PROTEZIONE COMPLETA DEI SISTEMI ELETTRICI DALLE SOVRATENSIONI

Le sovratensioni sono aumenti di breve durata della tensione che superano significativamente i valori nominali della rete elettrica. Possono avere origini e caratteristiche diverse, il che richiede un approccio differenziato alla protezione. Le principali fonti di sovratensione si dividono in atmosferiche e di manovra.

Le sovratensioni atmosferiche sono causate da scariche di fulmini. Sono i tipi di sovratensione più potenti e distruttivi, che possono raggiungere centinaia di kilovolt e migliaia di ampere. Si dividono in:

• Fulminazioni dirette nel sistema di protezione contro i fulmini (esterno), che inducono correnti significative nel sistema di messa a terra e nei conduttori adiacenti.
• Fulminazioni indirette (induttive), quando il fulmine colpisce nelle vicinanze di una linea elettrica o di un edificio, creando un potente campo elettromagnetico che induce sovratensioni nei conduttori.
• Trasferimento di potenziale, quando il fulmine colpisce una linea esterna e l’alto potenziale si trasmette attraverso di essa all’edificio.

Le sovratensioni di manovra si verificano a seguito di rapide variazioni di corrente nella rete elettrica, ad esempio all’accensione o allo spegnimento di carichi induttivi (motori, trasformatori), alla commutazione di banchi di condensatori, o durante processi transitori nelle reti elettriche. Sebbene la loro ampiezza sia generalmente inferiore a quella delle sovratensioni da fulmine, possono avere un’alta frequenza di ripetizione ed essere sufficientemente distruttive per l’elettronica sensibile.

Secondo la ДСТУ EN 61643-11, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni impulsive (SPD) sono classificati in tre tipi a seconda della loro capacità di sopportare correnti impulsive e della posizione di installazione:

• Tipo 1 (SPD Type 1): Progettati per la protezione da fulminazioni dirette e indirette. Vengono installati all’ingresso dell’edificio, prevalentemente nel quadro di distribuzione principale, dove avviene la separazione del conduttore PEN in PE e N. Hanno un’elevata capacità di scarica per le correnti impulsive, caratterizzate dal parametro Iimp (corrente impulsiva di fulmine, forma d’onda 10/350 μs). Ad esempio, i valori tipici di Iimp possono variare da 12,5 kA a 50 kA per polo.
• Tipo 2 (SPD Type 2): Progettati per la protezione da sovratensioni di manovra e da sovratensioni residue dopo l’SPD Type 1. Vengono installati nei quadri di distribuzione all’interno dell’edificio. Sono caratterizzati dalla corrente nominale di scarica In (forma d’onda 8/20 μs), che può variare da 5 kA a 20 kA.
• Tipo 3 (SPD Type 3): Progettati per la protezione delle apparecchiature terminali, sono posizionati vicino alle utenze (ad esempio, nelle prese o integrati nelle apparecchiature). Proteggono da sovratensioni residue di lieve entità. Sono caratterizzati da un impulso combinato Uoc e In.

La valutazione dei rischi richiede l’analisi della posizione dell’edificio (livello di protezione contro i fulmini), del tipo di connessione alla rete elettrica, della presenza di apparecchiature sensibili e della frequenza dei processi di commutazione. Per gli edifici collegati a linee elettriche aeree o situati in zone ad alta attività temporalesca, l’installazione di SPD Type 1 è obbligatoria. La scelta corretta e il coordinamento di questi dispositivi garantiscono una protezione multilivello, minimizzando la probabilità di danni.

La conoscenza di questi aspetti è il fondamento per una progettazione e un’implementazione efficaci dei sistemi di protezione, conformi alle esigenze della moderna infrastruttura elettrica.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni impulsive (SPD) sono un componente chiave di qualsiasi sistema elettrico affidabile. La loro efficacia si basa sulla rapidità di reazione e sulla capacità di scaricare notevoli energie di corrente impulsiva. Esistono diverse tecnologie principali utilizzate negli SPD, ciascuna con le proprie particolarità e ambiti di applicazione.

1. Scaricatori a spinterometro (Spark Gaps, SG): Questi dispositivi utilizzano una scarica di gas controllata tra gli elettrodi. Al raggiungimento di un certo livello di tensione si verifica la scarica disruptiva del gas, e la scintilla crea un percorso a bassa resistenza per la corrente impulsiva, scaricandola verso terra. Dopo il passaggio dell’impulso, la scintilla si estingue e il dispositivo torna a uno stato di alta resistenza. Gli scaricatori a spinterometro sono generalmente utilizzati negli SPD Type 1 grazie alla loro elevata capacità di scarica (Iimp fino a 100 kA) e alla capacità di sopportare correnti dirette di fulmine (forma d’onda 10/350 μs). Hanno un tempo di intervento molto breve (nanosecondi) e possono essere realizzati sia in versione aperta che ermetica (riempita di gas). Un parametro importante è la tensione di protezione (Up), che indica la tensione massima che può presentarsi sull’apparecchiatura protetta durante il funzionamento dell’SPD. Per l’SPD Type 1, Up si trova generalmente nell’intervallo di 2,5–4 kV.

