Classificazione degli SPD

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) protegge i sistemi e le apparecchiature elettriche da eventi di sovratensione limitando le tensioni transitorie e deviando le correnti di sovratensione.

Le caratteristiche tecniche importanti dell’SPD:

• Massima tensione operativa continua (Uc)

• Corrente impulsiva di fulmine (Iimp)

• Corrente di scarica nominale (I)

• Livello di protezione della tensione (Su)

• Capacità di tenuta al cortocircuito (Isccr)

• Capacità di interruzione a ruota libera a Uc (Ifi)

• Sovratensione transitoria (TOV)

Questi parametri determinano le prestazioni dell'SPD in diverse condizioni di guasto e devono essere abbinati attentamente alla tensione del sistema, al punto di installazione e all'ambiente di sovratensione previsto.

Categorie o tipologie SPD

Gli SPD sono generalmente classificati in base a principi di funzionamento interni e metodi di prova standard.

Per comportamento dei componenti

I due tipi principali di SPD sono:

• Componenti di limitazione della tensione

• Componenti di commutazione di tensione

La maggior parte degli SPD moderni incorporano entrambi i tipi di componenti per combinare i vantaggi di ciascuno e ridurre i rispettivi punti deboli.

I componenti di limitazione della tensione includono:

• Varistori all'ossido di metallo (MOV)

• Diodi di soppressione della tensione transitoria (TVS).

I componenti di commutazione della tensione includono:

• Tubi a scarica di gas (GDT)

• Spinterometri

Questi componenti differiscono per velocità di risposta, capacità di gestione dell'energia e caratteristiche di invecchiamento.

Classificazione degli SPD in base agli standard

Secondo ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 e classificazione VDE, esistono tre tipi standard di SPD in base alla forma d'onda testata e al livello di applicazione.

SPD di tipo 1

• Testato con corrente di scarica impulsiva Iimp (tipicamente 10/350 µs)

• Testato anche con impulsi di corrente 8/20 µs

• Progettato per l'installazione all'ingresso di servizio

• Protegge dalla corrente diretta dei fulmini e dalle sovratensioni ad alta energia

SPD di tipo 2

• Testato con corrente dispersa nominale in (8/20 µs)

• Testato opzionalmente con corrente di scarica massima Imax (8/20 µs)

• Nota: Imax non è consigliato come base per la selezione dell'SPD

• Per SPD con componenti di commutazione della tensione, testati anche con impulsi di tensione da 1,2/50 µs.

• Installato sui quadri di distribuzione secondaria o sugli ingressi delle apparecchiature

• Protegge dalle sovratensioni di commutazione e dai fulmini indiretti

SPD di tipo 3

• Testato con un generatore di onde combinato:

  • Tensione a circuito aperto Uoc (1,2/50 µs)

  • Corrente di cortocircuito Icw (8/20 µs)

  • Impedenza di uscita nominale: 2 Ω

• Installato vicino ad apparecchiature terminali sensibili per una protezione accurata

Applicazioni SPD nei sistemi energetici

Gli SPD sono utilizzati in un'ampia gamma di sistemi CA e CC, ciascuno con requisiti di progettazione e selezione specifici.

1. Applicazioni dei sistemi di alimentazione CA

Nei sistemi di distribuzione CA, gli SPD vengono utilizzati principalmente per proteggere le apparecchiature e le reti di alimentazione da sovratensioni transitorie causate da fulmini, commutazione di utenze ed eventi di eliminazione dei guasti.

• SPD di tipo 1: Installato sui quadri di distribuzione principali per gestire picchi di energia elevata

• SPD di tipo 2: Installato a valle per la protezione locale

Gli SPD per CA devono corrispondere alla tensione nominale del sistema e a Uc offrendo allo stesso tempo una sufficiente capacità di resistenza al cortocircuito (Isccr).

I componenti interni tipici includono:

• MOV per risposta rapida e bloccaggio della tensione

• GDT per la gestione di energia elevata e l'isolamento dalle perdite

La combinazione di entrambi garantisce una rapida soppressione e longevità.

2. Applicazioni dei sistemi di alimentazione CC

Sistemi DC come:

• Stazioni base per telecomunicazioni

• Armadi di controllo industriali

• Stoccaggio della batteria

• Ricarica di veicoli elettrici

• Bus CC solari

…richiedono SPD progettati specificamente per la tensione continua continua, privi di passaggio per lo zero e in grado di sostenere archi.

SPD CC:

• In genere utilizzano MOV ad alta tensione

• Deve gestire un'elevata tensione CC a stato stazionario senza surriscaldarsi

• Installato su pannelli CC, ingressi inverter o banchi batterie

• Aiuta a evitare tempi di inattività del sistema dovuti a sovratensioni o rumore di commutazione

3. Applicazioni dei sistemi fotovoltaici (PV).

I sistemi fotovoltaici comportano tensioni CC elevate (fino a 1500 V CC), ampie superfici dei pannelli e frequente esposizione a picchi di fulmini dovuti al montaggio sul tetto o sul campo.

Gli SPD specifici per il fotovoltaico devono essere conformi a:

• CEI EN 61643-31

• EN50539-11

Sono distribuiti a:

• Lato CC: Tra il campo fotovoltaico e l'inverter

• Ingresso inverter: Per la protezione del bus CC interno

• Lato CA: Tra l'inverter e l'interfaccia di rete

I requisiti includono:

• MCOV elevato (Uc)

• Livello di protezione basso (Su)

• Lunga durata in caso di sovratensione

• Resistenza agli agenti atmosferici e ai raggi UV (per scatole CC esterne)

Gli SPD fotovoltaici ben posizionati riducono i costi di sostituzione delle apparecchiature e migliorano l'affidabilità del sistema e il ROI.

Comprendere Iimp e Imax nelle valutazioni SPD

Corrente di scarica a impulso (Iimp)

• Caratteristica dell'SPD di tipo 1

• Simula un fulmine diretto

• Testato con forma d'onda 10/350 µs

• Rappresenta la capacità dell’SPD di gestire un singolo impulso estremo

• Adatto per realizzare punti di ingresso o parafulmini a valle

Corrente di scarica massima (Imax)

• Caratteristica dell'SPD di tipo 2

• Simula più picchi di energia inferiore dovuti a commutazioni o fulmini indiretti

• Testato con forma d'onda 8/20 µs

• Riflette la resistenza alle sovratensioni a lungo termine

• Adatto per quadri di distribuzione e protezione a livello di apparecchiature

In sintesi:

• Iimp = Resistenza massima per eventi rari e ad alta energia

• Imax = Resistenza ripetitiva per frequenti transitori a bassa energia
  Entrambi sono essenziali nella costruzione di una strategia di protezione SPD multilivello.

Conclusione

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni sono essenziali per i moderni sistemi di alimentazione, garantendo la sicurezza delle apparecchiature e la continuità dell'alimentazione. La loro classificazione in Tipo 1, 2 e 3, insieme alla comprensione di parametri tecnici come Uc, Up, Iimp e Imax, è vitale per una corretta selezione e implementazione.

Che si tratti di proteggere sistemi CA, automazione CC o impianti solari fotovoltaici, la scelta del giusto SPD con valori nominali adeguati aiuta a ridurre i danni, abbassare i costi di gestione e manutenzione e prolungare la vita del sistema.

Un piano SPD ben progettato è un piccolo investimento che protegge la tua infrastruttura su larga scala da danni irreversibili.