Come funziona un limitatore di sovratensione MOV? Circuito e clamping

Un limitatore di sovratensione MOV funziona in parallelo poiché il varistore a ossido metallico è un elemento di shunt non lineare. Alla tensione nominale del sistema, trasporta solo una piccola corrente di dispersione. Quando un transitorio innalza la tensione nel nodo protetto, la corrente del MOV aumenta bruscamente. Tale corrente, scorrendo attraverso l'impedenza finita della sorgente di sovratensione e del percorso di alimentazione, modifica la tensione del nodo, mentre il MOV limita la tensione ai propri capi e sul carico collegato in parallelo.

Il carico protetto e il MOV condividono la stessa tensione nel loro punto di connessione comune. Non esiste alcun “paradosso del circuito in parallelo”. L'errore consiste nel trattare l'alimentazione come una sorgente di tensione ideale con impedenza zero, o nel trattare il MOV come un resistore fisso. Nessuno dei due modelli rappresenta un test di sovratensione o un'installazione reale.

Un'ulteriore distinzione è importante: la tensione dichiarata per il MOV o per l'intero dispositivo di protezione da sovratensioni (SPD) SPD viene misurata in morsetti e condizioni di prova specificati. L'apparecchiatura può subire una tensione aggiuntiva causata dall'induttanza dei conduttori di connessione dell'SPD e dalla disposizione fisica tra l'SPD e l'apparecchiatura.

Il corretto circuito di protezione da sovratensione MOV

Un utile modello di circuito contiene cinque elementi:

1. una sorgente transitoria;
2. l'impedenza della sorgente e del percorso di alimentazione;
3. il nodo di connessione protetto;
4. un MOV o un SPD basato su MOV collegato tra i conduttori pertinenti;
5. il carico protetto collegato a tale nodo.

Durante il normale funzionamento, il ramo del MOV presenta un'alta impedenza e non trasporta corrente di carico. Durante una sovratensione, la sua caratteristica tensione-corrente non lineare consente il passaggio di una grande corrente attraverso il ramo di protezione. La corrente ritorna attraverso un altro conduttore, come il neutro, un'altra fase o la terra di protezione, in base alla modalità di protezione dell'SPD e al percorso della sovratensione.

Ecco perché “l'SPD invia ogni sovratensione a terra” non è una spiegazione completa. Una modalità line-to-neutral di un MOV conduce tra fase e neutro. Una modalità line-to-line conduce tra le fasi. Una modalità line-to-PE coinvolge il percorso della terra di protezione. Il circuito completo e le modalità di protezione determinano dove scorre la corrente.

Il concetto fondamentale è simultaneo, non sequenziale:

• il transitorio tenta di innalzare la tensione del nodo;
• la corrente del MOV aumenta all'aumentare di tale tensione;
• la corrente di sovratensione attraverso l'impedenza della sorgente e del percorso produce una differenza di potenziale lungo tale percorso;
• la caratteristica non lineare del MOV e la rete di alimentazione si stabilizzano su un punto di lavoro per quell'istante della forma d'onda;
• il carico sullo stesso nodo vede la tensione limitata risultante, soggetta agli effetti di connessione e separazione.

IEC 61643-11:2025, applicato insieme ai requisiti comuni in IEC 61643-01:2024, descrive gli SPD AC a bassa tensione come dispositivi contenenti almeno un componente non lineare destinato a limitare le sovratensioni e a deviare le correnti di sovratensione. IEC 61643-332:2024 tratta la teoria di funzionamento, la selezione e i principi applicativi dei MOV.

Perché un diagramma a sorgente ideale fornisce la risposta errata

Suppose an ideal voltage source forces exactly 1,000 V across a load and an MOV, with zero impedance anywhere in the source or conductors. Connecting a shunt MOV cannot reduce that imposed voltage. It would draw unlimited current in an idealized model, which is physically impossible.

Le sorgenti di transitori reali non sono ideali. I generatori di sovratensioni hanno caratteristiche di sorgente definite. Trasformatori di rete, conduttori, sbarre, connessioni e il percorso di accoppiamento della sovratensione contribuiscono con resistenza, induttanza, capacità ed effetti di propagazione d'onda. Queste proprietà limitano la corrente presunta e influenzano la tensione nel punto di connessione dell'SPD.

