Protezione Sovratensioni BT

Protezione controle sovratensioniMerlin Gerin

Guida Tecnica

20032004

Introduzione 2

Le sovratensioni e le loro protezioni 3

I limitatori di sovratensione 7

Scelta e installazione degli SPD 9

SPD per reti di comunicazione 15

Scelta dei codici 16

Protezionecontro lesovratensioni

Schneider Electric2

Protezione controle sovratensioni

Introduzione

L’utilizzo sempre più frequente di apparecchiature sensibili alle sovratensioni in retiBT, principalmente l’utilizzo di dispositivi elettronici, ha fatto si che negli ultimi annisi siano sviluppati dei sistemi di protezione sempre più efficaci e mirati alla tipologiad’impianto ove se ne renda necessaria l’installazione.

I limitatori di sovratensione (SPD Surge Protective Device) hanno una lungatradizione di utilizzo largamente consolidata sulle reti AT ed MT (qui conosciuticome “scaricatori di sovratensione”), ma soltanto in questi ultimi anni questidispositivi stanno avendo largo utilizzo sulle reti BT proprio per quantoprecedentemente detto.

L’SPD svolge allora all’interno dell’impianto elettrico il compito di sentinella,consentendo in piena sicurezza la corretta utilizzazione della moderna tecnologiaoggi disponibile, senza restrizioni particolari e senza accorgimenti aggiuntivieccessivamente costosi.

Gli SPD rappresentano un buon compromesso tra costi e benefici derivati da unloro corretto utilizzo, soprattutto quando alla limitazione della sovratensione vieneassociata anche una elevata riduzione del rischio d’incendio. Infatti lesovratensioni possono essere causa d’innesco d’incendio quasi quanto quellericonducibili al corto circuito.

Attualmente la norma CEI 64-8, pur non trattando direttamente l’argomento marimandandolo al Comitato Tecnico CT81, ha gettato le basi affinché anche sugliimpianti elettrici di Bassa Tensione venisse giustamente preso in considerazionel’argomento.

Chiaramente anche la legge n° 46 del 5 marzo del 1990 “Norme per la sicurezzadegli impianti”, avendo per obiettivo appunto la sicurezza delle persone, richiamaesplicitamente l’attenzione sui pericoli derivanti dalle sovratensioni anomale diorigine atmosferica, lasciando ai soggetti istituzionali il compito di mettere adisposizione degli interessati le norme tecniche necessarie al raggiungimentodell’obiettivo.

Il CEI attraverso la Pubblicazione 81-8 “Guida d’applicazione all’utilizzo di limitatoridi sovratensioni sugli impianti elettrici utilizzatori di bassa tensione” del febbraio2002, ha messo a disposizione degli utenti uno strumento sicuramente valido, cheaffronta il tema basando la scelta sull’analisi del rischio trattata nella Norma CEI81-4 “Protezione delle strutture contro i fulmini – Valutazione del rischio dovuto alfulmine”.

La presente guida intende fornire dei criteri di scelta più semplici e rapidi rispettoalla Guida CEI 81-8, che non vanno a discapito del livello di protezione e sicurezzadi esercizio che si vuole conferire all’impianto. Si pone quindi come strumento chepermette di affrontare e risolvere la non facile problematica legata alla correttascelta e installazione degli SPD per progettisti di impianti elettrici, installatori,quadristi, ecc.

Schneider Electric 3


Le sovratensioni e le loroprotezioniLe sovratensioni

La sovratensione è un aumento anomalo della tensione di rete che può averecarattere impulsivo, transitorio o oscillatorio smorzato che si sovrappone allastessa tensione di rete (Fig. 1).

Una tipica rappresentazione di una forma d'onda impulsiva (Fig. 2)è caratterizzata da:

c tempo di salita T1, espresso in µs: intervallo di tempo compreso tra gli istanti incui l'impulso è al 10% e al 90% del valore di picco;

c tempo all’emivalore T2, espresso in µs: intervallo di tempo compreso tra gliistanti in cui l'impulso è al 10% e al 50% del valore di picco;

c il valore di picco (Vmax).

Tipi di propagazioneLe sovratensioni nelle reti BT possono essere distinte sulla base del modo dipropagazione:

csovratensioni di modo comune (MC): si hanno tra i conduttori attivi e la terra(EBB: collettore o barra equipotenziale), fase/EBB o neutro isolato/EBB; sonosoprattutto pericolose per tutte quelle apparecchiature che hanno le massecollegate a terra (Fig. 3);

csovratensioni di modo differenziale (MD): si hanno tra i conduttori attivi,fase/fase o fase/neutro isolato; sono particolarmente pericolose per tuttele apparecchiature di tipo elettronico e per i materiali sensibili di tipoinformatico (Fig. 4).

Fig. 1 - Esempi di sovratensioni

Fig. 2 - Principali caratteristiche di una sovratensione

Fig. 3 - Modo comune

Fig. 4 - Modo differenziale

tempo ( s)

V max

50 %

T1 tempo salita

T2 tempo all’emivalore

90 %

10 %

tensione

tempo

impulsotipo fulmine(durata = 100 s)

onda smorzatadi tipo"choc da manovra"(f= 100 kHz √ 1 Mhz)

apparecchiatura

PhImc

Imc

U sovratensione

N

Ph Imd

Imd

U sovratensione

N

apparecchiatura

Schneider Electric4


Sovratensioni di origine atmosfericaLe sovratensioni di origine atmosferica possono essere condotte, caduta di unfulmine direttamente o nelle immediate vicinanze di una linea aerea (elettrica o ditelecomunicazione) con conseguenti correnti di fulmine che si propagano fino alleabitazioni (Fig. 5), o del tipo indotte per caduta di un fulmine al suolo.

