Le sovratensioni sono una delle minacce più sottovalutate nei sistemi elettrici. Una sovratensione improvvisa, causata da fulmini, commutazione della rete o anche da apparecchiature interne, può degradare l'isolamento, far scattare gli interruttori o distruggere i dispositivi sensibili in un istante. Un dispositivo di protezione da sovratensione (SPD) monofase è la prima linea di difesa. Devia l'energia in eccesso a terra e garantisce che la tensione che raggiunge l'apparecchiatura rimanga entro limiti di sicurezza.
Per gli ingegneri elettrici e gli specialisti degli approvvigionamenti, la sfida non è se utilizzare un SPD monofase, ma come scegliere quello giusto. Questa guida fornisce un approccio chiaro, tecnico e pratico che combina standard internazionali, migliori pratiche ingegneristiche ed esperienza nel mondo reale.
Un dispositivo di protezione da sovratensione monofase è installato nei sistemi CA monofase 230/240 V per proteggere dalle sovratensioni transitorie. Funziona rimanendo passivo sotto tensione normale, ma non appena si verifica un picco, diventa un percorso a bassa impedenza e reindirizza il picco di corrente a terra.
I dispositivi di protezione monofase sono ampiamente applicati nei quadri di distribuzione residenziali, negli edifici commerciali, nei sistemi solari fotovoltaici e nei pannelli di controllo industriali. In ogni caso, prolungano la durata delle apparecchiature, riducono i tempi di fermo e garantiscono la conformità ai moderni requisiti di sicurezza.
La scelta di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni monofase deve essere in linea principalmente con gli standard internazionali CEI EN 61643-11 E CEI EN 61643-12. Questi definiscono le forme d'onda di test, la classificazione e le linee guida di installazione:
SPD di tipo 1: Testato con forma d'onda 10/350 µs, progettato per resistere alle correnti di fulmine dirette. Installato all'ingresso del servizio dove sono presenti linee aeree o sistemi di protezione contro i fulmini.
SPD di tipo 2: Testato con forma d'onda 8/20 µs, protegge da sovratensioni di commutazione e fulmini indiretti. Tipicamente installato in quadri di distribuzione.
SPD di tipo 3: Installato in prossimità di carichi sensibili, garantisce una bassissima tensione residua (Up). Utilizzato come ultima fase di protezione.
Se desideri approfondire la classificazione dettagliata degli SPD e il modo in cui ogni tipo viene definito negli standard e nelle applicazioni pratiche, puoi esplorare il nostro articolo dedicato qui: Classificazione degli SPD.
Quando si confrontano diversi SPD monofase, diversi parametri sono fondamentali per una corretta selezione:
Uc (tensione operativa continua massima): La tensione RMS massima che il dispositivo può gestire senza degradazione. Per i sistemi a 230/240 V il valore standard è 275 V CA tra linea e neutro.
Su (livello di protezione della tensione): La tensione bloccata durante un picco. I componenti elettronici sensibili richiedono Up inferiore a 1,5–2,5 kV.
In (corrente di scarica nominale): La corrente che l'SPD può scaricare ripetutamente senza guasti. Un buon SPD monofase dovrebbe gestire almeno 20 kA (8/20 µs).
Imax (corrente di scarica massima): La corrente massima che l'SPD può sopportare in un singolo evento, in genere 40 kA o più.
Iimp (corrente impulsiva): Specifico per SPD di Tipo 1, testato con forma d'onda 10/350 µs. I valori partono da 12,5 kA, con 25 kA consigliati nelle aree ad alto rischio.
Tempo di risposta: Gli SPD agiscono in nanosecondi. Più rapida è la reazione, migliore è la protezione dei componenti elettronici sensibili.
Questi parametri devono sempre essere abbinati al livello di esposizione del sistema, al tipo di messa a terra e alla categoria di isolamento dell'apparecchiatura.
Il tipo di messa a terra viene spesso trascurato, ma è uno dei fattori più decisivi nella scelta di un dispositivo di protezione da sovratensione monofase.
Sistemi T.T: Richiede SPD 1P+N (chiamato anche 1+1). Questa configurazione utilizza la protezione MOV tra linea e neutro, oltre a uno spinterometro o elemento dedicato tra neutro e PE. Garantisce una scarica controllata verso terra, fondamentale nel TT dove il potenziale neutro può aumentare durante i guasti.
Sistemi TN-S o TN-C-S: Può utilizzare 1P o 1P+N a seconda del design del quadro di distribuzione. Sia i percorsi linea-neutro che quelli linea-terra devono essere protetti.
Sistemi TN-C: Di solito si applicano SPD 1P o 2P a seconda che il conduttore PEN sia accessibile.
Per tutti i sistemi, le regole di cablaggio rimangono le stesse: mantenere il collegamento a terra dell'SPD il più corto possibile, idealmente inferiore a 0,5 m. I conduttori lunghi aumentano l'induttanza e quindi aumentano la tensione residua che vedrà il dispositivo protetto.
