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Origine delle sovratensioni – Cause esterne

� Fulmini

� Direttamente sull’edificio

� Nelle vicinanze

� Manovre nella rete elettrica

� Manovre presso altri impianti nelle vicinanze

Il 35% di tutte le sovratensioni sono originate da cause di origine

esterna.

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Origine delle sovratensioni – Cause interne

� Guasti elettrici

� Inserzione/disinserzione di banchi di condensatori per rifasamento

� Avviamento/arresto di motori elettrici

� Saldatrici

� Particolari apparecchiature di processi produttivi

Il 65% di tutte le sovratensioni sono originate da cause di origine

interna.

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Effetti delle sovratensioni

� Danneggiamento delle apparecchiature

� Costi di sostituzione/riparazione

� Malfunzionamenti

� Temporanei con impatti limitati/accettabili

� Definitivi con impatti non accettabili e che possono richiedere un intervento di ripristino

� Perdita di continuità di servizio

� Impatti economici

Malfunzionamenti

•Temporanei con impatti limitati/accettabili, ad esempio sensore di

umidità/temperatura che non mostra temporaneamente il valore

corretto.

•Definitivi:

•lo stesso sensore se serve per rilevare con precisione nel tempo

l’andamento di umidità/temperatura (colture particolari?);

•contatori basati su sistemi elettronici (errori nel conto);

•perdita di pacchetti di dati, di ogni tipo, durante il trasferimento

degli stessi lungo le linee di comunicazione informatiche

(informazione incompl eta e quindi non util e).

La perdita di continuità di servizio può avere impatti economici, ma non

solo, all’estremo basta pensare alle conseguenze di un black-out

generalizzato nella fornitura di energia elettrica di una città.

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Fulmini - Sono sempre più presenti

novembre 2006

Ci concentriamo sui fulmini: una causa in aumento.

In particolare durante l’estate si possono leggere sui giornali (vedi

estratti da "Repubblica") degli articoli che riguardano gli effetti nefasti

dei fulmini.

La cosa è anche più frequente negli ultimi anni perché l’Italia si "sta

tropicalizzando". Tanto più frequente e intensa che alcuni giornali

cominciano a "fare cultura" sull’argomento (vedi estratti da "Corriere

della Sera").

Ovviamente i giornali scrivono soprattutto degli effetti a maggior

impatto, quelli che fanno notizia, come la morte di persone o l’incendio di un edificio colpito da un fulmine.

Sempre più spesso, almeno sulla stampa specializzata (vedi estratto da "Attualità Elettrotecnica"), si parla dell’effetto distruttivo dei fulmini sui

sistemi elettrici e gli apparecchi utilizzatori.

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� 100.000 computer danneggiati ogni anno negli Stati Uniti.

� Perdite medie per incidente: 13.000 €.

� Totale perdite alle apparecchiature elettrice: 400 M€.

� Cause di danneggiamento delle apparecchiature di proprietàdi France Telecom.

35 %

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Diffusione delle apparecchiature sensibili

Aumentano frequenza e intensità della causa e aumentano le apparecchiature sensibili.

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� A livello internazionale.

� In Italia. Negli anni scorsi è stato creato un gruppo di

lavoro riunendo le competenze dei comitati interessati all’argomento:

� CT 64: impianti elettrici in bassa tensione

� CT 81: protezione contro i fulmini

� SC37A: limitatori di sovratensione

� Questo gruppo di lavoro aveva pubblicato la Guida CEI 81-8 per la scelta ed il dimensionamento degli

SPD.

� La Guida CEI 81-8 è stata sostituita dalla recente

(2006) CEI EN 62305-4.

� Nel 2005 è uscita la norma prodotto CEI EN 61643-11

Fulmini - La norma evolve

La consapevolezza di quanto visto in precedenza e la sempre maggiore

necessità di avere energia di qualità (si dice in gergo Power Quality) ha portato naturalmente i comitati normativi coinvolti ad affrontare negli

ultimi anni il tema in maniera sempre più approfondita.

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Diretto sull’edificio Nelle vicinanze dell’edificio

Diretto sulla rete entrante nell’edificio Nelle vicinanze della rete entrante nell’edificio

Fulmini – Differenti tipi

Ma vediamo ora i differenti tipi di fulminazioni.

Un edificio può essere soggetto da una corrente di fulmine in 4 differenti modi.

Il fulmine può cadere diretto sull’edificio:

è il caso più severo, ma fortunatamente il meno frequente.

