SPD: CONTRO GLI SBALZI DI TENSIONE.
Gli sbalzi di tensione avvengono con molta frequenza anche se non ce ne accorgiamo. Per le nostre apparecchiature è come un pugno nello stomaco che ne riduce la vita operativa. Bisogna sapere che di tutti i danni provocati agli apparati elettronici oltre il 70% è causato direttamente dalle sovratensioni. Un colpevole che agisce senza essere visto!
La tensione a 230 V non è costante.
Viviamo un mondo tecnologico altamente protetto eppure gli sbalzi di tensione nella rete sono all'ordine del giorno. Particolarmente dannosi gli sbalzi che vanno oltre i 230 V conosciuti come "sovratensioni".
Ci sono diverse cause che le generano:
- Fenomeni naturali: i fulmini rilasciano una potenza che può arrivare a centinaia di Gigawatt (miliardi di Watt) e riescono ad influenzare una linea elettrica anche a Km di distanza. Parte di questa energia viene scaricata nei cavi e da qui si sofga nelle nostre abitazioni.
- Fenomeni involontari: causati dai grandi consumatori e dovuti a carichi scollegati impropriamente dalla rete o interruzione del neutro per danneggiamento.
- Interferenze parassite: una corrente genera sempre un campo magnetico che a sua volta influenza i sistemi elettrici. Senza addentrarci troppo in "fisica" si sappia soltanto che non tutta l'energia elettrica viene convogliata nei cavi, un piccola parte, a volte anche una parte importante, si diffonde nell'ambiente. In altri casi alcune correnti si generano perchè gli impianti non sono perfettamente equilibrati oppure per danni.
- Interventi di manutenzione: disconnessioni di intere sezioni di linea elettrica e/o grossi motori ed utenze "ingombranti" causa lavori. Sono interventi di brevissima durata ma per contro molto più frequenti.
Bisogna sempre tenere a mente un concetto fondamentale:
OGNI IMPROVVISA MODIFICA DEL CARICO SULLA RETE = SOVRATENSIONE. Dura meno di un battito di ciglia ma è molto distruttiva.
Fino a 20 volte la tensione.
Gli sbalzi di tensione provocati da manovre sulla rete possono facilmente superare i 500/700 V, mentre quelli provocati da fulmini abbondantemente oltre 4.000 V. Da non credere vero?
In particolare ne risentono i sistemi elettronici che, oltre ad essere nei computer, Tv, antifurto, telefoni ecc ormai sono quasi in ogni elettrodomestico. Nei circuiti si creano "microfratture" non molto simpatiche che pian piano rosicchiano la vita operativa o peggio, in caso di fulmini, bruciano all'istante componenti vitali .
Protezione mirata.
Fortunatamente esistono degli apparati, chiamati SPD (Surge Protection Device) che devono essere montati non solo nel quadro ma anche in prossimità delle utenze da proteggere. In pratica è un impianto nell'impianto. Sono costruiti in modo da accorgersi di questi improvvisi aumenti di tensione ed in grado di scaricarli direttamente a Terra.
Collegando questa protezione, obbligatoria in caso di impianto livello 3 ed in alcuni casi nei livelli 1 e 2, si eviteranno ai sistemi elettronici di essere danneggiati da picchi di tensione che, come abbiamo visto, fanno parte del quotidiano anche se ce ne accorgiamo solo quando è troppo tardi.
Il nome tecnico di questa protezione è "limitatore di sovratensione" e ne esistono di 3 Tipi, ognuno con una funzione specifica e che possono e/o devono lavorare insieme. Quello di un SPD è un lavoro duro, è il "body guard" della rete elettrica e nel tempo letteralmente si consuma.
Il consumo.
Questa volta non è il consumo di energia ma quello vero e proprio dell'apparato. Proteggere contro le sovracorrenti porta gli elementi interni a sostenere un numero impressionante di scariche elettriche verso terra ed i materiali letteralmente si consumano.
L'aspettativa di vita è di 20 anni, in casi particolarmente gravosi anche soli 5 anni.
Per questo motivo c'è un indicatore di stato verde che diventa rosso a fine vita ma con la possibilità di sostituire la cartuccia e ripristinare la protezione. In Fig.2, dal catalogo BTicino, un SPD con cartuccia estraibile.
Purtroppo, e questo è il rovescio della medaglia, non basta un solo SPD a protezione di tutto l'mpianto. Per esempio il tipo 1 protegge da distruzione e/o incendi ma non le apparecchiature. Bisognerà quindi aggiungerne altri, di Tipo 2 e 3, ed anche il più possibile accanto al dispositivo da salvaguardare.
