La protezione dalle sovratensioni: quando è obbligatoria e perché

di Giovanni Scotti - Ingegnere elettrico, formatoree docente Ethos Academy

Quante volte vi è capitato di installare un impianto di allarme/antintrusione e, nell’alimentare elettricamente la centrale, avete constatato che il quadro elettrico generale era correttamente protetto dai corto circuiti e sovraccarichi di corrente, ma non era anche protetto dalle sovratensioni? Sorge spontaneo domandarsi: cos’è la sovratensione? E’ obbligatorio installare nei quadri elettrici i limitatori di sovratensione? Perché la protezione dalle sovratensioni non è da sottovalutare?

Negli ultimi anni si sono verificati fenomeni temporaleschi di natura violenta che hanno generato sulla rete elettrica sovratensioni di origine atmosferica. La densità dei fulmini per kmq e l’intensità degli stessi è aumentata notevolmente. Le sovratensioni sono dei picchi di tensione nell’impianto elettrico causate dalle fulminazioni, dirette o indirette, oppure da manovre sulla rete (frequenti, ma meno pericolose). Negli ultimi anni le apparecchiature elettroniche presenti nei circuiti elettrici sono aumentate ed è aumentata anche la probabilità che questi dispositivi possano subire danni (oltre al rischio per le persone). Avendo questi dispositivi un limite di tenuta alle sovratensioni, negli ultimi anni si è fatto ricorso ad apparecchiature di protezione per limitare questo fenomeno. Pertanto, contro le sovratensioni vengono installati nei circuiti elettrici i limitatori di sovratensione, noti anche come SPD (Surge Protective Devices). La Norma CEI 64-8 precisa che la necessità di installare gli SPD e gli altri eventuali dispositivi di protezione dai fulmini dipende dalla valutazione del rischio di fulminazione. Si stima che Il 70% dei guasti ai componenti elettronici sia causato da sovratensioni di origine atmosferica, pertanto in generale l’installazione nel centralino di uno scaricatore di tensione riduce il rischio di guasto dei dispositivi elettrici ed elettronici collegati all’impianto.

Ma è obbligatorio installare un limitatore di sovratensione in un circuito elettrico?

Nuovi criteri di valutazione

Il 1 Marzo 2019 entra in vigore la variante 5 alla settima edizione della Norma CEI 64-8 che impatta nella parte 4 sezione 443 (protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica o di manovra), nella parte 5 sezione 534 (dispositivi per la protezione contro le sovratensioni di origine transitoria) e nella sezione 722 (alimentazione dei veicoli elettrici). La novità introdotta nella variante 5 della Norma CEI 64-8 riguarda la definizione di un nuovo criterio in grado di definire la necessità o meno della protezione. Il metodo viene proposto negli articoli 4 e 5 della sezione 443 ed in particolare valuta il fattore di rischio CRL attraverso l’applicazione di una formula molto semplice. In particolare dal calcolo: se CRL >=1000 non è necessaria la protezione, mentre se CRL<1000 è richiesta la protezione (vedi Figura 1). Nella sezione 534 della variante, invece, vengono definiti i criteri di scelta ed installazione dei dispositivi per la protezione contro le sovratensioni transitorie. 

SPD: funzioni e collegamenti

La prossima domanda è: come va collegato un SPD nei circuiti elettrici e qual è la sua funzione? Gli SPD si collegano in parallelo fra i conduttori di linea (fasi e neutro) e il cavo di protezione collegato a terra. Il loro principio di funzionamento si basa sulla capacità di assumere un’impedenza molto bassa quando si manifesta una sovratensione, in modo da cortocircuitarla, riducendo la tensione presente ai morsetti dell’SPD al livello Up (livello di protezione dell’SPD). Gli SPD ripristinano l’isolamento subito dopo che il fenomeno è terminato. Quindi, l’obiettivo della protezione contro le sovratensioni è limitare, in ogni zona dell’impianto, le sollecitazioni dielettriche in modo tale da poter essere sopportate dalle apparecchiature installate in quella stessa zona. Riguardo all’isolamento, invece, l’impianto elettrico dell’utente di bassa tensione è suddiviso (art. 443.6.2) in quattro zone identificate dai primi quattro numeri romani, in ordine crescente al diminuire delle sovratensioni che le apparecchiature installate nella medesima zona sono in grado di sostenere. Le sovratensioni che le apparecchiature elettriche sono in grado di sostenere sono convenzionalmente codificate dalla categoria di sovratensione (I, II, III, IV) in relazione alla tensione di tenuta ad impulso (vedi Figura 2).

La scelta dell’SPD

E’ importante conoscere i parametri per la scelta di un SPD e quali sono le prescrizioni relative alla limitazione delle sovratensioni per ottenere un coordinamento dell’isolamento nei casi descritti nella sezione 443. Un SPD viene scelto in base alla classe di impiego e ad alcuni importanti parametri riportati nella variante (Norma CEI 64-8 parte 5 sezione 534). Il concetto della protezione con gli SPD si basa sulla protezione a zone, ovvero, è importante identificare le zone ed attribuire a queste i livelli di protezione. Ci viene in soccorso la CEI EN 62305-1 che divide l’edificio in diverse zone. In generale, all’ingresso nel quadro generale (definita zona 1) si inserisce un SPD di tipo 1 o 2; in un’area dell’edificio (definita zona 2) si inserisce un SPD di tipo 2, mentre in prossimità delle apparecchiature (zona di protezione terminale o zona 3) si inserisce un SPD di tipo 3. Nella maggior parte dei casi è sufficiente l’installazione nel centralino di un SPD di tipo 2, che è in grado di ridurre di 100 volte il rischio di danneggiamento delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. In casi particolari, ovvero laddove le apparecchiature sono molto lontane dall’SPD installato nel centralino (SPD 2), potrebbe essere necessario installare SPD addizionali in prossimità dei carichi da proteggere (SPD di tipo 3). In generale, per stabilire quando non è sufficiente un SPD di Tipo 2, occorre fare riferimento alle Norme della serie EN 62305: 

• gli SPD ad arrivo linea devono essere di Tipo 1 se NFD + NFL> 0,01 (NFD è il numero annuo di fulminazioni dirette sull’edificio e NFL sulla linea –sezione 443 della V5);

• alla sensibilità delle apparecchiature da proteggere per gli SPD di tipo 3.

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