (curva C). MERLIN GERIN 63 3. La scelta delle protezioni 3.7 Esempi d’applicazione L’installazione Lo schema di collegamento a terra (regime di neutro) è il TT. L’interruttore di collegamento è un NS400N, 4 x 300A con blocco differenziale I∆n = 1 A ritardato di 0,2 s per evitare interventi intempestivi. La selettività delle protezioni è realizzata tramite il blocco differenziale ritardato di 0,2 s. Lo schema d’installazione è rappresentato in figura 19. NS 400 N 4 x 300 A cassetta di allacciamento C 60 PF 30 cavo proveniente da altra cassetta distanza > 10 m IG C161NI 4 x 160 A regola dei 50 cm NC100H 4 x 63 A C60N 4 x 50 A Vigi 300 mA C60 o PF8 alim. 1 piano CE ascensore C 60a 4 x 10 A clim 1 C60a luce 2 x 40 A 300 mA C60a 4 x 20 A 300 mA DPN 2 x 10 A DPN 2 x 10 A TL clim 2 DPN 2 x 10 A BP BP comando luce 1 comando luce 2 altre cassette di distribuzione comando VMC 1 cassetta di distribuzione reception comando VMC 2 C 60a 4 x 32 A 30 mA DPN 2 x 15 A alim. PC 1 DPN 2 x 15 A TL C 60a 4 x 32 A 30 mA DPN 2 x 15 A DPN 2 x 15 A alim. PC 2 incendio luce soccorso Fig.19: schema di installazione 64 MERLIN GERIN Lo scaricatore di sovratensione di testa d’installazione PF30 è installato nella cassetta direttamente all’arrivo dell’alimentazione con un interruttore di sezionamento associato. È situato a 15 m dalla hall, e questo permette di rispettare la regola dei 10 m per la messa in serie. È preferibile scegliere uno scaricatore di sovratensione PF30r (con segnalazione a distanza) per indicare attraverso allarme sonoro la fine vita dello scaricatore di sovratensione nella cassetta della hall (Fig. 20). La scelta finale dello scaricatore di sovratensione è dunque un PF30r. interruttore di allacciamento interruttore disjoncteur deprotezione di déconnexion, C60 L = 40 cm arrivo ente distributore scaricatore parafoudre PF 30 R PF30r verso utilizzo terra distribuita verso utilizzo Fig.20: installazione dello scaricatore nella cassetta di allacciamento MERLIN GERIN 65 3. La scelta delle protezioni 3.7 Esempi d’applicazione Il cablaggio della cassetta della hall contiene lo scaricatore di sovratensione PF8 e il suo interruttore associato. Attenzione a rispettare le regole di cablaggio raccomandate e la regola di 50 cm massimo (Fig. 21 e 22). anello di massa anello di massa troppo esteso lunghezza del cablaggio 127 cm > 50 cm interruttore di protezione C60 scaricatore PF8 morsettiera di terra principale alimentazione arrivo cavo di terra Fig.21: installazione dello scaricatore non conforme morsettiera di ripartizione anello di massa di bassa estensione interruttore di protezione C60 lunghezza del cablaggio 44 cm < 50 cm scaricatore PF8 morsettiera di terra intermedia morsettiera di terra principale anello di massa alimentazione arrivo cavo di terra Fig.22: installazione dello scaricatore conforme 66 MERLIN GERIN Esempio 3: l’industria - terziario Il sito Comprende 3 edifici industriali, un immobile di uffici e un posto di controllo, situati su 10 ettari. È circondato da qualche struttura (piloni, alberi). Gli edifici sono equipaggiati di parafulmini. Le alimentazioni MT e BT sono interrate. Gli utilizzatori Il materiale da proteggere è ripartito su 3 edifici: ■ edificio industriale: informatica macchine numeriche, centrale di riscaldamento del sito ■ immobile degli uffici: informatica, gestione dell’illuminazione e riscaldamento ■ posto di guardia: centralizzazione di tutte le reti di sicurezza: ❑ allarme incendio ❑ allarme intrusione ❑ controllo d’accesso, video sorveglianza ❑ allarmi tecnici La figura 23 precisa l’installazione degli edifici. uffici produzione produzione produzione centrale termica rete a bassa corrente posto di guardia Fig.23: sinottico del luogo Studio del rischio utilizzatori ■ forte sensibilità degli utilizzatori: S = 3 ■ costo degli utilizzatori elevato: C = 3 ■ conseguenza dell’indisponibilità importante: I = 3 Calcolo del rischio utilizzatore: R = S + C + I = 3 + 3 + 3 = 9 R=9 Studio del