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Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) montato su quadro dipende da un sistema elettrico correttamente collegato a terra e da una connessione breve e a bassa impedenza verso la terra di protezione (PE) o il punto di messa a terra dell'apparecchiatura specificato dal produttore. Il rimedio normale non consiste nell'escludere la barra di terra del quadro per far passare un conduttore isolato verso un picchetto di terra separato. Un elettrodo non collegato, una connessione neutro-terra non autorizzata o una connessione dell'SPD eccessivamente lunga possono creare rischi elettrici e ridurre la protezione.
Quando un limitatore di sovratensione sembra inefficace, esaminare l'intero percorso di protezione: messa a terra del sistema, collegamento equipotenziale, lunghezza della connessione, modi di protezione, condizioni del dispositivo e coordinamento. Una finestra di stato verde da sola non può verificare tutti e sei i punti.
Punti di forza
- Collegare l'SPD al morsetto di terra di protezione (PE)/messa a terra dell'apparecchiatura approvato, alla barra di terra collegata o ad altro punto di collegamento esplicitamente consentito dalle istruzioni del prodotto e dalle normative vigenti.
- Non collegare mai un SPD a un picchetto di terra separato e isolato che non sia integrato con l'elettrodo di terra e il sistema di collegamento dell'edificio.
- Accorciare il intero percorso di connessione dell'SPD, inclusi linea, qualsiasi dispositivo di sezionamento o di protezione di riserva richiesto e PE—non semplicemente la distanza dal quadro al terreno.
- Mantenere il neutro e la messa a terra delle apparecchiature separati nei sottotquadri dove le norme di sistema e di installazione applicabili richiedono la separazione.
- La resistenza del terreno, la continuità, le prestazioni in caso di corrente di guasto e l'impedenza alle sovratensioni ad alta frequenza sono misurazioni diverse; nessun singolo valore di resistenza di terra dimostra che un'installazione di un SPD sia efficace.
- L'apertura di apparecchiature sotto tensione, la modifica dei conduttori di equipotenzialità, l'aggiunta di elettrodi o la correzione dei collegamenti di servizio e dei sottotquadri richiedono un elettricista qualificato.
Cosa fa realmente un limitatore di sovratensioni da quadro
Un SPD limita la tensione transitoria tra i conduttori collegati alle sue modalità di protezione dichiarate. A seconda del suo design e del sistema elettrico, tali modalità possono includere fase-neutro, fase-PE, neutro-PE o fase-fase.
Durante una sovratensione, il dispositivo fornisce un percorso di corrente temporaneo controllato e limita la differenza di potenziale che si manifesta tra i conduttori protetti. Non assorbe ogni evento di fulminazione, non previene permanentemente tutte le sovratensioni e non invia ogni sovratensione direttamente nel terreno attraverso un unico cavo dedicato.
L'obiettivo ingegneristico utile è collegamento equipotenziale: mantenere i conduttori rilevanti, i telai delle apparecchiature e le interfacce protette a un potenziale sufficientemente simile durante il transitorio. Il sistema di dispersione di terra contribuisce all'installazione complessiva, ma il percorso di collegamento locale e l'impedenza di connessione influenzano fortemente la tensione che appare sull'apparecchiatura protetta.
Per la terminologia e il funzionamento del dispositivo, vedere cos'è un dispositivo di protezione contro le sovratensioni.
Il pericoloso mito della messa a terra: “Collegare l'SPD direttamente al proprio picchetto di terra”
Un SPD fa normalmente riferimento al sistema di terra di protezione esistente e correttamente collegato dell'impianto elettrico. La documentazione del produttore determina l'esatto punto di terminazione consentito.
Istruzioni di installazione SPD di Schneider Electric mettono esplicitamente in guardia contro il collegamento del dispositivo a una terra isolata separata e descrivono il collegamento del sistema di elettrodi di terra di servizio ad altri elettrodi applicabili e componenti conduttivi dell'edificio.