2. Varistori a ossido metallico (Metal Oxide Varistors, MOV): I varistori MOV sono resistori semiconduttori con una caratteristica tensione-corrente non lineare. Alla tensione normale, la loro resistenza è molto elevata. Quando la tensione supera un valore di soglia (tensione di “clamping”), la resistenza si riduce drasticamente, permettendo alla corrente di sovratensione di attraversare l’SPD verso terra, limitando così la tensione sull’apparecchiatura protetta. I varistori MOV sono ampiamente utilizzati negli SPD Type 2 e Type 3 grazie alla loro rapida reazione (fino a 25 ns) e al relativamente basso livello di tensione di protezione (Up da 1,2 kV a 2,5 kV). Sono caratterizzati dalla corrente nominale di scarica In (forma d’onda 8/20 μs), i cui valori tipici sono 5–20 kA. Tuttavia, i MOV hanno una durata di vita limitata, poiché ogni impulso provoca il degrado del materiale, e possono essere soggetti a invecchiamento.

3. Soppressori di transitori di tensione (Transient Voltage Suppressors, diodi TVS): Sono diodi semiconduttori progettati per limitare le sovratensioni con estrema rapidità. Intervengono in picosecondi, il che li rende ideali per la protezione di apparecchiature elettroniche sensibili. I diodi TVS hanno una bassa capacità di scarica per grandi correnti impulsive, quindi sono utilizzati principalmente negli SPD Type 3, nonché per la protezione delle linee di segnale e dati (LAN, USB, RS-485). Il loro Up è il più basso tra tutti i tipi, generalmente inferiore a 1 kV.

4. SPD combinati: Gli SPD moderni combinano spesso diverse tecnologie per ottenere una protezione ottimale. Ad esempio, gli SPD Type 1+2 possono utilizzare scaricatori a spinterometro per le elevate correnti di fulmine e varistori per le sovratensioni di manovra. Tale combinazione consente di ottenere un migliore coordinamento della protezione e di ridurre il livello di Up a valori accettabili per i livelli di protezione successivi. Una caratteristica importante è la massima tensione di esercizio continuativa (Uc), alla quale l’SPD non si degrada. Tutti gli SPD devono inoltre disporre di un’indicazione di stato (funzionante/guasto), e le soluzioni modulari permettono di sostituire facilmente gli elementi danneggiati. Ad esempio, nei sistemi dove l’affidabilità è essenziale, come le case in pannelli XLAM, l’integrazione di SPD di qualità è obbligatoria.

La scelta corretta della tecnologia e la sua implementazione sono decisive per garantire il funzionamento ininterrotto e sicuro dei sistemi elettrici, in particolare nel contesto delle normative ucraine, adattate agli standard europei della serie EN 61643.

Una protezione efficace dalle sovratensioni non si limita all’installazione di un singolo dispositivo; richiede un sistema completo e multilivello, noto come protezione a cascata. Questo approccio prevede l’installazione di SPD di diversi tipi in una sequenza specifica, garantendo una riduzione graduale del livello di sovratensione fino a valori sicuri per l’apparecchiatura terminale. Un aspetto chiave è il coordinamento tra questi dispositivi.

La protezione a cascata viene realizzata installando SPD di tre tipi principali:

• Primo livello di protezione (SPD Type 1): Viene installato il più vicino possibile al punto di ingresso dell’energia elettrica nell’edificio, generalmente nel quadro generale di ingresso e distribuzione (QGID) o nel quadro di distribuzione principale (QDP). Il suo compito principale è scaricare a terra la maggior parte dell’energia di una fulminazione diretta o indiretta. Questi SPD sono caratterizzati da un’elevata capacità di scarica per correnti impulsive con forma d’onda 10/350 μs (Iimp), ad esempio, 25 kA o 50 kA per fase. Il livello di protezione (Up) per l’SPD Type 1 è generalmente di 2,5–4 kV.
• Secondo livello di protezione (SPD Type 2): Viene installato nei quadri di distribuzione intermedi, posti a una distanza di almeno 10 metri dall’SPD Type 1. Questi dispositivi limitano le sovratensioni residue che hanno superato il primo livello, e proteggono anche dalle sovratensioni di manovra generate all’interno dell’edificio. Gli SPD Type 2 sono caratterizzati dalla corrente nominale di scarica In (forma d’onda 8/20 μs), generalmente 10–20 kA, e hanno un livello Up più basso (1,2–2,5 kV), sicuro per la maggior parte delle apparecchiature domestiche e per ufficio.
• Terzo livello di protezione (SPD Type 3): Viene installato direttamente vicino alle apparecchiature sensibili o integrato in esse (ad esempio, filtri di rete, SPD integrati negli alimentatori). Proteggono da sovratensioni residue di lieve entità, che possono essere pericolose per la microelettronica. Gli SPD Type 3 hanno il livello Up più basso (inferiore a 1,0–1,2 kV) e una caratteristica combinata che tiene conto sia della tensione che della corrente.

