Guida alla scelta dei limitatori di sovratensione

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1 TBS Guida alla scelta dei limitatori di sovratensione

2 PROTEZIONE DA SOVRATENSIONI Negli ultimi anni il proliferare di apparecchiature elettroniche sempre più sofisticate e sensibili nelle applicazioni civili, commerciali ed industriali, ha fatto assumere rilevanza sempre maggiore al fenomeno delle sovratensioni in quanto costituiscono le prima causa di danno di tali apparecchiature. Le sovratensioni compromettono la sicurezza delle persone quando innescano un incendio o danneggiano apparecchiature e/o impianti il cui mancato funzionamento può costituire un pericolo per le persone. Oggi, non può essere definito a regola d arte un impianto elettrico nel quale affidabilità e disponibilità del servizio svolto risultino compromessi per la mancanza delle misure di protezione contro le sovratensioni. OBO BETTERMANN offre al mercato una soluzione globale al problema delle sovratensioni, raggiungendo il giusto compromesso tra la spesa che si deve sostenere per una protezione così importante e l affidabilità assoluta dei componenti idonei a realizzarla. Gli effetti delle sovratensioni si possono manifestare in diversi punti dell impianto in bassa tensione. Per poterli contenere entro limiti accettabili per l impianto e le apparecchiature occorre installare gli SPD. Il compito degli SPD, acronimo di Surge Protective Devices, è quello di limitare la tensione dei circuiti elettrici entro un valore prefissato e di convogliare verso terra le sovracorrenti associate. Scegliere e dimensionare gli SPD non è tuttavia sufficiente per garantire la protezione desiderata, ma solo la corretta installazione permette il raggiungimento del livello di protezione atteso. Per evitare di inibire gli effetti benefici delle protezioni, è necessario attenersi ad alcuni preziosi suggerimenti che di seguito sono illustrati. SPD L SPD (Surge Protective Device) è un dispositivo che viene inserito tra i punti di un circuito tra i quali si vuole evitare il verificarsi di sovratensioni. Gli SPD presentano un impedenza variabile in funzione della tensione applicata ai loro capi. Un SPD può essere collegato tra i conduttori di fase e terra o tra fase e neutro o tra neutro e terra. L installazione della protezione può essere di modo comune, quando l SPD è installato tra i conduttori di fase e terra e tra il neutro isolato e terra, oppure in modo differenziale, quando l SPD è installato tra i conduttori di fase o tra fase e neutro isolato. Il funzionamento di un SPD si può riassumere in tre fasi. In assenza di sovratensioni il circuito si comporta come se l SPD non ci fosse poiché, presentando un alto valore di impedenza, equivale ad un circuito aperto. A questo proposito è utile ricordare che l installazione di SPD all interno dei quadri elettrici esistenti di tipo ANS ed AS non modifica né l immagine termica né il livello di corto circuito alle sbarre, per cui non è necessario produrre certificazioni nuove sul quadro, mentre è necessario produrre la dichiarazione di conformità da parte dell installatore che ha eseguito il montaggio. In presenza di sovratensione l SPD riduce la sua impedenza e la corrente associata alla sovratensione fluisce attraverso il dispositivo senza interessare le apparecchiature da proteggere. La tensione ai suoi capi viene mantenuta entro valori prefissati (Up). Al cessare del fenomeno di sovratensione l impedenza dell SPD ritorna al valore iniziale e l isolamento del circuito viene ripristinato. Gli SPD destinati alla protezione di linee di energia prodotti dalla OBO Bettermann adottano due tipologie costruttive: SPINTEROMETRI: composti da elettrodi a dischi di carbonio e da un materiale isolante intermedio a cui è affidata la funzione di spegnimento degli archi. VARISTORI: sono resistori all ossido di zinco con caratteristica tensionecorrente non lineare. Il valore della resistenza non è costante, ma diminuisce all aumentare della tensione, e quindi della corrente applicata. 2