La distinzione è semplice:
| Disposizione proposta | Valutazione tecnica | Azione appropriata |
|---|---|---|
| PE dell'SPD collegato tramite un conduttore corto approvato alla barra di terra collegata del quadro | Tipicamente la disposizione prevista quando le istruzioni del prodotto, la topologia del sistema e le normative lo consentono. | Verificare la continuità, l'instradamento dei conduttori, i morsetti e i requisiti del produttore. |
| SPD collegato a un dispersore isolato senza alcun collegamento di equipotenzialità al sistema di messa a terra dell'edificio | Pericoloso: riferimenti separati possono sviluppare tensioni differenti durante guasti o sovratensioni. | Non utilizzare; far valutare la conformità del collegamento equipotenziale e della messa a terra da un elettricista qualificato. |
| Elettrodo aggiuntivo integrato nel sistema di dispersori di terra dell'edificio | Può essere appropriato se progettato e collegato in conformità alle normative locali. | Trattarlo come un progetto di messa a terra dell'intero impianto, non come un sostituto del collegamento PE specificato per l'SPD. |
| SPD collegato a una tubazione metallica casuale, alla superficie di un quadro o a un elemento strutturale | Non sicuro a meno che tale punto non sia verificato come una terminazione approvata, continua e adeguatamente collegata a terra. | Utilizzare il punto di messa a terra specificato dal produttore o un'alternativa conforme verificata. |
| Neutro dell'SPD collegato al PE in un sottoquadro a valle | Può violare la separazione richiesta tra neutro e terra e introdurre percorsi di corrente indesiderati. | Non aggiungere o spostare un collegamento tra neutro e terra; far revisionare la topologia da un professionista. |
La presenza di più elettrodi non è intrinsecamente errata. Il problema è costituito da elettrodi non collegati tra loro e con riferimenti separati. Un sistema di elettrodi di terra progettato correttamente può contenere più elettrodi interconnessi mantenendo al contempo il riferimento di collegamento comune richiesto.
Un SPD necessita di un conduttore di terra dedicato?
Necessita del collegamento di messa a terra o equipotenziale specificato dal produttore. Alcuni dispositivi dispongono di un conduttore o morsetto PE dedicato; altri si collegano tramite una disposizione del quadro integrata e approvata.
“Dedicato” descrive il collegamento previsto per il dispositivo, non l'autorizzazione a bypassare il sistema di collegamento equipotenziale dell'edificio, a installare un picchetto indipendente o a creare un collegamento neutro-terra separato.
Perché la lunghezza dei conduttori può aumentare la tensione passante
Il livello di protezione della tensione dichiarato di un SPD viene stabilito sul dispositivo in condizioni di prova definite. La tensione installata presso l'apparecchiatura protetta può essere superiore poiché la corrente di sovratensione che attraversa i conduttori di collegamento produce un'ulteriore caduta di tensione.
La relazione che governa il fenomeno è:
Tensione transitoria aggiuntiva ≈ induttanza del conduttore × velocità di variazione della corrente di sovratensione
ΔU ≈ L × di/dtQuesta è una relazione concettuale, non una previsione universale. La geometria effettiva del conduttore, la forma d'onda della sovratensione, la distribuzione della corrente, l'accoppiamento, la modalità di collegamento e la disposizione dell'installazione determinano il risultato.
Schneider Electric spiega che collegamenti più lunghi dell'SPD aumentano la caduta di tensione induttiva e raccomanda il percorso più breve possibile senza curve non necessarie. Le FAQ tecniche sugli SPD di DEHN discutono un criterio di percorso di collegamento totale di 0,5 m in un particolare contesto di livello di protezione. Tale valore deve essere interpretato con le istruzioni del prodotto applicabili, il quadro di installazione, la progettazione del sistema e la resistenza dell'apparecchiatura protetta, non come un limite legale universale per ogni SPD in tutto il mondo.