Il coordinamento degli SPD è di importanza critica. Garantisce che ogni livello di protezione successivo intervenga solo dopo che quello precedente abbia svolto la propria funzione, e che l’energia dell’impulso diminuisca progressivamente. Un coordinamento inadeguato può causare il guasto prematuro dell’SPD di livello inferiore o il cedimento completo dell’intero sistema di protezione. Il coordinamento si ottiene in diversi modi:

• Distanza tra gli SPD: La distanza minima raccomandata tra i diversi tipi di SPD è di 10–15 metri. Ciò garantisce una resistenza induttiva del cavo sufficiente a “separare” l’impulso di tensione, permettendo al livello superiore di intervenire per primo. A distanze inferiori è necessario utilizzare induttanze di disaccoppiamento.
• Coordinamento energetico: Si ottiene con la scelta corretta degli SPD in base alle loro caratteristiche energetiche (Iimp, In). I dispositivi devono avere un margine di resistenza sufficiente per scaricare le correnti impulsive previste.
• Coordinamento in base al livello di tensione di protezione (Up): Ogni livello di protezione successivo deve avere un Up inferiore a quello precedente. Ciò garantisce che l’apparecchiatura sensibile sia protetta, poiché la tensione che la raggiunge sarà limitata a un livello sicuro.

In generale, il progetto di protezione dalle sovratensioni deve basarsi sulla valutazione dei rischi (secondo la ДСТУ IEC 62305) e tenere conto delle specificità dell’edificio. Il rispetto dei principi di protezione a cascata e di coordinamento energetico garantisce il massimo livello di sicurezza e affidabilità dell’infrastruttura elettrica, che è alla base di qualsiasi edificio moderno, compresi quelli realizzati dall’Azienda di Costruzioni “KOLEO”.

La progettazione di un sistema efficace di protezione dalle sovratensioni è un compito ingegneristico complesso, che richiede un’analisi approfondita e il rigoroso rispetto dei requisiti normativi. In Ucraina, i documenti principali che disciplinano questo processo sono la serie di standard ДСТУ EN 61643 e ДСТУ IEC 62305, armonizzati con le norme europee.

1. Valutazione dei rischi e definizione delle zone di protezione contro i fulmini (LPZ): Il primo passo è la valutazione dei rischi secondo la ДСТУ IEC 62305-2 “Protezione contro i fulmini. Parte 2. Gestione del rischio”. Ciò consente di determinare il livello di protezione contro i fulmini necessario (I–IV) e di suddividere l’edificio in zone di protezione contro i fulmini (LPZ – Lightning Protection Zone).

• LPZ 0A: Zona in cui l’edificio è completamente esposto all’effetto di una fulminazione diretta.
• LPZ 0B: Zona protetta dal sistema esterno di protezione contro i fulmini, ma dove le apparecchiature interne possono essere esposte all’effetto del campo elettromagnetico del fulmine.
• LPZ 1: Zona in cui la corrente impulsiva e il campo elettromagnetico sono già limitati.
• LPZ 2 e successive: Zone con ulteriore limitazione delle sovratensioni, situate più in profondità nell’edificio.

2. Scelta dei tipi di SPD e loro posizionamento: Sulla base delle LPZ definite, viene effettuata la scelta degli SPD appropriati.

• Al confine tra LPZ 0A e LPZ 1: Vengono installati SPD Type 1 (o combinati Type 1+2), che devono sopportare la corrente impulsiva Iimp con forma d’onda 10/350 μs. Il calcolo di Iimp si basa sulla corrente massima di fulmine e sul numero di calate del captatore. Ad esempio, per il III livello di protezione secondo la ДСТУ IEC 62305, la corrente impulsiva di fulmine può raggiungere 200 kA, e di conseguenza, su ogni polo dell’SPD Type 1 grava una quota di questa corrente. I valori tipici di Iimp per polo sono 12,5 kA, 25 kA o 50 kA.
• Al confine tra LPZ 1 e LPZ 2: Vengono installati SPD Type 2, che limitano le sovratensioni residue. La loro scelta si basa sulla corrente nominale di scarica In (forma d’onda 8/20 μs), che può essere 5 kA, 10 kA o 20 kA. È importante anche il livello di tensione di protezione Up.
• Al confine tra LPZ 2 e LPZ 3 e successive: Vengono installati SPD Type 3, che garantiscono la protezione direttamente vicino alle apparecchiature sensibili.