Un bravo elettricista (non tutti conoscono veramente a fondo l'argomento) saprà darvi le indicazioni utili ed il costo non è esattamente indolore. Ma neppure le apparecchiature. Quindi se avete problemi gravi cercate un'azienda seria ed attrezzata per questi tipi di installazione.
Il fai da te.
Anche dal punto di vista dell'installazione ci sono molti accorgimenti da tenere bene a mente, la lunghezza dei cavi è critica così come la messa a terra. E persino il trattamento dei fasci di cavi protetti e non protetti e gli angoli di incrocio da rispettare.
Tutto questo per dire che il limitatore di sovratensione non è un prodotto per il "fai da te". Pratica, in questo caso, assolutamente da evitare!
I paramentri da considerare per la scelta dei Tipi dipendono da moltissimi fattori, persino se accanto alla vs. abitazione esiste un impianto parafulmini. Ed il cablaggio e la scelta dei cavi gioca un ruolo FONDAMENTALE per l'efficacia della protezione.
APPROFONDIMENTI
Funzionamento
L'obiettivo è contrastare le sovratensioni transitorie ed impulsive provocate sia da fulmini che da "manovre" riportando i valori di tensione sotto la "tenuta all'impulso" Uimp (CEI EN 61439) delle apparecchiature.
Gli SPD sono progettati sulla base prevalente di due forme d'onda STANDARD utilizzate per simulare la fulminazione diretta, indiretta e gli effetti delle manovre elettriche.
In Verde, con fronte ripido di breve durata (8 μs) e con emivalore corrispondente a 20 μs, a basso contenuto energetico, simula una fulminazione indiretta, effetti di manovre sulla rete e interferenze parassite.
In Rosso la forma d'onda di lunga durata con fronte di salita di 10 μs e con emivalore pari a 350 μs ad alto contenuto energetico per le prove di fulminazione diretta.
Esistono di tre tipi:
T1: Tipo 1, classe di prova I. Sopportano la corrente da fulmine. Testati con la corrente di prova Iimp (linea rossa fig.3) e la corrente In (linea verde fig.3) si utilizzano posizionati all’arrivo linea, di solito nel quadro generale.
T2: Tipo 2, classe di prova II. Testati con la corrente di prova 8/20μs ( linea verde fig.3). Indicati per sovratensioni causate da manovre e/o residui di corrente da fulmine, posizionati nei centralini;
T3: Tipo 3, classe di prova III. Si utilizza in impianti con presenza di SPD Tipo I o Tipo II. Vanno posizionati il più possibile in prossimità delle apparecchiature che dovranno proteggere.
I principi di funzionamento dipendono dagli elementi interni utilizzati che possono essere:
- Spinterometro:
Caratterizzato da un'impedenza elevata che precipita a valori 0.1-1 Ω in circa 100 ns, consiste in due elettrodi, uno collegato alla Fase, l'altro alla Terra.
Si innesca un arco elettrico al verificarsi della sovratensione che al termine dell'evento si estingue rapidamente grazie alla camera di estinzione. Nel caso l'SPD non sia in grado di estinguere l'arco è previsto l'intervento di un fusibile di backup.
- Varistore:
E' un resistore non lineare la cui impedenza, molto elevata, si riduce quasi a zero con il crescere della tensione. A riposo fluisce una piccola quantità di corrente (detta continuativa Ic ) che cresce fino ad un vero e proprio corto circuito all'aumentare della sovratensione.
- Diodo Soppressore (Zener):
Come è noto il Diodo Zener è a senso unico, come tutti gli altri, tranne quando polarizzato inversamente ad una determinata tensione permette il passaggio di corrente. Per questo motivo viene utilizzato come stabilizzatore e trova applicazione anche negli SPD. Ha il vantaggio di avere tempi di risposta rapidi e basse correnti di fuga sopporta però basse energie per questo sono utilizzati con SPD di Tipo III a protezione mirata di apparecchiature in sinergia con SPD di Tipo I e II.
- Combinato:
Gli SPD utilizzano le sopracitate tecnologie combinate tra loro, in serie o parallelo, per aumentarne affidabilità o durata dell'apparato stesso. Tipicamente si trovano SPD al cui interno sono presenti Spinterometro e Varistore in grado quindi di gestire forme d'onda 10/350 μs e 8/20 μs (Tipo I e Tipo II).