Limitatori di sovratensione

SPD 2007

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Limitatori disovratensione (SPD)

memoria di approfondimentoaggiornata alla CEI EN 62305-1/4

SPD 2007

Limitatori di sovratensioneMemoria di approfondimento sull'utilizzo degli SPD aggiornata alla norma CEI EN 62305-1/4

edizione gennaio 2007

Formazione Tecnica Responsabile: Giuseppe MezzadriRedattore: Giuseppe Mezzadri e Carlo Petrini

Grafica: Studio Dal Verme Tenti Stampa: MODERNA Srl

Redazione a cura della

2 SPD2007

3LIMITATORI DI SOVRATENSIONE (SPD)

Premessa

Gli effetti provocati dalla fulminazione diretta e/o indiretta possono essere molto dannosi e pericolosi. Le strutture sono sottoposte ad una serie di rischi che vanno dall'innesco incendi a causa delle correnti di fulmine, alla morte di persone o animali per tensioni di passo e contatto, fino alla distruzione di impianti e apparecchiature per il cedimento dell'isolamento principale dei singoli componenti.

Il problema legato alla protezione delle strutture in generale e degli utilizzatori in particolare da questi fenomeni è molto complesso. Le Norme CEI EN 62305-1/4 invitano ad un’attenta analisi progettuale per valutare il rapporto tra il rischio che si corre di avere un particolare danno e il rischio che l’utente, o la comunità, considera tollerabile e, nel caso il primo risulti maggiore del secondo, individuano le misure di protezione più idonee da adottare.

Le Norme danno chiare indicazioni al progettista sui valori di rischio tollerabile per le perdite riguardanti il sociale (vite umane, servizio pubblico essenziale, patrimonio artistico e culturale), ma per quanto riguarda i danni economici privati, il valore del rischio e la valutazione economica di un’eventuale protezione è lasciata al singolo committente.

E' comunque noto che le sovratensioni provocano numerosi danni agli impianti elettrici in particolare ai componenti con tensioni di tenuta ≤ 2,5kV come ad esempio: gli avvolgimenti dei motori, le apparecchiature informatiche (computer - modem - ecc.), gli elettrodomestici e gli utensili portatili, gli apparecchi per la comunicazione audio e video e in generale tutte le apparecchiature con parti elettroniche. Questi componenti, particolarmente "sensibili" alle sovratensioni, sono sempre più utilizzati nell'industria, nel terziario e oggi anche all'interno delle nostre abitazioni.Si tratta di apparecchiature e sistemi che gestiscono e controllano funzioni e servizi sempre più "vitali" per la sicurezza e il comfort dei gestori e dei fruitori degli impianti elettrici e che per questo necessitano di protezioni particolari.

Cosa sono i dispositivi di limitazione dalle sovratensioni (SPD), come leggere e interpretare le caratteristiche tecniche, quando é conveniente la loro adozione e come istallarli correttamente.A queste domande la Struttura della Formazione e BtScuola di Bticino risponde con la presente memoria che prende spunto dalla recente Norma CEI EN 62305-1/4 pubblicata nell’aprile del 2006. Detta Norma, infatti, oltre ai principi generali alla base della protezione dei fulmini e alla procedura per la valutazione del rischio, fornisce i criteri che permettono di scegliere, dimensionare ed installare i limitatori di sovratensione (SPD) per proteggere l'impianto elettrico utilizzatore di bassa tensione e le apparecchiature ad esso collegate dalle sovratensioni e dalle sovracorrenti impulsive che possono essere presenti nell'impianto elettrico BT.

Si ricorda che, anche se realizzati a regola d’arte, i sistemi di protezione contro i fulmini non assicurano una protezione assoluta alle strutture, alle persone ed alle cose, pertanto BTicino si ritiene responsabile solo ed esclusivamente della rispondenza dei suoi prodotti alle caratteristiche dichiarate in targa.

PREMESSA

4 SPD2007

Indice degli argomenti

Descrizione Pag. n°

• Legenda sigle 6

Descrizione Slide n°

1 Parte 1^ teorico normativa 2÷58

• Rischi inerenti la fulminazione di un edificio 3÷4

• Tipologie delle sorgenti di danno e componenti di rischio 5÷19

-S1: fulminazione che colpisce direttamente l’edificio (componenti RA-RB-RC) 6÷13-S2: fulminazione in prossimità dell’edificio (componente RM) 14-15-S3: fulminazione che colpisce direttamente una linea entrante nell’edificio (componenti RU-RV-RW) 16-17

-S4: fulminazione a terra in prossimità di una linea entrante nell’edificio (componente RZ)