3. Calcolo dei parametri degli SPD: I parametri chiave da considerare:

• Massima tensione di esercizio continuativa (Uc): È la massima tensione alternata o continua che l’SPD può sopportare senza intervenire. Deve essere superiore alla tensione nominale di rete, tenendo conto delle possibili deviazioni (ad esempio, 275 V per una rete a 230 V).
• Livello di tensione di protezione (Up): La tensione massima che l’SPD lascia passare verso l’apparecchiatura protetta. Questo parametro deve essere inferiore al livello di tensione impulsiva che l’apparecchiatura è in grado di sopportare (categoria di sovratensione secondo la ДСТУ EN 60664-1).
• Corrente nominale di scarica (In) e corrente impulsiva di fulmine (Iimp): Vengono scelte in base al livello di protezione e ai carichi di calcolo.

4. Sistemi di messa a terra: L’efficacia dell’SPD dipende direttamente dalla qualità del sistema di messa a terra. Secondo la ДСТУ EN 50522, la resistenza di terra deve essere minima, per garantire uno scarico rapido ed efficace delle correnti impulsive. Per i sistemi con protezione esterna contro i fulmini si raccomanda una resistenza di terra non superiore a 10 Ohm, e idealmente 4 Ohm. I tipi di sistema di messa a terra (TN-S, TN-C-S, TT) influiscono sullo schema di collegamento dell’SPD. Nel sistema TN-S, tutti gli SPD sono collegati tra le fasi e il conduttore di protezione PE. Nel sistema TT è necessario installare ulteriormente SPD tra i conduttori N e PE.

5. Particolarità per la Smart Home: Per i sistemi di ventilazione e altri componenti della “casa intelligente”, che di norma contengono molta elettronica sensibile, è necessario prevedere anche la protezione delle linee di segnale e dati (Ethernet, bus BUS, antenne) mediante SPD speciali per reti a bassa tensione. Questi dispositivi sono generalmente SPD Type 3 e hanno un Up molto basso.

Una corretta progettazione che tenga conto di tutti questi aspetti e dei requisiti normativi garantisce la massima sicurezza e affidabilità dell’infrastruttura elettrica per l’intera durata di esercizio.

L’efficacia di qualsiasi sistema di protezione dalle sovratensioni, sia da influssi atmosferici che di manovra, è indissolubilmente legata alla qualità e all’affidabilità del sistema di messa a terra. La messa a terra funge da punto finale per lo scarico delle correnti impulsive, garantendone la dispersione sicura nel terreno. Senza una messa a terra adeguata, anche gli SPD più moderni saranno inefficaci o potrebbero persino diventare fonte di pericolo.

1. Principi di una messa a terra efficace: Secondo la ДСТУ EN 50522 “Messa a terra per impianti a corrente alternata oltre 1 kV” e la ДСТУ Б В.2.5-38:2008 “Realizzazione della protezione contro i fulmini di edifici e costruzioni”, il sistema di messa a terra deve avere la resistenza più bassa possibile. Per la protezione contro i fulmini, generalmente si richiede una resistenza non superiore a 10 Ohm, mentre per edifici particolarmente sensibili o sistemi ad alta frequenza — anche 2-4 Ohm. Una resistenza inferiore garantisce uno scarico più rapido ed efficace della corrente di fulmine e delle sovratensioni impulsive, prevenendo potenziali pericolosi su apparecchiature e strutture.

La configurazione dei dispersori può essere diversa: elettrodi verticali (picchetti), elettrodi orizzontali (bandelle o fili), o una loro combinazione (ad esempio, dispersori ad anello attorno all’edificio). È importante garantire un contatto adeguato con il terreno a una profondità sufficiente, dove il livello di umidità sia stabile durante tutto l’anno. I materiali dei dispersori devono essere resistenti alla corrosione (acciaio zincato, rame o acciaio ramato).