Anche il MOV non è un interruttore che passa da una “resistenza infinita” a una bassa resistenza fissa. La sua corrente dipende fortemente e continuamente dalla tensione. Ai fini concettuali:

iMOV(t) = f[vMOV(t)]

La funzione è altamente non lineare. Un piccolo aumento di tensione nella regione di conduzione può produrre un grande aumento della corrente del MOV. La grandezza protettiva rilevante è quindi una tensione di limitazione/residua misurata o dichiarata in condizioni di corrente e forma d'onda specificate, non un valore di resistenza dinamica universale.

IEEE C62.33-2016 copre i metodi di prova e i valori di prestazione per i componenti di protezione contro le sovratensioni MOV, incluse le correnti nominali di scarica 8/20 e la tensione di limitazione. IEEE C62.42.2-2022 copre le caratteristiche, i valori nominali e gli esempi applicativi dei MOV. Questi quadri normativi rafforzano una regola importante: un valore di tensione MOV è significativo solo in relazione alle sue condizioni di misurazione o di prova.

Cinque grandezze di tensione e corrente da non confondere

Molte spiegazioni errate sui MOV utilizzano un unico termine, “tensione di sovratensione”, per diverse grandezze. È necessario distinguerle prima di effettuare qualsiasi calcolo o dichiarazione di protezione.

Quantità	Cosa rappresenta	Cosa può indicare	Cosa non può indicare da solo
Tensione impulsiva a circuito aperto	Tensione prodotta dalla sorgente di sovratensione definita con la sua uscita aperta	Una caratteristica della sorgente di prova o dell'ambiente di sovratensione presunto	La tensione che rimarrà dopo che un SPD è intervenuto
Corrente di sovratensione di cortocircuito presunta	Corrente che la sorgente di sovratensione definita può erogare in un cortocircuito	Un'altra caratteristica della sorgente	La corrente esatta attraverso un particolare MOV installato
Tensione di serraggio del componente	Tensione ai capi di un MOV a una corrente d'impulso e forma d'onda specificate	Comportamento del MOV durante il test del componente indicato	Protezione completa dell'SPD o del morsetto dell'apparecchiatura in ogni configurazione
Tensione residua dell'SPD, Up o VPR	Una grandezza di protezione del dispositivo completo secondo il quadro normativo e il test applicabili	Limitazione di tensione testata o dichiarata ai morsetti dell'SPD o nel modo di protezione	Tensione aggiuntiva introdotta dai collegamenti in campo e dalla separazione
Tensione ai morsetti dell'apparecchiatura	Transitorio che si manifesta effettivamente ai morsetti dell'apparecchiatura protetta	Il valore rilevante per lo stress dell'isolamento dell'apparecchiatura	Non può essere dedotto da un numero di catalogo senza il contesto dell'installazione

I primi due descrivono la sorgente. I successivi due descrivono il componente o l'SPD completo sotto test definiti. L'ultimo descrive il risultato dell'installazione.

Up e VPR appartengono a quadri normativi differenti

Nella documentazione orientata alla IEC, Su è il livello di protezione di tensione dichiarato dell'SPD. Nella documentazione orientata alla UL, valore nominale di protezione dalla tensione (VPR) è un valore nominale standardizzato. Entrambi aiutano a valutare la limitazione della tensione, ma non dovrebbero essere considerati numericamente intercambiabili come etichette prive dei rispettivi metodi di prova.

UL Solutions identifica il VPR, la massima tensione operativa continua (MCOV), la corrente di scarica nominale (In) e il valore nominale di corrente di cortocircuito (SCCR) come importanti valori nominali per gli SPD. La Uc e Up dell'SPD guidano spiega più in dettaglio la distinzione tra tensione continua e livello di protezione.

Perché 6 kV/3 kA non è una “regola dei 2 ohm” universale”

Un generatore d'onda combinata può essere descritto da una tensione a circuito aperto e da una corrente di cortocircuito presunta. Dividendo 6 kV per 3 kA si ottiene un rapporto di 2 ohm per quella specifica condizione di sorgente. Ciò è utile per comprendere il generatore, non per assegnare un'impedenza ad alta frequenza universale di 2 ohm a ogni installazione residenziale, commerciale o industriale.

