Cosa fa un SPD?

Dispositivo di protezione da sovratensioni (SPD) è un dispositivo utilizzato per proteggere le apparecchiature elettroniche da sovratensioni di potenza o tensioni transitorie.Essi sono collegati in parallelo con il circuito di potenza di carico che ha bisogno di protezione e possono anche essere utilizzati nelle reti di alimentazione a tutti i livelliIn questo articolo verrà approfondito il principio di funzionamento dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni e il loro ruolo importante nei sistemi elettrici.

Che cos'e' un'ondata?

Le sorgenti sono transitorie su tensioni che possono raggiungere decine di kilovolts con durate nell'ordine di microsecondi.L'elevato contenuto energetico può causare gravi problemi alle apparecchiature collegate alla linea, come l'invecchiamento prematuro dei componenti elettronici., guasti dell'attrezzatura o interruzioni del servizio e perdite finanziarie.

Origine delle ondate

I fulmini sono noti per essere la fonte più significativa di ondate ̇ sono stati registrati fulmini da un milione a un miliardo di volt e tra 10.000 e 200.000 ampere.Il fulmine rappresenta solo una parte di tutti gli eventi transitori in un impiantoPoiché i transitori possono provenire da fonti esterne (come i fulmini) e da fonti interne, le strutture devono avere installato sia un sistema di protezione da fulmini che una protezione da sovratensioni.

Il fulmine: la fonte di ondata più distruttiva.le stime indicano che il 65% è inferiore a 20kA e l'85% è inferiore a 35kA.

Induzione: le fonti includono fulmini da nuvola a nuvola o impatti di fulmini nelle vicinanze in cui il flusso di corrente induce una sovra tensione sulle linee di alimentazione o su altri conduttori metallici.

Non c'è modo di sapere veramente quando, dove, la dimensione, o la durata/forma d'onda di un'ondata.Pertanto, all'interno degli standard, sono state fatte alcune ipotesi e sono state scelte 2 forme d'onda principali per simulare diversi eventi di ondata:

- Condurre.

La conduzione o 10/350μs simula l'energia da impatto diretto del fulmine.

- Induzione
Induzione o 8/20μs simula l'energia da impatto indiretto del fulmine.

Fonti interne:

- provengono dalla commutazione della rete, dalla disconnessione dei motori o da altri carichi induttivi; l'energia proveniente da queste fonti viene anche analizzata con la forma d'onda 8/20.

- Le tensioni transitorie non si verificano esclusivamente nelle linee di distribuzione dell'energia, ma sono comuni anche in qualsiasi linea formata da conduttori metallici, come la telefonia, le comunicazioni, la misurazione e i dati.

Il ruolo dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni controllano le tensioni transitorie deviando o limitando le correnti di sovratensione, proteggendo le apparecchiature elettroniche sensibili ad esse collegate, come computer, televisori,macchine da lavaggio, e circuiti di sicurezza (come i sistemi di rilevamento incendi e l'illuminazione di emergenza).I dispositivi di protezione da sovratensioni svolgono un ruolo cruciale nella protezione dei sistemi di installazione elettrica.

Senza un DSP adeguato, eventi transitori possono danneggiare le apparecchiature elettroniche e portare a costosi tempi di fermo.L'importanza dei dispositivi di protezione da sovratensioni nella protezione delle apparecchiature elettriche non può essere sopravvalutata.

Come funziona un SPD?

C'è almeno una componente non lineare del SPD che, in condizioni diverse, fa transizioni tra uno stato di alta e bassa impedenza.gli SPD sono in uno stato di impedenza elevata e non influenzano il sistemaQuando si verifica una tensione transitorio sul circuito, l'SPD si sposta in uno stato di conduzione (o bassa impedenza) e deviare l'energia transitorio e corrente di nuovo alla sua fonte o terra.Questo limita o blocca l'ampiezza della tensione a un livello più sicuroDopo che il transitorio è stato deviato, l'SPD si ripristina automaticamente allo stato di alta impedenza.

Il principio di funzionamento del protettore contro le sovratensioni è il seguente:

- Funzionamento normale

In assenza di una sovratensione, il dispositivo di protezione contro la sovratensione non ha alcun effetto sul sistema in cui è installato.

isolamento tra i conduttori attivi e la terra.

- Durante un'ondata
Quando si verifica un'impennata di tensione, il dispositivo di protezione contro l'impennata ridurrà la sua impedenza in nanosecondi e devierà la corrente di spinta.

In questo punto, l'SPD si comporta come un circuito chiuso, cortocircuitando la sovratensione e limitandola a valori accettabili per il dispositivo collegato elettricamente.

attrezzature a valle.

- Dopo l'intervento.
Una volta cessato il surge di impulso, il dispositivo di protezione da surge ripristinerà la sua impedenza originale e tornerà allo stato di circuito aperto, continuando a

monitorare le condizioni di tensione del sistema elettrico.

Quando è necessario il palo N-PE?

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) sono installati in parallelo a monte dell'apparecchiatura elettrica in una posizione tale che, in caso di eventuale voltaggio eccessivo,il SPD agirà come un percorso a bassa impedenza verso terraQuesto canalizza l'energia ad alta tensione lontano dall'apparecchiatura a valle prima che il suo valore di resistenza alla tensione sia superato evitando così danni.