2. Protezione esterna contro i fulmini (LPS): Il sistema di protezione esterna contro i fulmini, composto da captatori (ad asta, a rete, a fune), calate e dispersori, è destinato a intercettare la fulminazione diretta e a scaricarne la corrente verso terra. Secondo la ДСТУ IEC 62305-3 “Protezione contro i fulmini. Parte 3. Danni fisici alle strutture e pericolo per la vita”, l’efficacia della LPS esterna dipende dal livello di protezione, determinato dalle dimensioni della zona protetta. Ad esempio, per il IV livello di protezione (il meno critico), la probabilità di intercettazione è del 95%. Per il I livello (il più critico) — 99%.

3. Interazione tra protezione interna ed esterna: Un aspetto chiave è l’interazione tra la protezione esterna contro i fulmini e la protezione interna dalle sovratensioni. Tutte le strutture metalliche, gli impianti (acqua, gas), nonché l’armatura dei cavi, devono essere collegati alla barra di terra principale (BTP) dell’edificio. Ciò crea un sistema di equalizzazione dei potenziali, che previene l’insorgere di differenze di potenziale pericolose all’interno dell’edificio durante un fulmine o una sovratensione. Gli SPD Type 1 vengono installati all’ingresso dell’alimentazione elettrica, dove il conduttore PE è collegato alla BTP, garantendo lo scarico della maggior parte dell’energia del fulmine.

4. Messa a terra per la Smart Home: Per i sistemi complessi, come la casa intelligente, che comprendono numerosi dispositivi elettronici sensibili e apparecchiature di rete, la qualità della messa a terra diventa ancora più critica. Una messa a terra errata può causare malfunzionamenti dell’elettronica, rumore nelle linee di segnale e persino il guasto completo dei componenti. È importante utilizzare dispersori individuali per i sistemi sensibili o garantirne il collegamento al sistema di messa a terra generale tramite barre separate, per minimizzare l’effetto delle interferenze elettromagnetiche.

L’insieme di queste misure – una messa a terra adeguata, una protezione esterna contro i fulmini efficace e il coordinamento con gli SPD interni – forma un sistema di protezione affidabile e multilivello, in grado di resistere alle più gravi minacce elettriche, un componente importante di progetti come i kit di case in legno lamellare, dove sono previste soluzioni ingegneristiche moderne.

I sistemi “casa intelligente” (Smart Home) integrano numerosi dispositivi elettronici, sensori, controller e reti di comunicazione, estremamente sensibili alle sovratensioni. A differenza degli elettrodomestici tradizionali, dove possono essere danneggiati solo gli elementi di potenza, nella Smart Home anche impulsi di lieve entità possono causare malfunzionamenti del software, danni ai microprocessori e compromissione dell’integrità dei dati. Ciò richiede un approccio particolare alla protezione.

1. Vulnerabilità dei componenti della Smart Home: Gli elementi principali della “casa intelligente”, come controller centrali, gateway, telecamere IP, sensori di movimento, illuminazione, termostati, sistemi multimediali, nonché apparecchiature di rete (router, switch) funzionano a basse tensioni (generalmente 5V, 12V o 24V) e contengono delicati componenti a semiconduttore. Per questi dispositivi, anche un superamento di breve durata della tensione nominale di alcune decine di volt può essere critico. Un esempio sono gli impianti di ventilazione integrati, gestiti da unità elettroniche che necessitano anch’esse di protezione.

2. Fonti di pericolo per la Smart Home:

• Sovratensioni dirette e indotte da fulmine: Possono danneggiare sia le linee di potenza che quelle a bassa tensione (Ethernet, bus BUS, cavi antenna).
• Sovratensioni di manovra: Si verificano all’accensione/spegnimento di carichi potenti (motori, compressori, apparecchi induttivi), nonché durante processi transitori nelle reti elettriche vicine.
• Scariche elettrostatiche (ESD): Sebbene abbiano un’energia inferiore rispetto alle sovratensioni impulsive, le ESD possono verificarsi quando una persona interagisce con dispositivi elettronici e causare malfunzionamenti o danni.
• Interferenze dai cavi di potenza: La posa non corretta di cavi a bassa tensione vicino a quelli di potenza può causare interferenze elettromagnetiche, che influiscono sulla qualità del segnale e sulla stabilità di funzionamento.

