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CEI COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANOAEIT FEDERAZIONE ITALIANA DI ELETTROTECNICA, ELETTRONICA, AUTOMAZIONE, INFORMATICA E TELECOMUNICAZIONI

CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE

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Limitatori di sovratensioni di bassa tensioneLimitatori di sovratensioni connessi a sistemi di bassa tensione – Scelta e principi di applicazione

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Si attira l’attenzione sul fatto che il presente testo non è definitivo poiché attualmente sottoposto ad inchiesta pubblica e come tale può subire modifiche, anche sostanziali

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ProgettoC. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

INDICE

0 Introduzione ..................................................................................................................... 3

0.1 Generalità ...............................................................................................................3

0.2 Elementi per comprendere la struttura della presente Guida Tecnica ......................3

1 Campo di applicazione ..................................................................................................... 5

2 Riferimenti normativi......................................................................................................... 5

3 Termini, definizioni e termini abbreviati............................................................................. 6

3.1 Termini e definizioni ................................................................................................6

3.2 Elenco delle variabili e delle abbreviazioni utilizzate nella presente SpecificaTecnica...................................................................................................13

4 Sistemi e apparecchiature da proteggere........................................................................ 14

4.1 Sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione ................................14

4.2 Caratteristiche dell’apparecchiatura da proteggere ...............................................17

5 Limitatori di sovratensioni ............................................................................................... 17

5.1 Funzioni di base degli SPD ...................................................................................17

5.2 Prescriizoni aggiuntive ..........................................................................................17

5.3 Classificazione degli SPD .....................................................................................18

5.4 Caratteristiche degli SPD ......................................................................................20

5.5 Informazioni aggiuntive sulle caratteristiche degli SPD .........................................21

6 Utilizzazione degli SPD nei sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione ......................................................................................................................... 26

6.1 Installazione e suo effetto sulla protezione offerta dagli SPD ................................26

6.2 Scelta dell’SPD .....................................................................................................34

6.3 Caratteristiche di dispositivi ausiliari .....................................................................42

7 Analisi del rischio ........................................................................................................... 42

8 Coordinamento di una apparecchiatura con terminali sia di segnale che di alimentazione....................................................................................................... 43

Allegato A (informativo) Esempi di diverse tecnologie costruttive di SPD ............................. 44

Allegato B (informativo) Spiegazione delle procedure di prova utilizzate nella EN 61643-11 ........................................................................................................................ 47

Allegato C (informativo) Calcolo della corrente parziale del fulmine ..................................... 51

Allegato D (informativo) Esempi di applicazione................................................................... 53

Allegato E (informativo) Esempi d’applicazione di analisi del rischio .................................... 62

Allegato F (informativo) Considerazioni sugli SPD quando si devono impiegare SPD di Tipo 1 ............................................................................................................................... 63

Allegato G (informativo) Immunità contro la tenuta d’isolamento .......................................... 65

Allegato H (informativo) Esempi d’installazione nei quadri di distribuzione di alimentazione in alcuni Paesi ............................................................................................... 67

Allegato I (informativo) Protezione di riserva (soccorso) contro il cortocircuito e tenuta alle sovratensioni .................................................................................................................. 70

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PREFAZIONE

La presente Guida Tecnica italiana è costituita dal testo modificato della Guida TecnicaCLC/TS/ 61643-12:2012 dal titolo “Limitatori di sovratensioni connessi a sistemi di bassa tensione - Scelta e principi di applicazione”.

Il SC 37A del CEI ha ritenuto di pubblicare un testo italiano, anziché utilizzare integralmente quello europeo, ai fini dell’applicazione degli SPD coerentemente anche con i principi della serie di Norme CEI EN 62305.

Per quanto suddetto si riportano le maggiori modifiche che si sono rese necessarie:

� l’Allegato informativo D “Esempi di applicazione” è stato modificato per renderlo coerente anche con le norme della serie CEI EN 62305;

� l’Allegato informativo E “Esempi di applicazione di analisi del rischio” è stato cancellato perché non coerente con la Norma CEI EN 62305-2.

Nota: La stessa procedura semplificata che era indicata nell’Allegato E, predisposta dal Comitato Tecnico TC 64 dell’IEC, non è stata recepita dal Comitato Tecnico italiano CT 64 nella Variante V2 della Norma CEI 64-8”.

La presente Guida Tecnica deve essere utilizzata congiuntamente alla Norma CEI EN 61643-11.

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0 Introduzione

0.1 GeneralitàLa presente Guida Tecnica deve essere utilizzata congiuntamente alla EN 61643-11:2002.

I limitatori di sovratensioni (SPD) sono impiegati per proteggere, in determinate condizioni, i sistemi e le apparecchiature elettriche contro le diverse sovratensioni e correnti impulsive, come i fulmini e le sovratensioni di manovra.

Gli SPD devono essere scelti tenendo conto delle condizioni ambientali di utilizzazione e del tasso di guasto accettabile delle apparecchiature e degli SPD.

La presente Guida Tecnica fornisce informazioni:

� all’utilizzatore sulle caratteristiche utili per scegliere un SPD;

� per valutare, con riferimento alla EN 62305-1, alla EN 62305-4 e alla serie HD 384/60364, la necessità di utilizzare gli SPD nei sistemi di bassa tensione;

� sulla scelta ed sul coordinamento degli SPD, tenendo conto dell’intero ambiente in cui sono utilizzati. Alcuni esempi sono: apparecchiatura da proteggere e caratteristiche del sistema, livelli d’isolamento, sovratensioni, metodi d’installazione, ubicazione degli SPD, coordinamento degli SPD, modalità di guasto degli SPD e conseguenze dei danni alle apparecchiature;

� fornisce linee guida nell’esecuzione dell’analisi del rischio.La serie HD 384/60364 di documenti armonizzati fornisce informazioni dirette ai responsabilidell’installazione degli SPD.

Al fine di disporre di un documento di lavoro completo, parti di documenti esistenti sono state duplicate, dove necessario. Tali parti sono esplicitamente indicate nel testo e l’attenzione del lettore è richiamata su quelle parti che in futuro potranno cambiare.

0.2 Elementi per comprendere la struttura della presente Guida TecnicaL’elenco sottostante sintetizza la struttura della presente Guida Tecnica e fornisce un riassunto delle informazioni contenute in ogni articolo ed Allegato. Gli articoli forniscono le informazioni di base sui fattori utilizzati per scegliere gli SPD. I lettori che desiderano ottenere maggiori dettagli sulle informazioni contenute negli articoli da 4 a 7 possono fare riferimento ai relativi Allegati.

L’art. 1 descrive il campo di applicazione della presente Guida Tecnica.

L’art. 2 elenca i riferimenti normativi dove si possono trovare informazioni supplementari.

L’art. 3 fornisce le definizioni utili alla comprensione della presente Guida Tecnica.

L’art. 4 indica i parametri del sistema e dell’apparecchiatura rilevanti per gli SPD. In aggiunta sono descritte le sollecitazioni generate dai fulmini, quelle create dalla rete stessa come le sovratensioni temporanee e di manovra.

L’art. 5 elenca i parametri elettrici utilizzati nella scelta di un SPD con alcune spiegazioni relative a questi parametri. Questi ultimi fanno riferimento ai dati contenuti nella EN 61643-11.

L’art. 6 è il cuore della presente Guida Tecnica. Esso collega le sollecitazioni provenienti dalla rete (come discussi nell’art. 4) alle caratteristiche degli SPD (come discusso nell’art.5). Esso evidenza come la protezione offerta dagli SPD può essere influenzata dalla sua installazione. I diversi passi nella scelta di un SPD sono presentati insieme ai problemi del coordinamento quando più SPD sono utilizzati in un impianto (dettagli sul coordinamento possono essere trovati nell’Allegato F).

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L’art. 7 è un’introduzione all’analisi del rischio (considerazioni su “quando” è utile l’impiegodegli SPD).

L’art. 8 tratta il coordinamento tra linee di segnale e di energia (in esame).

L’Allegato A fornisce esempi sulle diverse tecnologie costruttive di SPD.

L’Allegato B si occupa di spiegare le procedure di prova utilizzate nella EN 1643-11.

L’Allegato C tratta il calcolo della suddivisione della corrente del fulmine tra diversi impianti di terra.

L’Allegato D fornisce specifici esempi sull’utilizzazione della presente Guida Tecnica.

L’Allegato E (vuoto)

L’Allegato F tratta le considerazioni sull’impiego degli SPD di Tipo 1.

L’Allegato G discute la differenza tra livello d’immunità e tenuta dell’isolamento di apparecchiature.

L’Allegato H fornisce esempi pratici di installazione degli SPD in alcuni Paesi.

L’Allegato I tratta la tenuta alle sovratensioni dei fusibili.

L’Allegato J fornisce i principi delle prove di coordinamento degli SPD.

L’Allegato K fornisce un calcola semplice di Iimp per gli SPD di Tipo 1 nel caso di un edificioprotetto da un LPS.

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1 Campo di applicazione

La presente Guida Tecnica descrive i principi per la scelta, il funzionamento, l’ubicazione ed il coordinamento degli SPD collegati ai circuiti da 50 Hz a 60 Hz in c.a. ed ad apparecchiature a tensione nominale fino a 1 000 V efficaci.

NOTA 1 La presente Guida Tecnica tratta soltanto gli SPD e non i componenti di SPD integrati all’internodell’apparecchiatura.

NOTA 2 Prescrizioni supplementari possono essere necessarie per applicazioni speciali quali la trazione elettrica, ecc.

NOTA 3 Si dovrebbe ricordare che si applicano anche la serie IEC 60364 e la EN 62305-4.

2 Riferimenti normativi

I documenti citati nel seguito ai quali viene fatto riferimento sono indispensabili per l’applicazione del presente documento. Per quanto riguarda i riferimenti datati, si applica esclusivamente l’edizione citata. Per quanto riguarda i riferimenti non datati, si applica l’ultima edizione del documento al quale viene fatto riferimento (comprese eventuali Modifiche).

HD 384/60364 serie Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1 000 V in corrente alternata e a 1 500 V in corrente continua (IEC 60364 serie, mod.)

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HD 60364-4-41 Low-voltage electrical installations – Part 4-41: Protection for safety – Protection against electric shock (IEC 60364-4-41, mod.)

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HD 60364-4-443:2006 Electrical installations of buildings – Part 4-44: Protection for safety – Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances – Clause 443: Protection against overvoltages of atmospheric origin or due to switching (IEC 60364-4-44:2001/A1:2003, mod.)

-

HD 60364-5-534:2008 Low-voltage electrical installations – Part 5-53: Selection and erection of electrical equipment – Isolation, switching and control – Clause 534: Devices for protection against overvoltages (IEC 60364-5-53:2001/A1:2002 (Clause 534), mod.)

-

EN 60529 Gradi di protezione degli involucri (Codice IP) (IEC 60529)

CEI 70-1

EN 60664-1 Coordinamento dell'isolamento per le apparecchiature nei sistemi a bassa tensione - Parte 1: Principi, prescrizioni e prove (IEC 60664-1)

CEI 109-1

EN 61000-4-5 Compatibilità elettromagnetica (EMC) - Parte 4-5: Tecniche di prova e di misura - Prova diimmunità ad impulso (IEC 61000-4-5)

CEI 110-30

EN 61008-1 Interruttori differenziali senza sganciatori di sovracorrente incorporati per installazioni domestiche e similari – Parte 1: Prescrizioni generali (IEC 61008-1, mod.)

CEI 23-42

EN 61009-1 Interruttori differenziali con sganciatori di sovracorrente incorporati per installazioni domestiche e similari – Parte 1: Prescrizioni generali (IEC 61009-1, mod.)

CEI 23-44

EN 61643-11:2002 + A11:2007

Limitatori di sovratensioni di bassa tensione - Parte 11: Limitatori di sovratensioni connessi a sistemi di bassa tensione - Prescrizioni e prove (IEC 61643-1:1998, mod. + corrigendum Dec. 1998, mod.)

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EN 62305-1:2006 Protezione contro i fulmini - Parte 1: Principi generali (IEC 62305-1:2006)

CEI 81-10/1

EN 62305-2 Protezione contro i fulmini - Parte 2: Valutazione del rischio (IEC 62305-2)

CEI 81-10/2

EN 62305-3 Protezione contro i fulmini - Parte 3: Danno materiale alle strutture e pericolo per le persone (IEC 62305-3, mod.)

CEI 81-10/3

EN 62305-4 Protezione contro i fulmini - Parte 4: Impianti elettrici ed elettronici nelle strutture (IEC 62305-4)

CEI 81-10/4

3 Termini, definizioni e termini abbreviati

3.1 Termini e definizioniAi fini del presente documento si applicano i termini e le definizioni seguenti.

NOTA Queste definizioni sono tratte, per la maggior parte, dalla EN 61643-11 (il numero della definizione è indicato tra parentesi quadre). Dove necessario, una nota è stata aggiunta per una migliore comprensione dell’applicazione degli SPD.

3.1limitatore di sovratensioniSPDdispositivo utilizzato per limitare le sovratensioni e deviare le correnti impulsive. Esso contiene almeno un componente non lineare

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.1]

3.2 corrente continuativaIccorrente che scorre in ogni modo di protezione dell’SPD alimentato alla massima tensione continuative (Uc) di ogni modo

3.3 tensione massima continuativaUcmassimo valore della tensione efficace che può essere applicata permanentemente per il modo di protezione dell’SPD. Detto valore è uguale alla tensione nominale dell’SPD

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.11]

3.4 livello di protezione di tensioneUpparametro che caratterizza la prestazione dell’SPD nel limitare la tensione tra i suoi terminali e che è scelto in un elenco di valori preferenziali. Questo valore deve essere superiore al valore più alto ottenuto nella misura delle tensioni di protezione

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.15]

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3.5 tensione di protezione misuratamassimo valore di tensione che è misurato tra i terminali dell’SPD durante l’applicazione di impulsi di forma d’onda ed ampiezza specificati

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.16]

3.6 tensione residuaUresvalore di picco della tensione che si manifesta tra i terminali di un SPD a seguito del passaggio della corrente di scarica

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.17]

3.7 valore di prova della sovratensione temporaneaUTtensione di prova applicata per una durata specificata ad un SPD per simulare la sollecitazione in condizioni TOV

NOTA 1 Adattata dalla EN 61643-11:2002, Definizione 3.18, aggiungendo la nota seguente.

NOTA 2 È la caratteristica dichiarata dal costruttore sul comportamento dell’SPD quando sollecitato con la tensione UT sopra Uc per una data specifica durata tT (questo comportamento può essere sia senza cambiamenti delle prestazioni dopo l’applicazione della sovratensione temporanea sia con un danneggiamento dell’SPD senza causare pericoli sia per le persone, sia per l’apparecchiatura o per le cose).

3.8 sovratensione temporanea della reteUTOVsovratensione alla frequenza di rete, di relativamente lunga durata, che si verifica in un determinato punto della rete. TOV possono essere causate da guasti nei sistemi BT (UTOV,LV) o nei sistemi AT (UTOV,HV)

NOTA Sovratensioni temporanee, di durata tipica fino a diversi secondi, sono usualmente causate da manovre oguasti (per es. distacco improvviso di carichi, guasti monofase, ecc.) e/o da non linearità (effetti di ferrorisonanza, armoniche, ecc.)

3.9 corrente nominale di scaricaInvalore di picco della corrente che circola nell’SPD e che ha forma d’onda 8/20. Questa è usata per classificare l’SPD nella classe di prova II ed anche per il precondizionamento dell’SPD di classe di prova I e II

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.8]

3.10 corrente impulsivaIimp

è definita da tre parametri, un valore di corrente di picco Ipeak, una carica Q e un’energia specifica W/R. È utilizzata nella sequenza di prova di funzionamento per classificare l’SPD nella classe di prova I

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.9]

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3.11 fuga termicacondizione di funzionamento in cui la potenza dissipata da un SPD supera la capacità di dissipazione termica del contenitore e delle connessioni, conducendo ad un incremento cumulativo di temperatura dei componenti interni determinandone un cedimento

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.25]

3.12 stabilità termicaun SPD è termicamente stabile se, dopo le prove di funzionamento che provocano un incremento della temperatura, la temperatura dell’SPD decresce nel tempo quando esso sia alimentato alla tensione massima continuativa specificata e in condizioni di temperatura ambiente specificate

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.26]

3.13 dispositivo di distacco di un SPDdispositivo (interno e/o esterno) richiesto per scollegare un SPD dalla rete elettrica

NOTA Questo dispositivo di distacco non è richiesto per ottenere capacità d’isolamento. Serve per prevenire un guasto persistente sul sistema ed è usato per fornire un’indicazione del cedimento dell’SPD.

Il dispositivo di distacco può avere più di una funzione, per es. una funzione di protezione contro le sovracorrenti e una funzione di protezione termica. Queste funzioni possono essere incorporate in una sola unità o assolte da unità separate.

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.29]

3.14 tenuta al cortocircuitocorrente di cortocircuito massima presunta che l’SPD è in grado di sopportare

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.28]

3.15 SPD ad una portaSPD connesso in derivazione al circuito da proteggere. Un dispositivo a una porta può avere terminali di entrata e uscita separati, senza una specifica impedenza serie tra detti terminaliNOTA 1 Adattata dalla EN 61643-11, Definizione 3.2, aggiungendo la nota seguente.

NOTA 2 L’Allegato A mostra alcuni tipici SPD ad una porta e lo schema generico di un SPD ad una porta. Un SPD ad una porta può essere collegato in derivazione, Fig. A.1 a), oppure in serie con l’alimentazione. Nel primocaso la corrente di carico non scorre nell’SPD. Nel secondo caso, la corrente di carico scorre nell’SPD e l’aumentodi temperatura dovuto alla corrente di carico e la relativa massima corrente di carico ammissibile possono esseredeterminate come per un SPD a due porte. La Fig. A.3 mostra la risposta di diversi tipi di SPD ad una portaall’impulso 8/20 applicato mediante il generatore d’onda combinata.

3.16 SPD a due porteSPD con due insiemi di terminali, entrata ed uscita. Tra detti terminali è inserita un’impedenza serie specificaNOTA 1 Adattata dalla EN 61643-11, Definizione 3.3, aggiungendo la nota seguente.

NOTA 2 La tensione di protezione misurata può essere maggiore ai terminali d’ingresso rispetto ai terminali d’uscita. Pertanto, l’apparecchiatura da proteggere deve essere collegata ai terminali d’uscita. La Fig. A.2 mostra tipici SPD a due porte. La Fig. A.3 mostra la risposta di un SPD a due porte ad un impulso 8/20 applicato mediante un generatore d’onda combinata.

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3.17 SPD con intervento ad innescoSPD che presenta un’alta impedenza in assenza di sovratensioni, ma che può evolvere rapidamente verso un basso valore d’impedenza in presenza di una sovratensione. Esempi comuni di componenti usati come dispositivi ad innesco sono spinterometri, scaricatori a gas (GDT), tiristori (raddrizzatori a diodi controllati) e triac. Questi SPD sono talvolta chiamati “di tipo crowbar”NOTA 1 Adattata dalla EN 61643-11, Definizione 3.4, aggiungendo la nota seguente.

NOTA 2 Un dispositivo con intervento ad innesco ha una caratteristica discontinua della tensione U in funzione della corrente I. La Fig. 3c mostra la risposta di un tipico SPD, con intervento ad innesco, ad un impulso applicato mediante un generatore d’onda combinata.

3.18 SPD con intervento a limitazioneSPD che presenta un’alta impedenza in assenza di sovratensioni e che la riduce con continuità con l’aumentare della tensione e della corrente impulsive. Esempi di componenti utilizzati come dispositivi non lineari sono varistori e diodi soppressori. Questi SPD sono talvolta chiamati “di tipo clamping”


NOTA 2 Un dispositivo con intervento a limitazione ha una caratteristica continua della tensione U in funzione della corrente I. La Fig. 3b mostra la risposta di un tipico SPD, con intervento a limitazione, ad un impulso applicato mediante un generatore d’onda combinata.