Il flusso principale di corrente di fulmine si disperderà lungo tutte le parti dell’edificio in modo casuale. Le apparecchiature elettriche potranno essere danneggiate sia da:

- accoppiamenti resisitivi: la maggior parte della corrente, da 10 a 100 kA passa lungo ogni parte metallica dell’edificio. Per quanto il fenomeno non duri più di un millisecondo, l’energia dissipata è sufficiente per avere degli effetti considerevolmente distruttivi sull’edificio;

- Accoppiamenti induttivi: il ripido fronte d’onda della corrente (circa 50 kA per microsecondo) induce degli elevati picchi di tensione in ogni pezzo metallico nelle vicinanza, con la conseguente rottura degli isolamenti e il fluire di correnti di scarica.

Sul terreno nelle vicinanze dell’edificio:

La corrente di fulmine, con un ripido fronte d’onda e un importante valore di cresta, crea uno squilibrio nell’equipotenzialitàdel terreno. D’un tratto si osservano delle elevate differenze di potenziale tra minime distanze nel terreno. Per esempio, non di rado si osservano mucche uccise perché sottoposte a svariati kV applicati tra le loro gambe anteriori e quelle posteriori.

Il collegamento a terra delle apparecchiature elettriche, o la rete elettrica di alimentazione se in cavo, possono quindi essereportati ad elevati valori di tensione. Di conseguenza le apparecchiature elettriche si ritrovano a dover sopportare svariati kVdi sovratensione.

Diretto sulla rete elettrica entrante nell’edificio:

E’ un caso decisamente raro. Il fulmine causa un instantaneo aumento della tensione della linea rispetto alla terra. La sovratensione condotta si propaga lungo la rete di trasmissione aerea fino agli impianti in bassa tensione che sono collegati alla terra. La differenza di potenziale causa una rottura degli isolamenti verso terra che è rimasta a potenziale zero.

Sul terreno nelle vicinanze della rete elettrica entrante nell’edificio (aerea e in cavo):

E’ il caso più frequente e quindi la principale fonte di rischio per le apparecchiature elettriche (siamo nel caso di fulmine che cade a qualche centinaio di metri di distanza dall’edificio).

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Fulmine checade nellevicinanze dellarete entrante nell’edificio

kV

kV

Fulmini – Caso più frequente

Occorre mettere un limitatore (SPD)

Come detto il caso di fulmine che cade sul terreno nelle vicinanze della

rete elettrica entrante nell’edificio (in questo caso una villa indipendente) è il più frequente.

Cosa accade?

Si hanno degli accoppiamenti induttivi che sono maggiori se la rete è

aerea. Questi determinano delle sovratensioni che alla fine si ritrovano

sugli utilizzatori elettrici.

Cosa fare?

Occorre mettere una protezione.

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� L’obiettivo principale nella scelta della protezione realizzata con SPD è che Up, la tensione limitata, sia inferiore al livello di tenuta ad impulso Uw tenuta degli apparecchi dell’impianto BT.

� Uno scaricatore con Up = 1,5 kV protegge anche gli utilizzatori più sensibili.

Categoria di tenuta ad impulso degli apparecchi utilizzatori, Uw e Up

Up<Uw

Occorre mettere un SPD che riduca il valore di tensione durante il

fenomeno a valori accettabili per gli utilizzatori.

Il valore accettabile per l’utilizzatore è l’Uw. Sulla base di questo valore

gli utilizzatori si dividono in 4 categorie di tenuta ad impulso. I prodotti

che abbiamo in caso hanno una Uw di 1,5 kV (è il valore più basso).

Up è il valore limitato dall’SPD.

Ne risulta che Up deve essere minore/uguale di Uw e quindi deve

essere 1,5 kV.

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Protezione di una villa indipendente

Up

Up

Tornando al caso di fulmine che cade sul terreno nelle vicinanze della rete elettrica

entrante nell’edificio (in questo caso una villa indipendente), mettendo lo scaricatore sui

carichi trovo la Up.

Ma oltre alla Up quali altre caratteristiche deve avere il limitatore?

In particolare dobbiamo considerare:

•la corrente massima di scarica Imax (valore di picco della massima corrente che può

circolare nell’SPD senza danneggiarlo e che ha una forma d’onda 8/20 µs). Questo valore

non viene utilizzato per la classificazione dell’SPD, ma è indicativo della sua affidabilità

(vita utile).

•la corrente nominale di scarica In (valore di picco della corrente che circola nell’SPD e che

ha una forma d’onda 8/20 µs). Viene utilizzata per classificare l’SPD nella classe di prova II

(Tipo 2).

•la tensione massima continuativa Uc (massimo valore della tensione efficace o continua

che può essere applicata permanentemente all’SPD, equivale alla sua tensione nominale).

E’ il valore di tensione superato il quale il limitatore comincia a condurre la corrente verso

terra. Naturalmente questo valore deve essere superiore al valore nominale della tensione

di rete (230 V) più il 10% di tolleranza.