3. Modi per minimizzare i rischi e strategie di protezione:

• Protezione a cascata completa: Oltre agli SPD Type 1 e Type 2 nei quadri di potenza, è obbligatoria l’installazione di SPD Type 3 il più vicino possibile alle apparecchiature sensibili. Possono essere filtri di rete per le prese, SPD integrati negli alimentatori o adattatori speciali.
• Protezione delle linee dati: Per le reti Ethernet, le linee telefoniche, i cavi antenna, i bus di controllo (KNX, DALI, Z-Wave) e altri sistemi a bassa tensione, è necessario utilizzare SPD specializzati per la trasmissione dati. Questi dispositivi hanno un livello di tensione di protezione molto basso (Up < 50 V) e sono progettati per proteggere dagli impulsi che si propagano su queste linee. Devono essere dimensionati per la corrispondente velocità di trasmissione dati, in modo da non causare il degrado del segnale.
• Messa a terra corretta: Un sistema di messa a terra affidabile e a bassa resistenza è alla base dello scarico di tutti i tipi di sovratensione. Tutti gli SPD, sia di potenza che a bassa tensione, devono essere collegati a questo sistema.
• Schermatura dei cavi e posa corretta: L’uso di cavi schermati (ad esempio, UTP/FTP per Ethernet, cavi coassiali per antenne) e la loro separazione dai cavi di potenza minimizza l’effetto delle interferenze elettromagnetiche. Si raccomanda di posare i cavi di potenza e quelli a bassa tensione in percorsi separati o mantenendo una distanza minima di 30 cm.
• Gruppi di continuità (UPS): Sebbene gli UPS non siano un mezzo diretto di protezione dalle sovratensioni impulsive, garantiscono un’alimentazione stabile e filtrano le lievi oscillazioni di tensione. Molti UPS dispongono di SPD di base integrati.

L’integrazione di queste misure nel progetto della “casa intelligente” già in fase di progettazione è garanzia della sua durabilità, affidabilità e funzionamento stabile, garantendo comfort e sicurezza agli occupanti.

L’affidabilità e la durabilità del sistema di protezione dalle sovratensioni (SPD) sono altrettanto importanti quanto la sua efficacia iniziale. Anche il sistema più sofisticato richiede un esercizio adeguato e una manutenzione regolare, per garantire una protezione ininterrotta per tutta la durata di servizio. Trascurare questi aspetti può portare a guasti improvvisi e danni alle apparecchiature.

1. Indicazione dello stato degli SPD: La maggior parte degli SPD moderni è dotata di indicatori di stato, che mostrano visivamente la loro funzionalità. Può trattarsi di un LED (verde – funzionante, rosso – guasto), di una bandierina meccanica (bianca/verde – funzionante, rossa – guasta) o di altri segnali. L’ispezione visiva regolare di questi indicatori è il metodo di controllo primario e più semplice. Se l’indicatore mostra un guasto, l’SPD deve essere sostituito immediatamente. Alcuni SPD dispongono anche di una segnalazione di stato remota, che può essere integrata nei sistemi di monitoraggio, ad esempio nella Smart Home.

2. Durata di vita degli SPD: La durata di vita degli SPD dipende da molti fattori:

• Frequenza e intensità delle sovratensioni: Ogni impulso, specialmente se potente, provoca il degrado dei componenti interni dell’SPD (ad esempio, dei varistori). Più frequenti e intensi sono gli interventi, più rapidamente il dispositivo esaurisce la propria vita utile.
• Qualità di fabbricazione: Gli SPD dei produttori leader, conformi agli standard internazionali (ad esempio, Siemens, Eaton, Schneider Electric, OBO Bettermann), hanno un margine di resistenza migliore e una durata di vita più lunga.
• Condizioni di esercizio: Temperatura, umidità e contaminazione possono influire sulla durabilità. Gli SPD devono essere installati in luoghi asciutti e puliti, conformi al loro grado di protezione IP.

Generalmente, la durata di vita dell’SPD Type 1 può raggiungere i 10–20 anni, mentre per gli SPD Type 2 e Type 3 può essere di 5–10 anni, a seconda delle condizioni. Alcuni produttori dichiarano 10.000–50.000 interventi per l’SPD Type 2 alla corrente nominale.

3. Controlli e test regolari:

• Ispezione visiva annuale: Verifica degli indicatori di stato, dell’integrità dell’involucro, dell’affidabilità dei collegamenti.
• Misurazioni elettriche: Ogni 3-5 anni (o più frequentemente per gli edifici critici) si raccomanda di effettuare la misurazione della resistenza di terra (ДСТУ EN 50522) e, se possibile, il test degli SPD con apparecchiature specializzate per verificarne le caratteristiche elettriche (tensione di intervento, corrente di dispersione). Ciò aiuta a individuare danni nascosti o degrado non ancora rilevati dall’indicatore di stato.
• Verifica del sistema di protezione contro i fulmini: Secondo la ДСТУ IEC 62305-3, il sistema esterno di protezione contro i fulmini deve essere verificato almeno ogni 3 anni, e per gli edifici a rischio elevato — annualmente. Ciò include la verifica dell’integrità dei captatori, delle calate, dell’affidabilità dei collegamenti e la misurazione della resistenza di terra.

