Come funziona la protezione contro le sovratensioni

Cosa succede quando un picco di tensione colpisce le vostre apparecchiature? Quando un picco di tensione colpisce le vostre apparecchiature, l'elevata tensione momentanea può causare un sovraccarico dei circuiti interni, danni ai componenti o addirittura un guasto irreversibile. Come funziona la protezione contro i picchi di tensione? I dispositivi di protezione contro i picchi di tensione rilevano le sovratensioni e le scaricano in modo sicuro a terra tramite componenti specializzati.

Comprendere le cause dei picchi di tensione e i relativi meccanismi di protezione può aiutarti a prolungare efficacemente la durata delle tue apparecchiature ed evitare potenziali perdite economiche.

Quali sono le cause dei picchi di tensione?

Surges are transient voltage surges in electrical systems that can cause serious damage to electronic equipment. The main sources of surges can be categorized as external and internal:

Esterno: causato principalmente da fulmini e interruzioni della rete elettrica.

Quando un fulmine colpisce un impianto elettrico oppure la rete subisce danni ai trasformatori o cortocircuiti sulle linee, le tensioni altissime generate istantaneamente vengono trasmesse attraverso le linee alle apparecchiature terminali.

Interno: tenendo conto di 60% – 80% di tutti gli eventi di sovratensione, comuni negli elettrodomestici ad alta potenza (come condizionatori d’aria e frigoriferi), provocano l’avvio e l’interruzione della corrente generata dal cambiamento improvviso, così come i circuiti sovraccarichi, l’invecchiamento delle linee elettriche o i contatti difettosi causati dalle fluttuazioni di tensione.

Le sovratensioni transitorie possono causare diversi rischi: un calo delle prestazioni delle apparecchiature leggere, la perdita di dati o il surriscaldamento dei componenti, oppure gravi danni diretti al circuito stampato, con conseguente rischio di incendio.

Data la natura improvvisa e imprevedibile dei picchi di tensione, l'uso di dispositivi di protezione contro le sovratensioni, un cablaggio elettrico a norma e ispezioni periodiche dell'impianto elettrico sono misure fondamentali per garantire la sicurezza delle apparecchiature.

Come funzionano i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD)?

La funzione principale di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) è quella di proteggere le apparecchiature del circuito deviando o limitando la tensione in eccesso verso terra o portandola a un livello di sicurezza.

Il suo funzionamento si basa su componenti non lineari (ad esempio varistori a ossido metallico (MOV), tubi a scarica di gas (GDT), diodi di soppressione delle tensioni transitorie (TVS), ecc.).

Questi componenti regolano dinamicamente il proprio stato di impedenza in risposta alle variazioni di tensione:

• A tensioni normali, l'SPD si trova in uno stato di alta impedenza (simile a un circuito aperto) e non ha alcun effetto sul sistema
• Quando la tensione supera la soglia di sicurezza (ad esempio, in caso di fulmine o sovratensione), l’impedenza dell’SPD scende a uno stato di bassa impedenza in pochi nanosecondi, formando un percorso conduttivo che convoglia la maggior parte della corrente transitoria verso terra o verso un circuito di sicurezza, limitando al contempo la sovratensione a un intervallo tollerabile per l’apparecchiatura
• Una volta terminata la sovratensione, l'SPD torna automaticamente a uno stato di alta impedenza per garantire il normale approvvigionamento di energia al sistema

Nozioni di base sui dispositivi di protezione contro le sovratensioni: componenti chiave degli SPD

• Varistore a ossido metallico (MOV): Reagisce alle variazioni improvvise di tensione grazie al materiale semiconduttore ceramico; conduce e devia la corrente in presenza di alta tensione; è ampiamente utilizzato per la protezione primaria dei circuiti a bassa tensione.

• Tubo a scarica di gas (GDT): Grazie alle caratteristiche della scarica di ionizzazione in gas inerte, è in grado di resistere a impatti ad altissima energia; viene comunemente utilizzato nella protezione contro i fulmini come primo livello di scarico di corrente.

• Diodo di soppressione delle tensioni transitorie (TVS): velocità di risposta estremamente elevata (ordine dei picosecondi), adatta alle apparecchiature elettroniche di precisione, la soluzione ideale per una protezione ottimale.

Tipi di SPD

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sono fondamentali per proteggere gli impianti elettrici dai picchi di tensione. Esistono tre tipi principali di SPD, ciascuno progettato per garantire un diverso livello di protezione contro le sovratensioni.

SPD di tipo 1: Difesa contro i fulmini

Gli SPD di tipo 1 vengono installati sul quadro elettrico principale di un edificio per bloccare i fulmini diretti (impulso da 10/350 μs) con correnti di sovratensione fino a 200 kA. Sono fondamentali nelle zone soggette a fulmini e vengono utilizzati in combinazione con parafulmini esterni per convogliare l'energia in modo sicuro.

