Le sovratensioni sono killer silenziosi nei moderni sistemi elettrici. Dall'elettronica residenziale all'automazione industriale e agli impianti solari, anche una singola sovratensione transitoria può causare tempi di inattività, riparazioni costose o guasti alle apparecchiature. La soluzione? Dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD).
In questa guida analizzeremo i diversi tipi di dispositivi di protezione da sovratensione, spiegheremo come funzionano e confronteremo le loro applicazioni. Alla fine, saprai esattamente quali tipi di SPD si adattano al tuo sistema, che si tratti di una casa, di un data center o di un'installazione fotovoltaica.
A Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) è un componente di sicurezza installato in un sistema elettrico per limitare le sovratensioni transitorie causate da fulmini, eventi di commutazione o disturbi della rete. Funziona deviando l'energia di sovratensione in modo sicuro a terra, proteggendo le apparecchiature collegate.
Pensa a un SPD come a una valvola di rilascio della pressione: non impedisce il verificarsi del picco, ma incanala l'energia in eccesso lontano dai componenti elettronici sensibili.
Gli SPD si basano su componenti quali varistori a ossido di metallo (MOV), tubi a scarica di gas (GDT) e spinterometri. Quando la tensione supera una soglia di sicurezza (Uc), l'SPD passa in modalità di conduzione, limitando la sovratensione a una tensione residua inferiore (Up).
Parametri chiave da comprendere:
Uc (tensione operativa continua massima): la tensione normale che l'SPD può gestire.
Su (livello di protezione tensione): tensione di bloccaggio che i dispositivi a valle “vedranno”.”
In/Imax (corrente di scarica nominale e massima): quanta corrente di picco può assorbire il dispositivo.
Iimp (corrente impulsiva): specifico del Tipo 1, che rappresenta le forme d'onda dei fulmini.
Comprendere i tipi di SPD è la chiave per progettare una protezione da sovratensione a più livelli. Standard internazionali come IEC 61643-11 (CA), IEC 61643-31 (CC/FV), E UL 1449 (Nord America) definire classi diverse in base alle forme d'onda di prova, alla capacità energetica e al luogo di installazione.
Di seguito, analizziamo i diversi tipi di dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) che incontrerai, con i loro ruoli tecnici e le linee guida per l'applicazione.
Definizione: Progettato per scaricare la corrente di fulmine parziale. Testato con la forma d'onda ad impulso 10/350 µs (Iimp) che rappresenta una fulminazione diretta.
Punto di installazione: Ingresso di servizio, tipicamente a monte del quadro di distribuzione principale. Spesso utilizzato in edifici dotati di un sistema di protezione contro i fulmini esterno (LPS).
Parametri chiave:
Iimp (Impulse Current): capacità nominale della corrente di fulmine.
Uc (tensione operativa continua massima): garantisce l'assenza di danni durante il normale funzionamento.
Up (Voltage Protection Level): tensione residua vista dai circuiti a valle.
Tecnologia utilizzata: Spinterometri, MOV per carichi pesanti o design ibridi.
Casi d'uso:
Impianti industriali, torri di telecomunicazioni, ospedali.
Edifici alti in regioni ad alta densità di fulmini.
Esempio: Una fabbrica con parafulmini sul tetto richiederà SPD di tipo 1 alla fornitura principale in entrata.
Definizione: Gestisce le sovratensioni di commutazione e gli effetti indiretti dei fulmini. Testato con forma d'onda di corrente 8/20 µs (In, Imax).
Punto di installazione: Quadri di distribuzione principali o secondari all'interno dell'impianto.
Parametri chiave:
In (corrente di scarica nominale): resistenza a più picchi.
Imax (corrente di scarica massima): massima capacità di sovratensione.
Su: deve coordinarsi sia con il Tipo 1 a monte che con il Tipo 3 a valle.
Tecnologia utilizzata: Moduli basati su MOV, spesso collegabili per una facile sostituzione.
Casi d'uso:
Case residenziali, edifici per uffici, negozi al dettaglio.
Protezione standard in aree con moderato rischio di sovratensione.
Esempio: Un piccolo ufficio senza LPS esterno utilizzerebbe tipicamente gli SPD di tipo 2 nella scheda principale.
Vuoi un'analisi dettagliata? Leggi la nostra guida completa: Che cos'è un dispositivo di protezione da sovratensione di tipo 2?
Definizione: Protezione fine per apparecchiature terminali. Testato con onda combinata (tensione 1,2/50 µs + corrente 8/20 µs).
Punto di installazione: Il più vicino possibile al dispositivo protetto (presa, ingresso del dispositivo).
