protezione contro le sovratensioni in apparecchi di illuminazione a

PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI IN APPARECCHI
DI ILLUMINAZIONE A LED PER ESTERNO
L’utilizzo dei LED e dell’elettronica a bordo degli apparecchi di illuminazione ha evidenziato il problema delle sovratensioni dovuto
alle scariche elettriche dirette o indirette.
Nella casistica delle segnalazioni, la maggiore concentrazione riguarda gli alimentatori elettronici soggetti a problemi di isolamento
elettrico sui componenti distrutti dalle scariche elettriche.
Il LED è un diodo che funziona a corrente costante e con caduta di tensione ai suoi capi relativamente bassa, per tale motivo risulta
particolarmente sensibile alle scariche elettrostatiche e ai disturbi di tipo impulsivo.
Non identificati: 12%
Altre cause
(danni, incendi): 6%
Cortocircuito: 6%
Danni alle apparecchiature elettroniche.
Analisi condotta in Francia per il segmento
residenziale a cura di AVIVA,
la sesta società di assicurazioni
più importante del mondo
(www.aviva.com)
Guasto sulla rete,
sovratensione
temporanea
a 50 Hz: 15%
Sovratensioni: 61%
Questi guasti possono derivare da:
- disturbi insiti nella rete elettrica: inserzione e disinserzione di carichi fortemente reattivi, guasti della linea, forte distorsione armonica
presente in rete;
- sovratensioni di origine ambientale: scariche atmosferiche dirette o indirette o accumulo improvviso ed eccessivo di cariche
elettrostatiche sull’apparecchio.
Pur essendo fenomeni noti da tempo, su circuiti particolarmente robusti (per esempio lampade a scarica o fluorescenti) l’eff etto è
assolutamente marginale. I circuiti LED, essendo realizzati con semiconduttore e con spessori micrometrici, sono estremamente sensibili
a questi fenomeni.
L’utilizzo di invece, alimentatori già in grado di sopportare questo tipo di disturbi non ne garantisce l’immunità totale, è dunque importante
che il progettista dell’impianto tenga in considerazione l’inserimento di protezioni aggiuntive tenendo conto inoltre di:
- tipo di impianto (linea aerea o interrata, lunghezza dell’installazione).
- luogo di installazione (zona isolata, soggetta o meno a frequenti fenomeni atmosferici, in particolare a scariche).
- tipo di installazione (a palo, a parete a terra).
- classe di isolamento del sistema.
SOVRATENSIONI DI RETE
Le sovratensioni di rete sono impulsi transitori di intensità variabile che si propagano sulle linee elettriche e che possono danneggiare
l’apparecchio di illuminazione fi no a decretarne la rottura.
Si tratta prevalentemente di disturbi di modo diff erenziale (il disturbo si presenta fra conduttori di alimentazione, ad esempio tra fase e
neutro) generati dall’accensione di grossi motori elettrici (pompe, sollevatori, compressori...) che fanno capo alla stessa linea elettrica degli
apparecchi di illuminazione o nelle adiacenze dell’abitazione (sotto la stessa stazione di distribuzione elettrica).
V
(b)
V
(a)
(a)
V
V
(d)
V
t
V
(e)
V
VM
(a)
(b)
(f)
V
(c)
(a)
(b)
t
t
V
(g)
V
(f)
50 Hz
t
(g)
t
t
Vt M
VM
(c)
V
(f)
t
50 Hz
V
t
V
50 Hz
(e)
t
t
(c)
V
(d)
50 Hz
t
V
Schematizzazione
della tipologia di variazione
dell’ampiezza della tensione.
(b)
V
(a) Buchi di tensione;
VM
(b) Sovratensioni non impulsive;
(c) Variazioni lente;
(c)
(d) Sovratensioni impulsive di lunga durata;VM
(e) Sovratensioni impulsive dit media
durata;
t
(f) Sovratensioni impulsive di breve durata;
(g) Transitori di commutazione
t
(c)
t
(g)
t
t
50 Hz
V
(d)
V
V
(e)
(e)
t
V
t
VM
t
t
(f)
t
50 Hz
V
V
V
(f)
50 Hz
50 Hz
t
t
(g)
(g)
t
t
50 Hz
t
(c)
t
t
V
(f)
(g)
50 Hz
t
t
L’utilizzo di sistemi supplementari di soppressione da quadro (scaricatori) contribuiscono notevolmente a salvaguardare tutti i dispositivi
elettronici presenti nell’abitazione, compresi gli apparecchi a LED.
SOVRATENSIONI DI ORIGINE ATMOSFERICA
Queste sovratensioni sono anch’esse di tipo impulsivo e possono essere causate da fulminazioni dirette o indirette (queste ultime anche a
considerevole distanza dal luogo di installazione dell’apparecchio). In taluni casi anche l’accumulo di cariche elettrostatiche (per esempio
il continuo scorrere dell’aria secca attraverso pali isolati da terra) può causare danni da scarica.