SPD di tipo 2: protezione contro le sovratensioni per l'uso quotidiano

I dispositivi SPD di tipo 2 vengono installati in quadri secondari o armadi per gestire le sovratensioni residue causate da fulmini indiretti o da problemi interni, come l'avviamento dei motori.

Per i quadri di distribuzione in corrente alternata che richiedono una protezione di tipo 2, il Serie OMYT40 SPD CA Tipo 2 può essere valutato nell'ambito della selezione del modello, dopo aver verificato la configurazione dei poli e la tensione del sistema.

Grazie all'utilizzo di varistori a ossido metallico (MOV), limitano la tensione a un livello di sicurezza e sono ideali per abitazioni e aziende soggette a picchi di tensione moderati.

SPD di tipo 3: Sicurezza a livello di dispositivo

I dispositivi SPD di tipo 3 sono collocati nelle immediate vicinanze di apparecchiature elettroniche (computer, dispositivi medici) e sono in grado di neutralizzare piccoli transitori ad alta frequenza che superano le protezioni di tipo 1/2. Sono solitamente integrati nelle ciabatte elettriche per proteggere da perdita di dati, incendi e danni alle apparecchiature.

Come funziona la protezione contro le sovratensioni nelle applicazioni pratiche

Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD), in quanto componente fondamentale dei moderni sistemi di alimentazione, previene efficacemente i danni alle apparecchiature elettriche causati dalle sovratensioni transitorie (TOV) grazie a un meccanismo multilivello di scarica dell'energia e di limitazione della tensione.

Questi dispositivi funzionano convogliando la tensione in eccesso verso terra, garantendo così la sicurezza dei nostri dispositivi elettronici e degli elettrodomestici.

Uso residenziale

In ambito domestico, gli SPD fungono da barriera tra i costosi dispositivi elettronici e una rete elettrica imprevedibile. Una famiglia media statunitense possiede dispositivi elettronici per un valore di circa $15.000, che vanno dalle smart TV e dalle console di gioco ai frigoriferi e agli impianti di climatizzazione. Senza una protezione adeguata, un singolo picco di tensione può rendere inutili questi investimenti nel giro di pochi millisecondi.

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni per tutta la casa, installato sul quadro elettrico, garantisce una protezione completa per l'intero impianto elettrico.

A differenza delle strisce di protezione installate nei punti di utilizzo, che proteggono solo i dispositivi collegati direttamente alla presa, gli SPD montati su quadro proteggono tutti i dispositivi collegati all’impianto elettrico della vostra abitazione. Questo approccio a più livelli crea una vera e propria fortezza attorno alle apparecchiature elettroniche, consentendo di risparmiare potenzialmente migliaia di dollari in costi di sostituzione e prolungando al contempo la durata delle vostre apparecchiature.

Commerciale e industriale

Per le aziende, la protezione contro le sovratensioni non serve solo a salvaguardare le apparecchiature, ma anche a garantire il mantenimento dei flussi di ricavi e la continuità operativa.

Secondo uno studio di settore condotto dall’Electric Power Research Institute, gli stabilimenti produttivi che subiscono un’interruzione di appena un’ora a causa di danni alle apparecchiature provocati da picchi di tensione potrebbero subire perdite superiori a $100.000.

Gli SPD industriali avanzati utilizzano una tecnologia sofisticata, specificamente calibrata per ambienti ad alto rischio in cui non è ammesso alcun guasto alle apparecchiature. Questi sistemi robusti proteggono da minacce esterne, quali i fulmini, e da sovratensioni interne generate dall’intenso ciclo meccanico degli interruttori.

Il ritorno sull'investimento risulta evidente se si considera che un singolo controller di produzione protetto può evitare fermi linea della durata di giorni o settimane.

Monitoraggio e integrazione dell'IoT

La diffusione dei dispositivi IoT ha creato nuove vulnerabilità nella nostra rete elettrica. Questi sistemi sensibili operano spesso con margini di potenza minimi, il che li rende particolarmente vulnerabili anche a piccole fluttuazioni di tensione che i dispositivi tradizionali potrebbero sopportare senza problemi.

I moderni SPD intelligenti sono andati oltre la protezione passiva per diventare elementi attivi del sistema. Forniscono aggiornamenti in tempo reale sullo stato, prevedono potenziali guasti prima che si verifichino e si integrano con i sistemi di gestione degli edifici.

Alcuni modelli avanzati sono persino in grado di effettuare periodicamente un’autoverifica e di avvisare i team di manutenzione quando è necessario sostituirli, con largo anticipo rispetto al momento in cui la protezione potrebbe essere compromessa.

Questo approccio proattivo trasforma la protezione contro le sovratensioni da una semplice politica aziendale a una risorsa strategica. Per le strutture critiche come i data center o gli ospedali, che devono garantire un funzionamento ininterrotto, questi sistemi intelligenti assicurano che la protezione rimanga affidabile e verificabile in ogni momento.