Parametri chiave:
Su: livello di bloccaggio molto basso per proteggere i carichi sensibili.
Deve essere utilizzato in coordinamento con il Tipo 2 a monte.
Tecnologia utilizzata: MOV combinati con filtri per un'attenuazione extra.
Casi d'uso:
Computer, driver LED, elettronica medicale e sistemi di controllo.
Esempio: Una macchina per risonanza magnetica ospedaliera richiede un SPD di tipo 3 vicino al dispositivo, che lavora insieme al tipo 2 a monte.
Scopri di più nel nostro articolo dedicato: Che cos'è un limitatore di sovratensione di tipo 3?
Definizione: Una singola unità SPD testata per entrambe le forme d'onda di Classe I (10/350 µs) e Classe II (8/20 µs).
Beneficio: Protegge dai fulmini diretti e dalle sovratensioni in un unico dispositivo.
Punto di installazione: Ingresso al servizio quando lo spazio o il budget limitano più dispositivi.
Casi d'uso:
Gli edifici commerciali o residenziali di medie dimensioni necessitano di soluzioni compatte.
Siti in cui il coordinamento tra Tipo 1 e Tipo 2 separati è difficile.
Esempio: Il centralino principale di un centro commerciale può installare un SPD T1+T2 per semplificare la protezione.
Definizione: I dispositivi ibridi sono testati per le prestazioni di Classe II e Classe III.
Beneficio: Fornisce protezione sia a livello di distribuzione che terminale.
Punto di installazione: Sottoquadri vicini a carichi sensibili, soprattutto se i cavi superano i 10 m.
Casi d'uso:
Data center, sale server, armadi di controllo industriali.
Esempio: Una linea di automazione industriale con cavi lunghi verso i PLC può utilizzare un SPD T2+T3 vicino ai pannelli PLC.
Definizione (UL 1449): Gruppi di componenti non intesi come dispositivi autonomi ma integrati in apparecchiature OEM.
Sottocategorie:
Assiemi di componenti di tipo 4 (CA): parti SPD preconfezionate per produttori.
Componenti di tipo 5: MOV grezzi o GDT.
Punto di installazione: All'interno di elettrodomestici, alimentatori o pannelli personalizzati.
Casi d'uso:
OEM che progettano apparecchiature protette da sovratensioni.
Ingranaggi industriali specializzati nel mercato nordamericano.
Esempio: Un produttore di UPS integra gruppi SPD di tipo 4 all'interno dei suoi prodotti.
Definizione: Dispositivi di protezione contro le sovratensioni progettati per circuiti fotovoltaici e CC.
Standard di prova: La norma IEC 61643-31 specifica i requisiti per le applicazioni CC.
Punto di installazione: Scatole combinatrici di array fotovoltaici, inverter e quadri di distribuzione CC.
Parametri chiave:
Ucpv: tensione FV continua nominale (600 V, 1000 V, 1500 V).
In / Imax: gestione della corrente di picco sul lato DC.
Tempo di risposta: deve essere sufficientemente veloce per gli inverter basati su semiconduttori.
Casi d'uso:
Parchi solari su scala industriale, sistemi fotovoltaici su tetto, impianti di stoccaggio di batterie.
Esempio: Sarà necessario un parco solare da 1500 V CC SPD FV T1+T2 alle scatole combinatrici e agli ingressi dell'inverter.
Suggerimento per i lettori: Utilizzare sempre a sistema SPD coordinato. Tipo 1 all'ingresso, Tipo 2 ai sottoquadri e Tipo 3 in prossimità dei carichi critici. Per il fotovoltaico, aggiungere SPD CC di tipo 2 o T1+T2 come specificato dalla norma IEC 61643-31.
Se desideri un approfondimento, consulta il nostro blog dedicato a questo argomento qui:
Differenza tra SPD di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3
Ecco un rapido confronto per aiutarti a scegliere il tipo SPD giusto:
| Attributo | SPD di tipo 1 | SPD di tipo 2 | SPD di tipo 3 |
|---|---|---|---|
| Norma testata | IEC 61643-11 Classe I (10/350 µs) + UL tipo 1/2 a doppia classificazione | IEC 61643-11 Classe II (8/20 µs) + UL Tipo 2 | IEC 61643-11 Classe III (onda combinata) + UL Tipo 3 |
| Posizione tipica | Ingresso di servizio/Centralino principale | All'interno dei quadri/sottoquadri | Entro 1 m dai carichi critici (computer, conducenti, apparecchiature mediche) |
| Funzione primaria | Gestire la corrente diretta del fulmine; proteggere l'ingresso dell'edificio | Gestire picchi modulari derivanti da commutazioni, archi di guasto, ecc. | Sopprime l'energia residua per i componenti elettronici sensibili. |
| Focus sui parametri | Alta impedenza; Uc ≥ tensione di sistema; Coordinazione | In Imax, Up in cascata con SPD a monte/a valle | Ultra-basso; bloccaggio preciso per proteggere i carichi sensibili |
| Nota sull'installazione | Necessita di cablaggio di grandi dimensioni (≥16 mm²); può essere installato senza OCPD a monte; deve essere coordinato con il Tipo 2 | Richiede protezione da sovracorrente a monte; cablaggio ≥6 mm² | Molto vicino al carico; supplemento al Tipo 2 a monte |
| Casi d'uso | Edifici con LPS, strutture alte e zone ad alta illuminazione | La maggior parte delle abitazioni, delle strutture commerciali e dei sottoquadri industriali | Cluster PC, rack PLC, sistemi LED/medicali |
SPD di tipo 1 gestire fulmini diretti ad alta energia (10/350 µs).
