SPD: che cosa sono e quando devono essere usati

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1 Antonello Greco Gli SPD, o limitatori di sovratensione, costituiscono la principale misura di protezione contro le sovratensioni. La loro installazione può essere necessaria per ridurre i rischi di perdita di vite umane, di servizi pubblici, di patrimonio culturale dovuti alla fulminazione della struttura che ospita lʼimpianto elettrico. Le condizioni per eseguire la corretta valutazione del rischio e le istruzioni per la realizzazione degli impianti di protezione contro i fulmini sono descritte dalla serie di Norme CEI EN 62305: Gli SPD sono dispositivi atti a limitare le sovratensioni transitorie e a deviare le sovracorrenti e comprendono almeno un componente non lineare. Negli ambienti residenziali, la Norma CEI 64-8: : Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a V in corrente alternata e a V in corrente continua, prescrive lʼinstallazione degli SPD per rendere tollerabile il rischio R 1 (Livello 1 e Livello 2) ovvero ai fini della protezione contro le sovratensioni (Livello 3). Ridurre il rischio R 1 significa ridurre il rischio di perdita o danno permanente della vita umana. Gli altri rischi presi in considerazione dalla Norma CEI sono: R 2 : rischio di perdita di servizio pubblico; R 3 : rischio di perdita di patrimonio culturale. La protezione contro i fulmini è necessaria se il rischio R è superiore al livello tollerabile R T (la condizione deve essere soddisfatta per ciascun tipo di perdita). Figura 1: valori tipici di rischio tollerabile R T

2 Inoltre, la necessità di protezione contro il fulmine per ridurre il rischio di perdita economica R 4 è valutata in base al rapporto fra il costo delle misure di protezione e il beneficio economico ottenuto con la loro adozione (Norme CEI 81-29: ). In questo caso, lʼinstallazione degli SPD risulta quasi sempre conveniente, in relazione al valore delle apparecchiature da proteggere. Per permettere la corretta messa a terra degli eventuali SPD tramite un opportuno mezzo di connessione, lʼarticolo 37.4 della Norma CEI 64-8: prescrive che il conduttore di protezione proveniente dallʼimpianto di terra dellʼedificio raggiunga direttamente il quadro di arrivo (principale) dellʼunità abitativa. Figura 2: Esempio di installazione degli SPD nel o vicino allʼorigine dellʼimpianto

3 SPD: che cosa sono e quando devono essere usati La sezione minima dei conduttori di connessione degli SPD deve essere: Figura 3: Minima sezione dei componenti delle connessioni equipotenziali Inoltre (Articolo della Norma CEI 64-8: ), i conduttori di collegamento dellʼspd verso i conduttori attivi e verso il nodo di terra devono essere i più corti possibile, al fine di limitare la caduta di tensione (massimo 0,5 m) Livelli prestazionali e di fruibilità: - Livello 1: livello minimo previsto dalla Norma. - Livello 2: per unità immobiliari con una maggiore fruibilità degli impianti, tenuto anche conto delle altre dotazioni impiantistiche presenti. - Livello 3: per unità immobiliari con dotazioni impiantistiche ampie ed innovative (domotica). Per ognuno dei tre livelli, la Tabella A della Norma CEI 64-8: fornisce i criteri minimi e le dotazioni minime.

4 Protezione dalle sovratensioni Una sovratensione (overvoltage) è una differenza di potenziale transitoria che si stabilisce fra un conduttore di fase e quello di terra o fra i conduttori di fase e che presenta un valore di tensione superiore a quello di tenuta delle apparecchiature. La Norma CEI EN 50160: definisce la sovratensione dovuta a fulminazione (a manovre o a interventi di fusibili) come sovratensione transitoria ovvero una sovratensione oscillatoria o non oscillatoria di breve durata di solito molto smorzata e con durata di pochi millisecondi o inferiore. La fulminazione di una struttura (sorgente di danno S1), in prossimità della struttura (sorgente di danno S2), di un servizio connesso alla struttura (sorgente di danno S3) o in prossimità di un servizio connesso alla struttura (sorgente di danno S4) può causare guasti o malfunzionamenti degli impianti interni. In particolare, il fulmine può provocare: D1: danno ad esseri viventi per elettrocuzione; D2: danno materiale (incendio, esplosione, distruzione meccanica, rilascio di sostanze chimiche) dovuto agli effetti della corrente di fulmine, scariche disruptive incluse; D3: guasto di impianti elettrici e elettronici dovuti allʼimpulso elettromagnetico del fulmine (LEMP). Per ciascun tipo di danno relativo alla struttura da proteggere, solo o in combinazione con altri, il fulmine può produrre differenti perdite. Il tipo di perdita che può verificarsi dipende dalle caratteristiche della struttura stessa. La Norma considera i seguenti tipi di perdita che possono verificarsi a causa di danneggiamenti alla struttura: L1: perdita di vite umane (inclusi danni permanenti); L2: perdita di servizio pubblico; L3: perdita di patrimonio culturale insostituibile; L4: perdita economica (struttura, contenuto e perdita di attività).