3.19 SPD di tipo combinatoSPD che incorpora sia componenti di tipo ad innesco che componenti di tipo a limitazione e che può intervenire ad innesco o a limitazione o sia ad innesco che a limitazione in relazione alle caratteristiche della tensione applicata


NOTA 2 La Fig. A.3 mostra la risposta di diversi SPD di tipo combinato ad impulsi d’onda combinata..

3.20 modi di protezioneun componente di protezione dell’SPD può essere collegato tra i conduttori di fase, tra fase e terra, tra fase e neutro, tra neutro e terra o relative combinazioni. Ci si riferisce a questi collegamenti per indicare i modi di protezione

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.7]

3.21 corrente susseguenteIfcorrente, fornita dal sistema di alimentazione elettrica, che fluisce attraverso l’SPD a seguito di una corrente di scarica impulsiva. La corrente susseguente è significativamente diversa dalla corrente continuativa (Ic)

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.13]

3.22 corrente di scarica massima per la classe di prova II(Imax) valore di picco di una corrente, circolante nell’SPD, avente forma d’onda 8/20 e di ampiezza conforme alla sequenza di prova di funzionamento per la classe II. Imax è maggiore di In

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.10]

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3.23 deterioramentovariazione dei parametri di prestazione originali dovuta all’esposizione dell’SPD a sovratensioni o a condizioni in servizio o ambientali sfavorevoli

NOTA 1 Adattata dalla definizione 3.27 della EN 61643-11 aggiungendo la nota seguente.

NOTA 2 Il deterioramento misura la capacità di un SPD di sopportare, durante la sua vita in servizio, le condizioni per le quali è stato progettato. Due tipi di prove sono applicate per avere sicurezza del deterioramento. La prima è la prova di funzionamento e la seconda è la prova d’invecchiamento. Queste due prove però possono essere combinate.

La prova di funzionamento è eseguita applicando uno specifico numero di definite forme d’onda di corrente all’SPD. Le variazioni permesse delle caratteristiche dell’SPD sono riportate nella EN 61643-11.

La prova d’invecchiamento è eseguita ad una temperatura specificata con una tensione di ampiezza e durata definita applicata all’SPD. Le variazioni permesse delle caratteristiche dell’SPD sono riportate nella presente Guida Tecnica (questa prova è allo studio).

Ciò può essere usato per determinare la vita presunta dell’SPD installato che dovrebbe anche considerare gli aspetti seguenti:

– la politica di sostituzione;

– l’ubicazione e l’accessibilità;

– il tasso di guasto accettabile;

– le regole di esercizio

3.24 dispositivo a corrente residua (differenziale)RCDdispositivo di commutazione meccanico o insieme di dispositivi destinati a causare l’apertura dei contatti quando la corrente differenziale raggiunge un dato valore in condizioni specificate

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.37]

3.25 tensione nominale tra fase del sistema e terraUntensione per la quale è progettato un sistema o un’apparecchiatura e alla quale sono riferite certe caratteristiche di esercizio (per es., 230/400 V).

In condizioni normali del sistema, la tensione ai terminali di alimentazione può essere diversa dalla tensione nominale, determinata dalle tolleranze dei sistemi di alimentazione. Nella presente Guida Tecnica, si utilizza una tolleranza di � 10 %

3.26 tensione tra fase e neutro del sistemaUotensione tra fase e neutro (valore efficace della tensione in c.a.) del sistema riferita alla tensione nominale del sistema (tensione per la quale è progettato il sistema)

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.46]

3.27 corrente di carico nominale (IL) valore massimo della corrente nominale continuativa efficace che può essere applicata ad un carico connesso all’uscita protetta di un SPD


NOTA 2 Ciò si riferisce soltanto agli SPD che hanno i terminali d’ingresso e d’uscita separati.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

3.28 protezione contro le sovracorrentidispositivo contro le sovracorrenti (per es., interruttore o fusibile), che può far parte integrante dell’impianto elettrico, collocato all’esterno a monte dell’SPD.

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.36]

3.29 tensione massima continuativa del sistema di alimentazione nel punto di ubicazione dell’SPDUcsmassima tensione efficace alla quale l’SPD può essere permanentemente sottoposto nel punto d’installazione dell’SPD

NOTA 1 Adattata dalla EN 61643-11:2002, Definizione 3.49, aggiungendo le note seguenti.

NOTA 2 Ciò tiene conto soltanto della regolazione della tensione e/o della caduta o incremento di tensione. È anche chiamata tensione massima reale del sistema (vedi Fig. 6) ed è direttamente collegata alla tensione U0.

NOTA 3 Questa tensione non tiene conto di armoniche, di guasti, delle TOV o di condizioni transitorie.

3.30 tensione di scarica di un SPD con intervento ad innescovalore massimo di tensione che si presenta prima che avvenga la scarica disruptiva tra gli elettrodi di uno spinterometro di un SPD


NOTA 2 Un SPD con intervento ad innesco può essere basato su componenti diversi dagli spinterometri (per es., componenti a base di silicio).

3.31 impianto di protezione contro i fulminiLPSimpianto completo usato per proteggere la struttura ed il suo contenuto contro gli effetti del fulmine

3.32 SPD multiservizioun limitatore di sovratensioni che protegge due o più servizi, come una linea di alimentazione,di telecomunicazioni e di segnale, in un singolo involucro nel quale è presente tra i servizi un collegamento di riferimento durante le condizioni impulsive

3.33 corrente residua (differenziale)IPEcorrente che fluisce attraverso il terminale del conduttore di protezione (PE), quando l’SPD è alimentato alla tensione massima continuativa (Uc) ed è collegato conformemente alle istruzioni del costruttore

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.42]

3.34 corrente di cortocircuito presunta di una rete di alimentazioneIpcorrente che potrebbe fluire in un dato punto di un circuito quando esso venga cortocircuitato in quel punto mediante un collegamento d’impedenza trascurabile

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.40]

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3.35 valore nominale d’interruzione della corrente susseguenteIficorrente di cortocircuito presunta che un SPD è in grado di interrompere da solo

[EN 61643-11:2002, Definizione 3.41]

3.36 energia specifica per la prova di classe I(W/R) energia dissipata da una resistenza di 1 � con la corrente di scarica Iimp

3.37 tensione di tenuta ad impulso nominale (UW) tensione di tenuta ad impulso assegnata dal costruttore all’apparecchiatura o ad una parte di essa, che caratterizza la capacità di tenuta specificata del suo isolamento contro le sovratensioni

NOTA Ai fini della presente Guida Tecnica, si considerano solamente le tensioni di tenuta tra i conduttori attivi e la terra.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

3.2 Elenco delle variabili e delle abbreviazioni utilizzate nella presente Guida Tecnica

Elenco delle variabili

EMAXMassimo livello tollerabile di energia

IcCorrente continuativa

IfCorrente susseguente

If iValore nominale d’interruzione della corrente susseguente

I impCorrente impulsiva per la classe di prova I

ILCorrente di carico nominale

ImaxCorrente di scarica massima per la classe di prova II

InCorrente di scarica nominale

IpCorrente di cortocircuito presunta di una rete di alimentazione

IpeakValore di picco della corrente impulsiva

IPECorrente residua

IscCorrente di cortocircuito del generatore d’onda combinata (CWG)

L Induttanza

NgDensità di fulmini a terra

NkLivello ceraunico

UcTensione massima continuativa

UcsTensione massima continuativa della rete di alimentazione

UdynTensione d’innesco dinamica di uno spinterometro

UmTensione di protezione misurata

UnTensione nominale tra fase del sistema e terra

U0Tensione tra fase e neutro del sistema

UocTensione a circuito aperto per la classe di prova III

UpLivello di protezione

UrefTensione di riferimento di un varistore

UresTensione residua

UTSovratensione temporanea

UTOVSovratensione temporanea di una rete di alimentazione

UTOV,HVSovratensione temporanea della rete originata nei sistemi in alta tensione

UTOV,LVSovratensione temporanea della rete originata nei sistemi in bassa tensione

UWTensione di tenuta

Q Carica di corrente impulsiva

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Elenco delle abbreviazioni

CWG Generatore d’onda combinata

EMC Compatibilità elettromagnetica

GDT Scaricatore a gas

HV Alta tensione

IP Grado di protezione fornito dall’involucro

LPS Impianto di protezione contro i fulmini

LPZ Zone di protezione contro il fulmine

BT Bassa tensione

MEB Barra di equipotenzializzazione principale

MOV Varistori ad ossido di metallo

ATA Alta tensione A (media tensione, <50 kV), a volte denominata impropriamente MV

PE Conduttore di protezione

RCD Interruttore differenziale

TOV Sovratensione temporanea

SPD Limitatore di sovratensioni

ZnO Ossido di zinco

4 Sistemi e apparecchiature da proteggere

Quando si valuta la necessità di utilizzare un SPD in un impianto, due fattori devono essere

considerati:

� le caratteristiche del sistema di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione sul quale sarà utilizzato, comprese i tipi ed i livelli delle sovratensioni e delle sovracorrenti attese;

� le caratteristiche dell’apparecchiatura da proteggere.4.1 Sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensioneI sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione sono sostanzialmente caratterizzati dal tipo di sistema di messa a terra (TNC, TNS, TNC-S, TT, IT) e dalla tensionenominale (vedi 3.35). Diverse tipologie di sovratensioni e sovracorrenti possono verificarsi. Nella presente Guida Tecnica, le sovratensioni sono classificate in tre gruppi:

� fulmini;

� manovre;

� sovratensioni temporanee.4.1.1 Sovratensioni e sovracorrenti dovute ai fulminiIn molti casi la sollecitazione causata dai fulmini è il principale fattore nella scelta della classe di prova di un SPD e dei valori di corrente o tensione associati (Iimp, Imax o Uoc,in accordo con la EN 61643-11).

La valutazione della forma d’onda e dell’ampiezza della corrente (o tensione) degli impulsi causati dai fulmini è necessaria per una corretta scelta di un SPD. È importante determinare se il livello di protezione dell’SPD è adeguato per proteggere l’apparecchiatura in tali situazioni.

NOTA Per esempio, aree soggette a frequenti scariche atmosferiche possono richiedere un SPD adatto a sopportare le prove della classe I o II.

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Generalmente (per es. nel caso di una fulminazione diretta della linea oppure di impulsi indotti sulle linee) le sollecitazioni maggiori si verificano sugli impianti elettrici esterni alla struttura. All’interno della struttura, le sollecitazioni diminuiscono spostandoci dal punto d’ingresso dell’impianto verso i circuiti interni. La diminuzione è dovuta alla variazione della configurazione e dell’impedenza del circuito.

La necessità della protezione contro i fulmini dipende da

� la densità locale dei fulmini a terra Ng (la densità media annua dei fulmini a terra, espressa in fulmini per km2 per anno, è relativa alla regione dove è ubicata la struttura). I moderni sistemi di localizzazione dei fulmini possono fornire informazioni su Ng con ragionevole precisione;

� l’esposizione dell’impianto elettrico, inclusi i servizi entranti. I sistemi interrati sono generalmente meno esposti dei sistemi aerei;

� anche quando l’alimentazione è in cavo interrato, l’impiego di un SPD può essere raccomandato per la protezione. Per determinare quando la protezione è necessaria, si dovrebbero considerare i seguenti aspetti:– l’impianto ha un sistema di protezione contro i fulmini (LPS) nelle sue vicinanze;– la lunghezza del cavo non è sufficiente a fornire un’adeguata separazione

(attenuazione) dell’impianto dalla parte aerea della rete;– elevate sovratensioni originate dai fulmini sono attese sulla linea aerea che alimenta il

lato AT (alta tensione) del trasformatore collegato all’impianto;– il cavo interrato può essere interessato dalla fulminazione diretta nel caso di terreni ad

elevate resistività;– la dimensione o l’altezza dell’edificio alimentato dal cavo è sufficientemente grande

per aumentare significativamente il rischio di fulmini diretti sull’edificio. Il rischio di fulmini diretti sugli altri servizi (linee telefoniche, sistemi d’antenna, ecc.) entranti (uscenti) che può interessare il sistema di alimentazione e l’apparecchiatura;

– altri servizi aerei sono presenti.Quando molti edifici sono alimentati da un singolo sistema di alimentazione, gli edifici, non protetti con SPD, possono subire elevate sollecitazioni sui loro sistemi elettrici.

Per l’installazione di SPD in una struttura con un impianto di protezione esterno contro i fulmini, è generalmente sufficiente (nel caso di fulminazione diretta della struttura) determinare la distribuzione della corrente attraverso gli SPD utilizzando nei calcoli i valori di resistenza di terra in c.c. (per es., la terra dell’edificio e del sistema di distribuzione dell’alimentazione, tubazioni, ecc).

La valutazione dell’ampiezza della forma d’onda e della corrente, in funzione del livello diprotezione contro i fulmini e dovuta alla sorgente diversa dei danni (cioè direttamente sulla struttura o vicino ad essa, cioè direttamente sulla linea elettrica di energia o vicino ad essa) è riportata nella in EN 62305-1:2006, Allegato E.

4.1.2 Sovratensioni di manovraQueste sollecitazioni sono usualmente inferiori a quelle dei fulmini, in termini di valori di picco della tensione e della corrente, ma possono avere maggiore durata. Tuttavia, in alcuni casi, in particolare all’interno della struttura o vicino alle sorgenti delle sovratensioni di manovra, queste sollecitazioni possono essere maggiori di quelle causate dai fulmini. L’energia associata a queste sovratensioni deve essere nota per permettere una scelta appropriata degli SPD. La durata delle sovratensioni di manovra, compresi i transitori dovuti ai guasti e all’intervento dei fusibili, può essere molto maggiore di quella delle sovratensioni causate dai fulmini.

In generale, la scelta delle caratteristiche nominali di un SPD si basa sulle sollecitazionidovute ai fulmini.

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4.1.3 Sovratensioni temporanee UTOV

4.1.3.1 GeneralitàQualunque SPD, durante la sua vita, può essere esposto ad una sovratensione temporaneaUTOV che supera la tensione massima continuativa della rete di alimentazione.

Una sovratensione temporanea ha due dimensioni, ampiezza e tempo. La durata della sovratensione dipende principalmente dal sistema di messa a terra della rete di alimentazione(comprendendo sia la rete in alta tensione che la rete in bassa tensione alla quale è collegato l’SPD). La determinazione della sovratensione temporanea dovrebbe considerare la tensione massima continuativa della rete di alimentazione (Ucs).

4.1.3.2 Valori normalizzati

La IEC 60364-4-44 indica i valori massimi attesi di UTOV in una rete di alimentazione di bassa tensione (per dettagliate informazioni sul calcolo di questi valori, vedi l’Allegato E).

Valori minori sono possibili in funzione di parecchi fattori come l’ubicazione dell’SPD, il tipo di rete di alimentazione, ecc.

I valori massimi, riportati nella Tab. 1, si riferiscono all’impianto dell’utilizzatore (in corrispondenza del trasformatore vedi Tab. 1, Nota 2).

Tabella 1 – Valori massimi della TOV forniti dalla IEC 60634-4-44

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U0 + 1 200 V per durata fino a 5 s

Tra neutro e terra TT, IT 250 V per durata � 5 s

1 200 V per durata fino a 5 s

I valori sopra riportati sono valori estremi relativi a guasti nei sistemi di alimentazione in alta tensione e possono essere calcolati in funzione del tipo di sistema di alimentazione in accordo con l’Allegato E.

Presenza della UTOVSistema Valori massimi della UTOV

Tra fase e neutro TT e TN �3��U0

Il valore sopra riportato è relativo alla perdita del neutro nel sistema di bassa tensione.

Tra fase e terra sistema IT (sistema TT : vedi Nota 1)

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Il valore sopra riportato è relativo alla messa a terra accidentale del conduttore di fase nel sistema di bassa tensione.

Tra fase e neutro TT, IT e TN 1,45 � U0 per durata fino a 5 s

Il valore sopra riportato è relativo al cortocircuito tra conduttori di linea e neutro.

NOTA 1 È stato dimostrato che tali elevati valori di TOV possono verificarsi nei sistemi TT per durate fino a 5 s.Vedi Allegato E per maggiori dettagli. Ciò non è indicato dalla IEC 60364-4-44.

NOTA 2 Valori massimi di TOV nel punto di ubicazione del trasformatore possono essere diversi da quelli nellatabella qui sopra (maggiori o minori). Vedi l’Allegato E per maggiori dettagli.

NOTA 3 La perdita del neutro non è considerata nella scelta degli SPD.

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4.2 Caratteristiche dell’apparecchiatura da proteggereLe caratteristiche dell’apparecchiatura da proteggere, in condizioni transitorie, sono determinate con i due metodi seguenti; essi sono:

� la tenuta ad impulso dell’apparecchiatura provata secondo la IEC 60664-1. Questa è soltanto una prova di coordinamento dell’isolamento. Durante la prova l’apparecchiatura non è alimentata.

� l’immunità agli impulsi dell’apparecchiatura provata secondo la EN 61000-4-5. Questa prova valuta le caratteristiche d’immunità dell’apparecchiatura in condizioni di funzionamento. La prova è principalmente eseguita con un generatore d’onda combinato(1,2/50, 8/20) a diversi livelli determinando quando un malfunzionamento, un errore o un guasto avvengono durante il funzionamento con alimentazione.

Un confronto tra i livelli di tenuta ad impulso e d’immunità agli impulsi, con riferimento ai transitori nell’ambiente dove l’apparecchiatura è utilizzata, determina la possibile necessità di SPD. Per maggiori informazioni vedi l’Allegato G.

NOTA Gli SPD scelti dovrebbero fornire un livello di protezione effettivo Upf minore della tenuta ad impulsodell’apparecchiatura o, in alcuni casi dove il funzionamento continuativo dell’apparecchiatura costituisce una criticità, minore dell’immunità agli impulsi dell’apparecchiatura. Il livello di protezione Up dell’SPD dovrebbe essere scelto in accordo con gli art. 6.2.2 e 6.2.5. In aggiunta, a causa della possibile interazione tra l’apparecchiatura in prova ed il generatore, l’immunità dell’apparecchiatura è funzione non soltanto di Up ma anche della forma d’onda dell’impulso applicato.

5 Limitatori di sovratensioni

5.1 Funzioni di base degli SPDGli SPD considerati da questa Guida Tecnica sono quelli installati all’esterno dell’apparecchiatura da proteggere.

La loro funzione può essere descritta come segue.

� Nei sistemi di alimentazione in assenza di sovratensioni: l’SPD non deve avere una significativa influenza sulle caratteristiche funzionali del sistema sul quale è installato.

� Nei sistemi di alimentazione in presenza di sovratensioni: l’SPD risponde alle sovratensioni diminuendo la sua impedenza e così deviando la sovracorrente attraverso se stesso per limitare la tensione al suo livello di protezione. Le sovratensioni possono avviare la circolazione della corrente susseguente di rete attraverso l’SPD.

� Nei sistemi di alimentazione dopo la sovratensione: l’SPD ritorna al suo stato di alta impedenza dopo la sovratensione ed estingue qualunque corrente susseguente di rete.

Le caratteristiche degli SPD sono specificate per conseguire le suddette funzioni in condizioni normali di servizio. Le condizioni normali di servizio sono definite dalla frequenza della tensione del sistema di alimentazione, dalla corrente di carico, dall’altitudine (cioè dalla pressione dell’aria), dall’umidità e dalla temperatura dell’aria dell’ambiente.

5.2 Prescrizioni aggiuntivePrescrizioni aggiuntive possono essere necessarie in funzione del tipo di applicazione come:

� protezione dell’SPD contro i contatti diretti (in conformità con l’HD 60364-4-41);

� sicurezza nel caso di danneggiamento dell’SPD.Un SPD può non funzionare se sottoposto ad una sovratensione maggiore della sua massima energia di progetto e della sua capacità in termini di corrente di scarica. Ai fini della presente Guida Tecnica, le modalità di guasto degli SPD sono divise in “a circuito aperto” e “in cortocircuito”.

Nella modalità “a circuito aperto”, il sistema da proteggere non è più protetto. In questo caso, il guasto dell’SPD è generalmente difficile da rilevare perché non ha quasi alcuna influenza

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

sul sistema. Per assicurare che l’SPD danneggiato sia sostituito prima della sovratensione successiva, si può richiedere l’indicazione del guasto.