3 PARAMETRI CARATTERISTICI DEGLI SPD Tensione massima continuativa U c. Valore efficace massimo ammissibile alla frequenza nominale che può essere applicato in funzionamento permanentemente. Corrente impulsiva I imp Valore di picco della corrente con forma d'onda 10/350 microsecondi che circola nell'spd. Utilizzata per la prova degli SPD di classe I adatti alla protezione contro la corrente di fulmine o da fulminazione diretta. Corrente nominale di scarica I n in ka Valore di cresta dell'onda dell'impulso di corrente 8/20 microsecondi utilizzata per la prova degli SPD di classe II, adatti alla protezione contro le sovratensioni originate da fulminazione indiretta Corrente massima di scarica I max Massima corrente con forma d'onda 8/20 microsecondi che l'spd è in grado di sopportare almeno una volta senza danneggiarsi. Livello di protezione U P Valore di tensione che determina il comportamento dell'spd nel limitare la tensione tra i suoi terminali. Tali valori di tensione devono essere coordinati con i valori delle tensioni di tenuta degli apparecchi da proteggere. La tensione di tenuta U tenuta è il massimo valore di tensione ad impulso sopportabile dall apparecchiatura senza danneggiarsi. La protezione risulta tanto più efficace quanto più è basso il livello di protezione U P rispetto al valore della tensione di tenuta delle apparecchiature a valle CLASSIFICAZIONE DEGLI SPD In relazione al tipo di impiego gli SPD possono essere classificati in tre classi di prova: Classe I Costruiti per sopportare correnti di fulmine, sono provati con una corrente di prova con forma d onda 10/350 microsecondi (curva verde). Possono gestire correnti di fulmine e quindi sono utilizzati dove il rischio di fulminazione diretta è elevato : all ingresso delle linee di alimentazione in strutture dotate di LPS esterno, sulle linee aeree entranti nelle strutture con l ultimo tratto interrato inferiore a 150 m e sui quadri elettrici sia primari che secondari collegati all LPS esterno. Classe II Sono provati con una corrente di prova con forma d onda 8/20 microsecondi (curva rossa), sia per la verifica della corrente nominale di scarica I n sia di quella massima I max. Non sono adatti alla protezione contro le scariche dirette ma possono essere impiegati quando si debbano scaricare correnti provocate da sovratensioni indotte: all ingresso delle linee di alimentazione delle strutture senza LPS esterno, nei quadri divisionali se distano più di 20 m dal quadro principale. Classe III Sono provati con un generatore in grado di fornire contemporaneamente una corrente di prova con forma d onda 8/20 microsecondi a circuito chiuso in cortocircuito e una tensione con forma d onda 1,2/50 microsecondi a circuito aperto. Questo tipo di SPD può essere usato per la protezione di apparecchiature collegate a circuiti già protetti con SPD di classe I o II, installati nelle vicinanze delle apparecchiature da proteggere. 3

4 LIVELLO DI PROTEZIONE EFFETTIVO La corrente di scarica durante il funzionamento dell SPD, provoca sui conduttori di collegamento dell SPD ai conduttori attivi e alla barra equipotenziale, cadute di tensione induttive che si sommano al livello di protezione Up. Livello di protezione effettivo dell SPD a limitazione U p/f = U p + u Livello di protezione effettivo dell SPD ad innesco U p/f = max ( U p e u ) Al fine della protezione deve essere U p/f < U w OBIETTIVO RIDURRE AL MINIMO LA u AZIONI Collegamenti L1 e L2 più brevi possibile: la norma suggerisce L< 50 cm. Collegamento ENTRA - ESCI. Sezione di collegamento almeno di 16mm DISTANZA DI PROTEZIONE Ogni SPD protegge adeguatamente determinate porzioni di circuito. Durante il funzionamento dell SPD, nel tratto compreso tra SPD e apparecchiatura da proteggere, si verificano fenomeni di propagazione con riflessione dell onda di tensione che fanno aumentare la sovratensione ai capi dell apparecchiatura. La sovratensione cresce con la distanza tra SPD e apparecchiatura fino a raddoppiare. L apparecchiatura si può ritenere protetta se installata ad una distanza minore di: lpo = (Uw - Up/f ) / K dove K=25V/m Per impianti civili e industriali BT (con tensione di tenuta all impulso di 1,5 kv) vale generalmente quanto segue: LIMITATORI OBO MCD 50 V20-C V25-B+C V50-B+C PS4-B+C DISTANZE DI PROTEZIONE 30 m m m 30 m m COORDINAMENTO Quando sullo stesso circuito sono installati due o più SPD, uno a valle dell altro, essi devono essere coordinati onde evitare un invecchiamento precoce o addirittura il danneggiamento dei dispositivi più sensibili. Un sistema di SPD OBO è correttamente coordinato se si rispetta quanto segue: Coordinare significa ripartire l energia associata alla sovratensione tra i vari SPD in modo da rispettare le capacità di scarica di ciascuno di essi. Il coordinamento è ottenuto per mezzo di un impedenza di valore opportuno o, più semplicemente, un tratto di circuito di lunghezza sufficiente. >0.5m >5m MCD 50-B V20-C VF 230 4

