Se la tua casa ha molti elettrodomestici costosi, è meglio occuparsi di organizzare una protezione completa della rete elettrica. In questo articolo parleremo dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni, perché sono necessari, cosa sono e come vengono installati.
La natura delle sovratensioni e il loro impatto sulla tecnologia
Fin dall'infanzia, molti hanno avuto familiarità con il trambusto di scollegare gli elettrodomestici dalla rete al primo segno di un temporale imminente. Oggi l'equipaggiamento elettrico delle reti urbane è diventato più avanzato, motivo per cui molte persone trascurano i dispositivi di protezione elementare. Allo stesso tempo, il problema non è del tutto scomparso, gli elettrodomestici, soprattutto nelle abitazioni private, sono ancora a rischio.
La natura del verificarsi di sovratensioni impulsive (IP) può essere naturale e artificiale. Nel primo caso, i fulmini si verificano a causa di fulmini sulle linee elettriche aeree e la distanza tra il punto di impatto e i consumatori a rischio può raggiungere diversi chilometri. È anche possibile colpire antenne radio e parafulmini collegati all'anello di terra principale, nel qual caso si verifica una sovratensione indotta nella rete domestica.
1 - fulmine a distanza nelle linee elettriche; 2 - consumatori; 3 - anello di terra; 4 - fulmine vicino nelle linee elettriche; 5 - fulmine diretto nel parafulmine
Gli IP artificiali sono imprevedibili, sorgono a causa di sovraccarichi di commutazione nelle sottostazioni di trasformazione e distribuzione. Con un aumento asimmetrico della potenza (solo in una fase), è possibile un forte salto di tensione, è quasi impossibile prevederlo.
Le tensioni impulsive sono molto brevi nel tempo (inferiore a 0,006 s), compaiono sistematicamente nella rete e il più delle volte passano inosservate all'osservatore. Gli elettrodomestici sono progettati per resistere a picchi fino a 1000 V, che compaiono più spesso. A una tensione più elevata, è garantita l'interruzione dell'alimentazione ed è anche possibile la rottura dell'isolamento nel cablaggio della casa, che porta a più cortocircuiti e un incendio.
Come è organizzato SPD e come funziona
SPD, a seconda della classe di protezione, può avere un dispositivo a semiconduttore su varistori o avere uno scaricatore di contatti. In modalità normale, l'SPD funziona in modalità bypass, la corrente al suo interno scorre attraverso uno shunt conduttivo. Lo shunt è collegato alla terra di protezione tramite un varistore o due elettrodi con uno spazio vuoto rigorosamente standardizzato.
Durante una sovratensione, anche molto breve, la corrente passa attraverso questi elementi e si diffonde lungo il terreno o viene compensata da un forte calo della resistenza nell'anello fase-zero (cortocircuito). Dopo che la tensione si è stabilizzata, lo scaricatore perde la sua capacità e il dispositivo funziona di nuovo in modalità normale.
Pertanto, l'SPD chiude il circuito per un po' in modo che la tensione in eccesso possa essere convertita in energia termica. Allo stesso tempo, correnti significative passano attraverso il dispositivo, da decine a centinaia di kiloampere.
Qual è la differenza tra le classi di protezione
A seconda delle cause del verificarsi di IP, si distinguono due caratteristiche dell'onda di tensione aumentata: 8/20 e 10/350 microsecondi. La prima cifra è il tempo durante il quale l'IP raggiunge il suo valore massimo, la seconda è il tempo necessario per scendere ai valori nominali. Come puoi vedere, il secondo tipo di sovratensione è più pericoloso.
I dispositivi di classe I sono progettati per la protezione da IP con una caratteristica di 10/350 µs, che si verifica più spesso in caso di fulmini in linee elettriche a una distanza inferiore a 1500 m dal consumatore. I dispositivi sono in grado di far passare brevemente attraverso se stessi una corrente da 25 a 100 kA, quasi tutti i dispositivi di classe I sono basati su scaricatori.
Gli SPD di classe II sono focalizzati sulla compensazione dell'IP con una caratteristica di 8/20 µs, i valori di corrente di picco in essi variano da 10 a 40 kA.