Nella modalità “in cortocircuito”, il sistema è fortemente influenzato dall’SPD danneggiato. La corrente di cortocircuito della rete di alimentazione scorre attraverso l’SPD danneggiato. L’energia dissipata durante il passaggio della corrente di cortocircuito può risultare troppo elevata e causare un pericolo d’incendio. La prova relativa alla capacità di sopportare la corrente di cortocircuito della EN 61643-11 risponde a questo problema. Nei casi in cui il sistema da proteggere non ha un adeguato dispositivo di distacco dell’SPD danneggiato dal suo circuito, si può richiedere un adeguato dispositivo di distacco all’SPD con modalità di guasto “in cortocircuito “.

5.3 Classificazione degli SPD5.3.1 SPD: classificazioneI limitatori di sovratensioni sono classificati, in accordo con la EN 61643-11, come segue.

Numero di porte: una o due

Tipologia di progettazione: con intervento ad innesco, con intervento a limitazione o

con intervento combinato

SPD di classe di prova I, II e/o III

Ubicazione: interno o esterno

Accessibilità: accessibile, inaccessibile (fuori portata)

Metodo di montaggio: fisso o mobile

Dispositivo di distacco: ubicazione (esterna, interna, sia esterna che interna, nessuna) e funzione di protezione (termica, corrente di fuga, sovracorrente)

Protezione contro la sovracorrente: specificata o non specificata

Grado di protezione offerto dall’involucro dell’SPD (codice IP) (vedi IEC 60529)

Campo di temperatura: normale o esteso

NOTA Per definizione, esterno significa fuori di ripari chiusi. Dunque, tali SPD sono soggetti a tutte le condizioni esterne. Interno significa dentro ripari chiusi. Dunque, tali SPD sono soggetti alle condizioni atmosferiche da interno. Fuori portata significa che non si ha accesso a parti attive senza l’uso di attrezzi o altri mezzi.

Alcune scelte suddette sono collegate alla tecnologia di costruzione utilizzata e sono indicate dal costruttore.

5.3.2 Progetto tipico e tipologieI principali componenti di protezione utilizzati negli SPD appartengono a due categorie:

– componenti con intervento a limitazione: varistori, diodi a valanga o soppressori, ecc.;– componenti con intervento ad innesco: spinterometri in aria, scaricatori a gas, tiristori

(raddrizzatori a diodi controllati), triac, ecc..

In base a questi componenti, schemi tipici di SPD sono riportati sotto (vedi Fig. 1):

– componente singolo con intervento a limitazione (Fig. 1a): SPD di tipo a limitazione;– componente singolo con intervento ad innesco (Fig. 1b): SPD di tipo ad innesco;– combinazione di componenti con intervento a limitazione ed ad innesco (Fig. 1c e d): SPD

di tipo combinato.

Prog

ePP

getto

o tipicoponenti di proenti di p

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Legenda

a Componenti con intervento a limitazione

b Componenti con intervento ad innesco

c Componenti con intervento a limitazione in serie con componenti con intervento ad innesco

d Componenti con intervento a limitazione in parallelo con componenti con intervento ad innesco

Figura 1 – Esempi di componenti e combinazione di componenti

Non tutti gli SPD sono definiti da una semplice sistemazione dei componenti di base. In aggiunta essi possono comprendere indicatori, dispositivi di distacco, fusibili, induttori, condensatori e altri componenti.

In aggiunta, un SPD può essere configurato come: SPD ad una porta (vedi 3.25) o SPD a due porte (vedi 3.26).

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PP

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

5.4 Caratteristiche degli SPD5.4.1 Condizioni di servizio descritte nella EN 61643-11Condizioni normali di servizio:

– La frequenza della rete di alimentazione è compresa tra 48 Hz e 62 Hz in a.c. o in c.c.– L’altitudine non deve superare i 2 000 m.– Temperature di esercizio e di magazzinaggio: gamma normale da –5 °C a +40 °C, gamma

estesa da –40 °C a +70 °C.– L’umidità relative al chiuso deve essere compresa tra il 30 % e il 90 %.NOTA 1 L’utilizzatore determina la posizione dove l’SPD è da installare (esterna, interna, ecc.) e dovrebbedecidere se le condizioni ambientali di temperature sono comprese nella gamma normale oppure in quella estesa.

NOTA 2 La EN 61643-11 fornisce anche indicazioni relative alla tensione massima continuativa degli SPD. Vedi 6.2.1 della presente Guida Tecnica.

Condizioni anormali di servizio:

L’esposizione degli SPD a condizioni anormali di servizio può richiedere speciali considerazioni di progetto o di applicazione degli SPD che dovrebbero essere portate all’attenzione del costruttore.

Irradiazione solare: la maggior parte degli SPD non sono esposti alle irradiazioni solari. In generale, le irradiazioni solari non sono considerate durante le prove di tipo. Dove gli SPD sono esposti alle irradiazioni solari, ciò dovrebbe essere tenuto presente ed di conseguenza provato.

NOTA 3 In generale, il grado di protezione dell’involucro dell’SPD dovrebbe essere maggiore del grado IP2X. In alcuni casi, altri valori potrebbero essere utilizzati (per es., SPD per esterno).

5.4.2 Elenco dei parametri per scegliere gli SPDIl seguente è un elenco di parametri necessari agli utilizzatori per scegliere adeguatamente gli SPD.

NOTA Alcuni parametri sono definiti per ogni modo di protezione.

a) Uc: Tensione massima continuativa

b) Caratteristica della sovratensione temporanea

c) In: Corrente di scarica nominale (soltanto per le classi di prova I e II)

d) Imax per la classe di prova II, Iimp per la classe di prova I, Uoc per la classe di prova III

e) Up livello di protezione

f) Deterioramento (allo studio) g) Modalità di guastoh) Tenuta al cortocircuito

i) Valore nominale d’interruzione della corrente susseguente Ifi (eccetto per gli SPD conintervento a limitazione)

j) Corrente di carico nominale IL (per gli SPD a due porte o per gli SPD ad una porta con iterminali d’ingresso separati da quelli d’uscita)

k) Caduta di tensione (per gli SPD a due porte o per gli SPD ad una porta con i terminalid’ingresso separati da quelli d’uscita)

l) Corrente residua IPE (facoltativa)

La Fig. 2 mostra la relazione tra Up, U0, Uc e Ucs.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Figura 2 – Relazione tra Up, U0, Uc e Ucs

5.5 Informazioni aggiuntive sulle caratteristiche degli SPD5.5.1 Informazioni relative alle tensioni a frequenza di rete

5.5.1.1 Uc: Tensione massima continuativa

Uc deve essere scelta in modo da minimizzare qualsiasi variazione delle caratteristiche dell’SPD (invecchiamento, fuga termica, ecc.) in condizioni normali.

Ic è il valore della corrente attraverso l’SPD quando Uc è applicata. La corrente che passaattraverso il terminale di terra (PE), se esiste, è chiamata corrente residua IPE. questa corrente IPE.è utilizzata nella scelta di un SPD per evitare il funzionamento non necessario dei dispositivi contro le sovracorrenti o di altri dispositivi di protezione (per es. RCD) (vedi 5.3.1.212 della IEC 60364-5-53).

5.5.1.2 Caratteristica della sovratensione temporaneaQualche coppia di valori della sovratensione a frequenza di rete in funzione del tempo (fino ad alcuni secondi) è sufficiente per descrivere la caratteristica della sovratensione temporanea dell’SPD.

L’SPD può sia sopportare le prove TOV senza cambiamenti inaccettabili delle sue caratteristiche, sia non superare le prove in modo accettabile.

Gli SPD installati secondo la IEC 60364-5-53 devono sopportare le TOV dovute ad un guasto nel sistema di bassa tensione (Vedi i valori delle TOV per una durata di 5 s nella Tab. 5). L’SPD installato tra il neutro ed la PE secondo lo schema di connessione CT2 (vedi Fig. 11) deve sopportare anche le TOV dovute ad un guasto nel sistema ad alta tensione (vedi Vedi ivalori delle TOV per una durata di 200 ms nella Tab. 5).

Le durate delle TOV considerate dalla EN 61643-11 sono 200 ms e 5 s.

La caratteristica temporanea deve essere fornita dal costruttore in accordo con la EN 61643-11.

NOTA La scelta di un SPD, che sopporta una elevata sovratensione temporanea ed ha una bassa tensione comelivello di protezione, può essere difficile da effettuare.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

L’utilizzatore può scegliere l’SPD più appropriato confrontando la caratteristica della sovratensione temporanea dell’SPD e le sovratensioni temporanee (UTOV) che si verificano sul sistema di alimentazione. Valori normalizzati da utilizzare nelle prove sugli SPD sono riportati nella Tab. 5.

5.5.2 Informazioni relative alle correnti impulsiveI fattori discussi sotto si riferiscono alle caratteristiche di tensione, corrente e tempo della forma d’onda impulsiva. Diversi livelli e forme d’onda impulsive sono utilizzati nelle prove in funzione delle sollecitazioni alle quali si prevede di esporre l’SPD.

Guida alla scelta dell’appropriata(e) classe(i) di prova di un SPD è riportata nell’introduzione della EN 61643-11, che dichiara quanto segue.

– La classe di prova I intende simulare impulsi condotti equivalenti ad una frazione della corrente del fulmine. Gli SPD provati con la classe di prova I sono generalmente raccomandati per l’installazione in punti ad elevata esposizione, per es., all’ingresso della linea negli edifici protetti con impianti di protezione contro i fulmini (LPS).

– Gli SPD provati con la classe di prova II o III sono sottoposti ad impulsi con più breve durata. Questi SPD sono raccomandati per l’installazione in punti con minore esposizione alla fulminazione diretta.

La scelta di un SPD richiede di considerare sia la classe di prova sia l’ampiezza nominale dell’impulso.

NOTA La classe di prova II applica una corrente impressa all’SPD. La classe di prova III applica una tensione all’SPD e la corrente risultante dipende dalle caratteristiche dell’SPD.

5.5.2.1 In: Corrente di scarica nominale (8/20) (per gli SPD provati secondo la classe di prova I e II)

Questa corrente è utilizzata come parametro di prova per misurare la tensione di protezione degli SPD provati secondo la classe di prova I e II. Questa corrente è anche impiegata (applicata 15 volte) durante il precondizionamento nella prova di funzionamento per le classi Ie II.

In è minore di Imax e simula una corrente che si prevede possa verificarsi abbastanza frequentemente in campo.

I valori preferenziali di In sono: 0,05 kA; 0,1 kA; 0,25 kA; 0,5 kA; 1,0 kA; 1,5 kA; 2,0 kA; 2,5 kA; 3,0 kA; 5,0 kA; 10 kA; 15 kA e 20 kA.

5.5.2.2 Iimp e Imax (per gli SPD secondo la classe di prova I e II)

Iimp e Imax sono parametri di prova utilizzati nella prova di funzionamento rispettivamente per le classi di prova I e II. Essi sono relativi ai valori massimi di correnti di scarica, che possono verificarsi soltanto molto raramente nei punti di ubicazione degli SPD sul sistema. Imax èassociato alla classe di prova II e Iimp è associato alla classe di prova I.

I valori preferenziali di Iimp (Ipeak, Q, W/R), secondo la EN 61643-11, sono riportati nella Tab. 2.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Tabella 2 – Valori preferenziali di Iimp

Ipeak Q W/RkA As kJ/�

25 12,5 156

20 10 100

12,5 6,25 39

10 5 25

5 2,5 6,25

NOTA 1 In generale I imp è associata a forme d’onda più lunghe di quella associata ad In.

NOTA 2 La forma d’onda 10/350 è un esempio di forma d’onda che soddisfa le prescrizioni della Tab. 2.

5.5.3 Informazioni relative al livello di protezione fornito dagli SPD5.5.3.1 Tensione di protezione misurataa) SPD di Tipo 1 e di Tipo 2

La misura della tensione di protezione è effettuata eseguendo due prove:– misura della tensione residua in corrispondenza di diversi valori di corrente con forma

d’onda 8/20;– misura della tensione di scarica impiegando la forma d’onda 1,2/50.La tensione di protezione misurata è il più elevato valore tra– la tensione residua, per la gamma di valori di corrente

da 0,1 � In fino a Ipeak o In qualsiasi sia il maggiore per la classe di prova I;

da 0,1 � In fino a 1,0 � In per la classe di prova II;

– la tensione di scarica utilizzando la forma d’onda 1,2/50.

� SPD con componenti con intervento a limitazione

La Fig. 3 presenta una curva tipica Ures in funzione di I per un varistore a ossido di zinco (ZnO). La figura indica che si deve anche considerare la tensione residua dell’SPD in corrispondenza di Imax. Se questa tensione è maggiore della tensione del livello di protezione, ed in particolare se è maggiore della tensione di tenuta ad impulso dell’apparecchiatura da proteggere, allora c’è il rischio che l’SPD sopravviva a tali sollecitazioni ma l’apparecchiatura non sarà protetta. Il livello di protezione e la tenuta alle correnti impulsive dell’SPD devono quindi essere scelti di conseguenza.

Prog

etto

PP

in

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lica

a ad IInn. .

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SPDSPD


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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Legenda

Um Tensione di protezione misurata = Ures a In per SPD provati secondo la classe di prova II. U > Um in corrispondenza di I = Imax > In

V Varistore ad ossido di zinco (ZnO)

R Gamma di diversi kA

Figura 3 – Curva tipica di Ures in funzione di I per varistori a ossido di zinco (ZnO)

� SPD con componenti con intervento ad innescoLa tensione impulsiva di scarica di un dispositivo con spinterometro (scaricatore a gas, ecc.) dipende dalla velocità di salita (pendenza) (dU/dt) della sovratensione transitoria applicata.Generalmente, un incremento della velocità di salita (pendenza) della tensione transitoria (dU/dt) porta a un incremento della tensione impulsiva di scarica. Poiché la tensione impulsiva di scarica è un valore statistico corrispondente ad un definito dU/dt, ci sarà una differenza nei valori misurati (vedi Fig. 4).

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lica


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Legenda

a Velocità di salita (pendenza) superiore – 10 kV/µs

b Velocità di salita (pendenza) inferiore – 1 kV/µs

t Differenza nei tempi di scarica

U Differenza nella tensione di scarica

Figura 4 – Curva tipica di uno spinterometro

b) SPD di Tipo 3Un generatore d’onda combinata è utilizzato per gli SPD provati secondo la classe III. Il valore massimo misurato durante la prova è quindi la tensione di protezione misurata.

5.5.3.2 Livello di protezione Up

Up è dichiarato dal costruttore. Per definizione è uguale al, oppure è maggiore del, più elevato valore della tensione di protezione misurata. La scelta di questo valore da parte del costruttore dovrebbe tenere conto delle tolleranze di costruzione.

I livelli preferenziali del livello di protezione sono: 0,08 kV; 0,09 kV; 0,10 kV; 0,12 kV; 0,15 kV; 0,22 kV; 0,33 kV; 0,4 kV; 0,5 kV; 0,6 kV; 0,7 kV; 0,8 kV; 0,9 kV; 1,0 kV; 1,2 kV; 1,5 kV; 1,8 kV; 2,0 kV; 2,5 kV; 3,0 kV; 4,0 kV; 5,0 kV; 6,0 kV; 8,0 kV; 10 kV.

L’Allegato B fornisce una relazione tipica tra la tensione nominale del sistema ed il livello di protezione di un SPD a varistore ad ossido di zinco (ZnO).

5.5.4 Informazioni relative alle modalità di guasto dell’SPDQueste modalità sono utilizzate per definire la compatibilità dell’SPD con altre apparecchiature, con la sua utilizzazione e con i dispositivi usati insieme all’SPD.

La modalità di guasto dell’SPD dipende dalla grandezza, dal numero e dalla forma d’onda della corrente e della tensione impulsiva, dalla capacità di corto circuito del sistema di alimentazione e dal valore della tensione applicata all’SPD al momento del guasto. La EN 61643-11 considera che ci sono due modalità di guasto di un SPD:

– cortocircuito o impedenza bassa;

– circuito aperto o impedenza elevata.

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PP

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

A volte gli SPD possono entrare in uno stato indeterminato per un certo periodo di tempo. Questo stato implica un assorbimento di energia che alla fine porta (l’SPD stesso o insieme con il dispositivo di distacco o con la protezione contro la sovracorrente) alla condizione di circuito aperto o di cortocircuito. Ai fini della presente Guida Tecnica, si suppone che questo stato sia temporaneo e, come tale, non è considerato.

Variazioni delle caratteristiche dell’SPD non sono considerate una modalità di guasto, ma sono considerate in 5.5.7.

5.5.5 Informazioni relative alla tenuta al cortocircuitoL’SPD da solo o insieme al dispositivo di distacco e/o alla protezione contro la sovracorrente deve sopportare la corrente di cortocircuito dichiarata dal costruttore. L’SPD dovrebbe superare la prova senza fiamme, bruciature o proiezione di materiale fuso o aperturenell’involucro. La capacità di tenuta al cortocircuito dovrebbe essere maggiore della corrente di cortocircuito presunta della rete di alimentazione Ip nel punto d’installazione. È anche necessario garantire che sia presente e funzionante un adeguato dispositivo di distacco e/o una protezione contro la sovracorrente, come raccomandato dal costruttore.

Per un SPD non di tipo a limitazione, è anche necessario verificare che il suo valore nominale d’interruzione della corrente susseguente Ifi sia superiore della corrente di cortocircuito presunta nel punto d’installazione Ip.

5.5.6 Informazioni relative alla corrente di carico IL e alla caduta di tensione (per SPD a due porte o per SPD ad una porta con i terminali d’ingresso e di uscita separati)

Per un SPD a due porte o per un SPD ad una porta collegato in serie con l’alimentazione, è necessario assicurare che la corrente di carico dell’apparecchiatura non superi la sua corrente di carico nominale IL.

NOTA È anche necessario considerare il tipo di carico. Per esempio, alcuni carichi possono avere correnti di spunto che possono essere pari a tre volte il valore efficace. Questi picchi di corrente possono produrre un riscaldamento aggiuntivo negli elementi in serie di SPD a due porte.

È anche necessario verificare che l’installazione di un SPD a due porte, o di un SPD ad una porta con terminali d’ingresso e d’uscita separati, non provochi un’inaccettabile caduta di tensione per l’apparecchiatura ubicata a valle. Ciò è caratterizzato dalla caduta di tensione U.

5.5.7 Informazioni relative alla variazione delle caratteristiche degli SPDLa topologia di certi SPD può entrare in uno stato intermedio quando sottoposto a sollecitazioni più elevate di quelle definite nelle prove della norma. In questo caso alcune loro caratteristiche possono cambiare rispetto ai valori di progetto, per es.: Up, In, Ic, ecc. In particolare, ciò si può verificare per SPD che hanno parti attive in parallelo quando una di queste parti attive può risultare scollegata dopo una sovratensione. In questi casi l’utilizzatore può non accorgersi di queste variazioni delle caratteristiche. Qualsiasi stato intermedio dovrebbe essere evitato nel progetto di un SPD, a meno che non ci sia una chiara indicazione dello stato quando si verifica.

6 Utilizzazione degli SPD nei sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione

6.1 Installazione e suo effetto sulla protezione offerta dagli SPDQuando si effettua un’analisi del rischio (vedi art. 7), le sollecitazioni sul sistema (art. 4) e le caratteristiche dell’SPD scelto (art. 5) possono essere specificate.

Il diagramma di flusso della Fig. 5 può essere usato nell’utilizzazione di un SPD in un sistema di distribuzione dell’alimentazione.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Figura 5 – Diagramma di flusso per l’utilizzazione di SPD

SPD provati secondo la classe Io la classe II possono essere utilizzati al punto di ingresso in funzione delle sollecitazioni entranti. La considerazione della sollecitazione elettrica della sovratensione è un fattore chiave per la corretta scelta degli SPD. Gli SPD provati secondo le prove di classe II e di classe III sono adatti anche l’ubicazione vicino all’apparecchiatura protetta.

6.1.1 Possibili modi di protezione ed installazioneQuando l’apparecchiatura da proteggere ha una sufficiente tenuta alle sovratensioni oppure è ubicata vicino al quadro principale di distribuzione, un solo SPD può essere sufficiente. In questo caso, l’SPD dovrebbe essere installato il più vicino possibile all’origine dell’impianto. Gli SPD dovrebbero avere una sufficiente capacità di tenuta alle sovratensioni per questa ubicazione.