Non lo fa non dimostrano che:

• ogni servizio dell'edificio ha 2 ohm di impedenza d'onda;
• la corrente di guasto disponibile a 60 Hz può essere convertita in un'impedenza d'onda utilizzando un moltiplicatore;
• un edificio vicino a un trasformatore ha necessariamente una protezione contro le sovratensioni inefficace;
• la resistenza di contatto dell'interruttore automatico dovrebbe determinare se un SPD viene installato sul lato linea o sul lato carico;
• un tecnico sul campo può prevedere la tensione al morsetto dell'apparecchiatura con una resistenza MOV fissa e un semplice partitore di tensione DC.

L'ambiente di sovratensione, il percorso di accoppiamento, la forma d'onda, la geometria di installazione e le caratteristiche complete dell'SPD sono tutti fattori importanti. La selezione del prodotto dovrebbe utilizzare le specifiche dichiarate applicabili e le istruzioni di installazione, non un “budget di impedenza” inventato.”

L'impedenza prima del nodo e l'induttanza nei cavi dell'SPD svolgono funzioni opposte

Due effetti vengono spesso confusi tra loro.

L'impedenza della sorgente e del percorso di alimentazione influenza la sovratensione incidente

L'impedenza tra la sorgente del transitorio e il nodo protetto limita la corrente di sovratensione presunta e influisce sulla tensione del nodo quando il MOV è in conduzione. È parte del motivo per cui un dispositivo in parallelo può limitare la tensione prodotta da una sorgente reale e finita.

Ciò non rende una “maggiore impedenza a monte” un obiettivo di installazione generale. Aggiungere un'impedenza arbitraria può influire sul normale funzionamento, sulle prestazioni in caso di guasto, sulla compatibilità elettromagnetica e sul coordinamento delle protezioni. La rete di alimentazione è un input del problema delle sovratensioni, non una regola di regolazione sul campo per la scelta della posizione dell'interruttore automatico.

L'induttanza di connessione dell'SPD si aggiunge alla tensione lato apparecchiatura

I conduttori che collegano i conduttori di distribuzione all'SPD trasportano una corrente di sovratensione che varia rapidamente. La loro induttanza produce una tensione transitoria aggiuntiva. Una relazione concettuale utile è:

ΔuL ≈ Lloop × di/dt

dove Lloop è l'induttanza efficace del percorso completo di connessione della corrente di sovratensione e di/dt è la velocità di variazione della corrente. Questo non è un calcolatore di campo: il percorso dei conduttori, la geometria dell'anello, l'accoppiamento reciproco, le curve, i morsetti, la forma d'onda e la ripartizione della corrente influenzano il risultato.

La conseguenza pratica è affidabile: una lunghezza eccessiva del collegamento e un'area dell'anello troppo ampia possono aumentare la tensione che si manifesta oltre il valore nominale del morsetto dell'SPD testato. La guida di NEMA per l'installazione di SPD cablati spiega che l'induttanza dei cavi di collegamento si somma alla tensione dell'elemento di soppressione e degrada le prestazioni della corrente residua. UL Solutions consiglia analogamente di mantenere i conduttori dell'SPD il più corti possibile ed evitare, ove possibile, curve nette a 90 gradi.

Per le disposizioni dei morsetti, la protezione di backup, il percorso dei conduttori e i limiti di messa in servizio, utilizzare il guida al cablaggio degli SPD dedicato e le istruzioni precise del produttore.

Un modello a due nodi previene l'errore di progettazione più comune

Il punto di connessione dell'SPD e i morsetti dell'apparecchiatura non dovrebbero essere trattati automaticamente come un unico nodo ideale.

Nodo A: punto di connessione dell'SPD

Al Nodo A, l'SPD limita la tensione in base ai suoi elementi non lineari, alla costruzione interna, alla modalità di protezione e alla sovratensione applicata. I dati Up, VPR o di tensione residua descrivono le prestazioni ai morsetti del dispositivo definiti e nelle condizioni di prova specificate.

