PROTEZIONE DA SCARICHE ATMOSFERICHE E DA SOVRATENSIONI

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DANNI DA FULMINE
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Che cos’è e a che cosa serve la protezione da scariche atmosferiche e da sovratensioni?

La protezione da scariche atmosferiche e da sovratensioni ha lo scopo di proteggere una costruzione dagli effetti distruttivi dei fulmini che possono consistere in:
1.      danneggiamenti meccanici dell’edificio;
2.      danneggiamenti degli impianti ed apparecchi elettrici ed elettronici all’interno dell’edificio.

Per evitare i danneggiamenti meccanici dell’edificio, vale a dire fessure nelle pareti oppure l’incendio, la norma italiana CEI 81-1 prevede l’installazione di un “L.P.S. esterno”, cioè un impianto parafulmine. Esso è costituito da captatori, calate e dispersori.

Visto che questo “L.P.S. esterno” non è in grado di proteggere gli impianti ed apparecchi elettrici ed elettronici all’interno dell’edificio, la stessa norma italiana CEI 81-1 prevede l’esecuzione di un “L.P.S. interno”, cioè la realizzazione di collegamenti equipotenziali per evitare danneggiamenti causati da differenze di potenziale in caso di fulminazioni. Questi collegamenti equipotenziali sono da eseguire sia per corpi metallici passivi (p.es. acquedotto, gasdotto, tubazioni per riscaldamento, ecc.) che per corpi metallici attivi, cioè corpi metallici in tensione (p.es. linea elettrica, linea telefonica, cavi coassiali TV, ecc.).

Per eseguire questi collegamenti equipotenziali per i corpi metallici attivi, che ovviamente non possono essere realizzati direttamente tramite conduttori equipotenziali, sono da usare delle apparecchiature apposite, chiamate “scaricatori” oppure “limitatori” di sovratensione. Esse sono da inserire tra i conduttori attivi ed i nodi equipotenziali all’interno dell’edificio da proteggere.

Tipologie di scaricatori

La ns. casa fornitrice, spett.le DEHN, produce a grandi linee due tipi di scaricatori:

1.scaricatori di corrente da fulmine sia per linee elettriche che per linee di segnale;
2.scaricatori di sovratensione sia per linee elettriche che per linee di segnale

Lo scaricatore di corrente da fulmine ha lo scopo di riversare a terra le alte energie di una scarica diretta sulla linea entrante; lo scaricatore di sovratensione invece, serve per poter abbassare la tensione residua, lasciata dallo scaricatore di corrente da fulmine, o indotta sulle linee stesse da scariche remote, a valori ammissibili per poter salvaguardare l’isolamento della componente da proteggere.

Evidenziamo che, con una corretta installazione dei due tipi di scaricatori suddetti, realizziamo la protezione definitiva per gli impianti e le apparecchiature interne, e garantiamo gli scaricatori stessi dal danneggiamento: in tal caso si parla di un montaggio coordinato di scaricatori.

Indicazioni generali per l'installazione degli scaricatori

L'inserzione degli scaricatori nei diversi sistemi di distribuzione deve tenere conto anche delle misure adottate per la protezione dai contatti indiretti delle persone e delle esigenze di garantire, per quanto possibile, la continuità d'esercizio.     

Sappiamo che nelle reti TT e TN-S, per raggiungere una adeguata sicurezza è comunemente diffuso il relè differenziale, ma con l'inserzione di scaricatori nel modo tradizionale (tanti quanto sono i conduttori attivi compreso il neutro, tutti in derivazione verso terra ed a valle del relè differenziale), spesso si  verificano aperture intempestive che non garantiscono più la continuità d'esercizio e conseguentemente neanche la sicurezza  dell'impianto.                                                  

Per ottimizzare queste esigenze, è stato appositamente studiato un nuovo metodo d’inserzione degli scaricatori: il circuito "3+1" (secondo la norma internazionale IEC 60364-5-534).

Esso consiste nell'installazione di tanti scaricatori quanto sono i conduttori di fase (tre scaricatori nel sistema trifase), inseriti tra i conduttori stessi ed il neutro, il quale viene poi riferito all'equipotenzialità mediante uno specifico scaricatore N-PE (uno scaricatore), che garantisce la separazione galvanica in quanto spinterometrico (richiesto dalla norma DIN VDE 0100, parte 537).