NOTA 1 Se più SPD sono collegati allo stesso conduttore, è necessario garantire il loro coordinamento.

NOTA 2 Il numero di modi di protezione dipende dal tipo di apparecchiatura da proteggere (per es. se l’apparecchiatura non è collegata a terra, la protezione tra fase o neutro e terra può non essere necessaria), dalla tenuta dell’apparecchiatura in ogni modo di protezione, dalla struttura e dalla messa a terra del sistema elettrico e dalle caratteristiche delle sovratensioni entranti. Per esempio, la protezione tra fase/neutro e PE o tra fase e neutro sono generalmente sufficienti, e la protezione tra fase e fase non è generalmente effettuata.

NOTA 3 L’Installazione di SPD prima (a monte) del contatore del fornitore di elettricità dovrebbe essere effettuata in accordo con il fornitore di elettricità.

Limitatori di sovratensioni all’origine dell’impianto o vicino a tale origine devono essere collegati almeno tra i punti seguenti:

a) se c’è un collegamento diretto tra neutro e PE vicino o all’origine dell’impianto oppure se non c’è il neutro:tra ogni fase ed o il terminale principale di terra o il conduttore principale di protezione, a seconda di quale sia il collegamento più corto;

NOTA 4 L’impedenza di collegamento del neutro al PE nei sistemi IT non è considerata un collegamento.

6.1.1 Modi di protezione e installazione

6.1.2 Fenomeni d’oscillazione

6.1.3 Lunghezza dei fili di collegamento

6.1.4 Necessità di protezione aggiuntiva

6.1.5 Scelta dell’ubicazione dell’SPD in funzione del suo tipo

6.1.6 Concetto di zona di protezione

Installato il più vicino possibile all’origine dell’impianto

Installato il più vicino possibile all’apparecchiatura

I conduttori di collegamento degli SPD devono essere i più corti possibili

SPD all’ingresso dell’impianto e altri vicino all’apparecchiatura

SPD di Tipo 1 o 2 dovrebbero essere utilizzati all’ingresso. SPD di Tipo 2 o 3 dovrebbero essere utilizzati per ubicazioni vicino all’apparecchiatura

Quando si usa tale concetto, gli SPD dovrebbero essere installati ai confini delle zone

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PP

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28

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b) se non c’è alcun collegamento tra neutro ed PE vicino o all’origine dell’impianto o: tra ogni fase e o il terminale principale di terra o il conduttore principale di protezione, e tra il neutro e o il terminale principale di terra o il conduttore di protezione, a seconda di quale sia il collegamento più corto – Collegamento di Tipo 1 (CT 1), vedi Fig. 6

o tra ogni fase e neutro e tra neutro e o il terminale principale di terra o il conduttore di protezione, a seconda di quale sia il collegamento più corto – Collegamento di Tipo 2 (CT 2) vedi Fig. 7.

NOTA 5 Per l’applicazione di questo paragrafo, se la fase è messa a terra, è considerata equivalente al conduttore di neutro.

Figura 6 – Collegamento di Tipo1

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Figura 7 – Collegamento di Tipo 2

La Tab. 3 indica i possibili modi di protezione che possono essere richiesti per i diversi sistemi BT.

NOTA 6 Se più SPD sono collegati ad uno stesso conduttore, è necessario garantire il loro coordinamento.

NOTA 7 Il numero di modi di protezione dipende dal tipo di apparecchiatura da proteggere (per es. se l’apparecchiatura non è collegata a terra, la protezione tra fase o neutro e terra può non essere necessaria), dalla tenuta dell’apparecchiatura in ogni modo di protezione, dalla struttura e dalla messa a terra del sistema elettrico e dalle caratteristiche delle sovratensioni entranti. Per esempio, la protezione tra fase/neutro e PE o tra fase e neutro sono generalmente sufficienti, e la protezione tra fase e fase non è generalmente effettuata.

NOTA 8 L’installazione di SPD prima (a monte) del contatore del fornitore di elettricità dovrebbe essere effettuata in accordo con il fornitore di elettricità.

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30

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Tabella 3 – Possibili modi di protezione di diversi sistemi BT

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Configurazione del sistema nel punto d’installazione dell’SPD

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distribuito

Installazione in accordo con



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Legenda� : obbligatorioNA : non applicabile + : facoltativo, in aggiuntaCT : tipo di collegamento

Si raccomanda che le reti di alimentazione e di segnale entrino nella struttura da proteggere una vicino all’altra e siano collegate insieme alla barra comune di equipotenzializzazione. Ciò è particolarmente importante per le strutture costruite con materiale non schermante (legno, mattoni, calcestruzzo, ecc.).

6.1.2 Influenza dei fenomeni di oscillazione sulla distanza di protezioneQuando un SPD è usato per proteggere una specifica apparecchiatura oppure quando l’SPD ubicato nel quadro di distribuzione principale non offre una protezione sufficiente per qualche apparecchiatura, si dovrebbero installare SPD il più vicino possibile all’apparecchiatura da proteggere. Se la distanza tra l’SPD e l’apparecchiatura da proteggere è troppo grande, oscillazioni potrebbero portare ai terminali dell’apparecchiatura una tensione fino a due volte Up. Ciò può danneggiare l’apparecchiatura da proteggere, nonostante la presenza dell’SPD. Una distanza accettabile (denominata distanza di protezione) dipende dal tipo di SPD, dal tipo di sistema, dalla pendenza della sovratensione entrante e dall’impedenza dei conduttori di collegamento. Questo raddoppiamento della tensione può verificarsi quando l’apparecchiatura ha un’elevata impedenza d’ingresso o quando l’apparecchiatura è internamente scollegata.

Le oscillazioni possono essere trascurate per distanze inferiori a 10 m. Qualche volta l’apparecchiatura ha componenti di protezione interni (per es. varistori) che riducono significativamente le oscillazioni anche a maggiori distanze. In questo ultimo caso è necessario prestare attenzione per evitare problemi di coordinamento tra l’SPD ed i componenti di protezione all’interno dell’apparecchiatura.

NOTA La distanza di protezione può essere ridotta a causa delle tensioni direttamente indotte dalla corrente del fulmine nelle spire esistenti tra l’SPD e l’apparecchiatura da proteggere.

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6.1.3 Influenza della lunghezza dei conduttori di collegamentoPer ottenere una protezione ottima contro le sovratensioni, i conduttori di collegamento degli SPD devono essere i più corti possibili, non superando preferibilmente 0,5 m di lunghezza complessiva dei collegamenti (l1 + l2, vedi Fig. 8) ed evitando la formazione di spire. Lunghi conduttori degradano la protezione offerta dall’SPD. Perciò può essere necessario scegliere un SPD con un minore livello di protezione per offrire un’efficiente protezione. La tensione residua trasferita all’apparecchiatura (livello di protezione effettivo, Upf) è la somma della tensione residua dell’SPD e della caduta di tensione lungo i conduttori di collegamento per gli SPD a limitazione. I valori di picco delle due tensioni non si verificano esattamente allo stesso istante, ma, ai fini pratici, possono essere semplicemente sommati. La Fig. 8 mostra l’effetto dell’induttanza dei conduttori di collegamento sulla tensione misurata tra i punti di collegamento dell’SPD durante il passaggio della corrente di scarica. Upf è invece il valore maggiore tra Up e la caduta di tensione sui collegamenti per gli SPD ad innesco.

Come regola generale, si assume l’induttanza del collegamento pari ad 1 µH/m. Questa caduta di tensione induttiva, quando causata da un impulso con una velocità di salita (pendenza) di 1 kA/µs, è approssimativamente di 1 kV/m di lunghezza del collegamento. Inoltre, se la pendenza dl/dt è maggiore, questo valore aumenta. La caduta di tensione induttiva può essere trascurata quando la corrente attraverso l’SPD è una corrente indotta.

Per quanto possibile, è preferibile usare lo schema b illustrato nella Fig. 8 per ridurre considerevolmente l’effetto dell’induttanza. Lo schema c, che utilizza conduttori intrecciati o vicini, può essere utilizzato quando non è possibile usare lo schema b. Per quanto possibile lo schema a dovrebbe essere evitato.

NOTA L’induttanza sarà ridotta posizionando i conduttori uno vicino all’altro perché il percorso della corrente di ritorno è magneticamente accoppiato con i conduttori della corrente entrante (vedi Fig. 8c).

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Legendaa) L1, L2 induttanze corrispondenti alle lunghezze l1, l2 del conduttore

Isurge Curva dell’impulso di corrente in funzione del tempoVSPD Tensione ai terminali dell’SPD durante l’impulso

VAB Tensione tra i punti A e B durante l’impulso = VSPD + caduta di tensione dovuta alle induttanze L1+ L2

QUESTO SCHEMA DEVE ESSERE EVITATO QUANDO POSSIBILE, SPECIALMENTE QUANDO L1 O L2 ÈGRANDE.

b) QUESTO È LO SCHEMA DA PREFERIREc) QUESTO SCHEMA È ACCETTABILE QUANDO LO SCHEMA b) NON È POSSIBILE

Figura 8 – Influenza delle lunghezza dei conduttori di collegamento

6.1.4 Necessità di protezione aggiuntivaIn alcune condizioni un solo SPD è sufficiente, per es. quando le sollecitazioni all’ingresso della struttura sono modeste. Allora è meglio installare l’SPD vicino all’ingresso principale (vedi 6.1.1).

Protezioni aggiuntive vicino all’apparecchiatura da proteggere possono essere necessarie, per es. dove

� la distanza tra l’SPD ubicato all’ingresso e l’apparecchiatura da proteggere è troppo lunga (vedi 6.1.2);

� ci sono campi elettromagnetici all’interno della struttura generati dal fulmine e da sorgenti interne d’interferenza.

È necessario considerare la minore tensione di tenuta (UW, vedi EN 60664-1) dell’apparecchiatura da proteggere sul sistema oppure, in alcuni casi, dove la perdita di continuità di servizio dell’apparecchiatura è una criticità, l’immunità agli impulsi

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dell’apparecchiatura. Nell’esempio sottostante dove l’apparecchiatura non è critica, si considera soltanto UW. L’SPD più vicino all’apparecchiatura deve essere scelto con un livello di protezione Up2 almeno il 20 % sotto la tensione di tenuta di questa apparecchiatura. Se il livello di protezione (Up1) dell’SPD all’ingresso, combinato con l’effetto descritto in 6.1.2, dovuto alla distanza tra questo SPD e l’apparecchiatura, porta ad una tensione al di sotto di 0,8 � UW ai terminali dell’apparecchiatura, allora non sono necessari SPD supplementari vicino all’apparecchiatura (vedi Fig. 9).

NOTA Per maggiori informazioni, vedi Annesso D di CEI EN 62305-4.

Legenda Se Up1 � k < 0,8 � UW, soltanto l’SPD No. 1 (installato all’ingresso dell’edificio o struttura o impianto) è necessario.Se Up1 � k > 0,8 � UW, l’SPD No. 2 ( (con Up2 < 0,8 UW) dovrebbe essere installato in aggiunta all’SPD No. 1.Eq è l’apparecchiatura da proteggere con una tenuta ad impulso UW definita dalla EN 60664-1.k è un coefficiente (1 < k < 2, vedi 6.1.2) che tiene conto delle possibili oscillazioni..

Figura 9 – Necessità di protezione aggiuntiva

NOTA L’immunità dell’apparecchiatura ottenuta dalla EN 61000-4-5 può essere differente dalla tensione di tenuta definita nella EN 60664-1 (UW). La motivazione è che la prova della EN 61000-4-5 impiega un generatore d’onda combinata e una parte della corrente impulsiva può scorrere attraverso l’apparecchiatura (specialmente se ha una bassa impedenza). In questo caso è richiesto un adeguato coordinamento (vedi 6.2.6). Informazioni supplementari sul confronto tra immunità e tenuta dell’isolamento sono riportate nell’Allegato G. Si dovrebbe notare che nonostante la EN 60664-1 descriva come ottenere UW, può essere difficile , in pratica, ottenere il valore di UW per ogni tipo di apparecchiatura.

Sovratensioni di manovra, che potenzialmente possono causare danni, possono essere generate all’interno dei edifici. In questo caso possono essere necessari SPD aggiuntivi.

Due SPD utilizzati sullo stesso conduttore devono essere coordinati.

6.1.5 Considerazioni sull’ubicazione degli SPD in funzione delle classi di provaSPD di Tipo 1 o di Tipo 2 possono essere utilizzati all’ingresso in funzione delle sollecitazioni entranti. La considerazione della sollecitazione elettrica della sovratensione è un fattore chiave per la corretta scelta degli SPD. Gli SPD di Tipo 2 o Tipo 3 sono anche adeguati per l’ubicazione vicino all’apparecchiatura protetta.

NOTA Per maggiori informazioni, si veda l’Allegato D della Norma CEI EN 62305-4.

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6.1.6 Concetto di zona di protezioneAl fine di progettare e utilizzare un’appropriata protezione contro le sovratensioni, può essere utile considerare la gerarchia delle zone di protezione come descritte nelle IEC/TR 61000-5-6e IEC 61312-1.

Questo concetto di progettazione assume che i parametri delle minacce condotte, causate dalle manovre sui sistemi elettrici di distribuzione e dai colpi di fulmine diretti/indiretti, sono ridotti in passi successivi (la distanza tra i passi dovrebbe essere in accordo con 6.1.2) dall’ambiente non protetto fino all’apparecchiatura sensibile protetta.

6.2 Scelta dell’SPDGli SPD sono scelti secondo lo schema seguente in sei passi indicati da 6.2.1 a 6.2.6.

Figura 10 – Diagramma di flusso per la scelta di un SPD

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6.2.1 Scelta di Uc, UT e In/Iimp/Uoc dell’SPD

6.2.1.1 Uc

Uc deve soddisfare i seguenti criteri.

Uc deve essere maggiore della tensione massima continuativa Ucs (= k � U0) che può verificarsi sul sistema (vedi Allegato B).

Uc > Ucs

NOTA 1 Inoltre, per il sistema IT, Uc deve essere sufficientemente elevato per includere le condizioni di primo guasto. Ciò è coperto dai valori indicati nella Tab. 4.

In pratica ciò porta alle seguenti prescrizioni (vedi IEC 60364-5-53):

Tabella 4 – Valore minimo richiesto di Uc dell’SPD in funzione della configurazione del sistema di alimentazione

Configurazione del sistema della rete di distribuzione

SPD collegati tra:

TT TN-C TN-S IT con neutro distribuito

IT senza neutro distribuito

Fase e neutro 1,1 Uo NA 1,1 Uo 1,1 Uo NA

Ogni fase e PE 1,1 Uo NA 1,1 Uo3 . Uo

(vedi Nota 3)

Tensione tra fase e fase

(vedi Nota 3)

Neutro e PE Uo

(vedi Nota 3)NA Uo

(vedi Nota 3)Uo

(vedi Nota 3)NA

Ogni fase e PEN NA 1,1 Uo NA NA NA

LegendaNA : non applicabile

NOTA 2 Uo è la tensione tra fase e neutro del sistema di bassa tensione.

NOTA 3 Questi valori sono relativi alle condizioni peggiori di guasto, pertanto la tolleranza del 10 % non deve essere tenuta conto.

NOTA 4 Nei sistemi IT estesi, possono essere necessari valori maggiori di Uc.

6.2.1.2 UT

I valori di UT devono essere maggiori della sovratensione temporanea (TOV) che può verificarsi sull’impianto a causa dei guasti nel sistema di bassa tensione.

UT > UTOV,LV

NOTA UTOV,LV con durata maggiore di 5 s può essere considerato come una tensione massima continuativa (Uc). In un sistema IT, ad esempio, l’Uc di un SPD collegato tra fase e terra è uguale almeno alla tensione massima tra fase e fase del sistema (U0 � �3) a causa dei guasti a terra che possono verificarsi con durate molto lunghe (diverse ore).

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Tabella 5 – Valori tipici della prova TOV

Applicazione Valori UT della prova TOV

SPD connessi a: per 5 s (guasti sul sistema di bassa tensione):

per 200 ms(guasti sul sistema di alta tensione)

Sistemi TN

Connessi L- (PE)N or L-N 1,32 � Ucs

Connessi N-PE

Connessi L-L

Sistemi TT

Connessi L-PE 1,55 � Ucs 1 200 + Ucs

Connessi L-N 1,32 � Ucs

Connessi N-PE 1 200

Connessi L-L

Sistemi IT

Connessi L-PE 1 200 + Ucs

Connessi L-N 1,32 � Ucs

Connessi N-PE 1 200

Connessi L-L

Sistemi TN, TT e IT

Connessi L-PE 1,55 � Ucs 1 200 + Ucs

Connessi L-(PE) N 1,32 � Ucs

Connessi N-PE 1 200

Connessi L-L

NOTA Questa tabella soddisfa le prescrizioni riportate nella IEC 60364-5-53. Per questo scopo Ucs = 1,1 � Uo.

In alcuni casi in cui le TOV hanno ampiezza troppo elevata, può essere difficile trovare un SPD capace di offrire all’apparecchiatura un’accettabile protezione contro le sovratensioni. Se la probabilità di verificarsi è sufficientemente bassa, si può decidere di impiegare un SPD che non resiste le sollecitazioni TOV. In questo caso si deve usare un adeguato dispositivo di distacco.

Nello scegliere un SPD con un definito livello di protezione, si deve considerare il comportamento richiesto rispetto alle TOV attese (caratteristica di tenuta o modalità di guasto). Per un dato Up la caratteristica di tenuta è preferibile.

Se la probabilità di verificarsi è sufficientemente bassa, si può decidere di impiegare un SPD che non resiste le sollecitazioni TOV ma che fallisce senza pericolo in accordo con la EN 61643-1 in modo da raggiungere il livello di protezione desiderato.

Se la modalità di guasto non è accettabile, misure di protezione aggiuntive devono essere prese al fine di limitare le TOV prima dell’uso di SPD con livello di protezione accettabile.

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6.2.1.3 In/Iimp

In è relativa al livello di protezione Up.

La scelta dell’energia tollerabile dell’SPD (scelta di Iimp o Uoc in funzione della classe di prova) deve basarsi sull’analisi del rischio (vedi art. 7) che confronta la probabilità di verificarsi delle sovratensioni, il prezzo dell’apparecchiatura da proteggere e il tasso di guasto accettabile, completata con l’analisi del coordinamento quando più SPD sono coinvolti.

NOTA 1 Valori maggiori di quelli preferenziali indicati in 5.5.2 possono essere usati, se necessario.

Se gli SPD sono richiesti per la protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica, gli SPD all’origine dell’impianto devono sopportare le sovracorrenti attese nel punto d’installazione indicate nell’Annesso E della CEI EN 62305-1 per ogni modo di protezione richiesto.

Nel caso d’installazione secondo la connessione di Tipo 2, la corrente di scarica nominale In ela corrente ad impulso Iimp all’origine dell’impianto per il limitatore di sovratensioni connesso tra neutro e PE non deve essere inferiore a 4 volte, per i sistemi trifase, e a 2 volte, per i sistemi monofase, il valore scelto per l’SPD tra fase e neutro.

Se la presenza di impianti di protezione contro i fulmini o la fulminazione diretta richiede gli SPD, si deve valutare la corrente impulsiva Iimp (vedi Allegato C). Per tale valutazione, si dovrebbe tenere conto dei componenti [fusibili, sezione dei conduttori] installati a monte degli SPD in quanto limitano la capacità massima di tenuta alle sovratensioni dell’intero sistema e quindi la sollecitazione massima dell’SPD.

Nel caso d’installazione secondo la connessione di Tipo 2, la corrente impulsiva Iimp per il limitatore di sovratensioni connesso tra neutro e PE deve essere calcolata in accordo con la IEC 62305-1.

Quando un singolo SPD è impiegato nella protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica e per la protezione contro gli effetti della fulminazione diretta, entrambe le valutazioni di In e di Iimp devono essere in accordo con i suddetti valori.