5 SPD E DIFFERENZIALI - NPE Il modulo NPE è uno spinterometro che si utilizza tra conduttore di neutro (N) e conduttore di protezione (PE). Lo spinterometro è costituito da due elettrodi di forma opportuna separati da un isolante. Quando la tensione applicata supera quella di tenuta dell isolante interposto si verifica una scarica disruptiva che cortocircuita gli elettrodi. In condizioni ordinarie la corrente verso terra è nulla. Ig Id Id E=Zt Ig SPD a monte del differenziale: se l SPD non è in grado di ripristinare l isolamento verso terra al termine della sovratensione vanifica il sistema di protezione contro i contatti indiretti. Il differenziale infatti non rileva la corrente di guasto e l impianto di terra può restare in tensione per un tempo indefinito. DISPOSITIVI AUSILIARI - FUSIBILI Lo schema di installazione 3+1 risolve il problema: esso prevede l installazione di tre SPD a limitazione tra le fasi ed il neutro e il modulo NPE tra il neutro e la terra. Se un varistore va in cortocircuito, interviene la protezione magnetotermica a monte, grazie al collegamento verso il neutro. Quando un SPD si danneggia può risultare un circuito aperto verso terra o stabilire un cortocircuito nel punto in cui è installato. Se le protezioni esistenti nel circuito non sono sufficienti per l apertura del circuito in tempi appropriati è necessario prevedere un apposito dispositivo di distacco dell SPD. Gli SPD sono in grado di estinguere correnti a 50 Hz susseguenti alle correnti impulsive: se la corrente di cortocircuito prevista nel punto di installazione è inferiore alla massima corrente estinguibile dall SPD, non è necessario alcun dispositivo di protezione aggiuntivo; in caso contrario è necessario inserire un fusibile della taglia di seguito indicata. Serie MCD Se la protezione a monte del SPD ha una In 250 A o la Icc nel punto di installazione è 17,6 ka efficaci, è necessario prevedere la protezione degli SPD installando dei fusibili con 125 In 500A gg Serie V25B+ C e V50B+ C Se la protezione a monte del SPD ha una In 160A o la Icc nel punto di installazione è 25 ka efficaci, è necessario prevedere la protezione degli SPD installando dei fusibili con 80 In 160A gg Serie V20 C Se la protezione a monte del SPD ha una In 125A o la Icc nel punto di installazione è 25 ka efficaci, è necessario prevedere la protezione degli SPD installando dei fusibili con 40 In 125 A gg 5

6 MCD 50-B Cod Scaricatore di corrente da fulmine Scaricatore di corrente da fulmine provato in classe I, secondo CEI EN , unipolare, tecnologia spinterometrica Multicarbon a scarica frazionata. Modulo di protezione estraibile. Installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm; esecuzione incapsulata senza effluvio 255 V ac capacità di scarica (10/350) Iimp per polo: 50 ka estinzione corrente susseguente con Uc: 25 kaeff temperatura di esercizio: C <100 ns moduli DIN 2 OBBLIGATORIO IN CASO DI PARAFULMINE E ALL ARRIVO DI LINEE DI ALIMENTAZIONE AEREE SE N D +N L > 0,1 MCD 125-B Cod Scaricatore di corrente da fulmine Scaricatore di corrente da fulmine provato in classe I, secondo CEI EN , unipolare, tecnologia spinterometrica Multicarbon a scarica frazionata. Modulo di protezione estraibile. Installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm; esecuzione incapsulata senza effluvio 255 V ac capacità di scarica (10/350) Iimp per polo: 125 ka estinzione corrente susseguente Ipeak: 25 kaeff temperatura di esercizio: C <100 ns moduli DIN 2 INTERRUTTORE AUTOMATICO INTERRUTTORE AUTOMATICO DIFFERENZIALE CONSEGNA ENERGIA kw/h SEZIONATORE CON FUSIBILI DA 250A LIGHTNING CONTROLLER CLASSE I N 3 MCD50B + NR 1 MCD125B NPE Esempio di installazione consigliata 6