I vantaggi sono evidenti: con l'eventuale fuori servizio di uno scaricatore, la corrente di guasto si   richiude sempre e solo sul neutro; per questo motivo è anche possibile l'inserzione a monte del relè differenziale con conseguente protezione del relè stesso ed eliminazione delle aperture intempestive, ed inoltre, con uno scaricatore tra fase e neutro, il livello di protezione (tensione residua) tra i conduttori attivi risulta notevolmente migliorato.

Esecuzione di un sistema di protezione da sovratensioni

Per poter risalire in modo semplice e rapido al tipo di scaricatore necessario, riportiamo di seguito una relazione tecnica che spiega la scelta e l’installazione di questi scaricatori per un impianto tipo industriale ed un impianto civile.

Esecuzione della protezione da sovratensioni per un impianto elettrico industriale in B.T.                                                                                                                               

1.      Protezione grossolana a monte dell’impianto – da eseguire nel quadro generale B.T. oppure power center

Per la protezione grossolana a monte dell’impianto sono da installare degli scaricatori di corrente da fulmine, tipo DEHNbloc (art. 900 111), subito a valle dell’interruttore magneto-termico generale del quadro generale in B.T. – power center.

Questo scaricatore, essendo composto da uno spinterometro autoestinguente, è in grado di portare a terra una corrente impulsiva fino a 50 kA della forma d'onda 10/350 µs, per polo (corrente da fulmine descritta anche nella tab. 2 della Norma CEI 81-1, punto 1.5.1).

Il DEHNbloc (scaricatore della classe B) è inoltre uno scaricatore di corrente da fulmine incapsulato e pertanto può essere installato all’interno del quadro senza considerare alcuna distanza di sicurezza verso altri componenti o apparecchi installati in vicinanza.

2.      Protezione da sovratensioni – da eseguire nei sottoquadri di distribuzione

Essendo il DEHNbloc uno scaricatore spinterometrico, esso ha un livello di protezione (tensione residua) relativamente alta (£ 4 kV) che potrebbe provocare ancora degli inconvenienti su apparecchiature elettroniche. Pertanto devono essere installati ulteriormente degli scaricatori di sovratensione tipo DEHNguard TT 230/400 (art. 900520) che abbassano la tensione residua a valori £ 1 kV.

Questo scaricatore viene caratterizzato da l'alta corrente nominale di scarica di 20 kA (*) con forma d'onda 8/20 µs, e dal suo intervento rapidissimo (< 25 ns).

Il DEHNguard TT 230/400 (scaricatore della classe C) consiste in un elemento base multi-polare con moduli innestabili già precablati nel sistema "3+1", per reti trifase + neutro.

Il punto di montaggio ideale è all'arrivo dei conduttori elettrici nel quadro di distribuzione, a valle del sezionatore generale o interruttore magnetotermico generale, del rispettivo sottoquadro (vedi figura 3)

L'eventuale fuori servizio dello scaricatore viene evidenziato nell'apposita finestrella mediante una targhetta rossa, con scritto "DEFECT", che si posiziona al posto di quella verde, indice di funzionamento regolare. In tal caso bisogna provvedere alla rapida sostituzione dello scaricatore.

(*) Facciamo presente che la norma CEI 81-1 precisa che questo tipo di scaricatore deve avere una corrente nominale di scarica ³ 10 kA della forma d’onda 8/20 µs.

Esecuzione della protezione da sovratensioni per un impianto elettrico civile monofase       

1.      Protezione da sovratensioni – da eseguire nel quadro dell’appartamento

Per la protezione da sovratensioni dell’impianto elettrico civile sono da installare degli scaricatori di sovratensione tipo DEHNguard T 275+NPE (art. 900503) nel quadro dell’appartamento (vedi figura 4)

Anche questo scaricatore viene caratterizzato dall'alta corrente nominale di scarica (20 kA (*) con forma d'onda 8/20 µs) e dal suo intervento rapidissimo (< 25 ns). Il livello di protezione (tensione residua) ha un valore £ 1,5 kV che salvaguarda in ogni caso l’isolamento dell’impianto e delle apparecchiature elettriche ed elettroniche da proteggere.

Anche il DEHNguard T 275+NPE (scaricatore della classe C) è composto da un elemento base e moduli innestabili, già precablati nel sistema "1+1" per reti monofasi.