Nodo B: morsetti dell'apparecchiatura protetta

Il Nodo B può essere separato dal Nodo A da conduttori, sbarre, filtri, interruttori, trasformatori o altri elementi di rete. Durante un transitorio rapido, questi non sono elettricamente invisibili. La tensione ai morsetti dell'apparecchiatura può differire dalla tensione ai morsetti dell'SPD a causa di cadute induttive, accoppiamento, oscillazione, propagazione dell'onda e un altro percorso di ingresso della sovratensione, come un cavo di segnale.

Ciò fornisce una relazione concettuale più sicura:

tensione ai morsetti dell'apparecchiatura = tensione limitata dall'SPD + effetti dipendenti dall'installazione

Il segno e la forma d'onda di ogni contributo non possono essere ridotti a una singola addizione aritmetica universale. L'equazione è un promemoria progettuale: un buon valore da catalogo dell'SPD non compensa una geometria di connessione scadente o un percorso di ingresso parallelo non protetto.

Perché un SPD basato su MOV potrebbe comunque non riuscire a proteggere l'apparecchiatura

Se l'apparecchiatura protetta è danneggiata, la domanda corretta non è semplicemente “C'era abbastanza impedenza di linea?”. Verificare l'intera catena di protezione.

Controllo	Perché è importante	Verificare rispetto a
Tensione nominale continua	Un valore di Uc o MCOV non idoneo può sollecitare o scollegare l'SPD durante la tensione normale o una sovratensione temporanea	Tensione di sistema, configurazione di messa a terra, scheda tecnica del prodotto
Modi di protezione e topologia	L'SPD deve fornire un percorso per i modi di sovratensione che possono sollecitare l'apparecchiatura	Schema unifilare, configurazione TN/TT/IT, configurazione del produttore
Up o VPR	Il livello di protezione dichiarato deve supportare l'obiettivo di coordinamento dell'isolamento dell'apparecchiatura	Quadro normativo applicabile, dati di tenuta dell'apparecchiatura, studio di progettazione
Lunghezza del collegamento e area dell'anello	L'induttanza dei conduttori può aggiungere tensione durante un rapido aumento di corrente	Istruzioni di installazione e disposizione del quadro
Cortocircuito e protezione di backup	La disconnessione interna o esterna deve essere coordinata con la condizione di guasto disponibile	SCCR o dichiarazione di cortocircuito IEC applicabile, istruzioni per fusibile/interruttore automatico di backup
Stato di protezione	Un modulo termicamente scollegato o guasto potrebbe non fornire più la modalità di protezione prevista	Finestra di stato, contatto remoto, registri di manutenzione
Percorsi di ingresso multipli	I percorsi di alimentazione, dati, controllo, antenna e collegamento equipotenziale possono introdurre sovratensioni differenti	Architettura completa del sistema
Severità della sovratensione e coordinamento	Nessun SPD garantisce una tensione ai morsetti pari a zero o una protezione contro ogni evento	Valutazione del rischio, tipo di SPD, piano di coordinamento, tenuta dell'apparecchiatura

L'invecchiamento del MOV e il comportamento a fine vita sono distinti dal meccanismo del circuito qui spiegato. Per tale decisione, utilizzare il guida alla durata utile degli SPD industriali e all'invecchiamento dei MOV. Per la struttura del materiale ZnO del MOV e la fisica dei componenti, vedere Spiegazione del MOV a ZnO.

Lista di controllo per la verifica tecnica

Prima di accettare un progetto di SPD basato su MOV, verificare:

• la tensione nominale e massima continua esatta su ciascuna modalità di protezione;
• la disposizione di messa a terra e i conduttori disponibili nel punto di installazione;
• Uc o MCOV e comportamento in caso di sovratensione temporanea;
• Tipo di SPD e quadro normativo di prova applicabile;
• Up o VPR per modalità di protezione ove previsto;
• In, Imax, Iimp o altre dichiarazioni rilevanti sulla corrente di scarica;
• SCCR o la dichiarazione di tenuta al cortocircuito/corrente IEC applicabile, oltre alla protezione di backup richiesta;
• il percorso di connessione più breve possibile, conforme al produttore e con area di loop limitata;
• requisiti di tenuta all'impulso e di coordinamento dell'isolamento delle apparecchiature;
• ogni percorso di alimentazione, segnale, comunicazione e collegamento equipotenziale che entra nella zona protetta;
• indicazione di stato, segnalazione remota, ispezione e procedura di sostituzione.