Il campo elettromagnetico conseguente al fulmine investe tutti i conduttorigenerando delle sovratensioni di modo comune e/o di modo differenziale; talisovratensioni si propagano poi per conduzione (Fig. 6).

Le sovratensioni createsi sui conduttori generano a loro volta un campoelettromagnetico, la cui componente magnetica H induce sul cavo stesso unasovratensione. Nel contempo la componente elettrica E del campoelettromagnetico favorisce la formazione di sovratensioni dovute alle capacitàparassite tra i diversi conduttori.

Ulteriori effetti determinati dalla caduta di un fulmine sul terreno in prossimitàdell’abitazione sono il fenomeno dell’accoppiamento induttivo nell’anello di terra el’aumento del potenziale di terra.

Per comprendere il fenomeno dell’accoppiamento induttivo nell’anello di terra, sifaccia riferimento alla Fig. 7. Un cavo di segnale collega un PC e la suastampante, le due apparecchiature sono alimentate ognuna dal proprio cavo dialimentazione e sono entrambe connesse alla terra. La sovratensione che si vienea creare sul circuito è proporzionale all’area delimitata dai cavi. Ad esempio, perun’area di 300 m2 e con un fulmine avente corrente di scarica di 100 kA/µs checade a 400 m di distanza, la sovratensione indotta che interesserà le nostreapparecchiature sarà di 15 kV circa!

Con riferimento alla Fig. 8 si consideri invece l’effetto dell’aumento di potenzialedella rete di terra. Un fulmine che cade nelle vicinanze dell’edificio puòdeterminare, con una corrente media di 30 kA e un impianto di terra di 2 Ω, unaumento del potenziale delle masse di ben 60 kV. Si noti che l’aumento delpotenziale delle apparecchiature elettriche è indipendente dal fatto che la lineaelettrica entrante nell’abitazione sia aerea o in cavo.

Fig. 5 - Sovratensione condotta

Fig. 6 - Accoppiamento elettromagnetico

Fig. 7 - Anello di terra

Fig. 8 - Crescita del potenziale di terra

Le sovratensioni e le loroprotezioniOrigine delle sovratensioni

UBT

Rnneutro

fulmine

apparecchiatura champØlectromagnØtiquetiquecampo elettromagnetico

sovratensione

400 m

isolamento galvanicosottoposta a.. 15 kV!

stampante

terra

cavo del segnale

fulminazione = 100 kA/ s

cavod’alimentazione

anello di terrasuperficie = 300 m2

computer

U

Utensione

BT

RT RN

apparecchiatura

i

i

t

i/2 i/2



Sovratensioni di manovraLa modifica brusca della condizione di regime all’interno di una rete elettricaprovoca la comparsa di fenomeni transitori. Si tratta solitamente di onde disovratensione ad alta frequenza o oscillatorie smorzate.Le sovratensioni di manovra possono essere generate da:

capertura o chiusura di apparecchiature di protezione (interruttori o fusibili) o dicomando (relé, contattori, ecc.);

cmarcia e arresto di motori;

c inserzione di batterie di condensatori.

Sovratensioni temporanee a frequenza industrialeHanno la stessa frequenza del sistema di alimentazione (50, 60 o 400 Hz) (Fig. 9).Sono dovute a:

cguasti di isolamento fase/massa o fase/terra su un circuito a neutro isolato;

c rottura del conduttore di neutro con conseguente squilibrio delle tensioni di fase;gli apparecchi utilizzatori monofase vengono alimentati alla tensione di 400 Vinvece di 230 V;

c intervento di scaricatori su linee MT con conseguente innalzamento delpotenziale di terra dell’impianto (e quindi delle masse collegate);

cguasto MT/ BT in cabina.

Sovratensioni dovute a scariche elettrostaticheIn ambienti secchi le cariche elettriche si accumulano generando campielettrostatici molto elevati. Per esempio, una persona che cammina su unamoquette indossando scarpe con suola di gomma si può caricare elettricamentead una tensione di diversi kV; se la stessa dovesse avvicinarsi ad un elementoconduttore, come l’involucro di un elettrodomestico, andrebbe a scaricare l’energiaaccumulata, provocando una scintilla di qualche ampere con fronte di salitadell’onda della durata di pochi nanosecondi. Ciò potrebbe provocare ildanneggiamento delle parti sensibili (principalmente schede elettroniche)dell’elettrodomestico.

Fig. 9 - Sovratensione temporanea a frequenza industriale

sovratensionetemporanea

tensione normale230/400 V

tensione normale230/400 V

Schneider Electric6


Protezioni primarieCompito della protezione primaria è quello di proteggere gli impianti dalla cadutadiretta di un fulmine. Questo tipo di protezione consente di scaricare a terral’eventuale corrente di fulmine e basa il suo funzionamento sulla presenza di unastruttura metallica più alta delle strutture da proteggere (Fig. 10).

Tra le varie, la protezione primaria più utilizzata è l’impianto parafulmine (LPSLightning Protection System esterno), composto da:

ccaptatore: generalmente è costituito da un’asta metallica posta al di sopra dellastruttura da proteggere;

cdispersore: parte predisposta alla dispersione e alla conduzione a terra dellacorrente di fulmine;

ccalate: costituite da uno o più conduttori, collegano il captatore al dispersore.