L'eventuale fuori servizio dello scaricatore viene evidenziato nell'apposita finestrella mediante una targhetta rossa, con scritto "DEFECT", che si posiziona al posto di quella verde, indice di funzionamento regolare. In tal caso bisogna provvedere alla rapida sostituzione dello scaricatore.

(*) Facciamo presente che la norma CEI 81-1 precisa che questo tipo di scaricatore deve avere una corrente nominale di scarica ³ 10 kA della forma d’onda 8/20 µs.

2.      Protezione da sovratensioni per la scheda elettronica dell’apricancello – da eseguire all’interno della custodia contenente la scheda ed il motore

La protezione da sovratensioni effettuata a livello del quadro d’appartamento è efficace solo per l’impianto elettrico e le apparecchiature che si trovano all’interno dell’edificio. La scheda per l’apricancello, ad esempio, è molto sensibile alle sovratensioni, in quanto circuito elettronico ed in quanto collegato ad un cavo che percorre un tratto esterno (anche se interrato). Si deve pertanto realizzare una protezione locale dedicata: scaricatore di sovratensione, tipo DEHNflex A (art. 924389).

Questo scaricatore di dimensioni molto ridotte, trova spazio anche all’interno della custodia contenente la scheda ed il motore e va collegato in parallelo al cavo di alimentazione elettrica in ingresso nella morsettiera (vedi figura 5).

Evidenziamo che la corrente nominale di scarica del DEHNflex A è comunque di 3 kA della forma d’onda 8/20 µs e che il livello di protezione (tensione residua) ha un valore £ 1,25 kV che garantisce in ogni caso la protezione dell’isolamento della scheda.

Lo scaricatore possiede un’indicazione acustica di guasto, senza che esso interrompa in tal caso l’alimentazione elettrica per l’apricancello.

Esecuzione della protezione da sovratensioni per l’allacciamento telefonico                               

1.      Protezione da sovratensioni per una linea telefonica analogica

La protezione da sovratensioni di una linea telefonica analogica si ottiene inserendo in serie alla linea stessa uno scaricatore di sovratensione SLP-Protector, tipo ALD 110 V (art. 932016) che protegge un doppino per volta (vedi figura 5).

La collocazione ideale di questo scaricatore è nelle immediate vicinanze dell’apparecchiatura da proteggere, p.es. all’entrata della linea telefonica nel centralino.

Lo scaricatore viene fissato su guida DIN (pertanto consigliamo di usare una custodia apposita per il contenimento dello scaricatore che abbia una larghezza di un’unità modulare) e collegato a terra / equipotenzialità mediante il morsetto di terra / carcassa metallica del centralino stesso, con una sezione minima di 2,5 mm².

Per i valori elettrici possiamo indicare che la corrente nominale di scarica per questo scaricatore è di 10 kA con forma d'onda 8/20 µs con un livello di protezione (tensione residua) £ 300 V che salvaguarda in ogni caso l’isolamento delle apparecchiature telefoniche.

L’eventuale fuori servizio di questo scaricatore è dato dalla mancanza di segnale, in quando si mette in conduzione verso terra.

2.      Protezione da sovratensioni per una linea telefonica ISDN

La protezione da sovratensioni per una linea telefonica ISDN può essere ottenuta in modi diversi:

a)      a monte della borchia NT1 ... installata dalla Telecom;

b)      a valle della borchia NT1 .... installata dalla Telecom.

Facciamo presente che con l’intervento (a), cioè l’installazione di scaricatori di sovratensione a monte della borchia NT1 ... si ottiene la protezione, oltre che per le apparecchiature telefoniche, anche per la borchia NT1 ..., garantendo la continuità del servizio telefonico.

Questo intervento però è solamente ammesso dopo averlo richiesto alla Telecom, visto che gli scaricatori si trovano in tal caso a monte del punto di consegna.

L’intervento (b), cioè a valle della borchia NT1 ... invece, non deve essere richiesto alla Telecom, garantisce sempre la protezione per le apparecchiature telefoniche, ma la borchia NT1 ..., non essendo protetta da scaricatori, può danneggiarsi a causa di sovratensioni e l’utente rimane senza servizio telefonico.

Intervento (a) – scaricatori a monte della borchia ISDN NT1 ...