18-19

• Concetti generali di protezione con SPD 20÷21

• Tipologie di Sovratensioni 22÷27

-Sovratensioni TEMPORANEE 22-23-Sovratensioni TRANSITORIE 24-Sovratensioni DI ORIGINE ATMOSFERICA 25-Sovratensioni VERSO TERRA: longitudinali o di modo comune 26-Sovratensioni TRA CONDUTTORI ATTIVI: trasversali o differenziali 27

• Dispositivo di distacco interno all’SPD 28

• Protezione SPD da cortocircuito 29÷31

-Con automatico magnetotermico 30-Con fusibile 31

• Protezione SPD con differenziale 32÷33

• Dati caratteristici degli SPD 34÷48

-SPD ad INNESCO 34-35-SPD a LIMITAZIONE 36-Corrente susseguente e continuativa (Is - Ic) 37-38-Tensione max continuativa, nominale e residua (Uc - U0 - Ures) 39÷41-Livelli di protezione (Up – Up/f) 42÷45-Metodi per minimizzare la cdt induttiva sui cavi di collegamento (SDU) 46÷48

• Tipologia SPD 49÷52

-SPD di classe I 49-SPD di classe II 50-SPD di classe III 51-52


INDICE DEGLI ARGOMENTI

Descrizione Slide n°

• Tenuta ad impulso delle apparecchiature (impianto e utilizzatori) 53÷55

-Tensione nominale di tenuta all’impulso e di immunità (UW – Uimm) 53-Categoria di tenuta all’impulso (I-II-III-IV) 54-55

• Coordinamento tra SPD 59÷86

-Distanze minime di disaccoppiamento 58

2 Parte 2^ teorico normativa 59÷86

• Dati tecnici SPD BTICINO 60÷73

-tipo S – art. F10S/1 60-61-tipo L – art. F10L/1-2-3-4 62-63-tipo H – art. F10H/1-2-4 64-65-tipo A – art. F10A/1-2-4 66-67-tipo T – limitatori delle serie civili componibili 68÷70-Bobine di disaccoppiamento per coordinamento SPD BTICINO 71÷73

• Esempi applicativi di installazione SPD 74÷79

1 - Sistema TT – Abitativo & Piccolo terziario – Fulminazione indiretta 74÷762 - Sistema TT – Abitativo & Piccolo terziario – Fulminazione diretta e indiretta 77÷79

• Riferimenti a Leggi e Norme per la protezione contro le sovratensioni 80÷83

-DPR 547/55 80-CEI 64-8 81-CEI EN 62305 (CEI 81-10) 82-83

• Valutazioni economiche per la protezione contro le sovratensioni 84÷86

• Indice note esplicative 88÷97

1 Installazione SPD di classe I 892 Rapporto tensioni UC e U0 903 Scatto intempestivo differenziali 914 Modalità di collegamento SPD 925 Uso degli SPD terminali serie civili 936 Distanza di disaccoppiamento 947 Distanza di protezione (lpi) 958 Isolamento elettrico dell’LPS esterno 969 Segnalazione fina vita cartuccia SPD 97

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Legenda sigle

LEMP Impulso elettromagnetico di fulminazione (Lightning electromagnetic impulse). Effetti elettromagnetici della corrente di fulmine, inclusi gli impulsi condotti e gli effetti del campo elettromagnetico irradiato.

LPL Livello di protezione (Lightning Protection Level). Numero associato ad un gruppo di valori dei parametri della corrente di fulmine (I), relativo alla probabilità che i correlati valori (max e min) di progetto non siano superati in natura.

LPS Impianto di protezione (Lightning Protection System). Impianto completo usato per ridurre il danno materiale dovuto alla fulminazione diretta della struttura.

Ic Corrente continuativa. Corrente che circola in ogni SPD alimentato dalla tensione massima continuativa (Uc).

Icond Corrente drenata dai corpi metallici entranti nell’edificio (IF) che transita nei singoli conduttori della linea elettrica entrante nell’edifico.

IF Corrente di fulmine (Iimp) portata a terra dalle calate e drenata dai corpi metallici entranti nell’edificio.

Iimp Corrente di fulmine avente la tipica forma d’onda 10/350 μs.

In Corrente di fulmine indotta avente la tipica forma d’onda 8/20 μs.

Is Corrente susseguente. Corrente che circola nell’SPD ad innesco dopo una sovratensione impulsiva.

Uarc Tensione d’arco. Tensione relativa all’SPD ad innesco oltre la quale vi è la circolazione della Is.

Uc Tensione massima continuativa. Tensione che può essere applicata permanentemente all’SPD.

Up Livello di protezione dell’SPD. Valore di tensione che caratterizza il comportamento dell’SPD nel limitare la tensione ai suoi terminali e che è scelto tra una serie di valori preferenziali.