Le regole di installazione dell’LPS esterno si rifanno alla Norma CEI 81-1“Protezione delle strutture contro i fulmini”.

Protezioni secondarieLe protezioni secondarie, installate all’interno degli edifici, riducono gli effetti dellesovratensioni di origine atmosferica, di manovra e a frequenza industriale. Possonoessere classificate in funzione del modo di collegamento, si hanno infatti leprotezioni in serie (Fig. 11) e quelle in parallelo (Fig. 12).

Le protezioni in serie, progettate per uno specifico bisogno o per una specificaapparecchiatura da proteggere, sono i trasformatori, i filtri, gli stabilizzatori di rete egli UPS.

Le protezioni in parallelo sono le più correntemente utilizzate qualunque sial’impianto da proteggere: reti di alimentazione o reti di comunicazione.

Alla protezione parallelo ideale (Fig. 13) sono richieste principalmente le seguenticaratteristiche:

c in assenza di sovratensioni nessuna corrente di fuga deve circolare attraverso laprotezione;

call’apparizione di una sovratensione che superi la soglia di tensione ammissibileper l’impianto da proteggere, la protezione diventa rapidamente conduttricedrenando verso terra la corrente dovuta alla sovratensione, e limitando la tensionea valori accettabili (livello di protezione Up);

c il tempo di risposta (tr) della protezione deve essere il più breve possibile perproteggere rapidamente l’impianto;

ca transitorio estinto la protezione cessa di condurre e si riporta in condizioni disorveglianza (circuito aperto);

c la protezione deve essere capace di sopportare un certo numero di impulsi(chocs) sotto un’onda normalizzata di corrente.

I limitatori di sovratensione (SPD Surge Protective Device) sono le protezionisecondarie in parallelo utilizzate negli impianti di Bassa Tensione per la protezionecontro gli effetti delle sovratensioni.

Fig. 10 - Principio del parafulmine

Fig. 11 - Principio della protezione in serie

Fig. 12 - Principio della protezione in parallelo

Fig. 13 - Caratteristica U/I della protezione ideale

Le sovratensioni e le loroprotezioniLe protezioni contro le sovratensioni

Le protezioni contro le sovratensionipossono essere divise in due categorie:le protezioni primarie e le protezionisecondarie.

calate

dispersore

captatore

alimentazione installazioneda proteggere

protezione in serie

Up

alimentazione

protezione in parallelo

Up

installazioneda proteggere

Up (V)

I (A)

Up

0tr



I limitatori di sovratensioneTecnologia

SPD a limitazioneAll’interno degli SPD a limitazione sono generalmente utilizzati il varistore e ildiodo zener; questi componenti sono caratterizzati da un’alta impedenza inassenza di sovratensioni, che si riduce con continuità con l’aumentare dellatensione e della corrente impulsiva.

La caratteristica di intervento del varistore si avvicina alla curva ideale. Il tempo dirisposta è basso (ordine dei nanosecondi), la capacità di scarica è elevata e lacorrente residua è nulla; però la corrente di fuga tende ad aumentare ad ogni chocsubito (intervento per sovratensione) causando nel tempo il riscaldamento e quindila fine vita del componente. È fondamentale che i limitatori con tecnologia avaristore siano dotati di segnalazione di fine vita.

La curva caratteristica del diodo zener è molto vicina alla curva ideale. I tempi dirisposta sono estremamente rapidi e la corrente di fuga ha un valore pressochénullo; per contro lo zener è in grado di dissipare bassi valori di energia e quindi èutilizzato per la protezione ultraterminale in coordinamento ad altre protezioni.

SPD a innescoI componenti utilizzati all’interno degli SPD ad innesco sono ad esempio i tiristori(raddrizzatori a diodi controllati), i triac e gli spinterometri a gas. Sono componentinon lineari caratterizzati da un’alta impedenza in assenza di sovratensioni, ma chepuò cambiare rapidamente verso una bassa impedenza in presenza di unasovratensione impulsiva.

In particolare, lo spinterometro a gas è costituito da un’ampolla contenente gas. Ilvantaggio di utilizzare questo tipo di tecnologia è rappresentato dal fatto che lacapacità di scarica è molto elevata mantenendo allo stesso tempo a zero il valoredella corrente di fuga. Tuttavia si hanno dei tempi di risposta relativamente lunghi;inoltre, una volta che la sovratensione non è più presente nel circuito, questocomponente rimane comunque ionizzato e una corrente residua (correntesusseguente) continua a circolare all’interno dello stesso.

Fig. 14 - Tabella comparativa

In generale un limitatore di sovatensione(SPD) può essere costituito da piùcomponenti interni (Fig. 14).A seconda del tipo di componenti utilizzatisi distinguono gli SPD a limitazione e quelliad innesco.

Caratteristica U/l Componente Simboli Corrente Energia Tensione Corrente Tempodi fuga dissipata residua residua di risposta

componente ideale 0 elevata bassa nulla basso

diodo zener bassa bassa bassa nulla basso

spinterometro 0 elevata elevata continua elevato

varistore bassa elevata bassa nulla basso

Up (V)

I (A)

Up

0tr

U

I

Us

U U max

I

Us

U

I

Us

Schneider Electric8


Classi di provaLa norma di riferimento degli SPD, la EN 61643-11, li distingue sulla base di tredifferenti classi in funzione decrescente delle sollecitazioni (essenzialmentetermiche) delle prove a cui sono sottoposti per simulare le reali condizioni diimpiego:

cclasse di prova I: SPD provato con la corrente nominale di scarica In e conla corrente ad impulso Iimp;

cclasse di prova II: SPD provato con la corrente nominale di scarica In e conla massima corrente di scarica Imax;

cclasse di prova III: SPD provato con il generatore combinato.

