SPD: che cosa sono e quando devono essere usati

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 62305:2013-02. 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 64-8:2012-06: Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1.000 V in corrente alternata e a 1.500 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 62305-1 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

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 81-29:2014-02). 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 64-8:2012-06 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

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 534.2.9 della Norma CEI 64-8:2012-06), 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 64-8:2012-06 fornisce i criteri minimi e le dotazioni minime.

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 50160:2011-05 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).

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 62305-4) dallʼimpulso elettromagnetico connesso al fulmine (LEMP) tramite: a) gli impulsi condotti ed indotti trasmessi agli apparati attraverso i conduttori;

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

Gli SPD di bassa tensione (Norma CEI EN 61643-11) 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)

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 ).

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

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;

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

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

La Guida CEI 81-27:2013-11 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 0-21. 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).