7 V20/C1+NPE Cod Limitatore di sovratensione Limitatore di sovratensione tipo II, secondo CEI EN , realizzato con tecnologia a varistori in ossido di zinco con indicatore di funzionalità del modulo di protezione. Bipolare per sistemi TT e TN. Moduli di protezione estraibili. Installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm esecuzione incapsulata senza effluvio 280 V ac capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 20 ka temperatura di esercizio: C < 25 ns moduli DIN 2 IDEALE NEI CENTRALINI DI APPARTAMENTO V20/C3+NPE Cod Limitatore di sovratensione Limitatore di sovratensione tipo II, secondo CEI EN , realizzato con tecnologia a varistori in ossido di zinco con indicatore di funzionalità del modulo di protezione. Tetrapolare per sistemi TT e TN. Moduli di protezione estraibili. Installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm esecuzione incapsulata senza effluvio 280 V ac capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 20 ka temperatura di esercizio: C < 25 ns moduli DIN 4 INTERRUTTORE AUTOMATICO INTERRUTTORE AUTOMATICO DIFFERENZIALE CONSEGNA ENERGIA kw/h SEZIONATORE CON FUSIBILI DA 125A Esempio di installazione consigliata SURGE CONTROLLER CLASSE II V20-C/3+NPE 7

8 V25 B+C/1+NPE Cod Limitatore di corrente da fulmine e sovratensione Limitatore di corrente da fulmine e di sovratensione povato in classe I+II, secondo CEI EN Bipolare per sistemi TT e TN. Moduli di protezione estraibili. Indicatore di funzionalità del modulo di protezione installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm esecuzione incapsulata senza effluvio. 280 V ac corrente impulsiva (10/350) Iimp per polo: 7 ka capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 30 ka < 0,9 kv temperatura di esercizio: C < 25 ns moduli DIN 2 IDEALE PER PROTEGGERE APPARATI ELETTRONICI V25 B+C/3+NPE Cod Limitatore di corrente da fulmine e sovratensione Limitatore di corrente da fulmine e di sovratensione povato in classe I+II, secondo CEI EN Tetrapolare per sistemi TT e TN-S composto da base e moduli di protezione estraibili. Installabile su guida DIN simmetrica 35mm esecuzione incapsulata senza effluvi. 280 V ac corrente impulsiva (10/350) Iimp per polo: 7 ka capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 30 ka livello di protezione Up < 0,9 kv temperatura di esercizio: C < 25 ns moduli DIN 4 8

9 V50 B+C/1+NPE Cod Limitatore di corrente da fulmine e Sovratensione Limitatore di corrente da fulmine e di sovratensione provato in classe I+II, secondo CEI EN Per sistemi TT e TN-S composto da base e moduli di protezione estraibili. Installabile su guida DIN simmetrica 35mm esecuzione incapsulata senza effluvi 280 V ac capacità di scarica (10/350) Iimp per polo: 12,5 ka capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 50 ka temperatura di esercizio: C <25 ns moduli DIN 2 CONFORMI ALLE PRESCRIZIONI DELLA NORMA CEI 64/8 V2 (sez.534) V50 B+C/3+NPE Cod Limitatore di corrente da fulmine e Sovratensione Limitatore di corrente da fulmine e di sovratensione provato in classe I+II, secondo CEI EN Per sistemi TT e TN-S composto da base e moduli di protezione estraibili. Installabile su guida DIN simmetrica 35mm esecuzione incapsulata senza effluvi 280 V ac capacità di scarica (10/350) Iimp per polo: 12,5 ka capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 50 ka temperatura di esercizio: C <25 ns moduli DIN 4 9