Definizioni utiliPer definire, ed eventualmente scegliere, un SPD è utile ricordare le seguenticaratteristiche:

ccorrente ad impulso Iimp: valore di picco della corrente che circola nell’SPD e cheha una forma d’onda 10/350 µs (Fig. 15); viene utilizzata per classificare l’SPDnella classe di prova I;

ccorrente nominale di scarica In: valore di picco della corrente che circolanell’SPD e che ha una forma d’onda 8/20 µs (Fig. 16); viene utilizzata perclassificare l’SPD nella classe di prova II;

ccorrente massima di scarica Imax: valore di picco della massima corrente che puòcircolare nell’SPD senza danneggiarlo e che ha una forma d’onda 8/20 µs; questovalore non viene utilizzato per la classificazione dell’SPD, ma è indicativo dellasua affidabilità (vita utile);

c tensione a vuoto Uoc: valore di picco della tensione a vuoto con forma d’onda1,2/50 µs (Fig. 17) erogata dal generatore di prova combinato,contemporaneamente ad una corrente di corto circuito con forma d’onda 8/20 µse applicata ai morsetti dell’SPD per la verifica in classe di prova III;

c tensione massima continuativa Uc: massimo valore della tensione efficaceo continua che può essere applicata permanentemente all’SPD, equivale alla suatensione nominale;

c livello di protezione Up: valore di tensione che caratterizza il comportamentodell’SPD nel limitare la tensione tra i suoi terminali e che è scelto tra una seriedi valori preferenziali;

cdistanza di protezione d: distanza massima consentita tra l’SPD el’apparecchiatura da proteggere.

Fig. 15 - Onda 10/350 µs

Fig. 16 - Onda 8/20 µs

Fig. 17 - Onda 1,2/50 µs

I limitatori di sovratensioneCaratteristiche principali

Tempo (µs)

100 %

50 %

T1= 8T2= 20

I

90 %

10 %

Tempo (µs)

100 %

50 %

T1= 1,2T2= 50

U

90 %

30 %

Tempo (µs)

100 %

50 %

T1= 10T2= 350

I

90 %

10 %



Scelta e installazione degli SPDConsiderazioni iniziali

Categoria di tenuta ad impulso degli apparecchiPrecedentemente si è definito il livello di protezione Up di un SPD. L’obiettivoprincipale nella scelta della protezione realizzata con SPD è che Up, la tensionelimitata, sia inferiore al livello di tenuta ad impulso Utenuta degli apparecchidell’impianto BT; tale livello è di norma conforme alla Pubblicazione CEI 28-6(IEC 60664), nella quale sono definite quattro categorie di tenuta ad impulso. A talproposito si faccia riferimento alla Tab. 1 in cui sono riportati i differenti livelli ditenuta per le diverse categorie e per le principali tensioni nominali degli impianti BT.

Foto 1: computer

Foto 3: quadro didistribuzione Kaedra

Foto 4: centrale di misuraPM500

Tab. 2 - Uc in funzione del regime di neutro dell'impianto e del modo di protezione

Scelta della tensione massima continuativaLa tensione massima continuativa Uc del sistema deve essere inferiore alla Up

dell’SPD. In Tab. 2 sono riportati i valori di Uc, in modo comune e in mododifferenziale, per i differenti regimi di neutro.

Tensione nominale Tenuta ad impulso degli apparecchi elettrici (Utenuta)dell'impianto

categoria I categoria II categoria III categoria IVridotta normale elevata molto elevata

apparecchi elettrodomestici apparecchiature apparecchiaturecontenenti industriali industrialicircuiti elettronici

televisore, stereo lavastoviglie, motore, quadro contatoreregistratore, forno, frigorifero, di distribuzione, elettronico,informatica, aspirapolvere presa di corrente strumento pertelecomunicazioni (foto 2) industriale, telemisure(foto 1) trasformatore (foto 4)

(foto 3)

400/690/1000 V 2,5 kV 4 kV 6 kV 8 kV

230/440 V 1,5 kV 2,5 kV 4 kV 6 kV

Schema di messa a terra del neutro TT TN-S TN-C IT

valore Uc in modo comune(protezione tra fase-terra, neutro-terra) u 1,5 Uo u 1,5 Uo u 1,5 Uo u 1,732 Uo

valore Uc in modo differenziale(protezione tra fase-neutro) u 1,1 Uo u 1,1 Uo u 1,1 Uo

Uo: tensione nominale sistema

Foto 2: frigorifero

Tab. 1 - Tenuta ad impulso degli apparecchi elettrici

Schneider Electric10


Scelta preliminareSe l’impianto BT non è dotato di un parafulmine è possibile proteggerlo dallesovratensioni indotte sugli impianti interni utilizzando uno o più SPD in classedi prova II.

Le tabelle sottostanti permettono di stabilire quale limitatore Merlin Gerin installareper i settori residenziale e terziario/industriale:

csettore residenziale: la scelta è fatta in funzione dell’ambiente di installazionee dell’esposizione della zona al rischio caduta fulmini;

csettore terziario/industriale: la scelta è fatta sulla base della continuità di serviziorichiesta, delle eventuali perdite economiche conseguenti all’eventodi fulminazione e dell’esposizione della zona al rischio caduta fulmini.