NOTA 2 Imax è usata soltanto in casi speciali perché in generale In è sufficiente a caratterizzare un SPD di Tipo 2. Imax fornisce indicazioni sulla energia tollerabile e conseguentemente indica la vita attesa in una specifica ubicazione.

6.2.2 Distanza di protezionePer determinare l’ubicazione dell’SPD (all’ingresso, vicino all’apparecchiatura, ecc.), è necessario conoscere la distanza di protezione, cioè la distanza accettabile tra l’SPD e l’apparecchiatura da proteggere, per la quale gli SPD forniscono una sufficiente protezione.

Questa distanza dipende dalle caratteristiche dell’SPD (Up, ecc.), dalla sua installazione nella struttura (lunghezza dei collegamenti, ecc.), dalle caratteristiche del sistema (tipo e lunghezza dei conduttori, ecc.) e dalle caratteristiche dell’apparecchiatura (tenuta alle sovratensioni o immunità, ecc.). Per maggiori spiegazioni, vedi i paragrafi 6.1.2 e 6.1.3 dove sono discussi i fenomeni coinvolti e l’Annesso D della CEI EN 62305-4.

NOTA Il progettista delle zone di protezione dovrebbe essere informato della distanza di protezione degli SPD dall’apparecchiatura da proteggere (vedi 6.1.6).

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6.2.3 Vita probabile e modalità di guasto6.2.3.1 Vita probabile contro vita realeLa vita probabile di un SPD dipende dalla presenza delle sovratensioni previste.

La vita reale di un SPD può essere più lunga o più corta di quella attesa in funzione della reale frequenza della presenza di sovratensioni, specialmente se le sovratensioni superano la capacità massima di scarica dell’SPD.

Per esempio, se qualche secondo dopo l’installazione di un SPD con una data corrente massima di scarica Imax determinata da una appropriata analisi di rischio, si verifica una corrente impulsiva eccezionale che supera il valore Imax, probabilmente l’SPD si danneggerà. La sua vita reale sarà molto più breve in questo caso! Questo caso limite evidenzia che qualunque vita probabile indicata dal costruttore è soltanto un dato statistico che non può mai essere una garanzia della durata della vita reale.

È soltanto possibile considerare la vita probabile. Quando una corrente impulsiva eccezionale si verifica, qualunque SPD che ha una Imax molto inferiore a questa corrente impulsiva sarà distrutto anche se questo evento si verifica qualche secondo dopo l’installazione. In questo caso è irrilevante se Imax è dieci volte inferiore o soltanto due volte inferiore di questa corrente impulsiva eccezionale. Tuttavia, per una data applicazione, la vita attesa di un SPD con una elevata specificata Imax è sempre più lunga di quella di un simile SPD con una minore Imax,sempre che i limiti di tenuta dell’SPD non siano superati.

Riepilogando, è necessario scegliere un SPD che

� tenga conto di UTOV, delle sovratensioni attese e del necessario coordinamento con qualsiasi altro SPD;

� non crei pericolo come l’incendio e la scossa elettrica quando si danneggia.6.2.3.2 Modalità di guastoLa modalità di guasto in se stessa dipende dal tipo d’impulsi e dalle sovratensioni. È necessario il coordinamento tra l’SPD e qualsiasi protezione supplementare a monte se si vuole evitare il disturbo o l’interruzione dell’alimentazione elettrica.

6.2.4 Interazione tra SPD ed altri dispositiviVedi anche la IEC 60364 per informazioni su questo argomento.

6.2.4.1 Condizioni normali

La corrente continuativa (Ic) non deve causare alcun pericolo alla sicurezza delle persone (contatto indiretto, ecc.) o disturbo ad altre apparecchiature (per es. un RCD).

NOTA 1 Ic dovrebbe essere inferiore ad un terzo della corrente nominale residua (In/3) di un RCD. Si dovrebbe tenere conto dell’effetto cumulativo di più SPD e di altri dispositivi.

NOTA 2 Un SPD, ubicato lato carico di un RCD, di un fusibile o di un interruttore, non può proteggere questi dispositivi, contro l’intervento automatico dovuto a disturbi, l’intervento non intenzionale o il danno dovuto alle sovratensioni.

6.2.4.2 Condizioni di guastoL’SPD può essere equipaggiato con i necessari dispositivi di distacco per non interferire con altri dispositivi di protezione come gli RCD, i fusibili e gli interruttori.

La tenuta al cortocircuito degli SPD (in caso di guasto dell’SPD), insieme all’associato specifico dispositivo di protezione contro le sovracorrenti (interno o esterno), deve essere uguale o maggiore della corrente massima di cortocircuito attesa nel punto d’installazione tenendo conto dei dispositivi di protezione contro la massima sovracorrente specificata dal costruttore dell’SPD.

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Inoltre, il valore nominale d’interruzione della corrente susseguente, dichiarato dal costruttore, deve essere uguale o maggiore della corrente di cortocircuito attesa nel punto d’installazione.

Gli SPD collegati tra neutro e PE nei sistemi TT o TN, che consentono dopo l’intervento una corrente susseguente a frequenza di rete (ad es. gli spinterometri), devono avere un valore nominale d’interruzione della corrente susseguente maggiore o uguale a If � 100 A.

Nei sistemi IT, il valore nominale d’interruzione della corrente susseguente degli SPD collegati tra neutro e PE deve essere uguale a quello degli SPD collegati tra fase e neutro.

6.2.4.3 Coordinamento ad impulso tra SPD e RCD o dispositivi di protezione contro le sovracorrenti come i fusibili o gli interruttori

Una definita capacità di tenuta dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti e dei differenziali (dispositivo a corrente residua, RCD) impiegati sulle reti non è specificata eccetto per l’RCD di tipo S che, in accordo con le sue proprie norme (EN 61008-1 e EN 61009-1), deve sopportare 3 kA 8/20 senza intervenire.

Si raccomanda di eseguire il coordinamento degli SPD con i dispositivi di protezione contro le sovracorrenti o gli RCD in modo tale che questo dispositivo di protezione contro le sovracorrenti o l’RCD non intervenga al passaggio della corrente di scarica nominale In.

Tuttavia, al passaggio di correnti maggiori di In, è normalmente accettabile l’intervento del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti. Questo ultimo non dovrebbe essere danneggiato dalla sovratensione nel caso sia ripristinabile, come un interruttore.

In questo caso, l’intera sovratensione passerà attraverso l’SPD anche quando il dispositivo di protezione contro le sovracorrenti interviene a causa del tempo di risposta dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti. Pertanto l’SPD deve avere una sufficiente energia tollerabile. L’intervento dell’RCD o del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti dovuto a questo fenomeno non dovrebbe essere considerato un’avaria dell’SPD poiché l’impianto è ancora protetto. Particolari configurazioni o particolari dispositivi di protezione contro le sovracorrenti dovrebbero essere impiegati se l’interruzione dell’alimentazione elettrica non è accettabile per l’utilizzatore.

NOTA 1 In situazioni con esposizione ad elevate correnti, come nei sistemi di protezione contro i fulmini o nelle linee aeree, l’intervento del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti è accettabile per valori inferiori a In, se Inè maggiore della reale tenuta del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti utilizzato sull’impianto. In questo caso, la scelta della corrente di scarica nominale dell’SPD si basa soltanto sulla capacità di tenuta ad impulso.

NOTA 2 Quando si verifica la scarica di un SPD con intervento ad innesco, la qualità del servizio di alimentazione elettrica può essere ridotta. In generale, la corrente susseguente delle rete di alimentazione causa l’intervento del dispositivo di protezione contro le sovracorrenti a meno che l’SPD con intervento ad innesco non sia autoestinguente. È quindi necessario il coordinamento dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti a monte degli SPD.

6.2.5 Scelta del livello di protezione Up

La tenuta ad impulso dell’apparecchiatura da proteggere (o l’immunità agli impulsi di una apparecchiatura critica) e la tensione nominale del sistema devono essere considerate nella scelta del livello di protezione preferenziale dell’SPD. Minore è il valore, migliore è la protezione. Ciò è limitato quando si considerano aspetti relativi a Uc e UT, al degrado degli SPD e al coordinamento con altri SPD.

Il livello di protezione degli SPD con intervento a limitazione è associato soltanto ad uno specifico valore di In per gli SPD di Tipo 1 e Tipo 2. La selezione del livello di protezione per gli SPD di Tipo 3 è definita con il generatore d’onda combinata (Uoc).

Inoltre, il livello di protezione degli SPD con intervento ad innesco o con intervento di tipo combinato è associato alla tensione di scarica.

Inoltre si dovrebbero considerare i paragrafi 6.1.2 e 6.1.3.

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6.2.6 Coordinamento tra l’SPD scelto ed altri SPD6.2.6.1 GeneralitàCome già discusso, alcuni impianti richiedono l’impiego di due (o più) SPD per ridurre le sollecitazioni elettriche sull’apparecchiatura da proteggere ad un valore accettabile (livello di protezione inferiore) e per ridurre la corrente transitoria all’interno della struttura.

Il coordinamento è necessario per ottenere una accettabile ripartizione della sollecitazione tra i due SPD in conformità con la loro energia tollerabile.

Un esempio è riportato nella Fig. 11.

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L’impedenza Z tra i due SPD (in generale un’induttanza) può essere un’impedenza fisica (uno specifico componente inserito sulla linea per facilitare la ripartizione dell’energia tra i due SPD) oppure rappresenta l’induttanza del tratto di cavo tra i due SPD (in generale si puòconsiderare pari a 1 µH/m). Quando Z è un’impedenza fisica, l’induttanza della linea può essere trascurata per il suo modesto valore rispetto a Z. Allora Z è rappresentata in modo schematico come nella Fig. 11 per entrambi i casi.

NOTA 1 La Fig. 14 mostra il caso più severo quando l’apparecchiatura non è collegata. Nessuna parte della corrente fluisce quindi attraverso l’apparecchiatura e la sollecitazione complessiva è sopportata dai due SPD. Ulteriori considerazioni sarebbero necessarie quando la sovratensione è originata tra i terminali dell’SPD ed il carico.

NOTA 2 In questo esempio i conduttori di collegamento sono trascurati. In pratica, essi possono influenzare la ripartizione della sollecitazione tra i due SPD.

NOTA 3 Dove i conduttori di andata e di ritorno sono accoppiati strettamente, la spira è più piccola e l’induttanza specifica è minore di 1 µH/m. Un valore pari a 0,5 µH/m può essere utilizzato.

NOTA 4 Il valore di 1 µH/m tiene già conto dell’induttanza dei conduttori di andata e ritorno.

6.2.6.2 Problemi di coordinamentoIl problema del coordinamento può essere sintetizzato, in un primo approccio, dalle seguente domanda: nel caso di una sovracorrente entrante i, quale parte di questa corrente i scorrerà attraverso l’SPD1 e quale parte attraverso l’SPD2? Inoltre, i due SPD sono in grado di sopportare queste sollecitazioni?

Se la distanza tra i due SPD è corta in relazione alla durata della sovracorrente, l’effetto dell’induttanza sarà trascurabile e l’SPD2 potrebbe essere eccessivamente sollecitato.

Un buon coordinamento è ottenuto scegliendo adeguati SPD in modo da ridurre il valore di i2ad un livello accettabile, tenendo conto dell’impedenza tra i due SPD. Questa azione ridurrà ovviamente anche la tensione residua del secondo SPD al valore desiderato.

Tale coordinamento è richiesto per evitare

� un sovradimensionamento dell’SPD2;

� alcuni problemi di EMC che potrebbero causare disturbi nell’edificio se la corrente i2 fossetroppa elevata.

Tuttavia non è sufficiente trattare il coordinamento in termini di correnti. È necessario trattareil coordinamento in termini di energia.

Per essere sicuri che due SPD siano ben coordinati, è necessario soddisfare la seguente prescrizione, denominata criterio energetico.

Il coordinamento energetico è conseguito se, per tutti i valori di corrente impulsiva tra 0 e Imax1 (Ipeak1), la parte di energia dissipata nell’SPD2 è minore o uguale alla sua massima energia tollerabile (EMAX2).

6.2.6.3 Casi praticiLo studio del coordinamento può essere complesso. Se tutti gli SPD sono stati forniti dallo stesso costruttore, il modo più semplice è di chiedere al costruttore ogni informazione, in termini di distanza o d’impedenza tra gli SPD scelti, per un appropriato coordinamento.

Altrimenti, occorre eseguire uno studio del coordinamento con le seguenti quattro possibilità.

� Eseguire prove applicando un impulso di corrente da zero fino alla corrente corrispondente a EMAX1 con forma d’onda sia lunga che corta, tenendo presente che la tolleranza dei componenti può influenzare significativamente il risultato (prove sono allo studio).

� Eseguire una simulazione considerando le particolarità del reale schema dell’impianto senza dimenticare la necessità di disporre di dati accurati sulle caratteristiche degli SPD.

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� Eseguire uno studio analitico confrontando la curva della tensione U in funzione della corrente i di due SPD con intervento a limitazione.

� Utilizzare un altro metodo denominato energia passante (LTE) che, nella maggior parte dei casi, fornisce risultati conservativi.

6.3 Caratteristiche di dispositivi ausiliari6.3.1 Dispositivi di distaccoUn singolo dispositivo di distacco può svolgere tre funzioni base di disconnessione (protezione termica, protezione contro il cortocircuito e protezione contro i contatti indiretti) oppure può essere necessario utilizzare fino a tre dispositivi di distacco.

Essi possono essere equipaggiati all’interno dell’SPD stesso oppure associati con l’SPD. Alcune funzioni possono essere svolte dalla protezione di back-up del sistema e pertanto possono essere ubicate ad una certa distanza dall’SPD. Che il dispositivo di distacco sia posto nel circuito dell’SPD o in serie con l’alimentazione dipende dal coordinamento con la protezione contro le sovracorrenti e dal rapporto tra la necessità della continuità dell’alimentazione rispetto alla continuità della protezione.

Il dispositivo di distacco può svolgere altre funzioni, per es., nel caso di sovratensioni temporanee molto elevate.

Un dispositivo di distacco può essere un fusibile, un interruttore, un differenziale (RCD) o un dispositivo dedicato a questa applicazione.

6.3.2 Contatori di eventiQuesto tipo di dispositivo usualmente da informazioni sul numero di sovratensioni rilevate e, a volte, sulla loro grandezza e forma d’onda. Contatori di eventi possono essere usati per valutare la severità del luogo oppure per decidere la politica di sostituzione. Alcuni tipi sofisticati forniscono dati statistici come la frequenza degli eventi, ora e data, energia coinvolta, ecc.

NOTA 1 Gli utilizzatori dovrebbero essere informati che un tale dispositivo, con un livello di soglia troppo basso, rischia di dare informazioni ingannevoli.

NOTA 2 Attualmente non esiste alcuna IEC o EN su tali dispositivi.

6.3.3 Indicatore di statoQuesto dispositivo è collegato al dispositivo di distacco per fornire all’utilizzatore informazioni sull’SPD, cioè se è in esercizio oppure non è più funzionante. Può essere usato per indicare la sostituzione dell’SPD. Alcuni indicatori di stato sono locali e altri sono lontani. Essi possono fornire allarmi elettrici, visivi oppure udibili.

7 Analisi del rischio

La decisione di utilizzare o meno gli SPD dipende da un’ampia gamma di parametri, che devono essere ponderati dall’utilizzatore. Se si è deciso di utilizzare gli SPD, si dovrebbe valutare il livello di esposizione per determinare la classe e l’ubicazione degli SPD da specificare.

Il metodo per valutare il rischio nel caso di sovratensioni dovute ai fulmini è proposto nellaCEI EN 62305-2..

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8 Coordinamento di una apparecchiatura con terminali sia di segnale che di alimentazione

Problemi si possono verificare quando due servizi di una apparecchiatura sono protetti con SPD non coordinati.

Per evitare i suddetti problemi ci sono due possibilità:

� trovare un altro percorso ai cavi per diminuire la dimensione della spira tra le varie linee (linee di telecomunicazioni e di alimentazione nel caso dell’esempio descritto sopra) e così diminuire l’induttanza L. Ma ciò non è facile da fare in edifici esistenti. Nei nuovi edifici, un singolo punto di equipotenzializzazione all’ingresso è ovviamente la migliore soluzione.

� installare vicino all’apparecchiatura un SPD tra il terminale del sistema di alimentazioneed il punto comune di equipotenzializzazione e fare lo stesso tra i terminali dell’altro sistema (di telecomunicazione nell’esempio) (o degli altri sistemi) e tale punto comune di equipotenzializzazione. In generale, questi SPD sono costruiti dentro un singolo contenitore, a volte chiamato «SPD multiservizio». Tale SPD combinato conterrebbe la protezione ad impulso, per tutti i collegamenti verso l’apparecchiatura, riferita, con conduttori molto corti, al punto comune di equipotenzializzazione. È necessario che questo punto comune di equipotenzializzazione sia collegato al PE. Questo punto comune di equipotenzializzazione può essere il contenitore dell’apparecchiatura da proteggere, se è collegato al PE.

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Allegato A(informativo)

Esempi di diverse tecnologie costruttive di SPD

A.1 Esempi di circuiti interni di SPD ad una porta e a due porte

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A.2 Risposta di SPD all’impulso d’onda combinata

NOTA I livelli di tensione sono soltanto rappresentativi e non indicativi di valori reali.

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Allegato B(informativo)

Spiegazione delle procedure di prova utilizzate nella EN 61643-11

B.1 Determinazione di Ures per SPD provati secondo la classe di prova I e IILa tensione residua deve essere misurata con un generatore d’onda 8/20 con la seguente sequenza di ampiezze: 0,1, 0,2, 0,5, 1,0 volte In con entrambe le polarità. Infine, almeno un impulso con ampiezza Imax o Iimp (con Imax o Iimp maggiore di In) è applicato all’SPD con la polarità che ha mostrato le maggiori tensioni residue nella prova precedente.

La prima sequenza è effettuata con una polarità e la seconda sequenza con la polarità opposta in modo da verificare un qualsiasi effetto cumulativo sull’SPD.

La forma d’onda è sempre 8/20 per la classe di prova I o II perché è usata come valore di confronto. È usata per scegliere un SPD confrontando le sue caratteristiche di protezione con la tenuta ad impulso dell’apparecchiatura da proteggere. La forma d’onda tipica per una classe di prova I è Iimp definite da Iimp e Q, ma questa forma d’onda non è così diversa dalla forma d’onda 8/20 in termini di velocità di salita (pendenza) della corrente. Quindi, la forma d’onda 8/20 è utilizzata per ottenere una base comune per confrontare le caratteristiche di protezione degli SPD.

Molti valori sono usati tra 0,1 � In e In, perché è necessario trovare l’esistenza di qualsiasi zona cieca (una zona cieca si verifica quando un valore di corrente inferiore da luogo ad un valore di tensione maggiore). È importante notare che la tensione residua in corrispondenza di In è un valore convenzionale che può non essere il più elevato valore (per es., se l’SPD ha una zona cieca).

Il valore di Up stampato sulla targa non è sufficiente per eseguire il coordinamento dell’isolamento ed il coordinamento tra SPD. Una curva o una tabella delle tensioni residue deve essere fornita dal costruttore nella sua documentazione tecnica.

B.2 Forma d’onda impulsiva per valutare Ures

La forma d’onda 8/20 usata per provare un SPD ad una porta ha un superamento ammissibile della corrente del 5 %. Tale superamento non influirà sulla Ures di SPD ad una porta.

Nel caso di SPD a due porte, è usuale avere qualche impedenza serie, come una induttanza,per il disaccoppiamento. Inoltre, un condensatore in parallelo può essere installato lato apparecchiatura dell’induttanza per produrre un effetto di un filtro passa basso. In tali casi, un’onda impulsiva con una oscillazione altererà significativamente Ures, in funzione dell’ampiezza dell’oscillazione. Per questa ragione l’oscillazione ammissibile è stata limitata al 5 % nelle prove su un SPD a due porte.

B.3 Influenza di una rete di disaccoppiamento nella determinazione di Ures

Quando una rete di disaccoppiamento è utilizzata con un dispositivo a due porte, si può verificare un’interazione che distorce la Ures osservata e può produrre risultati ingannevoli.