Una domanda comune in merito ai DSP è la distinzione tra l'applicazione di dispositivi a 3 e 4 poli.il conduttore neutro è collegato direttamente alla terra (link MEN)In caso di installazione di un SPD entro 10 metri da questo collegamento MEN, è necessario solo un dispositivo a 3 poli.Il palo N-PE aggiuntivo fornito da dispositivi a 4 poli è reso ridondante in questa situazione in quanto esiste già un percorso verso la terra attraverso il neutro tramite il collegamento MEN.

Tuttavia, se un SPD è installato a più di 10 metri da un collegamento MEN, è necessario un SPD a 4 poli.un'energia di sovraccarico ha ora il potenziale di entrare nella rete dopo il collegamento MEN e danneggiare le apparecchiature a valle.

Classificazione dei protettori

I dispositivi di protezione sono classificati in tipi in base alla capacità di scarica.

Tipo 1:
■ Testato con una forma d'onda di 10/350 μs (prova di classe I), che simula la corrente prodotta da un fulmine diretto.
■ Capacità di scaricare correnti molto elevate sulla terra, fornendo un elevato livello di protezione contro l'alta tensione.

■ devono essere accompagnati da protettori a valle di tipo 2 progettati per l'uso nei pannelli di alimentazione in entrata in cui il rischio di fulmine

è elevata, ad esempio in edifici con un sistema di protezione esterno.

Tipo 2:
■ testato con una forma d'onda di 8/20 μs (prova di classe II), che simula la corrente prodotta in caso di commutazione o di fulmine sul dispositivo

linea di distribuzione o nelle sue vicinanze.
■ Capacità di scaricare correnti elevate sulla terra, fornendo un livello medio di protezione contro l'alta tensione.

a valle dei dispositivi di protezione di tipo 1 o nei pannelli di alimentazione in entrata in aree con scarsa esposizione ai fulmini.

Tipo 3:
■ Testato con una forma d'onda combinata da 1,2/50 μs a 8/20 μs (prova di classe III), che simula la corrente e la tensione che possono raggiungere l'apparecchiatura

di essere protetti.
■ Capacità di scaricare correnti medie sulla terra, fornendo un basso livello di protezione contro la tensione ascendente.

protezione progettata per proteggere le apparecchiature sensibili o le apparecchiature situate a più di 20 m a valle del dispositivo di tipo 2.

Caratteristiche del DSP basate sulla norma IEC 61643

Parametri della protezione:

- Superiore Livello di protezione: tensione residua massima tra i terminali del dispositivo di protezione durante l'applicazione di una corrente di picco.

- in corrente nominale: corrente di picco in forma d'onda di 8/20 μs il dispositivo di protezione può resistere 20 volte senza raggiungere la fine della vita

- Imax Corrente massima di scarica: Corrente massima con forma d'onda di 8/20 μs che il dispositivo di protezione può sopportare.

- Uc Tensione massima di funzionamento continua: tensione massima effettiva che può essere applicata in modo permanente ai terminali della protezione

dispositivo.

- Corrente di impulso: corrente di picco con forma d'onda di 10/350 μs che il dispositivo di protezione può sopportare senza raggiungere la fine della vita.

Da dove iniziare la progettazione della protezione?

In quanto luogo di origine dell'installazione, la centralina principale è il punto di partenza per la progettazione dei DSP sulla rete.

Come avviare la progettazione della protezione?

Come detto in precedenza, la progettazione della protezione SPD non dipende dai valori di guasto forniti dal trasformatore, dipende solo dal livello di esposizione di fronte all'ondata.che SPD abbiamo da installare nella centralina principale?

Cfr. il diagramma sopra riportato della norma IEC 63205-1 che mostra la dispersione del fulmine più alto considerato: 200kA @ 10/350μs.

Nel peggiore dei casi, il 50% di questa energia viene condotta verso la terra lasciando un potenziale di 100kA attraverso le reti di fase 3 e neutrale.

Qui un SPD di tipo 1 di 25kA @ 10/350μs (Iimp) è fortemente raccomandato per i casi in cui un fulmine colpisce o si avvicina alla connessione di terra dell'edificio, in particolare quando un edificio ha un parafulmine.

In the “Normal Scenario” it is assumed any direct lightning strike to the network will be at such a distance from the installation that another 50% of the energy is dispersed to earth via other conductors before entering your point of connectionIn questo scenario si raccomanda un dispositivo con una potenza di 12,5 kA @ 10/350μs (Iimp) Tipo 1. Inoltre, sulla base della norma IEC 61643-12, 12,5 kA è la potenza minima di kA quando è necessaria una potenza di Tipo 1.

Se il livello di esposizione dell'impianto è inferiore agli scenari sopra descritti, può essere presa in considerazione la SPD di tipo 2 (Imax), insieme al rischio e al costo dell'apparecchiatura e del tempo di fermo.

Devo installare un terzo livello di dispositivi di protezione contro le sovratensioni?

Un terzo livello di protezione contro le sovratensioni installato al carico finale può essere considerato a seconda dei carichi, della critica, del costo, del costo dei tempi di fermo e della sensibilità.Se il costo dell'apparecchiatura e/o il tempo di fermo è elevato, l'installazione di un terzo stadio di tipo 3 (1.5/50μs) ridurrà ulteriormente il rischio che l'ultima energia di sovratensione raggiunga la vostra attrezzatura.

Esempi di applicazioni che dovrebbero includere una terza fase di protezione contro le sovratensioni sono:

■ Ospedali
■ Centri dati
■ Aeroporti
■ Banca e assicurazione
■ Trasporti