I valori medi della frequenza di fulminazione per unità di superficie nelle varie zoned’Italia sono desumibili dalla Fig. 18.

Scelta e installazione degli SPDImpianto senza LPS esterno

Fig. 18 - Frequenza di fulminazione (Ng)

Ng i 0,50,5 < Ng < 1,6Ng u1,6

Tab. 3 - Scelta SPD in settore residenziale

Tab. 4 - Scelta SPD in settore terziario/industriale

Villa Ambiente domestico

Centro direzionale Interno di fabbrica, lineadi montaggio

Interno uffici

Terziario/industriale

continuità di servizio richiesta non necessaria parziale obbligatoria

perdite economiche ridotte elevate molto elevate

frequenza di fulminazione (Ng) 0,5 < 0,5 < 0,5 <

i 0,5 Ng u 1,6 i 0,5 Ng u 1,6 i 0,5 Ng u 1,6

< 1,6 < 1,6 < 1,6

In (kA) protezione di testa 5 5 10-15 5 10-15 20 10-15 20 20

tipo SPD PF30 PF30 PF30PF15 PF15 PF30r PF15 PF30r PF65r PF30r PF65r PF65rPRD15 PRD15 PRD40 PRD15 PRD40 PRD65r PRD40 PRD65r PRD65r

PRD40r PRD40r PRD40r

In (kA) protezione fine se: 2 2 2 2 2 2Up troppo alta e/o l2 u 30 m

tipo SPD Up = 1,5 kV PF8 PF8 PF8 PF8 PF8 PF8

Up = 1,2 kV PRD8 PRD8 PRD8 PRD8 PRD8 PRD8

Residenziale

ambiente di installazione urbano rurale

frequenza di fulminazione 0,5 < 0,5 <(Ng) i 0,5 Ng u 1,6 i 0,5 Ng u 1,6

< 1,6 < 1,6

In (kA) protezione di testa 5* 5 5 5 10-15 20

tipo SPD PF30PF15 PF15 PF15 PF15 PF30r PF65rPRD15 PRD15 PRD15 PRD15 PRD40 PRD65r

PRD40r

In (kA) protezione fine se: 2 2Up troppo alta e/o l2 u 30 m

tipo SPD Up = 1,5 kV PF8 PF8

Up = 1,2 kV PRD8 PRD8

(*) Consigliato



Il dispositivo di protezione di testa (SPD1) è dimensionato per scaricare le correntidi fulmine all’origine dell’impianto; tuttavia è opportuno verificare due condizioniche potrebbero richiedere l’installazione di un secondo limitatore (SPD2) incascata al primo come protezione fine:

Up > Utenuta

Se il livello di protezione Up è troppo elevato rispetto alla tensione di tenutaad impulso Utenuta delle apparecchiature da proteggere (Fig. 19) è necessarioinstallare un SPD2 di protezione fine nelle vicinanze degli utilizzatori; questoper abbassare la tensione e renderla compatibile con le caratteristiche degliutilizzatori.

In tal caso è importante rispettare le regole di coordinamento tra gli SPD incascata onde evitare che attraverso l’SPD2 passino valori di corrente maggioridi quelli che lo stesso può sopportare, a causa della sua maggiore capacitàdi scaricare la corrente verso terra. Per poter ottenere un adeguato coordinamentosi deve quindi considerare un “elemento di disaccoppiamento”, un’induttanzainstallata specificamente a questo scopo oppure l’induttanza stessa dei conduttoridell’impianto, che farà abbassare i parametri elettrici (di corrente e tensione)a valori inferiori o uguali rispetto a quelli dichiarati per l’SPD2.

Una distanza circuitale l1 di almeno 10 m è sufficiente a garantire il coordinamentofra tutti i limitatori di classe di prova II Merlin Gerin (Fig. 20).

Se la distanza l1 tra i due SPD è inferiore a 10 m (ad esempio SPD1 e SPD2installati all’interno dello stesso quadro) è necessario inserire in serie su ogni fasel’induttanza di disaccoppiamento L40A (Fig. 21).

l2 ≥ 30 m

Se gli utilizzatori sensibili sono distanti più di 30 m dal dispositivo di protezionedi testa (Fig. 22), è necessario installare un SPD2 di protezione fine in prossimitàdegli utilizzatori (Fig. 23). In questo caso il coordinamento è assicurato dalladistanza circuitale tra i due SPD e quindi non bisogna installare l’induttanzadi disaccoppiamento L40A.

Fig. 19 - Up > Utenuta

Fig. 20 - Up > Utenuta e I1 ≥ 10 m

Fig. 21 - Up > Utenuta e I1 < 10 m

Fig. 22 - I2 ≥ 30 m Fig. 23 - I2 ≥ 30 m (2 SPD in cascata)

SPDUp: 2 kV UTILIZZATORE

Utenuta: 1,5 kV

SPD1Up: 2 kV

UTILIZZATOREUtenuta: 1,5 kV

SPD2Up: 1,2 kV

I1 ≥ 10 m

SPD1Up: 2 kV


SPD2Up: 1,2 kV

I1 < 10 m

L40 A

SPD

UTILIZZATORE

I2 ≥ 30 m

SPD1

UTILIZZATORE

SPD2



Scelta e installazione degli SPDImpianto senza LPS esterno

Regime di neutroLa scelta e l’installazione degli SPD è differente a seconda del tipo dicollegamento a terra (regime di neutro). In particolare la necessità di provvederealla protezione dalle sovratensioni di modo comune (MC) o modo differenziale(MD) è differente. A tal proposito si consideri la Tab. 5, tratta dalla Guida CEI 81-8,nella quale è evidenziato tra quali conduttori dell’impianto elettrico è necessarioprovvedere alla protezione dalle sovratensioni per i differenti sistemi di messa aterra del neutro.