Il guida alla scheda tecnica dell'SPD fornisce una revisione completa della taratura. Quando gli ingressi del sistema sono noti, confrontare i valori disponibili i dispositivi di protezione contro le sovratensioni VIOX in base a tensione, topologia, tipo, livello di protezione, dichiarazione della corrente di scarica e requisiti di protezione di backup piuttosto che in base alla dimensione del MOV o a un singolo valore in kA.

Domande Frequenti

Se il MOV e il carico sono in parallelo, vedono la stessa tensione?

Sì, quando condividono lo stesso nodo di connessione ideale. Il MOV protegge modificando la corrente assorbita da una sorgente di sovratensione non ideale, il che cambia la tensione stabilita in quel nodo. In un'installazione reale, l'apparecchiatura può costituire un secondo nodo elettrico poiché i conduttori e la disposizione presentano impedenza durante un transitorio rapido.

Un MOV assorbe la tensione di sovratensione?

No. La tensione non viene assorbita. Il MOV conduce la corrente di sovratensione e dissipa parte dell'energia limitando la tensione ai suoi morsetti. La distribuzione dell'energia e della corrente dipende dalla sorgente, dalla forma d'onda, dalla caratteristica del MOV, dagli altri elementi di protezione e dal percorso del circuito.

Un MOV è un cortocircuito durante una sovratensione?

Non un cortocircuito ideale. Diventa molto più conduttivo, ma mantiene una caratteristica tensione-corrente non lineare e una significativa tensione residua o di clamping. Tale tensione dipende dalla corrente d'impulso, dalla forma d'onda, dalla temperatura, dal design del componente e dalle condizioni di prova.

Posso calcolare la protezione con una resistenza MOV fissa?

Non in modo affidabile. Un partitore a resistenza fissa può illustrare perché l'impedenza della sorgente è importante, ma non può prevedere il comportamento transitorio non lineare di un MOV o la tensione presso l'apparecchiatura installata. Utilizzare le curve del produttore, i valori nominali dichiarati dell'SPD, i dati di prova applicabili e un modello che tenga conto dell'installazione.

Un'onda combinata da 6 kV/3 kA è uguale a un fulmine reale?

No. È una condizione di sorgente standardizzata utilizzata per test o valutazioni definiti. Non riproduce ogni evento di fulminazione diretto o indiretto, transitorio di commutazione, percorso di accoppiamento o installazione dell'edificio.

Un cavo dell'SPD più corto modifica la tensione di clamping propria del MOV?

Non modifica la caratteristica intrinseca del materiale del MOV. Riduce la tensione induttiva aggiuntiva associata al percorso di connessione esterno, il che può abbassare la tensione effettiva presentata all'installazione protetta.

Riferimenti tecnici

• IEC 61643-01:2024 — Requisiti generali e metodi di prova per SPD a bassa tensione
• IEC 61643-11:2025 — SPD collegati a sistemi di alimentazione a bassa tensione AC
• IEC 61643-332:2024 — Principi di selezione e applicazione per MOV
• IEEE C62.33-2016 — Metodi di prova e valori di prestazione per componenti di protezione contro le sovratensioni MOV
• IEEE C62.42.2-2022 — Applicazione di componenti di protezione contro le sovratensioni MOV
• UL Solutions — Protezione contro le sovratensioni
• NEMA Surge Protection Institute — Installazione corretta di un SPD cablato

Questo articolo spiega il comportamento di MOV/SPD a bassa tensione; non si tratta di una procedura di installazione sotto tensione o di prova in campo. La selezione finale del prodotto e l'installazione devono seguire l'esatta documentazione del prodotto, le norme applicabili, lo studio del sistema e la revisione tecnica qualificata.