10 PS2-B+C Cod Limitatore di corrente da fulmine e Sovratensione Protezione realizzata con scaricatori di corrente da fulmine provati in classe I e con limitatori di sovratensione provati in classe II, bipolare per sistemi TT e TN-S composto da base e moduli di protezione estraibili. Scaricatori di corrente di tipo I, secondo CEI EN , tecnologia spinterometrica Multicarbon a scarica frazionata e limitatore di sovratensione di classe II, secondo CEI EN , a varistori in ossido di zinco con indicatore di funzionalità del modulo di protezione. Installabile su guida DIN simmetrica 35mm esecuzione incapsulata senza effluvio capacità di scarica (10/350) Iimp: estinzione corrente susseguente con Uc: temperatura di esercizio: grado di protezione IP moduli DIN 255 V ac 100 ka 12,5 kaeff C <100 ns 20 5 IDEALE PER LA PROTEZIONE DA FULMINAZIONE DIRETTA E DA SOVRATENSIONE INDOTTA DI IMPIANTI DI LUNGA ESTENSIONE PS4-B+C Cod Limitatore di corrente da fulmine e Sovratensione Protezione realizzata con scaricatori di corrente da fulmine provati in classe I e con limitatori di sovratensione provati in classe II, tetrapolare per sistemi TT e TN-S composto da base e moduli di protezione estraibili. Scaricatori di corrente di tipo I, secondo CEI EN , tecnologia spinterometrica Multicarbon a scarica frazionata e limitatore di sovratensione di classe II, secondo CEI EN , a varistori in ossido di zinco con indicatore di funzionalità del modulo di protezione. Installabile su guida DIN simmetrica 35mm esecuzione incapsulata senza effluvio capacità di scarica (10/350) Iimp: estinzione corrente susseguente con Uc: temperatura di esercizio: grado di protezione IP moduli DIN V ac 100 ka 12,5 kaeff C <100 ns 20 12

11 VF 230 AC/DC Cod Limitatore di sovratensione per la protezione fine Limitatore di sovratensione tipo III, secondo CEI EN , per la protezione di degli apparecchi terminali da sovratensioni transitorie. Composto da scaricatori a gas e varistori installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm indicatore luminoso di funzionalità del modulo di protezione 255 V ac capacità di scarica nominale (8/20) In per polo: 2,5 ka < 1,06 kv Corrente di carico nominale 20A temperatura di esercizio: C < 25 ns moduli DIN 1 IDEALE PER LA PROTEZIONE DEL CANCELLO, DELL ANTIFURTO O DELLA CALDAIA TKS-B Cod Limitatore di sovratensione per linee dati Limitatore di sovratensione tipo I+II, secondo CEI EN , per la protezione da sovratensioni transitorie di linee dati, linea telefonica analogica, impianti elettronici di comando e di regolazione. Installabile su guida DIN SIM- METRICA 35mm. installabile su guida DIN SIMMETRICA 35mm tensione max. continuativa Uc AC: 150 V ac tensione max. continuativa Uc DC 170 V dc capacità di scarica nominale (8/20) In: 20 ka corrente impulsiva (10/350) Iimp: 6 ka < 500 V temperatura di esercizio: C < 100 ns moduli DIN 1 IDEALE PER LINEE ANALOGICHE, DSL, ISDN DS-F w/w Cod Limitatore di corrente da fulmine e sovratensione Limitatore di sovratensione tipo I+II, secondo CEI EN , per la protezione da sovratensioni transitorie per segnale TV terrestre o satellitare. tensione max. continuativa Uc AC: tensione max. continuativa Uc DC: capacità di scarica nominale (10/350) Iimp: capacità di scarica nominale (8/20) In: Frequenza max di trasmissione 130 V ac 180 V dc 2,5 ka 10 ka 4 GHz temperatura di esercizio: C < 100 ns IDEALE PER LINEE TV E SATELLITARI 11