Un dispositivo a due porte con un filtro passa basso produrrà un picco di Ures ad un istante dopo la fine dell’impulso applicato. Nello stesso modo, una rete di disaccoppiamento reagirà e restituirà l’energia immagazzinata alla fine dell’impulso. La risultante forma d’onda ed il picco di tensione dipendono dai parametri sia della rete di disaccoppiamento che del dispositivo in prova.

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Per determinare il valore peggiore di Ures, l’impulso di prova dovrebbe essere applicato in corrispondenza del valore massimo dell’alimentazione in c.a. e dovrebbe avere la stessa polarità. In questo istante, tutti i componenti all’interno del dispositivo in prova sono a Umax. Il valore Ures sarà allora la somma di Umax e dell’incremento di tensione dovuto all’impulso applicato. Questo valore può essere determinato applicando una tensione in c.c. uguale a Umax mediante un diodo guida. L’impulso di prova è applicato tra il diodo e il dispositivo a due porte. In funzione dello schema del dispositivo a due porte, può essere necessario fornire una sorgente in c.a. alternativa per alimentare l’elettronica interna di funzionamento o di diagnostica.

NOTA La prova non è adatta per SPD che comprendono un trasformatore d’isolamento.

B.4 Prova di funzionamento di SPDLa sequenza di prova consiste di una prova di precondizionamento e della prova di funzionamento. Il precondizionamento è eseguito per assicurare che non ci siano inaccettabile cambiamenti nelle caratteristiche del dispositivo a causa delle sollecitazioni impulsive. La prova di funzionamento è eseguita per assicurare la stabilità termica del dispositivo in condizioni di servizio.

Per la classi di prova I e II, la severità della prova dipende dalla grandezza di severità (o Imax

per la classe di prova II) e dal rapporto tra In e Iimp (o Imax per la classe di prova II). Per un dato Iimp (o Imax), maggiore è questo rapporto, maggiore è la severità. Per la classe di prova III la severità è direttamente collegata a Uoc.

La prova di precondizionamento è eseguita con 15 impulsi 8/20 con valore di picco pari alla corrente di scarica nominale per simulare le minime sollecitazioni attese durante la vita dell’SPD.

La prova di precondizionamento per la classe di prova III è identica a quella per la classi di prova I e II sostituendo la corrente di scarica nominale con la tensione Uoc dichiarata dal costruttore ed utilizzando un generatore d’onda combinata. Il precondizionamento è eseguito con la tensione Uc applicata. La sincronizzazione tra ogni impulso e il 50/60 Hz è avanzata di 30 gradi dopo ogni impulso. Il primo impulso comincia a zero gradi. Il motivo è che alcuni SPD, come gli spinterometri, sono sensibili a questo angolo, specialmente rispetto alla corrente susseguente di rete. Per la classe di prova III, è necessario un appropriato accoppiamento che dipende dalle caratteristiche costruttive del generatore e dalla Uc da applicare, per evitare che scorra una corrente a frequenza di rete nel generatore.

I 15 impulsi sono applicati in 3 gruppi di 5 impulsi. L’intervallo di tempo tra ogni gruppo (30 minuti) permette il raffreddamento del campione.

Dopo questo precondizionamento, un impulso supplementare è applicato ad ogni livello della seguente corrente 0,1 Iimp (o Imax), 0,25 Iimp (o Imax), 0,5 Iimp (o Imax), 0,75 I imp (o Imax) e Iimp (o Imax) per trovare una possibile zona cieca. C’è un raffreddamento termico tra ogni impulso.

Una zona cieca corrisponde ad un valore di corrente minore di Iimp (o Imax) che può danneggiare l’SPD mentre l’SPD è funzionante correttamente a Iimp (o Imax). Un esempio tipico è un varistore a ossido di zinco (ZnO) in parallelo con uno spinterometro. Se lo spinterometro non innesca, l’impulso totale è applicato al varistore. Questo varistore può non essere capace di sopportare la stessa sollecitazione dello spinterometro e può guastarsi.

La prova di funzionamento per la classe di prova III utilizza il generatore d’onda combinata con la tensione Uoc.

Lo schema di prova è illustrato nella Fig. B.1.

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LegendaUc: sorgente a frequenza di reteImpulso: I imp, Imax, In and Uoc

D: dispositivo di distacco dell’SPD specificato dal costruttoreDUT: dispositivo in prova

Figura B.1 – Schema di prova

B.5 Prova di guasto alla TOVQuesta è una prova facoltativa, eseguita soltanto se il costruttore dichiara la conformità a questa prova. Questa prova è progettata per fornire informazioni sulla modalità di guasto dell’SPD quando si verifica una TOV per un guasto sul sistema AT. Questa prova si applica soltanto agli SPD utilizzati sui sistemi TT o IT e non si applica agli SPD collegati soltanto tra fase e neutro oppure tra le fasi. Le condizioni TOV sono descritte nella Tab. 4.1.

NOTA Sebbene questa prova sia facoltativa secondo la EN 61643-11, le regole d’applicazione date nella IEC 60364-5-53 implicano che questa prova deve essere eseguita.

L’SPD è chiuso in una scatola cubica di legno. Il generatore di prova erogherà una TOV per una durata di 200 ms. La durata è limitata a 200 ms per simulare il tempo di eliminazione del guasto. La capacità di cortocircuito del generatore è stabilita in 300 A per simulare la corrente di cortocircuito in situazioni tipiche. Dopo la prova, l’SPD può essere guasto ma senza avere causato pericoli.

B.6 Differenze nelle condizioni di prova degli SPD di Tipo 1 (classe di prova I), 2 (classe di prova II) e 3 (classe di prova III)

La classe di prova I è progettata per simulare impulsi condotti equivalenti ad una parziale corrente del fulmine. Gli SPD sottoposti alla classe di prova I sono generalmente raccomandati per posizioni esposte ad elevate sovracorrenti impulsive nel caso di fulminazione diretta della linea o della struttura. Questi SPD sono utilizzati per l’equipotenzializzazione tra l’LPS e le linee elettriche.

La corrente ad impulso della classe di prova I ha una durata molto maggiore di quella della classe di prova II o III.

Le prove delle classi II e III simulano le sovratensioni indotte, le sovratensioni condotte dovute a fulmini lontani e le sovratensioni di manovra. SPD provati in accordo con la classe II o III non sono progettati per l’equipotenzializzazione con un LPS.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Nelle prove delle classi I e II uno specifico valore di corrente è trasmesso attraverso l’SPD. Nelle prove della classe III la corrente che scorre attraverso l’SPD dipenderà dalle caratteristiche dell’SPD.

La classe di prova III è definita da una tensione a circuito aperto del generatore Uoc. La corrente di cortocircuito del generatore (Isc) è determinate da Uoc e dall’impedenza di 2 � del generatore. L’impedenza del generatore simula l’impedenza dell’impianto. Il livello massimo di corrente per la classe di prova III è 10 kA in quanto studi hanno mostrato che la tensione di rottura dell’isolamento all’ingresso del servizio limiterà le sovratensioni entranti in un impianto. Questi SPD saranno generalmente installati all’interno dell’impianto. Per la classe di prova III, la corrente attraverso l’SPD potrebbe essere inferiore della corrente di cortocircuito Isc durante questa prova perché l’SPD può avere una caratteristica diversa da un cortocircuito.

B.7 Prova di capacità di tenuta al cortocircuito insieme alla protezione controla sovracorrente (se presente)

Questa prova fornisce informazioni sulla condizione di guasto dell’SPD, in particolare se le connessioni interne possono condurre la corrente di cortocircuito della rete senza causare un pericolo d’incendio, di esplosione o di scossa elettrica.

Il valore di corrente di tenuta al cortocircuito è indicato dal costruttore.

Lo scopo di questa prova è verificare il comportamento dei collegamenti interni dell’SPD. Per conseguire ciò, i componenti di protezione (MOV, GDT, spinterometri …) sono sostituiti da adeguati oggetti fittizi (ad es. blocchi di rame) di dimensioni simili ai componenti originali per garantire condizioni simili al progetto originale.

Nel caso di SPD con componenti di protezione collegati in parallelo, si eseguono allora un numero di prove di cortocircuito uguale al numero di vie in parallelo. Ogni diverso percorso di corrente è provato con i suoi componenti di protezione cortocircuitati come detto sopra. Ciò è effettuato per simulare tutte le possibili condizioni di guasto nelle quali può danneggiarsi un limitato numero di componenti.

La corrente di cortocircuito di rete deve essere interrotta entro 5 s. che rappresenta la durata massima del guasto d’isolamento.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Allegato C (informativo)

Calcolo della corrente parziale del fulmine

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Figura C.1 – Semplice calcolo della somma delle correnti parziali del fulmine in un sistema di distribuzione dell’alimentazione

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Secondo la Fig. C.1, un edificio con un LPS è colpito da un fulmine. La corrente del fulmine ILandrà lungo le calate fino all’impianto di terra dell’edificio colpito. Ciò provocherà un aumento del potenziale e conseguentemente porterà ad una scarica e/o all’intervento degli SPD sull’impianto, così che la corrente del fulmine IL è parzialmente distribuita nei quattro conduttori del sistema.

La corrente parziale distribuita IM genererà sovratensioni nel sistema e negli impianti, sollecitando l’isolamento e gli apparati collegati. Pertanto, non soltanto l’edificio colpito è messo in pericolo, ma anche gli edifici e gli impianti nelle vicinanze.

La rete semplificata (Fig. C1 b e c) permette un calcolo semplificato della corrente parziale IMnel sistema elettrico di distribuzione.

NOTA Questo calcolo è valido soltanto per la suddivisione dell’energia (coda della forma d’onda di corrente del fulmine).

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Allegato D(informativo)

Esempi di applicazione

Questo Allegato intende illustrare i principi d’applicazione contenuti nella presente Specificainsieme a quelli riportati nelle Norme CEI EN 62305-1 e 62305-4 per la scelta degli SPD da installare sulla linea d’alimentazione elettrica in alcune situazioni. Per questo scopo sono utilizzati tre esempi di sistemi: applicazione domestica, l’applicazione industriale ed una torre radio. La necessità della protezione si basa sulla valutazione del rischio della struttura, del suo contenuto e dei servizi entranti eseguita secondo la Norma CEI EN 62305-2.

Nei tre esempi è stata innanzitutto valutata la necessità di adottare misure di protezione contro il rischio di perdita di vite umane (R1) per il quale la Norma CEI EN 62305-2 ha definito il rischio tollerabile (RT1) pari a 10-5.

Inoltre è stato posto l’obiettivo di valutare la necessità o l’opportunità o la convenienza di proteggere le apparecchiature all’interno delle strutture dai possibili danni.

Per la struttura “Torre radio”, la Norma CEI EN 62305-2 richiede di valutare anche il rischio di perdita di pubblico servizio (R2); ciò consente di valutare la necessità di proteggere le apparecchiature e di determinarne il dimensionamento per limitare tale rischio. La stessa Norma propone un rischio tollerabile (RT2) pari a 10-3.

Per le strutture “Applicazione domestica” e “Applicazione industriale”, la Norma CEI EN 62305-2 suggerisce di valutare il rischio di perdita economica (R4). La Norma non indica un rischio tollerabile (RT4), ma confronta il costo delle misure di protezione e quello delle perdite causate dai danni dopo l’installazione delle misure di protezione con il costo delle perdite dai danni senza misure di protezione. Se quest’ultimo è minore del costo delle misure di protezione e dei danni residui, allora l’installazione delle misure di protezione è conveniente. In tale valutazione è però spesso difficile stimare il costo delle perdite dovute ai danni.Questa difficoltà può essere superata se è possibile definire un rischio tollerabile di perdita economica RT4. Il presente Allegato suggerisce come potrebbe essere definito tale rischio tollerabile, lasciando all’utilizzatore di questa Guida Tecnica la decisione di seguire o meno l’approccio indicato. È opportuno evidenziare che la valutazione della necessità della protezione delle apparecchiature contro i danni è consigliabile.

Come definire il rischio tollerabile RT4?

Il rischio si ottiene dal prodotto della frequenza di danno F per l’entità delle perdite. Se si definisce una frequenza di danno tollerabile (FT4), il rischio tollerabile può essere cautelativamente ottenuto moltiplicando FT4 per il valore delle perdite dovute ai danni alle apparecchiature (Lo) che si assume nel calcolo del rischio R4, utilizzando il valore di Losuggerito dalla Norma CEI EN 62305-2.

Questo approccio, seguito nei primi due esempi riportati nel seguito, permette di valutare se proteggere le apparecchiature, determinare le misure di protezione necessarie a tale fine ed il loro dimensionamento.

D.1 Applicazione domesticaLa struttura è alimentata da una linea elettrica isolata in area rurale composta da tre tratti: un tratto in MT costituito da linea aerea lunga 10 km e da due tratti, uno in linea aerea BT(230/400 V) lunga 1 000 m e l’altro in cavo interrato lungo 200 m.

NOTA – La Norma CEI EN 62305-2 richiede di assumere la lunghezza di un tratto di linea pari a 1000 m quando tale lunghezza non è nota (vedi Allegato A.4)

Ng: 2.5 fulmini/km2/anno (vedi 4.1.1).

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Ubicazione e dimensioni della struttura da proteggere: 10×15×10 (H) m su un’area rurale pianeggiante. Basso rischio d’incendio (r = 10-3) e marmo come tipo di pavimento (ru = 10-3).

Struttura dell’impianto elettrico: impianto protetto all’ingresso con un RCD di tipo S (tenuta 3 kA 8/20, vedi 6.2.4.3). La corrente di cortocircuito all’ingresso dell’impianto è 3 kA. C’è un quadro elettrico principale all’ingresso della casa (a pianterreno) e un quadro elettrico secondario al primo piano. Precauzioni sono prese per ridurre la dimensione della spira interna all’edificio (Ks3 = 0,02 secondo la Norma CEI EN 62305-2).

Messa a terra della rete BT: sistema TT. Distribuiti una fase e neutro.

Natura degli apparati da proteggere: lavatrice elettronica, computer, sistema d’allarme all’ingresso, video registratore e televisore, ecc. Tutte le apparecchiature sono installate nella categoria di sovratensioni II della Norma IEC 60664-1, pertanto la tensione di tenuta Uw può essere assunta pari a 2,5 kV.

A seguito dell’analisi del rischio secondo la CEI EN 62305-2 il rischio di perdita di vite umane R1 risulta pari a 0.56×10-5 inferiore al rischio tollerabile pari a 10-5, pertanto non sono necessarie misure di protezione.

La convenienza della protezione delle apparecchiature all’interno della struttura è valutata calcolando il rischio di perdita economica R4 e definendo il rischio tollerabile RT4.

Il proprietario della struttura ha definito come tollerabile 1 danno ogni 5 anni, cioè una frequenza di danno FT4 pari a 0.2 danni all’anno. Nel calcolo di R4, la Norma CEI EN 62305 suggerisce, per il tipo di struttura in oggetto, il valore diLo pari a 10-4, pertanto il rischio tollerabile diventa: RT4 = 0.2×10-4.

Il rischio R4 è pari a 3.6×10-4, maggiore di RT4.

Per ridurre il rischio a valori inferiori al rischio tollerabile è necessario ridurre le componenti di rischio RV e RW (fulminazione diretta della linea elettrica) e RZ (fulmini vicino alla linea elettrica) mediante l’installazione di un sistema coordinato di SPD dimensionato con LPL I (PSPD = 0.01, 200 kA di corrente di fulmine). In tal caso il rischio diventa pari a 0.51×RT.

Un SPD di Classe di Prova I deve essere installato all’origine dell’impianto elettrico con una corrente ad impulso (Iimp) � 10 kA 10/350 per conduttore (Tabella E.2 della CEI EN 62305-1).

La corrente di cortocircuito all’ingresso è di 3 kA efficaci. � la tenuta al cortocircuito dell’SPD � 3 kA efficaci (vedi 5.5.2.4). A tale fine il costruttore raccomanda l’uso di un fusibile o di un interruttore differenziale (RCD) (protezione di back-up). Se un interruttore differenziale (RCD) di tipo S è impiegato all’ingresso, la continuità del servizio non è garantita per le sovracorrenti entranti superiori a 3 kA 8/20.

Nessuna protezione aggiuntiva contro i contatti indiretti è necessaria per la presenza dell’RCD. Un dispositivo di distacco termico è incorporato nell’SPD stesso (vedi 6.3.1).

Gli altri apparati da proteggere richiedono soltanto la protezione tra fase e neutro poiché non sono collegati a terra, tranne la lavatrice dove la terra è presente per motivi di sicurezza. In questo caso, la protezione tra fase e terra e tra neutro e terra è necessaria.

La distanza tra l’SPD all’ingresso e gli altri apparati è pari a 10 m per gli apparati ubicati vicino l’ingresso e 25 m per gli apparati ubicati al primo piano.

Scegliendo un SPD a limitazione con Up = 1.5 kV e limitando la lunghezza dei collegamenti dell’SPD a 0.5 (e quindi la caduta di tensione U su tali collegamenti a 0.5 kV), il livello di protezione effettivo è pari a 2 kV (Up + U) e la distanza di protezione è pari a 20 m (Lp =(Uw-Upf)/25 = (2500-2000)/25 = 20 m) (Allegato D della CEI EN 62305-4). Pertanto l’SPD all’origine dell’impianto protegge le apparecchiature nell’ingresso, mentre altri SPD sono necessari vicino agli altri apparati da proteggere (6.1.2). Uno dovrebbe essere ubicato vicino alla lavatrice ed un altro vicino al video registratore ed al televisore (Figura D.1).

Installando invece un altro SPD con Up = 1.5 kV nel quadro elettrico al primo piano, ubicato ad una distanza inferiore a 20 m dalle apparecchiature da proteggere, si consegue la

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protezione. Tale SPD deve essere coordinato con l’SPD all’origine dell’impianto, secondo le indicazioni del costruttore di SPD.

Un SPD di classe di prova II con In = 5 kA. Up = 1.5 kV è scelto nel catalogo del costruttore.La corrente di cortocircuito di questi SPD è bassa rispetto alla loro ubicazione ed il costruttore ha incorporato i necessari dispositivi di distacco (termico e di cortocircuito). Vedi Fig. D.1.

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D.2 Applicazione industrialeLa struttura è composta da 3 edifici.

L’edificio principale è alimentato da una linea elettrica isolata ed aerea in MT in area ruralelunga 1 km.

Gli altri due edifici sono alimentati dal quadro principale dell’edificio principale da due cavi interrati in BT (230/400V) lunghi ognuno 100 m.

Ng = 1,5 fulmini/km2/anno (vedi 4.1.1).

Ubicazione della struttura da proteggere: su un’area pianeggiante

Struttura dell’impianto elettrico:

Trasformatore MT/BT all’interno dell’edificio principale (MB).

Sistema TN-C di distribuzione dell’alimentazione BT trifase sul quadro di distribuzioneprincipale (MDB) nell’Edificio Principale (MB). Un sistema TN-C trifase alimenta un edificioseparato B1, e un sistema TN-C-S trifase alimenta un edificio B2. Sia B1 che B2 sono ubicatia circa 100 m dall’edificio MB.

Natura delle apparecchiature da proteggere:

Edificio principale MB (100×50×20(H)m) – alimentazione elettrica (trasformatore AT/BT) dell’impianto industriale manifatturiero che comprende l’impianto dell’aria condizionata, l’illuminazione della fabbrica, i dispositivi di controllo di motori industriali, i comandi di variazione di velocità e i torni a controllo numerico (CNC).

Edificio B1 (50×20×10(H)m) – in generale apparecchiature d’ufficio comprese fotocopiatrici, fax, rete locale di computer, centralino (PABX) ubicato vicino al DB1.

Edificio B2 (50×20×10(H)m) – apparecchiatura di processo e di controllo che include, dispositivi di controllo logici programmabili (PLC) per la gestione dell’impianto, sistemi di supervisione, controllo e acquisizione dati (SCADA), bascula, monitor, generalmente ubicati a circa 50 m dal DB2.

In ogni edificio MB, B1 and B2 c’è una Barra di Equipotenzializzazione rispettivamente EB, EB1 e EB2.

Analisi del Rischio secondo CEI EN 62305-2:

Il rischio di perdita di vite umane, pari a 0.14 ×10-5, è inferiore al rischio tollerabile 10-5.