rischio sito ■ linea B.T. interrata: BT = 0 ■ linea M.T. interrata: MT = 0 ■ edificio circondato da qualche struttura ed equipaggiato di parafulmine: d=1 ■ la mappa di densità ceraunica indica: Ng = 2,3 (pag. 72) 100 Calcolo del rischio sito: E = Ng (1 + BT + MT + d) = 2,3 (1 + 0 + 0 + 1) = 4,6 100 E = 4,6 MERLIN GERIN 67 3. La scelta delle protezioni 3.7 Esempi d’applicazione Scelta dello scaricatore di sovratensione Il valori di R e E nella griglia di scelta raccomandano d’installare uno scaricatore PF65 e un PF8 tetrapolare in serie. Questi due scaricatori di sovratensione saranno installati in ciascuno degli edifici ■ essendo il sito molto vasto nelle reti di alimentazione le correnti forti sono estese su tutte le strutture. Una sola protezione a un posto preciso non basta per tutto il sito, in quanto delle sovratensioni possono apparire nei diversi edifici ■ il materiale sensibile è ripartito in ogni edificio e necessita comunque di una protezione fine in ciascuno tra di essi. Lo scaricatore di sovratensione PF65 dell’edificio 1 è installato vicino al trasformatore. L’interruttore di sezionamento associato deve assicurare il potere di interruzione pari a 22 kA. Necessita dunque un NC100 LH curva C. Nei quadri secondari, lo studio da un potere di interruzione di 10 kA. Questo impone degli interruttori di sezionamento C60N (curva C) 20 A. L’installazione Lo schema di principio è mostrato in figura 24. trasformatore GE quadro generale edificio 1 NC100 PF65 regola dei 50 cm quadro generale edificio 2 C60 PF65 regola dei 50 cm regola dei 10 m quadro di distribuzione 1 alimentazione basse correnti quadro di distribuzione 2 C60 PF8 C60 regola dei 50 cm PF8 regola dei 50 cm Fig.24: schema di principio d’installazione 68 MERLIN GERIN In un sito così vasto, l’equipotenzialità delle masse è primaria. Non è da dimenticare la regola dei 10 m minimo per assicurare il coordinamento degli scaricatori di sovratensione in serie PF65 e PF8. Gli scaricatori di sovratensione PF65 sono collegati tramite i contatti di segnalazione a distanza sugli allarmi tecnici del posto di controllo. Uno scaricatore di sovratensione in serie PF8 sarà installato in ciascuna cassetta di distribuzione che alimenta degli apparecchi sensibili. La regola dei 50 cm max deve essere rispettata comunque, anche nel quadro generale BT in testa d’installazione, dove lo scaricatore di sovratensione sarà installato vicino al condotto sbarre con un interruttore di sezionamento avente potere di interruzione appropriato alla corrente di corto-circuito presunta. MERLIN GERIN 69 72 0 100 km Consultare nota a pagina 79. (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 500 TO 600 450 TO 500 400 TO 450 350 TO 400 300 TO 350 250 TO 300 200 TO 250 150 TO 200 120 TO 150 100 TO 120 80 TO 100 60 TO 40 TO 20 TO FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM 40 60 00h00 24h00 CESI SIRF 95/034621 Grid: 20 x 20 km flashes / year / km2 (x100) LESS THAN 20 600 TO 800 FROM 80 800 TO 1000 FROM FROM 1000 TO 1200 FROM 1200 TO 1500 MORE THAN 1500 Da Ott-15-94 A Ott-14-95 STATISTICA FULMINAZIONI CESI SIRF 4. Allegati 4.1 Le mappe di densità ceraunica MERLIN GERIN CESI: via Rubattino 54 - 20134 Milano - tel (02) 21 25 .1 - fax (02) 21 25 40 MERLIN GERIN 73 CESI: via Rubattino 54 - 20134 Milano - tel (02) 21 25 .1 - fax (02) 21 25 40 0 100 km Consultare nota a pagina 79. (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 500 TO 600 450 TO 500 400 TO 450 350 TO 400 300 TO 350 250 TO 300 200 TO 250 150 TO 200 120 TO 150 100 TO 120 80 TO 100 60 TO 40 TO 20 TO FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM 40 60 00h00 24h00 CESI SIRF 95/034621 Grid: 20 x 20 km flashes / year / km2 (x100) LESS THAN 20 600 TO 800 FROM 80 800 TO 1000 FROM FROM 1000 TO 1200 FROM 1200 TO 1500 MORE THAN 1500 Da Ott-15-94 A Ott-14-95 STATISTICA FULMINAZIONI CESI SIRF 74 0 100 km Consultare nota a pagina 79. (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 500 TO 