I fenomeni di questo tipo interessano maggiormente le installazioni a palo (che fungono da antenna) nonché le linee elettriche aeree
poste in zone isolate. In particolare, gli apparecchi di classe II sono più sensibili a questo tipo di problematiche perché non off rono una via
immediata per lo scarico verso terra del disturbo. I picchi di tensione per queste sovratensioni possono essere di modo diff erenziale (tra
fase e neutro) o di modo comune (tra fase e terra o tra neutro e terra).
Tutte queste situazioni sono caratterizzate da violenti, quanto istantanei, picchi di tensione e possono essere di modo diff erenziale (ossia
tra fase o neutro) oppure di modo comune (ovvero tra fase e terra oppure tra neutro e terra) e diff eriscono tra loro per rapidità, intensità
(KA) e durata.
V
V
Frequenza cumulativa
Rapidità
dell’impulso
100%
100%
90%
80% Eccessivo
Punto di
rottura 60%
50%
voltaggio
Energia assorbita
40%
230V
il 40% delle fulminazioni è superiore a 20kA
(ovvero, il 80% delle fulminazioni è al di sotto dei 20kA)
il 5% delle fulminazioni è superiore a 60kA
(ovvero, il 95% delle fulminazioni è al di sotto dei 60kA)
230V
20%
0
t
Durata dell’impulso
0 5%
0%
0
20
40
60 80 100 120 140 160 180 200
Intensità delle fulminazioni (kA)
Da un rilievo condotto in centro Europa su un campione di 5,4 milioni di fulmini caduti nell’arco di un decennio si è stimato che:
- solo il 5% ha avuto un’intensità pari o maggiore a 60KA;
- il 35% dei fenomeni ha avuto intensità compresa tra 20KA e 60KA;
- mentre il 60% dei fenomeni ha avuto intensità minore di 20KA.
FULMINAZIONE DIRETTA
Avviene quando il fulmine colpisce direttamente l’apparecchio di illuminazione, in tal caso è improbabile che esso possa sopravvivere
all’evento.
FULMINAZIONE INDIRETTA
Avviene quando il fulmine cade ad una certa distanza dall’installazione concatenandosi alla linea di distribuzione elettrica per eff etto
dell’aumento locale del campo magnetico e propagandosi lungo i cavi. In tal caso l’inserimento di sistemi di protezione a stella (fase/neutro,
fase/terra e neutro/terra) sulla linea degli apparecchi di illuminazione o localmente sull’apparecchio, garantisce una buona protezione dal
fenomeno.
SCARICHE ELETTRICHE DI ORIGINE ELETTROSTATICA
L’accumulo di cariche elettrostatiche, in particolare su apparecchi in classe II con carcassa metallica, ove non vi sia possibilità di disperdere
tali cariche verso terra, rappresenta un ulteriore problema in quanto l’eccesso (e quindi il superamento del potenziale dielettrico) porta
alla perforazione dei componenti elettronici interni; l’utilizzo di sistemi di protezione supplementari di modo comune risulta estremamente
utile per la salvaguardia dell’apparecchio.
t
SPD
ARES propone un SPD (Surge Protector Device) da collegare nelle vicinanze dei prodotti da proteggere o a monte della linea nel quadro di
derivazione (se tale linea non è particolarmente estesa).
V
Rapidità
dell’impulso
Eccessivo
voltaggio
Punto di
rottura
Energia assorbita
230V
t
0
t
Durata dell’impulso
Corrente di Funzionamento Ac
275V
Massima corrente di Scarica 8/20µs Waveform (Imax)
10KA
Massima Corrente di Esercizio
5A
Protezione IP
66
Questo dispositivo opera simultaneamente in modo comune e diff erenziale assorbendo eventuali sovratensioni e scaricandole, in funzione
della loro natura, verso terra o verso il neutro.
Questo tipo di protezioni è tanto più effi ciente quanto più è installato vicino al prodotto soggetto a disturbi, inoltre si rammenta che per
proteggere efficacemente l’apparecchio, è necessario un riferimento a terra.
SPD può essere installato direttamente nell’apparecchio (o nelle immediate vicinanze) per garantire la massima efficacia, oppure sulla
linea, in una scatola di derivazione. Tutti gli apparecchi collegati allo stesso SPD beneficeranno della protezione
INSTALLAZIONE
PER SINGOLO
APPARECCHIO
INSTALLAZIONE SULLA LINEA
Scatola di derivazione
SPD
SPD
ARES declina ogni responsabilità per l’esecuzione di impianti non conformi alle vigenti normative.