Protezione contro i danni alle apparecchiature: analisi del rischio contro la perdita economica(R4). Per la necessità di un funzionamento continuo, il proprietario della struttura ha assuntocome tollerabile 1 danno ogni 10 anni, cioè un frequenza di danno FT4 = 0.1. Per il calcolo di R4,la Norma CEI EN 62305 indica la perdita Lo per danni alle apparecchiature pari a 10-2. Pertanto il rischio tollerabile RT4 diventa pari a 10-3.

Il rischio R4 calcolato secondo la CEI EN 62305-5, pari a circa 2×10-3, è maggiore del rischio tollerabile.

La componente di rischio da ridurre è la componente RZ (danni causati da fulmini vicino alla linea elettrica), pertanto occorre installare un sistema coordinato di SPD. A tale fine, si utilizzauna protezione contro le sovratensioni distribuita dappertutto nell’impianto fornendo innanzituttola protezione nel punto d’ingresso nel quadro di distribuzione principale (MDB) e, se necessario, nei quadri di distribuzione separati DB1 e DB2 in ciascuno degli edifici B1 e B2.

Edificio Principale – Gli SPD sono collegati all’interno del quadro di distribuzione principale tra ogni fase e la barra principale di equipotenzializzazione EB. Questi SPD BT possonoessere SPD provati secondo la Classe di prova II perché il numero di fulmini sugli edifici più quello sulla linea elettrica è uguale a 0.08 quindi inferiore al limite di 0.1 richiesto dalla Norma

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CEI EN 62305-4 (Annesso D) per utilizzare SPD di Classe di prova II. Per ridurre il rischio a valori inferiori al rischio tollerabile, gli SPD possono essere dimensionati secondo l’LPL I ottenendo R2 = 0.84×RT. In questo caso l’SPD deve avere una corrente di scarica nominale Inmaggiore o uguale a 5 kA (Tabella E.2 dell’Annesso E della CEI EN 62305-1).

La tenuta al cortocircuito (e il valore nominale d’interruzione della corrente susseguente nel caso di SPD con intervento ad innesco) degli SPD deve essere coordinata con la corrente di cortocircuito presunta nel MDB. Ciò si può ottenere con dispositivi di distacco che possono essere sia esterni connessi in serie con i dispositivi contro le sovracorrenti specificati dal costruttore (come fusibili, interruttori…), o interni agli SPD.

All’interno dell’edificio ci sono varie apparecchiature, con tensione di tenuta, UW = 2,5 kV secondo la IEC 60664-1. L’apparecchiatura è ubicata a 30 m dall’SPD all’ingresso. Ciò potrebbe dare luogo ad oscillazioni (vedi 6.1.4).

In questo caso, il livello della tensione all’apparecchiatura può arrivare ad un massimo di 2 � Up1, essendo Up1 il livello di protezione dell’SPD all’ingresso. In questo esempio, che descrive una situazione nel caso peggiore, Up1 dovrebbe essere minore di 2,5 kV � 0,8/2 (cioè 1000 V), in accordo con 6.1.4. Un tale basso livello di protezione può aumentare la probabilità di guasto di questo SPD dovuta a possibili TOV e si può preferire di scegliere un SPD all’ingresso con più elevato Up (meno sensibile alle TOV) ad esempio Up1 = 2,5 kV. In questo caso, di fronte all’apparecchiatura (Eq.), è richiesto un SPD aggiuntivo con Up2 2000 V (0,8 � UW). La divisione per 2 non è più necessaria poiché si è proprio di fronte all’apparecchiatura.

Se si usa un Up1 minore (Up1 1500 V), la distanza di protezione diventa pari a 40 m ed ilsecondo SPD non è necessario. Questo processo fa riferimento alla tensione di tenuta UWdell’apparecchiatura (Lp = (Uw-Up1)/25 m) (il livello di protezione effettivo, Upf1, è uguale al livello di protezione Up1 perché le cadute induttive sui collegamenti dell’SPD sono trascurabili. Annesso D della CEI EN 62305-4).

La protezione dei circuiti di controllo e di trasporto dei dati non è stata considerata in questo esempio.

Edificio 1 – In considerazione della distanza di B1 dal MB (100 m) SPD (SPD3) dovrebbero essere collegati tra ogni fase e PEN/barra equipotenziale. Questi SPD BT dovrebbero essere provati secondo la classe di prova II. Assumiamo che una corrente di scarica nominale In di 2 kA e un livello di protezione Up3 1.5 kV siano utilizzati in questo posto. Poiché l’edificio è piccolo e l’apparecchiatura è ubicata vicino al DB1, ad una distanza inferiore alla distanza di protezione pari a 40 m, non c’è necessità di installare un altro SPD vicino all’apparecchiatura.

La protezione dei circuiti di controllo e di trasporto non è stata considerata in questo esempio.

Edificio 2 – come B1, B2 è ubicato a circa 100 m dalla MB e SPD (SPD4) dovrebbero essere collegati tra ogni fase e PE/barra PEN/barra equipotenziale. Questi SPD BT dovrebbero essere provati secondo la classe di prova II. Assumiamo che una corrente di scarica nominale In di 2 kA e un livello di protezione Up4 1,5 kV siano utilizzati in questo posto.

Ci sono diverse apparecchiature all’interno dell’edificio con tensioni di tenuta, UW = 2,5 kV in accordo con la EN 60664-1. L’apparecchiatura è a 50 m dall’SPD all’ingresso ad una distanza superiore alla distanza di protezione pari a 40 m. In tal caso un SPD aggiuntivo (SPD5) con Up5 minore di o uguale a 2000 V (0,8 � UW), è necessario di fronte all’apparecchiatura Eq. Se si utilizza un Up4 minore (Up1 1000 V), il secondo SPD non è necessario perché la distanza di protezione diventa 60 m.

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La protezione dei circuiti di controllo e di trasporto dei dati non è stata considerata in questo esempio.

Vedi Fig. D.2 e D.3.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Legenda

B1, B2 Edifici 1, 2

MB Edificio principale

EB Barra di equipotenzializzazione

MDB Quadro di distribuzione principale

Eq Apparecchiatura (carico)

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Figura D.3 – Circuito dell’impianto industriale

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60

Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

D.3 Presenza di un impianto di protezione contro i fulminiTorre radio (H = 40 m) con impianto di protezione contro i fulmini.

Natura della rete MT: linea aerea 1 kmNatura della rete BT: linea aerea 500 m

Ng: 4 fulmini/km2/anno

Ubicazione della struttura da proteggere: sulla cima di una collina (cd = 2), resistività del terreno 500 �m. Basso rischio d’incendio della struttura: rf = 10-3

Struttura dell’impianto elettrico: il neutro è messo a terra ai piedi della collinaApparecchiature messe a terra sulla terra locale di protezione.

Impianto di terra della struttura da proteggere: 10 �

Impianto di terra del trasformatore MT/BT: 10 �Messa a terra della rete BT: sistema TT; distribuiti una fase e neutro.

Precauzioni sono prese per ridurre le spire all’interno della stazione (Ks3 = 0,02 secondo la Norma CEI EN 62305-2)

Natura dei dispositivi da proteggere: apparecchiatura: Uw = 2.5 kVAnalisi del rischio.

Il rischio di perdita di vite umane R1, calcolato secondo la CEI EN 62305-2 ed assumendo cautelativamente che ci sia sempre una persona nella torre radio, risulta pari a 1.7×10-5, superiore al rischio tollerabile pari a 10-5. La componente di rischio da ridurre è la RU, danni alle persone per fulminazione diretta della linea elettrica. Per ridurre R1 a valori inferiori di RT, è necessario utilizzare SPD provati secondo la classe di prova I dimensionati secondo l’LPL III-IV (PEB = 0.03), cioè con una corrente ad impulso maggiore a uguale a 5 kA (Tabella E.2 dell’Allegato E della CEI EN 62305-1).

Il gestore della torre radio ha deciso di assumere come rischio tollerabile il valore RT2 = 10-4,inferiore al valore (10-3) suggerito dalla Norma CEI EN 62305-2.

Il calcolo di R2 da il valore 1.6×10-3, cioè maggiore di RT2.

Per ridurre il rischio R2 a valori inferiori a RT occorre ridurre le componenti di rischio RC, RW eRZ. Per ridurre RC, occorre installare l’LPS. Il traliccio ed il relativo impianto di terra costituiscono l’LPS. Con l’LPS di Classe IV e con i fattori di protezione PC, PW e PZdimensionati con l’LPL II (PSPD = 0.02, 150 kA di corrente di fulmine), il rischio R2 si riduce a0.7× RT.

In questo caso è necessario un sistema coordinato di SPD con Iimp maggiore o uguale a 14.6kA in accordo con l’Allegato E della CEI EN 62305, mentre il calcolo semplificato (Allegato J)indicherebbe una corrente di 18.8 kA. Ad esempio si può scegliere un SPD di classe di prova I con Iimp = 20 kA.

Gli SPD sono collegati tra fase e terra locale, tra neutro e terra locale e tra fase e neutro. Un altro SPD con la stessa corrente nominale può essere usato sul lato opposto della linea aerea per proteggere il trasformatore.

Scegliendo ad esempio un SPD a limitazione con il livello di protezione dell’SPD minore di o uguale a 1,5 kV e limitando a 0.5 m la lunghezza dei collegamenti, il livello di protezione effettivo risulta pari 2 kV . La tenuta ad impulso delle apparecchiature all’interno della torre radio è pari a 2.5 kV, pertanto la distanza di protezione dell’SPD è pari a 20 m. Quindi l’SPD all’origine dell’impianto protegge le apparecchiature all’interno della torre radio.

Può anche essere necessario utilizzare un SPD sul lato MT del trasformatore. Ciò è considerato nella EN 60099-5.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Vedi Fig. D.4.

Figura D.4 – Esempio di un impianto di protezione contro i fulmini

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Allegato E(informativo)

Esempi d’applicazione di analisi del rischio

(vuoto)

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Allegato F(informativo)

Considerazioni sugli SPD quando si devono impiegare SPD di Tipo 1

Per discutere delle sollecitazione degli SPD, è necessario considerare la distribuzione della corrente del fulmine sugli impianti dell’edificio.

Per determinare la distribuzione della corrente attraverso gli SPD nel caso di fulminazione diretta della struttura con un impianto di protezione contro i fulmini, in generale è sufficientemente preciso usare la resistenza ohmica delle messe a terra, ad esempio: messa a terra dell’edificio, tubazioni, terra del sistema di distribuzione dell’alimentazione, ecc. La Fig. F.1 mostra un esempio tipico di distribuzione della corrente.

Quando una particolare valutazione (ad esempio mediante calcoli) non è possibile, si può assumere che il 50 % della corrente totale del fulmine I entri nell’impianto di terradell’impianto di protezione contro i fulmini della struttura considerata. Il restante 50 % della corrente, detta Is, si distribuisce tra i servizi entranti nella struttura, come i corpi metallici esterni, linee elettriche di energia e di comunicazione, ecc. Il valore della corrente che scorre in ogni servizio è detta Ii;

Ii = Is/n

dove

n è il numero di servizi.

Per valutare la corrente in ogni singolo conduttore, detta Iv, in un cavo non schermato, la corrente del cavo Ii è divisa dal numero di conduttori m:

Iv = Ii/m

Nel caso di un cavo schermato, la parte principale della corrente scorre, in generale, nello schermo (vedi Allegato E della Norma CEI EN 62305-1 per calcolare la ripartizione della corrente tra lo schermo ed i conduttori). Il valore preferenziale di Iimp corrisponde a Iv.

NOTA 1 La fulminazione diretta di linee aeree può essere considerata in modo simile.

NOTA 2 I parametri di prova riportati nella IEC 61312-1 rappresentano la minaccia del fulmine.

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Figura E.1 – Distribuzione generale della corrente del fulmine

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Tubi metallici per l’acqua

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Allegato G(informativo)

Immunità contro la tenuta d’isolamento

La norma di prova EN 61000-4-5 descrive le prove per determinare l’immunità agli impulsi di tensione e di corrente di apparecchiature elettroniche e sistemi. L’apparecchiatura o il sistema da provare è visto come una scatola nera ed i risultati delle prove sono giudicati con i seguenti criteri:

� funzionamento normale;

� perdita temporanea di funzione o degradazione temporanea di prestazione che non comporta un intervento dell’operatore;

� perdita temporanea di funzione o degradazione temporanea di prestazione che comporta un intervento dell’operatore;

� perdita di funzione con danno permanente dell’apparecchiatura (che significa fallire laprova).

Mentre le prove della EN 61000-4-5 esaminano il campo completo dei possibili effetti degli impulsi di corrente, relativamente bassi, sulle apparecchiature elettroniche e sui sistemi, comprendendo il danno permanente e la distruzione delle apparecchiature e dei sistemi, altre norme di prova non sono molto interessate alla perdita temporanea di funzione ma piuttosto al danno o alla distruzione reale dell’apparecchiatura. La EN 60664-1 riguarda il coordinamento degli isolamenti delle apparecchiature utilizzate sui sistemi di bassa tensione e la EN 61643-11 è la norma di prova dei limitatori di sovratensioni sui sistemi di distribuzione dell’alimentazione di bassa tensione. In aggiunta, entrambe queste norme riguardano gli effetti delle sovratensione temporanea sull’apparecchiatura. La EN 61000-4-5 e le altre norme della serie EN 61000 non considerano l’effetto delle sovratensioni temporanee sulle apparecchiature o sui sistemi.

Un danno permanente non è quasi mai accettabile, poiché causa tempi morti nel sistema e spese di riparazione o di sostituzione. Questo tipo di guasto è usualmente dovuto ad una inadeguata protezione contro le sovratensioni oppure alla sua assenza, che permette elevate tensioni ed eccessive sovracorrenti nel circuito dell’apparecchiatura causando interruzione del funzionamento, guasti di componenti, rottura permanente dell’isolamento e pericoli d’incendio, di fumo o di scossa elettrica. È anche indesiderabile, tuttavia, la perdita di funzione o degradazione dell’apparecchiatura o del sistema, in particolare se l’apparecchiatura o il sistema è critico e deve rimane in funzionamento in presenza di sovratensioni.

Nelle prove descritte nella EN 61000-4-5, l’ampiezza del livello di prova della tensione applicata (classe d’installazione) e la risultante corrente impulsiva avranno un effetto diretto sulla risposta dell’apparecchiatura. Detto semplicemente, maggiore è il livello di tensione dell’impulso, maggiore è la probabilità di perdita di funzione o di degradazione, a meno che l’apparecchiatura sia stata progettata per essere dotata di un’appropriata immunità agli impulsi.

Per provare i limitatori di sovratensioni (SPD) utilizzati sui sistemi di bassa tensione, la EN 61643-11, per la classe di prova III, specifica un generatore d’onda combinata con un’impedenza fittizia di 2 �, che genera una corrente di cortocircuito con forma d’onda 8/20 e una tensione a circuito aperto con forma d’onda 1,2/50. La EN 61000-4-5 usa lo stesso generatore d’onda combinata per le prove d’immunità agli impulsi delle apparecchiature e dei sistemi alimentati ma con diversi elementi di accoppiamento ed anche, a volte, con impedenze serie aggiuntive. Il significato del livello della tensione di prova (classe d’installazione) della presente Guida Tecnica e della tensione di picco a circuito aperto Uocdella EN 61643-11 è equivalente. Questa tensione determina il valore della corrente di picco di cortocircuito ai terminali del generatore. A causa delle differenze nei metodi di prova, i risultati di prova non possono essere direttamente confrontati.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

L’immunità agli impulsi delle apparecchiature o dei sistemi può essere conseguita con componenti di protezione o limitatori di sovratensioni (SPD) incorporati o con SPD esterni. Uno dei criteri più importanti per la scelta degli SPD è il livello di protezione, Up, definito e descritto nella EN 61643-11. Questo parametro dovrebbe essere coordinato con la tensione di tenuta dell’apparecchiatura UW in accordo con la EN 60664-1 ed è la tensione massima attesa tra i terminali dell’SPD durante le prove in specificate condizioni. Up è soltanto utilizzato nella presente Specifica CLC/TS 61643-12 per il coordinamento con la tensione di tenuta dell’apparecchiatura UW. Il valore del livello di protezione nei confronti di sollecitazioni confrontabili dovrebbe anche essere al di sotto del livello di tensione d’immunità, rispetto a questa sollecitazione confrontabile, dell’apparecchiatura provata secondo la EN 61000-4-5ma ciò non è considerato attualmente specialmente perché le forme d’onda non sono sempre confrontabile tra le due norme.

In generale, i livelli d’immunità agli impulsi dell’apparecchiatura secondo la EN 61000-4-5sono inferiori dei livelli di tenuta dell’isolamento secondo la EN 60664-1, tuttavia si dovrebbe fare attenzione agli effetti delle sovratensioni temporanee, secondo la IEC 60364-4-44, su un SPD (o su un componente di protezione incorporato) con un livello di protezione eccessivamente basso. È del tutto possibile scegliere un SPD che protegga l’apparecchiatura dal guasto, rimanga in funzione durante le sovratensioni e resista la maggior parte delle sovratensioni temporanee.

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Allegato H(informativo)

Esempi d’installazione nei quadri di distribuzione di alimentazione in alcuni Paesi

Le figure seguenti descrivono l’installazione tipica di SPD nei quadri di distribuzione dell’alimentazione in alcuni paesi. Come descritto in questo documento, è importante garantire che le lunghezze dei conduttori siano ridotte al minimo e che il valore nominale della tenuta al cortocircuito dell’SPD sia coordinata con la corrente presunta di cortocircuito Isc nel punto di ubicazione del quadro.

Legenda

1 Alimentazione entrante

2 Interruttore principale

3 Dispositivo di distacco dell’SPD (potrebbe essere installato all’interno dell’involucro dell’SPD)

Figura H.1 – Schema del cablaggio di un SPD collegato sul lato carico dell’interruttore principale all’ingresso mediante un interruttore distinto (che potrebbe essere incluso

nell’involucro dell’SPD),

L’uso di tale dispositivo di distacco per l’SPD è una buona pratica poiché permette di scollegare l’unità senza aprire l’interruttore principale quando sarebbe necessario scollegare l’SPD, per es. , per prove rapide dell’installazione.

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Legenda

1 quadro di distribuzione

2 interruttore principale

3 terminale di terra principale

4 terminale del neutro

5 involucro dell’SPD

6 prima via del fusibile a valle

7 via alternativa al primo fusibile a valle

8 collegamento trasversale all’intelaiatura del quadro di distribuzione

Figura H.2 – SPD collegato al più vicina via uscente disponibile (MCB) dell’alimentazione entrante (installazione TNS tipica nel Regno Unito)

L’MCB fornirebbe anche un mezzo conveniente per disconnettere l’SPD e fornire un mezzo d’isolamento. Poiché non c’è sufficiente spazio all’interno del quadro di distribuzione, l’SPD è montato in un involucro separato per sicurezza elettrica. Questo involucro è montato direttamente accanto al quadro di distribuzione in modo che i conduttori di collegamento siano corti. Un collegamento a terra supplementare è effettuato per minimizzare la caduta di tensione sui conduttori di collegamento.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Legenda

1 alimentazione entrante

2 interruttore principale

3 prima via del fusibile a valle

4 alternativa alla via del fusibile a valle

5 fusibile (o MCB)

Figura H.3 – Schema di un singolo cablaggio di un SPD collegato in parallelo sulla prima via d’uscita dal quadro di distribuzione attraverso un fusibile (o MCB)

L’impiego di un adeguato fusibile (o MCB) è conveniente per l’installazione dell’SPD e promuove una buona pratica perché consente di scollegare l’unità senza aprire l’interruttore principale quando sarebbe necessario scollegare l’SPD, ad esempio, per prove rapide dell’installazione. La grandezza del fusibile è scelta in modo da non declassare la capacità di sopportare la sovracorrente degli SPD e da discriminare il suo comportamento dal fusibile sull’alimentazione entrante.