600 450 TO 500 400 TO 450 350 TO 400 300 TO 350 250 TO 300 200 TO 250 150 TO 200 120 TO 150 100 TO 120 80 TO 100 60 TO 40 TO 20 TO FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM 40 60 00h00 24h00 CESI SIRF 95/034621 Grid: 20 x 20 km flashes / year / km2 (x100) LESS THAN 20 600 TO 800 FROM 80 800 TO 1000 FROM FROM 1000 TO 1200 FROM 1200 TO 1500 MORE THAN 1500 Da Ott-15-94 A Ott-14-95 STATISTICA FULMINAZIONI CESI SIRF 4. Allegati 4.1 Le mappe di densità ceraunica MERLIN GERIN CESI: via Rubattino 54 - 20134 Milano - tel (02) 21 25 .1 - fax (02) 21 25 40 MERLIN GERIN 75 CESI: via Rubattino 54 - 20134 Milano - tel (02) 21 25 .1 - fax (02) 21 25 40 0 100 km Consultare nota a pagina 79. (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 500 TO 600 450 TO 500 400 TO 450 350 TO 400 300 TO 350 250 TO 300 200 TO 250 150 TO 200 120 TO 150 100 TO 120 80 TO 100 60 TO 40 TO 20 TO FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM 40 60 00h00 24h00 CESI SIRF 95/034621 Grid: 20 x 20 km flashes / year / km2 (x100) LESS THAN 20 600 TO 800 FROM 80 800 TO 1000 FROM FROM 1000 TO 1200 FROM 1200 TO 1500 MORE THAN 1500 Da Ott-15-94 A Ott-14-95 STATISTICA FULMINAZIONI CESI SIRF 76 0 100 km Consultare nota a pagina 79. (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 500 TO 600 450 TO 500 400 TO 450 350 TO 400 300 TO 350 250 TO 300 200 TO 250 150 TO 200 120 TO 150 100 TO 120 80 TO 100 60 TO 40 TO 20 TO FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM FROM 40 60 00h00 24h00 CESI SIRF 95/034621 Grid: 20 x 20 km flashes / year / km2 (x100) LESS THAN 20 600 TO 800 FROM 80 800 TO 1000 FROM FROM 1000 TO 1200 FROM 1200 TO 1500 MORE THAN 1500 Da Ott-15-94 A Ott-14-95 STATISTICA FULMINAZIONI CESI SIRF 4. Allegati 4.1 Le mappe di densità ceraunica MERLIN GERIN CESI: via Rubattino 54 - 20134 Milano - tel (02) 21 25 .1 - fax (02) 21 25 40 4.2 Istogrammi CESI SIRF - ITALIA - Periodo 15/10/1994 -> 14/10/1995 N° FULMINI 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 ampiezza della corrente di fulmine polarità negativa (kA) (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 95/034621 CESI SIRF - ITALIA - Periodo 15/10/1994 -> 14/10/1995 N° FULMINI 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 ampiezza della corrente di fulmine polarità positiva (kA) (c) Copyright 1995 by CESI - All rights reserved 95/034621 MERLIN GERIN 77 4. Allegati 4.3 Glossario Anello tra le masse: area delimitata dai conduttori di massa dove le correnti circolano liberamente. Non sono dannosi per l’impianto. Compatibilità elettromagnetica (CEM): attitudine di un’apparecchiatura a funzionare correttamente senza risentire delle perturbazioni elettromagnetiche e senza che tali perturbazioni disturbino le altre apparecchiature. Conduttore di discesa (del parafulmine): destinato a scaricare a terra una scarica di tipo diretto. Deve essere collegato alla massa dell’edificio. Conduttore equipotenziale: conduttore di protezione che assicura un collegamento equipotenziale. Conduttore di protezione (PE): destinato a collegare le masse per garantire la protezione dei beni e delle persone. Accoppiamento: modo di trasmissione di una perturbazione elettromagnetica dalla sorgente al «circuito vittima». Collegamento equipotenziale: contatto elettrico a basso valore di impedenza tra conduttori vicini, destinato a ridurre le differenze di potenziale. Corrente di fuga Ic: corrente che circola all’interno dello scaricatore quando esso è alimentato alla sua tensione di regime permanente Uc in assenza di guasto. Corrente di mantenimento Is: corrente che rimane nel circuito dopo il passaggio di una scarica. Corrente massima di scarica (Imax): valore massimo di corrente in onda 8/20 µs che lo scaricatore può sopportare una sola volta senza danneggiarsi. Corrente nominale di scarica (Inom): valore di corrente in onda 8/20 µs che lo scaricatore può sopportare per 20 volte senza danneggiarsi. Esposizione del sito: numero di fulmini per anno per