Questo è il cuore del processo decisionale. Molti ingegneri e acquirenti cercano specificamente come scegliere un SPD monofase, quindi questa sezione fornisce una tabella di marcia pratica e dettagliata:
Determinare se l'edificio dispone di un sistema di protezione contro i fulmini esterno (LPS) o è alimentato da linee aeree. In caso affermativo, è obbligatorio un SPD di tipo 1 all'ingresso del servizio. Per le forniture sotterranee in aree a basso rischio, può essere sufficiente un Tipo 2 ad alta capacità.
Controlla se la tua installazione è TT, TN-S, TN-C-S o TN-C. Ciò determina se è necessario un SPD 1P, un SPD 1P+N o un SPD 2P. La selezione della configurazione di cablaggio errata può rendere inefficace l'SPD.
All'ingresso di servizio: SPD Tipo 1 o Tipo 1+2 combinato.
Ai quadri di distribuzione: Tipo 2, con In ≥ 20 kA e Imax ≥ 40 kA.
Con carichi sensibili: Tipo 3, per ridurre al di sotto della tenuta di isolamento dei dispositivi elettronici.
Abbina le classificazioni dell'SPD al tuo sistema:
Uc: 275V AC per sistemi a 230/240V.
Up: deve essere inferiore alla categoria di isolamento dell'apparecchiatura (IEC 60664: Cat II ≈ 2,5 kV, Cat III ≈ 4 kV).
In/Imax/Iimp: in base al livello di installazione e alla zona di rischio.
Gli SPD devono lavorare insieme. Il dispositivo a monte deve assorbire energia senza far passare la tensione distruttiva a valle, mentre l'SPD a valle regola con precisione la protezione. Mantenere almeno 10 metri tra i dispositivi o inserire un'induttanza di disaccoppiamento per garantire una corretta condivisione dell'energia.
Ogni SPD richiede una protezione di backup. A meno che l'SPD non includa un fusibile integrato, installare un MCB o un fusibile in serie. Ciò impedisce eventi di cortocircuito quando l'SPD raggiunge la fine della vita utile.
Gli SPD si degradano nel tempo. Scegli i modelli con:
Finestre di indicazione dello stato che mostrano condizioni verdi/rosse.
Contatti di segnalazione remota per il monitoraggio nei sistemi di controllo.
Moduli plug-in sostituibili, quindi la manutenzione non richiede ricablaggio.
Seguendo questo processo passo dopo passo si garantisce che il vostro SPD monofase non solo sia correttamente classificato ma anche correttamente installato e sottoposto a manutenzione per un'affidabilità a lungo termine.
Anche i migliori dispositivi di protezione monofase falliranno se installati in modo errato. Segui questi principi ingegneristici:
Mantenere i cavi corti e diretti, a meno di 0,5 m.
Separare i cavi di alimentazione e di segnale per evitare sovratensioni di accoppiamento.
Non raggruppare i cavi dell'SPD con circuiti protetti.
Collegare sempre la terra dell'SPD alla barra equipotenziale più vicina.
Rispettare le distanze di coordinamento tra i diversi stadi dell'SPD.
Errori comuni includono l'installazione di un solo stadio, la dimenticanza della protezione N-PE nei sistemi TT o il sovradimensionamento degli SPD senza effettiva necessità. Ognuno di questi riduce l’efficienza della protezione e aumenta i costi senza alcun beneficio.
Applicazioni residenziali: Un SPD di Tipo 2 (In 20 kA, Imax 40 kA, Up < 1,5 kV) installato nel quadro di distribuzione principale protegge l'elettronica domestica dai disturbi della rete.
Edifici commerciali: Un SPD di Tipo 1+2 al quadro principale combinato con SPD di Tipo 2 ai quadri di distribuzione di piano garantisce la continuità del servizio.
Impianti industriali: SPD di Tipo 1 con potenza nominale di 25 kA Iimp all'ingresso di servizio, con SPD di Tipo 2 coordinati nei centri controllo motori e SPD di Tipo 3 che proteggono i PLC.
Sistemi solari fotovoltaici: Sul lato CC, utilizzare SPD di classe FV. Sul lato CA, un SPD monofase di Tipo 2 all'uscita dell'inverter protegge sia l'inverter che l'interfaccia di rete.
La scelta del giusto dispositivo di protezione da sovratensione monofase richiede molto più della semplice scansione di una scheda tecnica. Significa comprendere il proprio sistema, valutare i rischi, applicare gli standard IEC e abbinare attentamente i parametri.
All'ingresso proteggersi dai fulmini con Tipo 1.
Nella distribuzione, affidati a robusti dispositivi di Tipo 2.
Per i componenti elettronici sensibili, aggiungere il Tipo 3 al punto di utilizzo.
Rispettare sempre il sistema di messa a terra, le pratiche di cablaggio e le esigenze di manutenzione.
Applicando questi principi, gli ingegneri elettrici e i professionisti degli appalti possono garantire che i loro sistemi non solo siano conformi ma anche resilienti, convenienti e pronti per il futuro.
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