5 SPD: che cosa sono e quando devono essere usati Figura 4: Procedura per la valutazione della necessità o meno della protezione e per la scelta delle misure di protezione Per quanto riguarda i guasti agli impianti elettrici ed elettronici, questi possono essere causati (Norma CEI EN ) dallʼimpulso elettromagnetico connesso al fulmine (LEMP) tramite: a) gli impulsi condotti ed indotti trasmessi agli apparati attraverso i conduttori;

6 b) gli effetti del campo elettromagnetico irradiato direttamente sullʼapparato stesso. Gli impulsi esterni alla struttura sono generati dai fulmini che colpiscono le linee entranti o il suolo nelle loro vicinanze, e sono trasmessi agli impianti elettrici ed elettronici interni alla struttura attraverso le linee stesse; gli impulsi interni alla struttura sono generati dai fulmini che colpiscono la struttura o il suolo vicino ad essa. Scelta degli SPD La figura 5 mostra un esempio di installazione di SPD. Figura 5: Esempio di installazione di SPD di Classe di prova I, II e III

7 Gli SPD di bassa tensione (Norma CEI EN ) sono dimensionati in relazione alla tenuta allʼimpulso dellʼapparecchiatura da proteggere, installati in prossimità dellʼapparecchiatura da proteggere e coordinati con gli altri dispositivi di protezione dalle sovratensioni. La categoria di tenuta ad impulso da assegnare ai singoli componenti (Norma CEI 64-8) è indicata in figura 6, mentre la successiva figura 7 descrive la tensione nominale di tenuta allʼimpulso richiesta per i componenti elettrici dellʼimpianto. Figura 6: Descrizione delle categorie di tenuta ad impulso (categorie di sovratensione)

8 Figura 7: Tensione nominale di tenuta allʼimpulso richiesta per i componenti elettrici La scelta degli SPD è effettuata con riferimento al livello di tensione di protezione, al punto dʼinstallazione e alla corrente di scarica. La scelta dellʼappropriato livello di tensione di protezione di un SPD dipende dalla: tensione di tenuta ad impulso U W dellʼapparato da proteggere; lunghezza delle connessioni dellʼspd; lunghezza e percorso delle connessioni tra lʼspd e lʼapparato. In funzione del punto in cui devono essere installati, gli SPD devono essere: a) provati con I imp (Classe di prova I) o provati con I n (Classe di prova II), allʼingresso della linea nella struttura; b) provati con I n (Classe di prova II) o provati con onda combinata U OC (Classe di prova III), in prossimità degli apparati da proteggere. Pertanto, gli SPD installati nel punto di ingresso delle linee entranti devono essere di Tipo 1 ovvero provati per sopportare la corrente di fulmine (onda 10/350 µs); possono essere di Tipo 2 (onda 8/20 µs), solo a condizione che sia trascurabile (N D + N L 0,01 fulmini/anno) il numero annuo di fulmini diretti sullʼedificio (N D ) e sulla linea (N L ).

9 Figura 8: Informazioni sulla classificazione degli SPD II valore della corrente di scarica di un SPD dipende dal livello di protezione (LPL) richiesto e dal tipo di corrente attesa (fulminazione diretta o indiretta). Figura 9: Corrispondenza tra il livello di protezione e la classe dellʼlps Connessione degli SPD Per la protezione degli impianti elettrici contro le sovratensioni transitorie di origine atmosferica trasmesse da un sistema di alimentazione elettrica, la Norma CEI 64-8 prescrive (Sistemi TT con protezione mediante interruzione automatica dellʼalimentazione) la connessione degli SPD a valle/monte di un interruttore differenziale (figure 10, 11 e 12). Qualora si adotti lʼinstallazione sul lato a valle dellʼinterruttore differenziale, lʼinterruttore differenziale (con o senza ritardo nellʼintervento) non deve essere sensibile alle correnti di scarica 3 ka (8/20 μs). Ricordo che la Norma prevede tre modalità di connessione: - Tipo A: negli impianti dove cʼè una connessione diretta fra il neutro e il conduttore di protezione (PE) nel punto dʼinstallazione dellʼspd, o vicino ad esso, o, se non esiste il neutro, fra ciascun conduttore di fase e il

10 SPD: che cosa sono e quando devono essere usati collettore principale di terra o il conduttore di protezione principale, scegliendo tra i due percorsi il percorso più breve; Figura 10: Installazione di SPD in sistemi TN e IT (Connessione tipo A) - Tipo B: negli impianti dove non cʼè una connessione diretta fra il neutro e il conduttore di protezione (PE) nel punto dʼinstallazione dellʼspd, o vicino ad esso fra ciascun conduttore di fase e il collettore principale di terra o il conduttore di protezione principale, e fra il conduttore di neutro e il collettore principale di terra o il conduttore di protezione, scegliendo comunque il percorso più breve;

11 SPD: che cosa sono e quando devono essere usati Figura 11: Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo B) SPD sul lato a valle dellʼinterruttore differenziale - Tipo C: negli impianti dove non cʼè una connessione diretta fra il neutro e il conduttore di protezione (PE) nel punto di installazione dellʼspd, o vicino ad esso fra ciascun conduttore di fase e il conduttore di neutro e fra il

12 SPD: che cosa sono e quando devono essere usati conduttore di neutro e il collettore principale di terra o il conduttore di protezione, scegliendo comunque il percorso più breve. Figura 12: Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo C) SPD sul lato a monte di un interruttore differenziale

13 La Guida CEI 81-27: contiene la definizione delle modalità tecniche dʼinstallazione degli SPD sulla linea di alimentazione entrante in un edificio al fine di conseguire una protezione adeguata alle richieste della Norma CEI La Guida non si occupa della protezione contro le sovratensioni delle apparecchiature allʼinterno della struttura, bensì individua i casi in cui è necessario installare gli SPD sulla linea elettrica, definendo gli SPD idonei alla protezione ed i criteri dʼinstallazione. Pertanto non esime dalla valutazione del rischio di fulminazione, la cui progettazione (impianti di protezione da scariche atmosferiche) è obbligatoria per gli edifici di volume superiore a 200 m 3 e deve essere eseguita da un professionista iscritto ad un albo nellʼambito delle proprie competenze (Decreto ministeriale 22/01/2008 n. 37).

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