SPD di tipo 2 mitigare le sovratensioni di commutazione e le accensioni indirette (8/20 µs).
SPD di tipo 3 proteggere le apparecchiature sensibili nell'ultimo miglio (forma d'onda combinata).
L'installazione corretta è altrettanto fondamentale quanto la selezione dei giusti tipi di dispositivi di protezione da sovratensione (SPD). Un cablaggio improprio o uno scarso coordinamento possono compromettere i livelli di protezione, anche se l'SPD stesso soddisfa gli standard IEC o UL. Sulla base degli standard IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 e delle linee guida tecniche della nostra azienda, ecco le migliori pratiche principali:
Mantenere tutti i cavi di collegamento dell'SPD quanto più corti e diritti possibile, idealmente ≤ 0,5 m (come raccomandato nel nostro manuale tecnico).
I cavi lunghi introducono un aumento di tensione induttiva, che aumenta la tensione residua (Up) vista dall'apparecchiatura protetta.
Utilizzare conduttori dimensionati in base al tipo di SPD:
SPD di tipo 1: minimo 16 mm² di rame (corrente di fulmine ad alta energia, Iimp).
SPD di tipo 2: minimo 6 mm² di rame.
SPD di tipo 3: seguire i dati del produttore, in genere sezioni trasversali più piccole a causa della corrente inferiore.
Utilizzare sempre conduttori in rame a bassa impedenza ed evitare curve strette.
Tutti gli SPD devono essere collegati alla stessa barra di terra principale o al sistema di collegamento equipotenziale.
Il collegamento garantisce che l'energia di picco venga scaricata in modo sicuro a terra, evitando pericolose differenze di potenziale tra i circuiti.
Gerarchia del livello di protezione della tensione (Up): gli SPD a monte (Tipo 1) dovrebbero sempre avere un Up più alto rispetto agli SPD a valle (Tipo 2/3).
Regola della distanza: se il cavo tra gli SPD e i carichi protetti è più lungo di 10 m, installare un SPD aggiuntivo a valle (ad esempio, Tipo 3) per una migliore protezione.
Coordinamento parallelo: per la protezione multistadio (Tipo 1 + Tipo 2 + Tipo 3), garantire un'adeguata distribuzione dell'energia in modo che nessun singolo dispositivo sia sovraccaricato.
Utilizzare sempre fusibili o interruttori automatici dedicati per proteggere l'SPD stesso.
Il nostro manuale specifica i valori nominali dei fusibili di riserva in base al modello SPD e Imax/Iimp.
UL 1449 richiede inoltre un'adeguata protezione da sovracorrente per prevenire il surriscaldamento o il guasto dell'SPD durante eventi estremi.
Suggerimento professionale: Verificare sempre il rispetto delle IEC 61643-11 (SPD CA), IEC 61643-31 (SPD FV/CC), o UL 1449 (Nord America) a seconda della regione. Una corretta installazione e coordinamento massimizzano la durata dell'SPD e garantiscono la sicurezza dell'intero sistema elettrico.
I tipi di dispositivi di protezione da sovratensione non sono intercambiabili: ciascuno svolge un ruolo unico nella difesa dei sistemi elettrici.
Tipo 1 scherma contro i fulmini diretti.
Tipo 2 è il cavallo di battaglia per i quadri di distribuzione.
Tipo 3 protegge i tuoi dispositivi elettronici più sensibili.
Combinazioni e SPD PV/DC coprire applicazioni specializzate e rinnovabili.
Comprendendo i tipi di SPD, i relativi standard e le regole di installazione, è possibile progettare una difesa a più livelli che garantisca sicurezza, riduca al minimo i tempi di inattività e protegga gli investimenti.
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