La protezione da sovratensioni per una linea telefonica ISDN a monte della borchia NT1 ... si ottiene inserendo in serie alla linea uno scaricatore di sovratensione SLP-Protector, tipo ALD 110 V (art. 932016) che protegge un doppino (vedi figura 6).

Il punto di montaggio ideale per lo scaricatore è all’entrata della linea telefonica nella borchia NT1 ..., cioè nelle immediate vicinanze.

Lo scaricatore viene fissato su guida DIN (pertanto consigliamo di usare una custodia apposita per il contenimento dello scaricatore che abbia una larghezza di un’unità modulare) e collegato a terra/ equipotenzialità mediante il morsetto di terra della presa elettrica dove prende l'alimentazione la borchia, con una sezione minima di 2,5 mm².

Per i valori elettrici possiamo indicare che la corrente nominale di scarica per questo scaricatore è di 10 kA con forma d'onda 8/20 µs con un livello di protezione (tensione residua) £ 300 V che salvaguarda in ogni caso l’isolamento della borchia e delle apparecchiature telefoniche collegate a valle di essa.

L’eventuale fuori servizio di questo scaricatore è dato dalla mancanza di segnale, in quando si mette in conduzione verso terra.

Intervento (b) – scaricatori a valle della borchia ISDN NT1 ...

L’intervento a valle della borchia ISDN NT1 ... deve essere differenziato in base al tipo di segnale telefonico in uscita dalla borchia, dove possiamo avere:

-          il segnale bus ISDN S₀ (vale per le borchie di tipo NT1/PLUS e NT1/BA);

-          2 linee analogiche (vale solamente per la borchia del tipo NT1/PLUS).

Protezione per il segnale bus ISDN S₀

L'apparecchio di protezione da applicare per la protezione di questo segnale digitale è il ns. scaricatore di sovratensione DEHNlink ISDN/I (art. 929024) che protegge il segnale S₀ tra borchia e centralino telefonico digitale/ modem/ PC/ unità centrale (vedi figura 7).

Il punto di montaggio ideale per questo scaricatore è nelle immediate vicinanze dell’apparecchiatura da proteggere, p.es. all’entrata della linea telefonica nel centralino digitale oppure modem.

Esso è già predisposto con connettori tipo RJ45 ed è adatto per il fissaggio a parete.

La messa a terra dello scaricatore è da portare all'equipotenzialità (carcassa metallica del centralino digitale/ modem/ PC/ unità centrale) con l’apparecchiatura da proteggere, tramite il faston sullo scaricatore, con sezione minima di 2,5 mm².

Anche questo scaricatore possiede un’elevata capacità di scarica di 10 kA con forma d'onda 8/20 µs ed un livello di protezione (tensione residua) ottimizzato a £ 300 V che salvaguarda in ogni caso l’isolamento delle apparecchiature digitali.

L’eventuale fuori servizio di questo scaricatore è dato dalla mancanza di segnale, in quando si mette in conduzione verso terra..

Protezione per le 2 linee analogiche

La protezione da sovratensioni per le 2 linee analogiche in uscita dalla borchia NT1/PLUS si ottiene inserendo in serie alle linee 2 scaricatori di sovratensione SLP-Protector, tipo ALD 110 V (art. 932016) che proteggono un doppino (vedi figura 7).

Il punto di montaggio ideale per questi scaricatori è nelle immediate vicinanze dell’apparecchiatura da proteggere, p.es. all’entrata della linea telefonica nel centralino analogico oppure modem.

Gli scaricatori vengono fissati su guida DIN (pertanto consigliamo di usare una custodia apposita per il contenimento degli scaricatori che abbiano una larghezza di un’unità modulare ciascuno) e collegati a terra/ equipotenzialità – p.es. alla carcassa metallica del centralino digitale/ modem/ PC/ unità centrale, con l’apparecchiatura da proteggere, con una sezione minima di 2,5 mm².

Per i valori elettrici possiamo indicare che la corrente nominale di scarica per questo scaricatore è di 10 kA con forma d'onda 8/20 µs con un livello di protezione (tensione residua) £ 300 V che salvaguarda in ogni caso l’isolamento delle apparecchiature telefoniche.

L’eventuale fuori servizio di questo scaricatore è dato dalla mancanza di segnale, in quando si mette in conduzione verso terra.