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Allegato I(informativo)

Protezione di backup (di sostegno) contro il cortocircuito e tenuta alle sovratensioni

I.1 IntroduzioneLa corrente impulsiva non scorre soltanto attraverso gli SPD, ma anche attraverso altri dispositivi nel circuito. Questi altri dispositivi includono la protezione di backup e altri tipi diprotezione contro le correnti di guasto, e conseguentemente possono verificarsi interventi o fusioni indesiderate. È utile conoscere la capacità di tenuta di questi dispositivi per impedireche questi componenti limitino la capacità di sopportare la sovracorrente dell’installazione. In questo Allegato sono fornite solo informazioni riguardanti i fusibili; per le altre tecnologie, i risultati effettivi della tenuta alle sovratensioni dipendono troppo dal tipo di dispositivo. Per questo motivo gli interruttori meccanici (CB) non sono considerati in questo Allegato, ma icostruttori di SPD o MCB possono fornire informazioni per l’associazione degli SPD con altri dispositivi quali i CB (MCB, MCCB, RCD ecc.).

I.2 Tenuta dei fusibili al singolo impulso di currente 8/20 e 10/350Utilizzando il calcolo di I²t della forma d’onda della sovracorrente rispetto al valore di prearcodel fusibile I²t (1 ms) fornito dai costruttori di fusibili, è possibile stimare la tenuta impulsivadei fusibili per un singolo impulso.

La I²t impulsiva può essere stimata conoscendo il valore di cresta Icrest dell’impulso e la sua forma d’onda con queste formule.

� Per la forma d’onda 10/350:

I²t = 256,3 � Icrest²� Per la forma d’onda 8/20:

I²t = 14,01 � Icrest²con Icrest in kA, I²t in A²s.

ESEMPIO 1 Per sopportare una scarica singola di sovracorrente di 9 kA 8/20, il fusibile di backup (di sostegno) deve avere un valore di prearco minimo superiore a:

I²t = 14,01 � 9² = 1 134,8 A²s

NOTA Il valore tipico di prearco per il fusibile 32 A di tipo gG è: 1 300 A²s.

ESEMPIO 2 Per sopportare una scarica singola di sovracorrente di 5 kA 10/350, il fusibile di backup (riserva) deve avere un valore di prearco minimo superiore a:

I²t = 256,3 � 5² = 6 407,5 A²s

NOTE Il valore tipico di prearco per il fusibile 63 A NH di tipo gG è: 6 500 A²s.

ESEMPIO 3 Un fusibile nuovo con un valore di prearco di 24 000 A²t (fusibile cilindrico 100 A di tipo gG) può sopportare una scarica singola 8/20 di:

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

I.3 Fattori che influenzano il fusibile (riduzione) per la prova di precondizionamento e di funzionamento

Durante la procedura descritta nella EN 61643-11, il fusibile deve sopportare non solo una scarica singola ma una sequenza completa (prova di condizionamento e prova di funzionamento). Queste scariche sono in grado di deteriorare il fusibile e pertanto di diminuire la sua capacità di tenuta in rapporto alla tenuta alla scarica singola (vedi I.2).

Per superare l’intera prova di precondizionamento e l’intera prova di funzionamento, esperimenti mostrano che un fattore di riduzione da 0,5 a 0,9 deve essere applicato al valore di tenuta alla scarica singola.

Tre fattori principali possono essere presi in considerazione.

1) Rapporto tra In e Imax o Iimp:

La prova di precondizionamento è effettuata con In (15 scariche) mentre la prova di funzionamento è effettuata con Imax o Iimp (0,1, 0,25, 0,5, 0,75 e 1 per Imax o Iimp). Se il valore di In è basso rispetto al valore di cresta di Imax o Iimp, l’invecchiamento causatodalla prova di precondizionamento con In può essere trascurato rispetto alla sollecitazione con Imax o Iimp. Al contrario, se il valore di In è prossimo o superiore al valore di cresta di Iimp, la sollecitazione della prova di precondizionamento non deve essere trascurata.

2) Valore assoluto rispetto alla tenuta del fusibile alla scarica singola

Quando i valori di In, Imax o Iimp sono prossimi al valore massimo di Icrest (vedi H.2) il fusibile stesso si deteriora a ciascuna scarica, mentre se i valori di In, Imax o Iimp sono considerevolmente inferiori al valore massimo di Icrest, l’effetto può essere trascurato.

3) Tolleranza del fusibile I costruttori di fusibili generalmente forniscono una tolleranza per il loro dispositivoconformemente alle norme sui fusibili. Questa tolleranza non è legata alla capacità di tenuta alla sovratensioni effettiva e non può essere usata per tale calcolo.

H.4 Esempi specifici con gamme di fattori stimati per la riduzione della tenuta del fusibile alla scarica singola

Un fusibile cilindrico 100 A gG è in grado di sopportare per un colpo una sovracorrente di forma d’onda 8/20 di 41,4 kA.

Per la prova di un SPD di Tipo 2 con Imax = 40 kA e In = 20 kA, l’esperienza mostra che questo fusibile non è in grado di superare l’intera prova di precondizionamento e di funzionamento.

Il fusibile di backup adatto è un fusibile 125 A gG con un valore minimo di prearco di 40 000 A²s. Secondo I.2, un fusibile con un valore minimo di prearco di 40 000 A²s è in grado di sopportare una forma d’onda 8/20 a scarica singola di 53,4 kA.

Il rapporto tra il valore corrente di cresta 8/20 per un singolo colpo di questo fusibile e la tenuta effettiva per l’intera prova, in questo caso è 0,75.

Nella Tab. I.1, sono fornite alcune caratteristiche che seguono la stessa analisi, dove Imax è il doppio di In per un SPD di Tipo 2 e dove il valore di In è equivalente a Iimp per un SPD diTipo 1.

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Progetto C. 1090:2012-02 – Scad. 02-04-2012

Tabella I.1 – Esempi di rapporto tra la tenuta al singolo colpo e la prova completa di precondizionamento /funzionamento

Corrente nominale tipica del fusibile

Valore di prearco tipico, corrente di cresta ricavata dalla formula semplificata riportata in H.2e prove effettive

Cyl gG NH gG

Prearco Calcolato Dopo la prova

Rapporto Prearco Calcolato Dopo la prova

Rapporto

I²t 8/20 8/20 I²t 10/350 10/350

25 800 7,6 5 0,66

32 1 300 9,6 7 0,73

40 2 500 13,4 10 0,75

50 4 200 17,3 15 0,87

63 7 500 23,1 17 0,73

80 14 500 32,2 25 0,78

100 24 000 41,4 30 0,72 20 000 8,8 5 0,57

125 40 000 53,4 40 0,75 33 000 11,3 7 0,62

160 60 000 15,3 10 0,65

200 100 000 19,75 15 0,76

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315 300 000 34,21 25 0,73

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PP

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Allegato J(informativo)

Principi di prova di coordinamento degli SPD

J.1 IntroduzionePer proteggere un’installazione elettrica, l’utilizzo di più di un tipo di SPD è necessario aseconda della categoria di sovratensione dell’apparecchiatura da proteggere e del cablaggiodell’installazione elettrica (lunghezza del cavo, percorso, ecc.). In questo caso, il coordinamento effettivo dell’SPD dovrebbe essere esaminato in modo da non sovrasollecitaregli SPD a valle (descritto in 1.1.1) ma anche in modo da limitare il livello di sovratensione ad un valore inferiore alla tensione di tenuta dell’apparecchiatura da proteggere (questo nuovo criterio è denominato criterio del livello di protezione di tensione ed è descritto qui di seguito).

J.2 Criteri di coordinamentoCome presentato sopra, il coordinamento degli SPD richiede l’adempimento di due criteri base, il criterio di energia ed il criterio del livello di protezione della tensione.

Il coordinamento dell’energia può essere ottenuto se, per tutti i valori della corrente di fulmine/impulso entrante, la parte dell’energia che è dissipata attraverso l’SPD a monte èsuperiore all’energia dissipata attraverso l’SPD a valle. Inoltre, tutti gli elementi tra gli SPD a monte e a valle dovrebbero essere in grado di sopportare la stessa energia degli SPD a valle. Questa è la base per il coordinamento secondo la versione odierna della norma.

Inoltre, si propone anche che il livello di protezione di tensione per gli SPD a valle sia ugualeo idealmente inferiore agli SPD a monte, poiché essi sono situati più vicinoall’apparecchiatura da proteggere, dove è richiesta una protezione di tensione più precisa.

I parametri più significativi che dovrebbero essere considerati durante il coordinamento di due SPD sono i seguenti:

� i tipi di SPD (cioè con intervento ad innesco - spinterometri, di tipo a limitazione, - varistori ad ossido di metallo);

� le caratteristiche del tipo di SPD (cioè tensione di scarica per gli spinterometri, tensione massima continuativa dei MOV, livello di protezione, massima capacità in termini di corrente di scarica, ecc.);

� l’onda introdotta (cioè 8/20, 10/350, ecc.);

� il tipo di apparecchiatura da proteggere (cioè carico induttivo pesante, apparati elettrici ed elettronici , ecc.);

� la distanza di separazione tra i due SPD.

J.3 Tecniche di coordinamentoPrima di qualsiasi coordinamento, si dovrebbero seguire alcune passi per scegliere gli SPD appropriati ed il metodo di coordinamento tra di loro.

� Passo 1Identificare il livello di sovratensione previsto in assenza degli SPD per scegliere il tipo di SPD che risponderà meglio. La riduzione delle sovratensioni veloci richiede SPD del tipo a limitazione piuttosto che del tipo con intervento ad innesco. L’identificazione delle sovratensioni dovrebbe essere seguita dalla valutazione dell’energia massima della corrente di fulmine/impulso presunta in presenza di un SPD ideale. A seconda del livello di energia massima, può essere scelto il tipo di SPD appropriato.

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� Passo 2Scegliere l’SPD a monte secondo l’energia massima in modo che esso possa sopportarla.

� Passo 3Scegliere l’SPD a valle secondo il livello di protezione di tensione desiderato dell’apparecchiatura.

� Passo 4Per gli SPD scelti, sia il criterio dell’energia che il criterio del livello di protezione di tensione dovrebbero esser soddisfatti. Ciò può essere realizzato principalmente con l’aiuto di software di simulazioni o con prove sperimentali. In quest’ultimo caso, il seguente metodo potrebbe essere usato per la verifica.

J.4 Prova di coordinamentoJ.4.1 GeneralitàIl coordinamento tra gli SPD si basa sulla suddivisione della corrente. Tre parametri sono definiti essenziali nello stabilire una regola di coordinamento:

� gli SPD stessi (Un SPD è coordinato con un altro);

� la sovracorrente all’ingresso (fissata dalle caratteristiche dell’SPD principale);

� l’impedenza di disaccoppiamento Z tra i 2 SPD (l’SPD principale e a valle).

L’impedenza Z tra i due SPD (in generale un’induttanza) può essere fisica (un componente specifico inserito nella linea per facilitare la suddivisione dell’energia tra i due SPD) o rappresentata dall’induttanza di una lunghezza di cavo tra i due SPD.

La prova di coordinamento degli SPD può essere effettuata dal costruttore degli SPD, dall’installatore o dall’utilizzatore.

Il coordinamento per l’SPD è ottenuto se questi due criteri sono soddisfatti.

1. Il coordinamento dell’energia è ottenuto se, per tutti i valori della sovracorrente da un’energia minima di prova ad un’energia massima di prova (0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per Imax e In con riferimento all’SPD di Tipo 2. 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per Iimp e In con riferimento all’SPD di Tipo 1) la parte di energia , dissipata attraverso l’SPD2 è inferiore ouguale alla sua tenuta di energia massima (EMAX2).

2. Il coordinamento della protezione è ottenuto se, , per tutti i valori della sovracorrente da un’energia minima di prova ad un’energia massima di prova (0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per Imax e In con riferimento all’SPD di Tipo 2. 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per Iimp e In con riferimento all’SPD di Tipo 1) la tensione residua dell’SPD2 è inferiore o uguale al suo livello di protezione dichiarato Up.

La prova con una parte della corrente In o Imax dichiarata serve per esplorare che non esistono punti ciechi dalla minima alla massima sollecitazione.

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J.4.2 Regolazioni di prova

Figura J.1 – Disposizione degli SPD per la prova di coordinamento

I conduttori di collegamento non sono presi in considerazione e devono essere i più corti possibile e devono essere disposti in modo simile per entrambi gli SPD. Anche i dispositivi di distacco esterni, se esistono, non sono presi in considerazione in questa prova di coordinamento.

Quando Z rappresenta un’impedenza fisica, l’induttanza della linea può essere trascurata a causa del suo valore basso rispetto a Z, che è rappresentato in modo schematico nella Fig. 1 per entrambi i casi.

Quando Z rappresenta un’induttanza di una lunghezza di cavo tra i due SPD, i conduttori di andata e di ritorno devono essere fissati secondo la dichiarazione del costruttore, dell’installatore o dell’utilizzatore. In assenza di una disposizione specifica, i conduttori di andata e di ritorno non devono esser ritorti, distanti di più di 10 mm e devono evitare di creare un anello.

La prova deve essere effettuata su tre gruppi di campioni che non siano stati sottopostiprecedentemente ad alcuna prova.

LegendaEq Apparecchiatura da proteggereO/c Circuito aperto (apparecchiatura scollegata dall’alimentazionei Impulso entrante

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Le possibilità di coordinamento dei diversi tipi di SPD devono essere provate secondo la procedura di coordinamento:

� SPD di Tipo 1 coordinato con SPD di Tipo 2;



� SPD di Tipo 2 coordinato con SPD di Tipo 3.

Durante la prova, il sistema di SPD è alimentato a Ucs con una corrente di cortocircuitosufficientemente elevata da rivelare un guasto di uno degli SPD in prova (minimo 5 A). Unaprotezione di corrente può essere utilizzata nella diramazione dell’alimentazione, ma nonnella diramazione della sovracorrente impulsiva.

Quando l’SPD principale è un T1, le sue caratteristiche impulsive In e Iimp dichiarate devono essere usate per la procedura di coordinamento.

Quandol’ SPD principale è un T2, le sue caratteristiche impulsive In e Imax dichiarate devono essere usate per la procedura di coordinamento come illustrato nella Fig. J.2.

La procedura di prova è riassunta nella Tab. J.1, a seconda del Tipo di SPD principale.

Tabella J.1 – Procedura di prova per il coordinamento

SPD principale SPD a valle Un colpo Colpi sequenziali

Tipo 1 Tipo 2 o Tipo 3 In0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per

I imp

Tipo 2 Tipo 2 o Tipo 3 Imax0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1 per

Imax

Alimentato per 30 min a Uc e l’impulso deve essere applicato a 60° elettrici

J.4.3 Criteri di superamento della prova L’SPD ha superato la prova se qualsiasi corrente susseguente è auto-estinta e la stabilità termica è raggiunta dopo ciascun impulso della prova di coordinamento. Sia le registrazioni della tensione che della corrente, insieme all’esame a vista, non devono mostrare alcuna indicazione di perforazione o scariche dei campioni. Non deve manifestarsi alcun danneggiamento meccanico durante queste prove.

La tensione residua misurata dell’SPD2 non deve mai superare il suo Up dichiarato.

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Allegato K(informativo)

Calcolo semplice dell’Iimp per un SPD di Tipo 1 nel caso di un edificio protetto da un LPS

Nel caso di un LPS montato nell’edificio che ospita l’installazione elettrica, c’è la necessità di richiamare le regole riportate nella serie EN 62305 per calcolare la suddivisione di corrente e quindi la tenuta di corrente Iimp dell’SPD posto all’ingresso.

Secondo la serie EN 62305, c’è la necessità di usare un SPD che realizzi il collegamento equipotenziale all’ingresso dell’installazione quando un LPS è presente nell’edificio. Questo SPD è provato con le classi di prova I ed è definito principalmente da una corrente ad impulsoIimp 10/350.

A seconda del livello di protezione dai fulmini (LPL) dell’LPS, valore compreso tra 1 e 4, la corrente può essere calcolata con la seguente formula nel caso semplice in cui c’è solo una linea di energia installata e tutte le altre linee e condutture non esistono o non sono considerate (caso più severo).

In questo caso semplice, la corrente massima collegata all’LPL dell’LPS è divisa equamenteper il numero di conduttori nella linea e per due (poiché si suppone che il 50 % della corrente scorra nel sistema di terra).

Ciò conduce alla seguente Tab. K.1 per gli schemi di connessione sia CT1 CT2 di Iimp,quando tali schemi sono disponibili. Nel caso d’installazioni vecchie, o nelle quali il fornitore elettrico non conosce i dettagli di installazione, si deve supporre il caso peggiore LPL I).

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Tabella K.1 – Determinazione del valore di Iimp

Sistema BT

LPLCorrente massima

corrispondente a LPL

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(n)

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IT conneutro

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5 NA NA NA NA 15,0 15,0 60,0 NA NA NA

4 18,8 18,8 75,0 18,8 NA NA NA NA 18,8 75,0

3 NA NA NA NA 25,0 25,0 50,0 25,0 NA NA

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Iimp (kA)

5 NA NA NA NA 10,0 10,0 40,0 NA NA NA

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3 NA NA NA NA 16,7 16,7 33,3 16,7 NA NA

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NOTA Quando il valore di LPL non è conosciuto, si deve supporre il caso peggiore.

LegendaLPL livello di protezione contro i fulmini n numero di conduttori della rete elettrica. Per i sistemi TN (TNC e TNS), n comprende anche il conduttore

PE (PEN) attraverso il quale scorre la stessa corrente dei conduttori attivi.CT1, CT2 modi di connessione dell’SPD secondo la CLC/TS 61643-12 (secondo l’HD 60364-5-534,

CT1 corrisponde ai tipi di connessione A e B mentre CT2 corrisponde al tipo di connessione C).Per i sistemi IT protetti dagli SPD nel modo CT2, il valore nominale d’interruzione della corrente susseguente degli SPD collegati tra il conduttore di neutro il conduttore PE, deve essere la stessa degli SPD collegati tra la fase e il neutro. Essa deve essere uguale o superiore alla corrente di cortocircuito prevista tra fase e neutro nel punto di installazione (HD 60364-5-534:2008, 2.3.5).

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BibliografiaNOTA L’articolo al quale si richiama il riferimento è identificato come [xxx] qui di seguito.

IEC/TR 61000-5-6, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 5-6: Installation and mitigation guidelines – Mitigation of external EM influences

IEC 61312-1, Protection against lightning electromagnetic impulse – Part 1: General principles

IEC 61312-4, Protection against lightning electromagnetic impulse – Part 4: Protection of equipment in existing structures

IEC/TR 62066:2002, Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems – General basic information

Sovratensione temporanee [4.1.3]

M. CLEMENT, J. MICHAUD, Overvoltages on the low voltage distribution networks, CIRED, 1993.

Coordinamento ad impulso tra SPD e RCD o dispositivi di protezione contro le sovracorrenti [6.2.4.3]

J. SCHONAU, F. NOACK, R. BROCKE, Co-ordination of fuses and overvoltages protection devices in low voltage mains. Fifth International Conference on Electrical Fuses and their Applications, 1995.

Coordinamento degli SPD [6.2.6]

P. HASSE, P. ZAHLMANN, J. WIESINGER, W. ZISCHANK, Principle for an advanced coordination of surge protective devices in low voltage systems, ICLP 1994.

A. ROUSSEAU, T. PERCHE, Coordination of surge arresters in the low voltage field, INTELEC, 1995.

F. MARTZLOFF, J.S. LAI, Coordinating cascaded surge protective devices: high-low versus low-high, IEEE IAS, 1991.

J. HUSE et al., Coordination of surge protective devices in power supply systems: need for a secondary protection, ICLP, 1992.

Analisi del rischio [Art. 7]

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BS 6651:1992, Code of practice for protection of structures against lightning (Informative Appendix C, General advice on protection of electronic equipment within or on structures against lightning), British Standards Institution, 1992.

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Esempi di applicazione [Allegato D]

EN 60099-5:1996, Surge arresters – Part 5: Selection and application recommendations(IEC 60099-5:1996, mod.)

CLC/TS 61643-12:2006, Low-voltage surge protective devices – Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power systems – Selection and application principles(IEC 61643-12:2002, mod.)

CLC/TS 61643-22:2006, Low-voltage surge protective devices – Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Selection and application principles (IEC 61643-22:2004, mod.)

–––––––

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Altre norme di possibile interesse sull’argomento

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