4. Documentazione: È importante tenere un registro di manutenzione, dove vengono annotate le date di installazione, dei controlli, della sostituzione degli SPD e i risultati delle misurazioni. Ciò consente di monitorare lo stato del sistema di protezione e pianificare gli interventi di aggiornamento. Questo approccio garantisce l’affidabilità a lungo termine dell’intera infrastruttura, un aspetto importante per progetti come le case in stile Barnhouse, che spesso integrano tecnologie moderne.

Il rispetto di queste raccomandazioni consente di mantenere il sistema di protezione dalle sovratensioni in buone condizioni, garantendone l’efficacia per tutta la durata di esercizio e proteggendo le costose apparecchiature da danni imprevisti.

L’efficacia degli SPD dipende in gran parte dalla correttezza del loro collegamento e integrazione nel sistema elettrico. Il rispetto dei requisiti delle ДСТУ, basati sulla EN 61643-12, garantisce il funzionamento ottimale dei dispositivi e la minimizzazione delle interferenze induttive. Esaminiamo i nodi tipici di collegamento e gli aspetti critici dell’installazione.

1. Collegamento degli SPD Type 1 (e combinati Type 1+2) nel quadro di distribuzione principale (QDP):

• Posizione di installazione: L’SPD Type 1 viene sempre installato all’ingresso dell’edificio, prima degli altri dispositivi di protezione (interruttori automatici, differenziali). Ciò è fondamentale per scaricare la maggior parte dell’energia del fulmine.
• Schema di collegamento: Per una rete trifase, gli SPD vengono collegati tra ciascuna fase (L1, L2, L3) e la barra di terra principale (BTP), nonché tra il conduttore di neutro (N) e la BTP nel sistema TN-S, oppure tra il conduttore PEN e la BTP nel sistema TN-C-S prima della sua separazione. È importante utilizzare i conduttori di collegamento più corti possibili, per minimizzarne l’induttanza. Generalmente, la lunghezza del conduttore dall’SPD alla barra di terra non deve superare 0,5 metri.
• Sezione dei conduttori: La sezione minima raccomandata per l’SPD Type 1 è di 16 mm² per il conduttore in rame, e in alcuni casi, per correnti Iimp elevate, può essere necessaria una sezione di 25 mm² o 35 mm². Il rispetto di questo requisito è importante per garantire una bassa resistenza del percorso di scarico della corrente.

2. Collegamento degli SPD Type 2 nei quadri di distribuzione:

• Posizionamento: Gli SPD Type 2 vengono installati nei quadri di distribuzione intermedi (ai piani, nelle diverse sezioni dell’edificio), a una distanza di almeno 10 metri dall’SPD Type 1, per garantire un adeguato coordinamento energetico.
• Schema di collegamento: Analogamente al Type 1, vengono collegati tra le fasi e la barra PE/PEN, nonché tra N e PE.
• Sezione dei conduttori: Per l’SPD Type 2, la sezione minima dei conduttori è di 6 mm² o 10 mm² per il rame. Anche la lunghezza dei conduttori di collegamento deve essere minima.

3. Fusibili e interruttori automatici prima dell’SPD (sezionatori): Prima di ogni SPD (specialmente per Type 2 e Type 3 con varistori) è necessario installare un dispositivo di protezione (interruttore automatico o fusibile) del valore nominale appropriato. Questo dispositivo svolge la funzione di sezionatore: disconnette l’SPD dalla rete in caso di guasto (ad esempio, cortocircuito del varistore), prevenendo incendi e la disconnessione dell’intera linea. I produttori di SPD indicano generalmente il valore nominale raccomandato del sezionatore. È importante che questo sezionatore non limiti la corrente impulsiva dell’SPD. Il valore nominale di tale interruttore può essere da 20 A a 125 A, a seconda del tipo di SPD e del suo Imax.

4. Nodo di equalizzazione dei potenziali: Tutte le parti metalliche conduttive dell’edificio (tubazioni metalliche, canaline dei cavi, telai, impianti di riscaldamento), nonché i conduttori di terra della protezione esterna contro i fulmini, devono essere collegati alla barra di terra principale (BTP) nel QDP. Ciò è di importanza critica per creare uno spazio isopotenziale e minimizzare le differenze di potenziale che possono verificarsi durante una sovratensione. Il collegamento alla BTP avviene con conduttori di sezione da 6 mm² a 25 mm², a seconda della destinazione.

5. Rispetto delle distanze: Per i cavi che alimentano apparecchiature sensibili, si raccomanda di mantenere una distanza minima di 0,5 metri dalle calate della protezione contro i fulmini, per ridurre le interferenze induttive. Questo requisito è critico nella progettazione di edifici come gli chalet, dove l’estetica si combina spesso con elevati standard tecnici. Ciò garantisce non solo la sicurezza fisica, ma anche la compatibilità elettromagnetica (EMC) dell’intero sistema.

