Dispositivo di protezione contro le sovratensioni: non solo una scatola con varistore 

Quando si sente parlare di un dispositivo di protezione da sovratensione, la maggior parte delle persone ha immediatamente un'immagine in testa: una scatola, un varistore all'interno, un paio di terminali - e il gioco è fatto. Impostalo e dimenticalo. E poi si chiedono perché, dopo un temporale, si è bruciato lo stesso SPD, e con esso, a volte, parte del quadro elettrico. La radice del problema è proprio questa visione semplicistica. In realtà si tratta di un sistema e la sua efficacia dipende da molte sfumature: dalla scelta della classe e dello schema di collegamento a ciò che spesso viene trascurato, lo stato di messa a terra e il coordinamento con le macchine. Facciamolo in ordine, senza acqua, come in pratica.

Aule e coordinamento: dove la maggior parte delle persone sbaglia

Il primo ostacolo sono le classi di protezione (I, II, III). Molte persone pensano che se installi un potente limitatore di sovratensione di classe I all'ingresso, solo questo ti salverà da tutto. In realtà è un sistema distribuito. La classe I (B) cattura i fulmini diretti sulle linee elettriche o quelli ravvicinati, scaricando la maggior parte dell'energia. Ma ha ancora un impulso residuo abbastanza elevato: diversi kilovolt. Se lo metti direttamente su dispositivi elettronici sensibili, non sembrerà molto.

Pertanto è obbligatorio il coordinamento con un limitatore di sovratensione di classe II (C), già installato nel quadro di distribuzione dell'impianto. Ridurrà la sovratensione residua a un livello più sicuro. E per apparecchi particolarmente preziosi è opportuno installare la classe III (D) proprio accanto alla presa. Il punto chiave qui è la distanza tra questi livelli e la sezione trasversale dei conduttori di collegamento. Se tra gli SPD di classe I e di classe II sono presenti più di 10-15 metri di cavo, tra gli stessi potrebbe verificarsi un pericoloso accoppiamento induttivo e la protezione non funzionerà come previsto. Ho visto oggetti per i quali questa distanza non veniva presa in considerazione: il risultato è stato disastroso.

E qui è importante non solo acquistare dispositivi, ma che siano progettati per funzionare insieme. Alcuni produttori, come ad esShijiazhuang Hist Electric Co.,Ltd, offrono soluzioni complete già pronte, dove gli SPD di diverse classi sono già selezionati in base alle correnti e ai tempi di risposta. Ciò riduce notevolmente il rischio di errori di progettazione. Sul loro sito webhiste-ru.compuoi trovare documentazione tecnica in cui questo coordinamento è descritto in dettaglio: per un ingegnere questa è un'informazione d'oro.

Messa a terra: collegamento debole nell'80% dei casi

Il dispositivo di protezione da sovratensione più avanzato si trasformerà in un inutile pezzo di plastica se la messa a terra viene eseguita con noncuranza. Questa non è un'esagerazione. Una corrente impulsiva di decine di kiloampere deve andare da qualche parte e il percorso dovrebbe essere il più breve e con bassa resistenza possibile. Un errore comune è quello di realizzare percorsi di collegamento lunghi e tortuosi al bus di terra. Ogni centimetro in più è un'induttanza che, con un fronte di impulso veloce, crea un'ulteriore sovratensione direttamente sui terminali del dispositivo di protezione.

Tutti conoscono la regola sulla lunghezza dei conduttori: non più di 50 cm, ma in pratica in uno scudo angusto viene costantemente violata. Abbiamo dovuto rifare l'installazione, dove il limitatore di sovratensione era appeso a una guida DIN e il cavo verso l'interruttore principale correva in un bellissimo anello attraverso la semischermatura. Dopo un temporale: una tavola bruciata. Abbiamo spostato il filo lungo il percorso più breve, aumentato la sezione trasversale: il problema è scomparso.

Un'altra sfumatura è la resistenza totale del dispositivo di messa a terra. Per una protezione efficace dalle sovratensioni dovrebbe essere minima, preferibilmente entro 4 Ohm per una rete da 380 V. Questo è spesso un problema con le vecchie strutture. Prima di installare un SPD consiglio sempre vivamente di verificare questo parametro. Senza questo, tutti gli investimenti nella protezione sarebbero soldi buttati via.

Informazioni sulla sezione trasversale e sull'induttanza del conduttore

Qui molti sono guidati solo dalle tabelle attuali. Ma per le correnti pulsate non è fondamentale solo l'area della sezione trasversale, ma anche la struttura. Un singolo conduttore isolato ha un'induttanza maggiore rispetto, ad esempio, a una sbarra piatta o a due conduttori disposti uno contro l'altro. Per collegare gli SPD di classe I vengono spesso utilizzate speciali sbarre flessibili con induttanza minima. Una sciocchezza? Sulla carta sì. Ma in pratica, con una scarica di 50 kA, la differenza nella caduta di tensione su questi conduttori può essere molte volte maggiore.