La Tab. 6 indica nella pratica quale modo di protezione è necessario garantire equale tipo di limitatore in classe di prova II Merlin Gerin bisogna installare aseconda del regime di neutro.

Tab. 6 - Protezioni da garantire per i differenti sistemi di messa a terra del neutro

A titolo esemplificativo si considerino gli esempi di installazione relativi ai sistemimaggiormente realizzati in Italia: il sistema TT monofase (Fig. 24) e il sistemaTN-S trifase (Fig. 25).

Fig. 24 - Collegamento in sistema TT monofase

Fig. 25 - Collegamento in sistema TN-S trifase

1. presa di terra del neutro BT2. quadro elettrico3. interruttore di distacco4. apparecchio utilizzatore o dispositivo da proteggere5. EBB6. interruttore differenziale

Sistema di messa a terra TT TN-S TN-C IT neutro IT neutro nondel neutro distribuito distribuito

Modo di protezione

MD fase/ neutro isolato Si Si Si

MD fase/ fase Si Si Si Si

MC fase/ EBB Si Si Si Si

MC neutro isolato/ EBB Si Si Si

Sistema di messa a terra TT TN-S TN-C IT neutro IT neutro nondel neutro distribuito distribuito

SPD con cartuccia estraibile PRD

PRD MC 1P+N*Uc = 275 V

MC 3P+N* 3P+N*Uc = 440 V

MC / MD 1P+N 1P+N 1P+NUc = 440 / 275 V 3P+N 3P+N 3P+N

SPD monoblocco PF

PF 30-65 MC 1P+N 1P+N 1P+NUc = 440 V 3P+N 3P+N 3P+N

PF 8-15 MC / MD 1P+N 1P+N 1P+NUc = 440 / 275 V 3P+N 3P+N 3P+N

(*) Non cablare il polo di neutro

Tab. 5 - Protezione dalle sovratensioni richiesta per i differenti sistemi di messa a terradel neutro



Scelta preliminareLa presenza di un parafulmine sull’edificio o nel raggio di 50 m può provocare siascariche pericolose per fulminazione diretta della struttura o delle linee elettricheesterne, sia sovratensioni pericolose sugli impianti interni per fulminazione direttadella struttura.

In questi casi è necessario installare all’origine dell’impianto un SPD in classe diprova I tipo PRF1, dotato di una capacità di scarica molto elevata (Iimp = 60 kA).Questo SPD proteggerà il sistema anche rispetto ad eventuali sovratensioni sugliimpianti interni per fulminazione indiretta delle linee elettriche BT esterne.

Up > Utenuta

La tensione limitata Up del PRF1 è di 4 kV (Fig. 26); dato il suo valore elevato,risulta indispensabile aggiungere in cascata al PRF1 un limitatore in classe diprova II (PF30 o PRD40) in modo da portare il valore della tensione limitata Up alivelli compatibili con la tensione di tenuta ad impulso Utenuta delle apparecchiaturedell’impianto BT.

Per avere il coordinamento tra i due SPD in cascata, indispensabile ad evitare cheattraverso l’SPD2 passino valori di corrente eccessivi, è sufficiente una distanzacircuitale l1 di almeno 15 m (Fig. 27).

Se la distanza l1 tra i due SPD è inferiore a 15 m (ad esempio SPD1 e SPD2installati all’interno dello stesso quadro) è necessario inserire in serie su ogni fasel’induttanza di disaccoppiamento L40A (Fig. 28).

l2 ≥ 30 m

Se gli utilizzatori sensibili sono distanti più di 30 m dal dispositivo di protezionein classe di prova II (Fig. 29), è necessario installare un SPD3 di protezione fine(PF8 o PRD8) in prossimità degli utilizzatori. Il coordinamento tra l’SPD2 e l’SPD3è assicurato dalla distanza circuitale tra gli stessi.

Regime di neutroNella Tab. 7 è riportato il numero di SPD tipo PRF1 che è necessario installarea seconda del regime di neutro dell’impianto nel caso di rete monofase o trifase.Per quanto riguarda il tipo di protezione (MC o MD) è importante considerare cheil PRF1 è unipolare e ha una Uc di 255 V.

Fig. 26 - Up > Utenuta

Fig. 27 - Up > Utenuta e I1 ≥ 15 m

Fig. 28 - Up > Utenuta e I1 < 15 m

Fig. 29 - I2 ≥ 30 m (3 SPD in cascata)

Scelta e installazione degli SPDImpianto con LPS esterno

Sistema di messa a terra del neutro TT TN-S TN-C

SPD monoblocco PRF1

PRF1 monofase 2x1P 2x1P

trifase 4x1P 4x1P 3x1P

SPD1Up: 4 kV


SPD1Up: 4 kV


SPD2Up: 1,2 kV

I1 ≥ 15 m

SPD1Up: 4 kV


SPD2Up: 1,2 kV

I1 < 15 m

L40 A

SPD1Up: 4 kV


SPD2Up: 1,2 kV

I2 ≥ 30 m

L40 A

SPD3

Tab. 7 - Numero di PRF1 neccessari per sistemi TT, TN-S e TN-C



Interruttore magneto-termicodifferenziale

Interruttoredifferenziale ID

Interruttore magnetotermico

SPD

UTILIZZATORI

Interruttore magnetotermicodifferenziale di tipo selettivo S

Interruttore magnetotermicodifferenziale ad alta sensibilit

SPD

Interruttore magneto-termico

UTILIZZATORI

Sia nel caso di impianto senza LPS esterno che di impianto con LPS esterno,è indispensabile considerare due ulteriori aspetti per la scelta definitiva el’installazione dell’SPD: la protezione degli SPD e la regola dei 50 cm.