Il rispetto di queste regole e l’analisi dettagliata dei nodi di collegamento degli SPD sono alla base della creazione di un’infrastruttura elettrica affidabile e sicura, conforme ai più elevati standard.

Gli investimenti in un sistema di protezione dalle sovratensioni sono spesso considerati costi aggiuntivi, ma dal punto di vista del TCO (Total Cost of Ownership — costo totale di proprietà) risultano economicamente giustificati e persino vantaggiosi. L’analisi del TCO tiene conto non solo dei costi di capitale iniziali (CAPEX), ma anche dei costi operativi (OPEX), nonché delle potenziali perdite derivanti dall’assenza di protezione.

1. Costi di capitale iniziali (CAPEX):

• Costo delle apparecchiature: Il prezzo degli SPD varia a seconda del tipo, del produttore e delle caratteristiche tecniche. Gli SPD Type 1 costano da 50 a 300 EUR per modulo, gli SPD Type 2 — da 30 a 150 EUR, e gli SPD Type 3 — da 10 a 50 EUR. La protezione delle linee a bassa tensione può costare da 10 a 100 EUR per porta. Per una casa privata media, un kit di SPD può costare 300–1000 EUR.
• Costo di montaggio: Il montaggio degli SPD nei quadri di distribuzione richiede elettricisti qualificati. Il costo di installazione di un singolo SPD può essere da 20 a 50 EUR. Il costo totale dei lavori di montaggio, inclusa la posa dei conduttori di terra e il collegamento alla BTP, può ammontare a 100–300 EUR.
• Costo di progettazione: Lo sviluppo del progetto di protezione dalle sovratensioni (compreso il calcolo della protezione contro i fulmini e della messa a terra) può costare da 100 a 500 EUR, a seconda della complessità dell’edificio.

In generale, l’investimento iniziale in un sistema di protezione completo per una tipica casa privata raramente supera l’1–2% del costo totale di costruzione dell’impianto elettrico, ma è critico per la sicurezza a lungo termine.

2. Costi operativi (OPEX):

• Sostituzione degli SPD: Come già indicato, gli SPD hanno una durata di vita limitata. Il costo di sostituzione dell’SPD è equivalente al costo di un nuovo dispositivo più il costo del montaggio. Per la previsione, si può ipotizzare la sostituzione degli SPD Type 2 e Type 3 ogni 5–10 anni, e degli SPD Type 1 ogni 10–20 anni.
• Manutenzione regolare: L’ispezione visiva annuale e il controllo degli indicatori di stato non sono costosi. Il test professionale della resistenza di terra e dello stato degli SPD ogni 3-5 anni può costare 50–150 EUR per intervento.
• Perdite energetiche: Gli SPD moderni hanno perdite di energia molto basse in condizioni di funzionamento normale (milliampere), quindi non influiscono significativamente sulle bollette elettriche.

3. Potenziali perdite dovute all’assenza di protezione: Questo è l’aspetto più importante nel calcolo del TCO:

• Costo delle apparecchiature danneggiate: Una sovratensione può distruggere costosi elettrodomestici (televisori, computer, frigoriferi, lavatrici), componenti Smart Home (controller, sensori), il sistema di riscaldamento (caldaie a gas con elettronica), pompe, ecc. Il costo di sostituzione di queste apparecchiature può raggiungere migliaia o decine di migliaia di EUR.
• Perdite da fermo attività: Per gli edifici commerciali o le case con sistema “casa intelligente”, un guasto dell’elettronica può causare disagio, perdita di dati, violazioni della sicurezza o persino interruzioni dei processi aziendali.
• Lavori di ripristino: In caso di incendio causato da una sovratensione, i costi di ripristino possono essere catastrofici.
• Pericolo per la vita: Sebbene raramente, sovratensioni significative possono costituire una minaccia diretta per la vita.

Esempio di calcolo: Per una casa privata con un impianto elettrico del valore di 5000 EUR, un investimento in protezione a livello di 500–1000 EUR (10-20% del valore dell’impianto elettrico, ma solo l’1-2% del costo totale di costruzione, come, ad esempio, le case a telaio A-Frame) è irrisorio rispetto al danno potenziale derivante da apparecchiature danneggiate per un valore di 5000–10000 EUR o più. Il tempo medio di ammortamento di tali investimenti, tenendo conto della probabilità degli eventi, è di 3-7 anni. Pertanto, l’investimento in un sistema di protezione dalle sovratensioni è uno degli investimenti più vantaggiosi per la sicurezza e l’affidabilità dell’edificio.