Up/f Livello di protezione effettivo dell’SPD (Up + ΔU). Valore di tensione di cui sopra comprensivo della caduta di tensione induttiva sui cavi di collegamento all’SPD.

Ures Tensione residua (di innesco). E’ la tensione di picco che appare ai terminali di un SPD a seguito del passaggio della corrente di scarica.

UTOV Sovratensioni temporanee a frequenza industriale (Temporay Over Voltage).

Uw Tensione nominale di tenuta ad impulso. E’ tensione di tenuta ad impulso assegnata dal costruttore ad una apparecchiatura o ad una parte di essa, per caratterizzare la capacità del suo isolamento contro le sovratensioni.

U0 Tensione nominale F-N del sistema elettrico.

Δu Caduta di tensione induttiva sui conduttori di connessione.

lpi Distanza di protezione tra SPD e apparato da proteggere determinata dai fenomeni di induzione.

lpo Distanza di protezione tra SPD e apparato da proteggere determinata dai fenomeni di oscillazione.

K Coefficiente per determinare la distanza di protezione lpo.

Kc Coefficiente di ripartizione della corrente di fulmine tra le calate dell’LPS esterno

Sigla Descrizione


PRINCIPI GENERALI

VALUTAZIONE DEL RISCHIO

DANNO MATERIALE ALLE STRUTTURE E PERICOLO PER LE PERSONE

IMPIANTI ELETTRICI ED ELETTRONICI NELLE STRUTTURE

1

NORME CEI EN 62305-1/4 PER LA PROTEZIONE

CONTRO I FULMINI

ICInUC

UP Iipm Imax

UW

Up/f

2,5 kV1,5 kV

4 kV

6 kV

RARBRC

RMRURVRW

RZ

F

N

F

PE

ΔU+

ΔU=

+UP

LIMITATORI DI SOVRATENSIONE

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2


3

PARTE 1^ - TEORICO NORMATIVA

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5

6Per difendersi dalla componente RA possono essere necessari strati isolanti a livello del suolo e barriere isolanti a livello delle calate.

La componente RB può essere controllata dagli SPD.

Ndr Le parole “induttiva e resistiva” riferite alla componente RB sono state aggiunte per identificare due diversi tipi di scariche pericolose (vedi slides che seguono) ma non sono termini codificati dalla Norma CEI EN 62305-1/4.


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7nota 8 = vedi slide 96

La tensione (v) tra la calata ed il corpo metallico interno dipende dal valore di induttanza della spira formata dalla calata ed il corpo metallico stesso (L) e dalla varia-zione del valore di corrente (I) nel tempo (t) che, nella fattispecie del fulmine, è elevatissima.

Kc = coefficiente di ripartizione della corrente di fulmine tra le calate (vedi Allegato C della CEI EN 62305-3)


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8Di fatto solo una quota a parte della corrente di fulmine (I) che scende lungo la calata può trasferirsi verso l’SPD (10-30%). Di questa “quota a parte” un’ulteriore fetta viene drenata dal conduttore di PE da 6 mm2. Infine ciò che resta viene divisa per 4 o 2, rispettivamente se la linea è tetra o bipolare. Quindi, secondo noi, un SPD con Iimp da 20 kA onda 10/350 µs si può ritenere più che sufficiente.

9La corrente di fulmine (I) portata a terra dalle calate viene in parte dispersa nel terreno (IT) e in parte drenata dai servizi elettrici entranti nell’edificio o di altre natura purché metallici (IF).


10La formula riportata considera i valori di resistenza di terra dei dispersori di messa a terra delle linee aeree, uguali a quelli del-l’impedenza convenzionale di terra delle linee o corpi metallici esterni interrati.Questo in conformità all’allegato E della CEI EN 62305-1

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Da notare che con l’aumentare dei servizi entranti la corrente drenata (IF) diminuisce.

Con l’SPD bticino tipo S forma d’on-da 10/350 µs è possibile coprire tutti i valori per linee tetrapolari: circuito 3P+N (Icond ≤ 20 kA).

LPL: Livello di protezione (Lightning Protection Level).

Per componente RA e RB vedi slide 6.

LEMP: Impulso elettromagnetico di fulminazione (Lightning elettromagnetic impuls).

La componente RC può essere con-trollata dagli SPD.Ad esempio installando SPD termi-nali in prossimità delle apparec-chiature particolarmente sensibili (vedi slide 69).


13Nota 7 = vedi slide 95

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14La componente RM può essere controllata dagli SPD.

Ad esempio installando SPD termi-nali in prossimità delle apparec-chiature particolarmente sensibili (vedi slide 69).

15Nota 7 = vedi slide 95


16Le componenti RU - RV - RW possono essere controllate dagli SPD.

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