Nell’ambito della promozione della classificazione degli Impianti a Livelli sostenuta da ANIE-CSI, questo articolo tratta di dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD: Surge Protection Device).

Scelta e dimensionamento corretti di un SPD

La scelta di un SPD deve essere fatta primariamente in base alla classe di impiego e, successivamente, in base almeno ai seguenti criteri:

• Iimp (Classe I) o In (Classe II) o Uoc (Classe III);
• Uc tensione massima continuativa;
• Up livello di protezione;
• UT caratteristiche di resistenza alle TOV;
• IL corrente di carico;
• Isccr resistenza alle correnti di cortocircuito;
• Ifi estinzione corrente susseguente

Gli SPD sono dimensionati per assorbire un livello massimo di energia (I2t),  superato  il quale si danneggiano,  comportando  il  rischio  di pericolo di incendio o di esplosione dell’SPD stesso; per evitare questo problema è opportuno prevedere, laddove necessario, un’adeguata protezione di back-up mediante dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (fusibili o interruttori magnetotermici) il cui coordinamento è indicato dal costruttore dell’SPD stesso, e possono essere collegati in serie, privilegiando la protezione contro le sovratensioni, o in parallelo, la continuità di servizio.

Qualora dall’analisi del rischio (CEI EN 62305-2) il valore di rischio R risulti superiore al rischio tollerabile RT, si rende necessaria l’adozione di un sistema di protezione contro i fulmini, atto a ridurre:

• danni agli esseri viventi;
• danni materiali alle strutture;
• guasti negli impianti elettrici ed elettronici.

Il “Sistema completo di protezione” va poi a definire due concetti base:

• Livelli di protezione contro i fulmini LPL;
• Zone di protezione contro i fulmini LPZ.

Il livello di protezione contro i fulmini LPL definisce l’entità in kA del fulmine che può impattare sulla struttura ed è suddiviso in 4 aree (da 100 a 200 kA massimi).

La scelta di un determinato livello di LPL serve a dimensionare il sistema di protezione sia esterno (parafulmine) sia interno (SPD).

I requisiti minimi richiesti agli SPD da installare all’origine dell’impianto sono:

• In > 5 kA (8/20 µs) se non vi è rischio di fulminazione diretta;
• Iimp > 12,5 kA (10/350 µs) se vi è rischio di fulminazione diretta sulla linea entrante.

La zona di protezione LPZ definisce il punto di installazione (e la tipologia di SPD) da installare e precisamente:

• All’ingresso della linea entrante nella struttura (confine con LPZ 1, ad es. quadro di distribuzione BT)
  • SPD provati con Iimp (Tipo 1)
  • SPD provati con In (Tipo 2)
• In prossimità degli apparati da proteggere (confine con LPZ 2, ad es. quadri di distribuzione secondari o nelle prese)
  • SPD provati con In (Tipo 2)
  • SPD provati con onda combinata Uoc (Tipo 3).

Il concetto di protezione da scariche atmosferiche a zone LPZ

Gli SPD negli impianti fotovoltaici

Negli impianti fotovoltaici è indispensabile proteggere:

• lato corrente continua (danni da sovratensioni a pannelli, quadri stringa, inverter);
• lato corrente alternata (danni a inverter da sovratensioni o correnti da fulmine entranti attraverso la linea elettrica);
• linee di telecomunicazione e segnale (danni da sovratensioni ai sistemi di monitoraggio).

Anche sugli impianti fotovoltaici la selezione di un SPD è conseguenza della presenza o meno di un impianto di protezione contro i fulmini:

• se è presente l’SPD deve essere di Tipo 1 (o Classe I);
• se è assente potrebbe essere sufficiente un SPD di Tipo 2 (o Classe II).

Gli scaricatori devono essere conformi alla Norme:

• CEI EN 50539-11 “Protezione lato corrente continua”;
• CEI EN 61643-11 “Protezione lato corrente alternata”;
• CEI EN 61643-21 “Protezione linee di telecomunicazione e segnale”.

Esempi applicativi e regole di installazione

Le Norme definiscono  delle  connessioni  per  gli SPD in relazione  alla  tipologia  del  sistema di alimentazione. La Norma CEI 64-8 – Parte 5 Sezione 534 tratta questo contesto definendo dei tipici casi di installazione:

• Installazione di SPD in sistemi TN (Connessione tipo A);
• Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo B);
• Installazione di SPD in sistemi TT (Connessione tipo C).

I principali parametri per una corretta scelta sono:

• Livello di protezione Up che deve essere inferiore al valore di tenuta ad impulso Uw delle apparecchiature da proteggere;
• Livello di protezione effettivo Up/f, che considera, oltre al livello di protezione Up, anche le eventuali cadute induttive nei collegamenti e negli eventuali dispositivi di protezione da sovracorrenti.

Uw è un dato che dovrebbe essere fornito dal costruttore dell’apparecchiatura da proteggere, e deve comunque rispettare le indicazioni generali fornite dalla Norma CEI EN 60664-1.

Il livello di protezione effettivo Up/f tiene conto anche delle distanze di collegamento tra SPD, protezioni di back-up a monte e morsettiera di terra a valle.

Nel caso di un SPD di Tipo 2 questo valore è considerato come:

D ov e 1 kV/m per Iimp e trascurabile negli altri casi.

Per un SPD di Tipo 1, Up/f è il valore maggiore tra Up e

Per ottenere una protezione efficace è quindi necessario ridurre il valore di Up/f a un valore inferiore alla Uw delle apparecchiature da proteggere.

Per raggiungere questo risultato i conduttori di collegamento dell’SPD devono essere più corti possibile. La Norma CEI 64-8/5 Sez. 534 impone una lunghezza totale di questi collegamenti NON superiore ad 1 metro (preferibilmente 0,5 m) comprensiva degli eventuali collegamenti alla protezione di back-up.

Per ridurre al minimo queste distanze la soluzione consigliata è rappresentata dall’utilizzo del cosiddetto collegamento “entra-esci” o a “V”:

Le sezioni dei cavi di collegamento sono importanti e la Norma CEI 64-8/5 Sez. 534 riporta le sezioni minime da rispettare:

• 16 mm2 per SPD di Tipo 1;
• 6 mm2 per SPD di Tipo 2;
• 1,5 mm2 per SPD di Tipo 3.

Importante è anche la distanza di effettiva protezione degli SPD; un dispositivo elettronico si può considerare protetto se il livello di protezione effettivo soddisfa almeno uno dei seguenti requisiti:

• Up/f < Uw se la distanza è trascurabile (SPD installato ai capi del dispositivo da proteggere)
• Up/f < 0,5 Uw quando la distanza “d” è < 10 m (SPD installato in quadri di distribuzione secondari)
• Up/f < (Uw – Ui)/2 quando la distanza è > 10 m (SPD installato nel quadro di distribuzione Bassa Tensione)