Varistori, scaricatori e loro morte

Il cuore della maggior parte dei limitatori di sovratensione è un varistore. Il suo principio di funzionamento è semplice: a tensione normale c'è un'elevata resistenza, durante un'impennata diminuisce bruscamente, deviando l'impulso. Ma ha una risorsa e un limite. Ogni impulso potente invecchia leggermente il varistore, riducendo la sua tensione di risposta. Alla fine, può andare in cortocircuito o, peggio, in fuga termica con la normale tensione di rete.

Pertanto un SPD di alta qualità non è solo un varistore in una custodia. Si tratta di un dispositivo con protezione termica (scollegamento del modulo guasto) e, spesso, con indicatore di usura. Produttori affidabili comeShijiazhuang Hist Electric Co.,Ltd, specializzata dal 2004 in accessori per sistemi di cavi, si concentra in particolare sull'affidabilità e sul monitoraggio delle condizioni di questi elementi chiave. La loro gamma comprende modelli con segnalazione di stato remota, un must per le infrastrutture critiche.

Per i dispositivi di ingresso vengono spesso utilizzati circuiti combinati: uno spinterometro (per rimuovere l'enorme energia di un impatto diretto) + un'unità varistore (per una limitazione più precisa). Ciò aumenta la durata e la durata. Ma qui c'è anche una trappola: è necessario assicurarsi che la corrente di spegnimento dello spinterometro (se non è autoriparante) sia coerente con le protezioni di livello superiore, altrimenti, quando attivato, si può ottenere uno spegnimento incontrollato dell'ingresso.

Casi reali e perché economico è costoso

Ho avuto esperienza in un impianto industriale. Hanno installato SPD economici di origine sconosciuta. Dopo il primo forte temporale ci fu silenzio. Le macchine non funzionavano, ma metà dei convertitori di frequenza si guastavano. L'autopsia ha dimostrato: i varistori nei dispositivi di protezione dalle sovratensioni si sono semplicemente sbriciolati in polvere, senza nemmeno cortocircuitare per dare il segnale di spegnimento. L'impulso è passato ulteriormente nella rete. Il danno è stato centinaia di volte superiore al risparmio sulla protezione.

La situazione opposta è un oggetto a cui ci siamo avvicinati in modo sistematico. Abbiamo utilizzato lo stesso un SPD di un fornitore affidabileHIST Elettrico, con un chiaro coordinamento delle classi. La messa a terra è stata messa in ordine. E dopo una stagione di temporali, nemmeno un guasto all'attrezzatura. Sì, il costo della soluzione era più alto. Ma ha dato i suoi frutti con un controller salvato.

La conclusione è semplice: la protezione contro le sovratensioni non è il luogo adatto per sperimentare marchi senza nome. È necessario scegliere produttori con una comprovata reputazione, supporto tecnico completo e, soprattutto, la presenza di tutti i certificati di prova necessari per la resistenza alle correnti impulsive (ad esempio, secondo GOST R IEC 61643-21). Sito webwww.histe-ru.com, tra l'altro, è un buon esempio di dove tali informazioni sui prodotti sono solitamente disponibili: è chiaro che l'azienda opera in un campo professionale.

Non solo protezione contro i fulmini: sovratensioni di manovra

Concentrandosi sui temporali, molti dimenticano un altro killer non meno frequente: le sovratensioni di commutazione. Un improvviso arresto di potenti motori, trasformatori e funzionamento di saldatrici: tutto ciò crea scoppi brevi ma pericolosi nella rete. Potrebbero non essere potenti come i fulmini, ma sono regolari.

I limitatori di sovratensione standard di classe II/C di solito riescono a far fronte anche a questi. Ma è importante capire che questa modalità operativa consuma il modulo varistore ancora più velocemente. Pertanto, in strutture con un gran numero di apparecchiature di commutazione di potenza, vale la pena prestare attenzione a un parametro come il numero di operazioni consentite con una determinata corrente o, come minimo, controllare più spesso l'indicazione dello stato dell'SPD.

A volte, per proteggere circuiti particolarmente sensibili da tali interferenze, è necessario installare filtri o limitatori di sovratensione specializzati con tempi di risposta più rapidi. Si tratta di una regolazione fine, ma a volte è necessaria, ad esempio, per eliminare i falsi allarmi provenienti dai sistemi di automazione.

Invece di una conclusione: pensare ad alta voce

Quindi, torniamo all'inizio. Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni non è un segno di spunta in un progetto. Si tratta di una soluzione di sistema in cui ogni elemento è importante: dalla corretta scelta della classe e del produttore alla qualità dell'installazione e delle condizioni di messa a terra. Risparmiare qui significa aumentare consapevolmente il rischio di perdite molte volte più costose. Avendo lavorato per anni su questo argomento, arrivi alla conclusione che è più sicuro e, in definitiva, più economico farlo una volta con saggezza, con componenti di alta qualità di produttori professionali, piuttosto che affrontarne le conseguenze in un secondo momento. E sì, vale sempre la pena studiare la documentazione e le soluzioni tecniche delle aziende che si occupano di questo argomento da molto tempo, come la stessaShijiazhuang Hist Electric Co.,Ltd— la loro esperienza pratica, riflessa nella progettazione dei prodotti, spesso aiuta a evitare errori comuni.