Protezione degli SPDI tipi di protezione che devono essere assicurati impiegando uno scaricatoresono tre:

c la protezione interna contro l’invecchiamento dei componentiI limitatori di sovratensione in classe di prova II Merlin Gerin sono provvisti di undispositivo di disconnessione interno (protezione termica) che li esclude dalsistema al naturale fine vita dell’SPD (Fig. 30). È possibile associare agli SPD unasegnalazione di riserva di funzionamento (limitatore prossimo al fine vita) e unasegnalazione di fine vita; entrambe le segnalazioni possono essere fatte o conspia sul fronte dell’apparecchio o con contatto riportato a distanza. Nella parte di“Scelta Codici” del presente documento sono evidenziate le diverse possibilitàofferte dalle gamme PRD e PF. La stessa propone inoltre le caratteristiche degliausiliari di segnalazione a distanza EM/RM.

c la protezione esterna contro le correnti di cto. cto.È necessaria in caso di guasto dell’SPD, ad esempio per scariche di valorisuperiori a quelli sopportabili dallo stesso, o in caso di cto. cto nel ramo dellimitatore.Nelle Tabb. 8 e 9 sono riportate le protezioni da utilizzare rispettivamente peri limitatori in classe di prova I e II Merlin Gerin. Si consideri che il potere diinterruzione della protezione deve essere almeno superiore alla corrente di cto.cto. presunta nel punto di installazione dell’SPD e che ogni conduttore attivo deveessere protetto (ad esempio un limitatore 1P+N deve essere associato ad uninterruttore automatico con due poli protetti).

c la protezione contro i contatti indirettiNegli impianti con protezione differenziale generale è consigliabile installareil limitatore di sovratensione a monte del differenziale. Tuttavia non sempre èpossibile intervenire sull’impianto a questo livello per limiti imposti dall’entedistributore. È allora necessario prevedere l’impiego di differenziali di tipo selettivoin modo che durante la scarica a terra delle sovracorrenti da parte dell’SPD non siverifichino sganci intempestivi del dispositivo di protezione (Fig. 31); in alternativaè possibile utilizzare un interruttore automatico non differenziale come dispositivodi protezione generale e, immediatamente a valle, installare un interruttoredifferenziale (Fig. 32).

Per garantire la continuità di servizio dei circuiti prioritari e nel contempoassicurare la sicurezza in caso di perturbazioni atmosferiche è consigliabileadottare la configurazione di Fig. 33: limitatore di sovratensione per proteggeregli utilizzatori sensibili contro le sovratensioni, dispositivo differenziale tipo “si”selettivo a monte per assicurare una selettività differenziale totale e dispositivodifferenziale 30 mA tipo “si” installato a protezione degli utilizzatori prioritari.

Fig. 30 - Schema di principio di un limitatore con unosganciatore termico

Fig. 31 - Protezione contro i contatti indiretti (es. 1)

Fig. 32 - Protezione contro i contatti indiretti (es. 2) Fig. 33 - Protezione contro i contatti indiretti (es. 3)

Scelta e installazione degli SPDAccorgimenti per impianti cone senza LPS esterno

Tab. 9 - Protezione contro correnti di cto. cto. per SPD classe II

Dispositivo di distaccoPRF1 fusibile interruttoreIimp: 60 kA 125 A max gL (22 x 58) Compact NS160H

con TM125D max

Dispositivo di distaccoTipo di SPD tipo calibro curvaPF65r, PRD65r C60 50 C

PF30, PF30r, C60 20 CPRD40, PRD40r

PF15, PRD15 C60 20 C

PF8, PRD8 C60 20 C

Tab. 8 - Protezione contro correnti di cto. cto. per SPD classe I

elementodi protezione

spia difine vita segnalazione a distanza

sganciatore termico

Interruttore magnetotermicodifferenziale di tipo "si" selettivo S

Interruttore magnetotermico

SPD

UTILIZZATORI

Interruttore differenziale ID tipo "si"30 mA

Interruttore differenziale ID 30 mA



Regola dei 50 cmDurante il passaggio della corrente nominale di scarica o della correntead impulso nell’SPD, tra i conduttori dell’impiato BT e la barra diequipotenzializzazione (EBB) si localizza una differenza di potenziale.

Questa dipende dal livello di protezione dell’SPD (Up) e dalle cadute di tensioneinduttive nei collegamenti dell’SPD e negli eventuali dispositivi di protezione.

Ne consegue che il livello di protezione effettivo (Uprot secondo la definizione dellaGuida CEI 81-8) offerto agli apparecchi utilizzatori sensibili è superiore ad Up di unvalore legato fondamentalmente alla lunghezza dei conduttori di collegamento.

Per evitare che si abbia una Uprot maggiore della tensione di tenuta agli impulsiUtenuta è importante che le connessioni siano le più corte possibili. In generale èconsigliabile non superare i 50 cm (Fig. 34).