La classe di protezione III è progettata per compensare le sovratensioni con valori di corrente inferiori a 10 kA con una caratteristica IP 8/20 µs. I dispositivi di classe di protezione II e III si basano su elementi semiconduttori.
Può sembrare che basti installare solo dispositivi di classe I, come i più potenti, ma non è così. Il problema è che maggiore è la soglia inferiore della corrente diretta, meno sensibile è l'SPD. In altre parole: con valori IP brevi e relativamente bassi, un potente SPD potrebbe non funzionare e uno più sensibile non sarà in grado di far fronte a correnti di questa portata.
I dispositivi di classe di protezione III sono progettati per eliminare il SI più basso - solo poche migliaia di volt. Sono completamente simili nelle caratteristiche ai dispositivi di protezione installati dai produttori negli alimentatori per elettrodomestici. In caso di installazione ridondante, sono i primi ad assumersi il carico e impedire il funzionamento dell'SPD nei dispositivi, la cui risorsa è limitata a 20-30 cicli.
C'è bisogno di un DOCUP, valutazione del rischio
Un elenco completo dei requisiti per l'organizzazione della protezione contro IP è riportato nella norma IEC 61643-21, è possibile determinare l'installazione obbligatoria secondo la norma IEC 62305-2, in base alla quale una valutazione specifica del grado di rischio di un fulmine sciopero e le conseguenze che ne derivano è stabilito.
In generale, quando si fornisce energia da linee elettriche aeree, è quasi sempre preferibile l'installazione di un SPD di classe I, a meno che non sia stata adottata una serie di accorgimenti per ridurre l'impatto dei temporali sulla modalità di alimentazione: rimessa a terra dei pali, PEN -conduttori e elementi portanti metallici, un parafulmine con sistemi di equalizzazione del potenziale separati.
Un modo più semplice per valutare il rischio è confrontare il costo degli apparecchi non protetti e dei dispositivi di sicurezza. Anche negli edifici multipiano, dove le sovratensioni sono molto basse con una caratteristica di 8/20, il rischio di rottura dell'isolamento o di guasto dei dispositivi è piuttosto elevato.
Installazione dei dispositivi nel quadro principale
La maggior parte degli SPD sono modulari e possono essere montati su una guida DIN da 35 mm. L'unico requisito è che lo schermo per l'installazione dell'SPD deve avere una custodia metallica con un collegamento obbligatorio al conduttore di protezione.
Quando si sceglie un SPD, oltre alle principali caratteristiche prestazionali, è necessario tenere conto anche della corrente nominale di esercizio in modalità bypass, che deve corrispondere al carico della rete. Un altro parametro è la tensione massima di bloccaggio, non deve essere inferiore al valore più alto all'interno delle fluttuazioni giornaliere.
Gli SPD sono collegati in serie ad una rete di alimentazione monofase o trifase, rispettivamente, tramite un interruttore bipolare e tetrapolare. La sua installazione è necessaria in caso di saldatura degli elettrodi spinterometro o rottura del varistore, che provoca un cortocircuito permanente. Le fasi e un conduttore di protezione sono collegati ai terminali superiori dell'SPD e zero ai terminali inferiori.
Esempio di connessione SPD: 1 - ingresso; 2 - interruttore automatico; 3 - SPD; 4 - autobus di terra; 5 - anello di terra; 6 - contatore elettrico; 7 - macchina differenziale; 8 - a macchine automatiche di consumatori
In caso di installazione di più dispositivi di protezione con classi di protezione differenti, questi devono essere coordinati mediante apposite induttanze collegate in serie all'SPD. I dispositivi di protezione sono integrati nel circuito in ordine crescente di classe. Senza coordinamento, gli SPD più sensibili assumeranno il carico principale e si guasteranno prima.
L'installazione di induttanze può essere evitata se la lunghezza della linea di cavi tra i dispositivi supera i 10 metri. Per questo motivo gli SPD di classe I vengono montati in facciata ancor prima del contatore, proteggendo il gruppo di misura dalle sovratensioni, e la seconda e la terza classe sono installate, rispettivamente, sull'ASU e sulle schermature a pavimento/gruppo.