12 ESEMPI APPLICATIVI Analizziamo la struttura riportata in figura: Per dimensionare correttamente il sistema di SPD a protezione degli impianti tecnologici presenti nella struttura bisogna procedere come segue: Verificare se è possibile dover gestire correnti dirette di fulmine, ovvero verificare se la struttura è protetta con impianto parafulmine o se è alimentata con linea aerea. MCD 50-B MCD 125-B In questo caso la struttura in esame è una villetta alimentata con linea interrata e priva di impianto parafulmine. Pertanto siamo nella condizioni di non dover gestire correnti dirette di fulmine e ci dobbiamo preoccupare di proteggere gli impianti solo da eventuali sovratensioni indotte. Sarà quindi sufficiente installare sul quadro di arrivo linea un dispositivo di classe II o eventualmente un dispositivo combinato di classe I+II. N.B. Una linea interrata per meno di 150 metri è considerata ancora linea aerea. V20C/1+NPE V25B+C/1+NPE SPD di classe II V20-C/1+NPE 12

13 V20-C/1+NPE Per dist. superiori a 20m SPD di classe II V20-C/1+NPE verificare quanto sono lunghe le linee che alimentano le utenze che vogliamo proteggere: se le distanze in gioco superano le distanze di protezione garantite dall SPD è necessario ripetere l installazione di altri SPD per proteggere correttamente anche le utenze più lontane. Nella struttura in esame sono installate utenze su diversi piani. Se la distanza di queste dal quadro generale in cui abbiamo installato ad esempio il V20-C/1+NPE è maggiore di 20 metri, è necessario ripetere l installazione dello stesso scaricatore all interno dei quadri di piano. PROTEZIONE FINE Per proteggere le apparecchiature elettroniche più esposte agli effetti delle sovratensioni è opportuno prevedere una protezione fine dedicata. È possibile realizzare la protezione fine con l installazione di SPD di classe III nei pressi dell apparecchiatura interessata, direttamente sulla linea di alimentazione dell utenza terminale. N.B. La protezione fine deve essere sempre coordinata con una protezione di base. Pertanto la sola installazione nell impianto di un dispositivo di classe III risulta inutile ai fini della protezione. Nella villetta in esame possiamo dunque installare a monte delle utenze che ci preme proteggere in maniera più accurata dei dispositivi di classe III, tenendo presente che per effettuare il corretto coordinamento con i dispositivi installati a monte è necessario che tra di essi ci siano almeno 5 metri di linea. Protezione fine classe III V20-C/1+NPE Per dist. superiori a 20m SPD di classe II V20-C/1+NPE VF230 AC/DC FC-D VF230-AC/DC Cod Cod Cod

14 PROTEZIONE PER LINEE TELEFONICHE E UTENZE TV Per completare la protezione degli impianti dagli effetti delle sovratensioni è opportuno installare degli SPD sulle linee di segnale entranti nella struttura. Le linee di segnale più comuni in ambito civile e terziario sono quelle relative ai segnali TV e ai servizi telefonici. Per proteggere le utenze collegate a queste reti è necessario installare all ingresso delle stesse nella struttura dei dispositivi con le peculiarità che caratterizzano gli SPD di classe I e II destinati a proteggere le linee di energia. Anche per le linee di segnale è possibile realizzare una protezione fine delle apparecchiature più delicate installando degli SPD direttamente sulle utenze terminali. TKS-B DS-F w/w Cod Cod SPD per protezione base LINEA TV-SAT DS-F m/w RJ45 S-ATM/8-F Cod SPD per la protezione fine FC SAT-D Cod SPD per protezione base LINEA TELEFONICA TKS-B PROTEZIONE PER L IMPIANTO FOTOVOLTAICO Lo schema di principio di un impianto fotovoltaico su un edificio ad uso civile è rappresentabile come segue: Il cuore dell impianto fotovoltaico è l inverter, apparato elettronico in grado di convertire corrente continua in corrente alternata, per il quale è necessario predisporre una protezione da sovratensione sia sul lato corrente continua che sul lato corrente alternata. LATO DC SPD di classe II per Installazione fotovoltaica V20C/U-3PH-Y V20-C/0-.PV LATO AC V20C/1+NPE 14

15 OBO BETTERMANN S.r.l. Via Ferrero Rivoli - Cascine Vica (TO) Tel Fax info@obo.it - OBO BETTERMANN S.r.l. - Filiale di Milano Via Carlo Porta 30/ Trezzano S.N. (MI) Tel Fax info@obo.it - L91966 OTTOBRE 2010 THINK CONNECTED.