Fig. 35 - Collegamento PRC

Fig. 36 - Collegamento PRI

Tipo di rete PRC PRI 12÷48 V PRI 6 V

telefonica

analogica 300 Hz RTC

linee speciali 24 V

linee speciali modem con banda base 63 kbit/s

informatica

prese di corrente 200 V

prese di corrente 12÷48 V

RS 232 (12 V)

RS 485 (12 V)

prese di corrente 6 V

RS 422 (6 V)

RS 423 (6 V)

alimentazione utilizzatori 12÷48 V

utilizzatori TBT, centraline allarmi, ecc.

Tab. 10 - Scelta in funzione della rete

SPD per reti di comunicazioneL’offerta Merlin Gerin per le reti di comunicazione è rappresentata dai limitatoriPRC e PRI.

I limitatori PRC realizzano la protezione delle apparecchiature connesse ad unarete telefonica di tipo analogico: telefoni, segreterie, modem, fax, ecc.

I limitatori PRI realizzano la protezione delle apparecchiature sensibili collegatealle reti informatiche.

Sia PRC che PRI si installano direttamente in serie alla linea telefonica(Figg. 35 e 36) e per isolarli all’esaurimento della capacità di scarica (fine vita)bisogna utilizzare un interruttore non automatico I.

protezione delleapparecchiatureL< 50 cm

massadell'apparecchiatura

morsettiera di terra principale

morsettieradi ripartizionefase/neutro

morsettieradi terraintermedia

conduttore di terra

Fig. 34 - Regola dei 50 cm

SPD per reti di comunicazione

1

PRC

35

246 FEGBI

NL/B16420

MERLIN GERIN

TRC1

multi 9

linea telefonica

1

PRI

3 5

246I1

I2

L1L2

rete

alimentazioneutenze



Scelta dei codici

Limitatori in classe di prova II

Limitatori in classe di prova I

Induttanza di disaccoppiamento

Limitatori a cartucce estraibili

Cartucce di ricambio perlimitatori PRD

Limitatori monoblocco

Ausiliari di segnalazione perlimitatori PRD, PRC e PRI

Cartucce di ricambio Up In Uc [V] Codicetipo per [kV] [kA] MC MD

N PRD65r, PRD40r 1,2 20 440 275 16590

PRD40, PRD15, PRD8 1,2 20 440 275 16591

F PRD65r 1,5 20 440 275 16581

PRD40r 1,2 15 440 275 16583

PRD40 1,2 15 440 275 16585

PRD15 1,2 5 440 275 16587

PRD8 1,2 2 440 275 16589

Protezione Numero Larg. in Up In Imax Uc [V] Riserva Riporto Codicedi testa fine di poli passi di [kV] [kA] [kA] MC MD di funzion. di segnalaz.

9 mm fine vita

PRD65r 1P+N 4 1,5 20 65 440 275 c c 16557

3P+N 8 1,5 20 65 440 275 c c 16559

PRD40r 1P+N 4 1,2 15 40 440 275 c c 16562

3P+N 8 1,2 15 40 440 275 c c 16564

PRD40 1P+N 4 1,2 15 40 440 275 16567

3P+N 8 1,2 15 40 440 275 16569

PRD15 1P+N 4 1,2 5 15 440 275 16572

3P+N 8 1,2 5 15 440 275 16574

PRD8 1P+N 4 1,2 2 8 440 275 16577

3P+N 8 1,2 2 8 440 275 16579

Protezione Numero Larg. in Up In Imax Modo Uc Segnalaz. Riporto Codicedi testa fine di poli passi di [kV] [kA] [kA] [V] luminosa di segnalaz.

9 mm fine vita fine vita

PF65r 1P+N 14 2 20 65 MC 440 c c 15684

3P+N 14 2 20 65 MC 440 c c 15685

PF30r 1P+N 6 1,8 10 30 MC 440 c c 15689

3P+N 8 1,8 10 30 MC 440 c c 15690

PF30 1P+N 6 1,8 10 30 MC 440 c 15687

3P+N 8 1,8 10 30 MC 440 c 15688

PF15 1P+N 4 1,8 5 15 MC 440 c 15692

1,0 2 8 MD 250

3P+N 8 1,8 5 15 MC 440 c 15693

1,0 2 8 MD 250

PF8 1P+N 4 1,5 2 8 MC 440 c 15695

3P+N 8 1,5 2 8 MC 440 c 15696

1,0 2 8 MD 250

Tipo Larg. in passi Tensione di Contatto Potenza Codicedi 9 mm alimentazione tipo

EM/RM 2 + 2 230 [V CA] NO/NC 6 V CC/10 mA 1659250÷60 Hz 250 V CA/5 A

Tipo Numero Larg. in passi Up Iimp Uc Codicedi poli di 9 mm [kV] [kA] [V]

PRF1 1P 2 ≤ 4 60 255 16620

Tipo Numero Larg. in passi In Un Codicedi poli di 9 mm [A] [V]

L40A 1P 4 40 500 16640

Tipo Larg. in passi Un Up In Imax Codicedi 9 mm [V] [V] [kA] [kA]

PRC 2 200 300 5 10 16593

PRI 12÷48 V 2 12÷48 70 5 10 16595

PRI 6 V 2 6 15 5 10 16594

Limitatori per linee di comunicazione

In ragione dell’evoluzione delle Norme e dei materiali, le caratteristiche riportate nei testi e nelleillustrazioni del presente documento si potranno ritenere impegnative solo dopo conferma da partedi Schneider Electric.

1-1202-3C

Schneider Electric S.p.A. 20041 AGRATE (MI) ItaliaTel. (039) 6558111Tfax (039) 6056900www.schneiderelectric.it

L’organizzazione commerciale Schneider 2003

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