Bentornato in un’altra delle lezioni del corso gratuito per elettricisti, anche oggi ci occupiamo di sicurezza, e lo facciamo parlando di un dispositivo che sempre più di frequente viene installato negli impianti elettrici, per proteggere i circuiti e le apparecchiature, in questo caso dalle sovratensioni.
Oggi parliamo dello scaricatore di sovratensione SPD, questo dispositivo esiste di diversi tipi e classi, e come vedremo ogni tipologia si installa in punti differenti dell’impianto.
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Cosa sono gli scaricatori di sovratensione SPD.
Via via che la tecnologia si evolve, anche le norme che regolano l’installazione delle apparecchiature si evolvono, soprattutto in materia di sicurezza.
Abbiamo già conosciuto altri dispositivi di protezione come gli interruttori magnetotermici differenziali, e i differenziali puri, anche gli scaricatori di sovratensione SPD, la cui sigla significa “Surge protection device”, fanno parte della categoria di apparecchiature utili per proteggere i circuiti e ciò che questi servono.
Come avviene il danneggiamento delle apparecchiature da sovratensioni.
La parola “surge” in inglese significa “ondulazione”, e se ci pensiamo bene, quante volta sentiamo parlare di qualcosa che si è rotta a causa di uno “sbalzo di tensione”, oppure a causa di un fulmine? Ecco, questi sbalzi di tensione e le conseguenze dei fulmini sono molto dannosi per le apparecchiature, e per la nostra incolumità.
Nell’immagine che segue vediamo come avviene il danneggiamento di un computer quando esso viene investito da una sovratensione in un circuito non protetto da un SPD (parte superiore della figura).
Nota: Tutte le immagini presenti su questa pagina fanno parte della guida tecnica ABB su queste apparecchiature.
Come vediamo dall’immagine sopra, quando la sovratensione supera i limiti sopportabili dall’isolamento dell’apparato, in questo caso il computer, questo isolamento viene meno e l’apparecchio si danneggia.
Le apparecchiature elettriche ed elettroniche hanno tutte un massimo grado di resistenza alla sovratensione transitoria chiamata “tenuta all’impulso”; in altre parole gli apparati sono muniti di sistemi idonei ad isolare le parti connesse alle fasi dalla terra o dal neutro.
L’isolamento può variare da alcune centinaia di volt, per dispositivi elettronici sensibili, fino ad alcuni kilovolt per un motore elettrico.
Nell’esempio raffigurato nella parte bassa dell’immagine sopra, il dispositivo SPD limita la sovratensione e devia la corrente impulsiva verso terra; in questo modo l’isolamento del televisore resiste e l’apparecchio non subisce danni.
Le principali cause di danni agli apparecchi elettrici.
Nella figura quì sotto troviamo un grafico a torta che mostra le cause di danneggiamento delle apparecchiature. Al primo posto proprio la sovratensioni, con il 60%, seguite dai guasti sulla rete.
Danneggiamento elettrico da fulminazione.
Da dove arrivano le sovratensioni? Questi fenomeni accadono soprattutto a causa dei fulmini, e durante le operazioni di manovra.
Ecco nella figura seguente la relazione tra vicinanza del fulmine e sovratensione generata dal fenomeno, si capisce che più siamo vicini all’origine del fulmine, più la tensione sale.
I fenomeni della fulminazione poi possono essere diretti (i più dannosi) oppure indiretti, ecco tre immagini che rappresentano la fulminazione diretta esterna, quella su linea aerea, e quella per accoppiamento induttivo; i fenomeni avvengono in maniera diversa ma sono tutti dannosi.
Danneggiamento elettrico da manovre.
Per quanto riguarda le sovratensioni che scaturiscono da manovre, possiamo vedere cosa accade durante una manovra nell’immagine che segue.
Le commutazioni di interruttori, trasformatori, motori e in generale carichi induttivi, o l’improvvisa variazione del carico provocano repentine variazioni (di/dt) di corrente e generano sovratensioni transitorie.
Le sovratensioni da manovra sono di valore minore rispetto a quelle generate dai fulmini, però sono più frequenti, e avvengono direttamente sulla rete di alimentazione.
Lo spinterometro è un componente che contiene aria o gas al suo interno, e due elettrodi. In condizioni di tensione normale il dispositivo offre un’impedenza molto elevata e funziona in pratica come un circuito aperto; nel momento in cui la tensione sale a livelli molto alti, il gas contenuto tra gli elettrodi si ionizza innescando un arco.
I dispositivi SPD combinati per la protezione elettrica.
Dove si installano gli scaricatori di tensione.
Come vediamo dalla figura sopra, abbiamo la tensione nominale di lavoro, quella nominale continuativa che riguarda la massima tensione che può essere fornita di continuo ai morsetti senza che si danneggino, e poi una serie di dati che esprimono la capacità di limitazione e protezione dalle sovratensioni; si noti che questi valori sono tutti espressi in Kilo ampere, per cui migliaia di ampere.