km. Filtro: apparecchiatura destinata ad eliminare le sovratensioni di manovra o a frequenza industriale. Modo comune (perturbazione di...): perturbazione che si propaga tra i conduttori attivi (fase/neutro) e la terra. Modo differenziale (perturbazione di...): perturbazione che si propaga tra i conduttori attivi (fase e fase oppure fase e neutro). Livello di protezione (Up): tensione residua applicata alle apparecchiature mentre sono protette per una corrente di scarica In. I valori più frequenti sono: 0,8 kV, 1 kV, 1,5 kV, 2 kV, 2,5 kV. Parafulmine: apparecchiatura esterna collegata alla terra; destinato a proteggere un edificio dagli effetti della fulminazione diretta. Perturbazione elettromagnetica: fenomeno elettromagnetico che crea disturbi al funzionamento di un dispositivo o di una apparecchiatura. Perturbazione in conduzione: perturbazione che si propaga nei conduttori elettrici. È definita per i propri valori di corrente e di differenza di potenziale. Perturbazione in irraggiamento: perturbazione che si propaga nell’aria senza bisogno di supporti fisici (conduttori). È definita per i propri campi elettrico e magnetico. Presa (o rete) di terra: insieme di conduttori che a contatto con il suolo assicurano un collegamento con lo stesso. Rete di masse: insieme di conduttori interni ad un edificio, collegati tra essi. È composto solitamente dai conduttori di protezione, dal percorso dei cavi, dalle canalizzazioni e dalle strutture metalliche. Resistenza di terra: valore di resistenza tra una rete di terra e un «punto di riferimento sufficientamente lontano». Espressa in ohms (Ω) dipende dalla geometria della rete di terra e dalla resistività del terreno. 78 MERLIN GERIN Scaricatore di sovratensioni: apparecchiatura che consente di scaricare a terra le sovracorrenti, limitando così le sovratensioni. Sovratensioni di manovra: impulsi di onde sinusoidali che si creano su una rete elettrica; sono generati dalla commutazione di un organo meccanico (contattore...). Tempo di risposta: intervallo di tempo necessario perchè la protezione contro le sovratensioni cominci a funzionare. Tensione massima di servizio permanente (Uc): massimo valore efficace della tensione applicabile ai morsetti della protezione. Tensione massima di tenuta in regime permanente: massimo valore della tensione che può essere sopportata in permanenza dalla protezione. Tensione residua Ur: tensione applicata ai morsetti dello scaricatore di sovatensione nell’istante in cui la protezione stessa sta funzionando (scarica verso terra). Nota: i documenti statistici, oggetto del presente documento, sono stati elaborati a partire dai dati raccolti in un intero anno di osservazione (periodo 15.10.94 - 14.10.95). Alla data iniziale, ottobre 94, il sistema CESI SIRF, anche sulla base di analisi teoriche, è stato valutato idoneo a coprire con prestazioni elevate la parte nord del territorio italiano. Con il termine "prestazioni elevate" si intende un valore di efficacia (probabilità) di rilevamento pari a circa il 90% ed una precisione di localizzazione di circa 500 m. Tali valori evidentemente decrescono man mano che ci si allontana dal perimetro ideale definito dai sensori. Durante il 1995 la rete è stata ulteriormente potenziata con l'installazione di altri sensori; in tempi brevi prestazioni confrontabili con quelle del nord sono state raggiunte anche per il centro e sono comunque migliorate nelle zone più meridionali del Paese. Attualmente l'efficacia del rilevamento, unico parametro di interesse ai fini delle statistiche in oggetto, procedendo verso sud diminuisce fino ad un valore presunto di circa il 50% e si riduce ulteriormente in prossimità della Sardegna. Pertanto, ai fini della interpretazione corretta delle statistiche ricavate, è necessario portare in conto la variabilità dei parametri prestazionali, sia dal punti di vista geografico, sia dal punto di vista cronologico a seguito della evoluzione del sistema. MERLIN GERIN 79