La promessa è semplice ma efficace: niente sorprese, niente guasti imprevisti e nessun compromesso in materia di protezione.

Scegliere l'SPD corretto in base ai diversi standard

La scelta del dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) più adatto deve essere valutata in base a diversi standard.

1. UL 1449 (norma americana)

La norma UL 1449 classifica gli SPD nei tipi 1, 2 e 3, che corrispondono a diversi scenari:

• Tipo 1: installato agli ingressi degli edifici per proteggere dalle correnti con forma d'onda di 10/350 μs causate da fulmini diretti (ad esempio, agli ingressi dei quadri elettrici);
• Tipo 2: Utilizzato nei quadri elettrici principali per la protezione contro correnti con forma d'onda da 8/20 μs derivanti da fulmini indiretti, con una corrente di scarica nominale tipica (In) di 20 kA;
• Tipo 3: protezione dei dispositivi terminali (ad es. prese di corrente) con tempi di risposta più rapidi, adatta agli strumenti di precisione.

Parametri chiave

• VPR (Voltage Protection Rating): ad esempio 330 V, indica che la tensione di picco è limitata a un valore inferiore a 330 V.

2. IEC 61643 (norma internazionale)

• Classe I: Resistente ai fulmini diretti (forma d'onda 10/350 μs), Iimp ≥ 5 kA, applicabile a scenari ad alto rischio quali gli impianti fotovoltaici17;
• Classe II: Resistenza ai fulmini indotti (forma d'onda 8/20 μs), In ≥ 20 kA, per derivazione di edificio scatole di distribuzione;
• Classe III: protezione di precisione (onda composta 1,2/50 μs + 8/20 μs), per terminali quali le apparecchiature mediche.

Differenze principali

• Le norme IEC si concentrano maggiormente sulla tensione residua (Up) e si raccomanda che le apparecchiature industriali abbiano un valore di Up inferiore a 1,5 kV;
• Le correnti di prova UL e IEC sono diverse (ad esempio, la Classe I IEC corrisponde al Tipo 1 UL, ma i requisiti relativi alla forma d'onda differiscono notevolmente).

3. BS 7671 (norma britannica)

• Edifici rurali/grattacieli: è richiesto un SPD di Classe I (Iimp ≥ 25 kA) in grado di resistere a un’elevata probabilità di fulmini;
• Edifici commerciali urbani: il requisito minimo è un SPD di Classe II (In ≥ 20 kA/fase).

Punti di attuazione

Coordinamento a cascata: Classe I per le quadri di distribuzione principali, Classe II per i quadri di distribuzione secondari e Classe III per i terminali.

Conclusione

In quest’epoca di dipendenza dai dispositivi elettronici, le sovratensioni sono diventate una minaccia invisibile per la sicurezza delle apparecchiature. È più saggio capire come si formano le sovratensioni e adottare misure preventive piuttosto che risolvere il problema a posteriori.

Installando un adeguato sistema di protezione contro le sovratensioni, ispezionando regolarmente l'impianto elettrico e imparando a riconoscere i segnali di allarme relativi alle sovratensioni, è possibile ridurre efficacemente il rischio di danni alle apparecchiature.

Queste informazioni vi aiuteranno a proteggere in modo più efficace le vostre apparecchiature elettroniche dagli effetti dannosi delle sovratensioni.

OOHMAGE: il fornitore completo di dispositivi di protezione contro le sovratensioni

Rivolgersi a professionisti qualificati durante la progettazione di un impianto elettrico può aiutare a individuare i dispositivi più adatti. Affidarsi a un fornitore affidabile può fare la differenza.

OOHMAGE Si distingue come marchio di fiducia nel settore delle apparecchiature per la sicurezza elettrica, offrendo una gamma completa di sezionatori, interruttori di disconnessione e componenti correlati di alta qualità.

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Domande frequenti

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni possono proteggere dai fulmini?

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni non è in grado di proteggere completamente le apparecchiature dai fulmini diretti, ma può fornire un ulteriore livello di protezione contro i danni causati dai fulmini indiretti.

Quando è necessario sostituire un dispositivo di protezione contro le sovratensioni?

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni deve essere sostituito se il suo circuito di protezione è danneggiato (ad esempio, se si attiva la funzione di spegnimento automatico o se la spia di segnalazione si spegne).

Qual è la differenza tra un picco di tensione e un’interruzione di corrente?

Un picco di tensione è un breve aumento della tensione elettrica, mentre un’interruzione di corrente è una perdita totale dell’alimentazione elettrica. Entrambe le situazioni comportano rischi diversi e richiedono interventi diversi.

Come selezionare gli SPD nelle zone costiere?

La scelta di SPD resistenti alla corrosione da nebbia salina (con involucri classificati IP66 o superiori) può prolungare la durata dell'SPD fino a 30% rispetto ai modelli standard.