Misurare il percorso di collegamento completo
Il percorso importante è quello tra i conduttori protetti, l'SPD, qualsiasi dispositivo di disconnessione esterna o protezione di backup richiesto e il morsetto PE approvato.
Linea o bus protetto → dispositivo di backup richiesto → SPD → morsetto PE collegatoUn cavo di messa a terra corto da solo non compensa un conduttore di fase lungo. Al contrario, un lungo conduttore dell'elettrodo di messa a terra dell'edificio non significa automaticamente che un SPD del quadro debba bypassare la sua barra di messa a terra collegata localmente.
I miglioramenti pratici del layout includono il posizionamento dell'SPD vicino alla sbarra protetta e al morsetto di PE appropriato, evitando anelli non necessari, seguendo metodi di instradamento approvati e selezionando apparecchiature compatibili con il quadro quando disponibili. La sezione dei conduttori, la coppia di serraggio dei morsetti, la protezione meccanica, l'uso di canaline e la spaziatura devono seguire le regole del produttore e le normative di installazione locali. Non esiste un divieto universale sulle canaline metalliche né una regola universale di separazione di 12 pollici per tutti i conduttori dell'SPD.
Per la procedura completa di instradamento dei conduttori e di installazione, vedere il guida al cablaggio e all'installazione degli SPD.
Quadro principale vs. sottotquadro: dove devono essere collegati il neutro e la terra
La relazione consentita tra neutro e terra di protezione dipende dal tipo di alimentazione, dall'equipaggiamento di servizio, dalla topologia di messa a terra e dalle normative locali.
In molte installazioni nordamericane, il collegamento di equipotenzialità principale avviene presso l'equipaggiamento di servizio o in un'altra posizione esplicitamente consentita dalle norme applicabili. I sottotquadri a valle mantengono generalmente barre del neutro isolate e barre di messa a terra delle apparecchiature collegate separatamente.
Un SPD installato su un sottotquadro non deve essere utilizzato per creare un collegamento aggiuntivo tra neutro e terra. Seguire il relativo schema elettrico e identificare quali conduttori corrispondono alle modalità di protezione dichiarate. Un dispositivo può contenere una modalità di protezione N-PE senza autorizzare un ponticello permanente esterno tra neutro e terra.
Per le installazioni basate su IEC, la connessione corretta dipende anche dal sistema di messa a terra:
| Configurazione del sistema | Implicazioni della messa a terra dell'SPD | Cosa richiede verifica |
|---|---|---|
| TN-S | Il neutro e il PE sono conduttori separati nel punto di installazione dell'SPD. | Corrette modalità di protezione, continuità del PE e assenza di collegamenti N-PE non autorizzati. |
| TN-CS | È presente un conduttore PEN combinato a monte, con separazione nel punto progettato. | Corretto lato di installazione della separazione del PEN e conformità con l'effettiva configurazione di rete. |
| TT | L'impianto utilizza il proprio sistema di dispersori di terra come parte del sistema di protezione progettato. | Configurazione SPD idonea, comportamento N-PE, coordinamento del dispositivo a corrente residua e norme di installazione applicabili. |
| IT, non messo a terra o messo a terra tramite resistenza | Il comportamento fase-terra e le condizioni di guasto differiscono dai sistemi messi a terra direttamente. | Idoneità dell'SPD specificamente dichiarata per la topologia effettiva e per le possibili sovratensioni temporanee. |
L'elettrodo locale di un'installazione TT è parte del suo sistema di messa a terra progettato. È non permesso collegare un SPD a un elettrodo separato e isolato al di fuori del sistema di collegamento equipotenziale richiesto dall'installazione.
Cinque controlli per un sospetto problema di messa a terra dell'SPD
1. Verificare lo stato del dispositivo senza aprire l'apparecchiatura sotto tensione
Cercare la finestra di stato definita dal produttore, il contatto di allarme, il display o il messaggio di monitoraggio dove sia visibile in sicurezza. Un indicatore guasto, un modulo mancante, un dispositivo di protezione associato scattato, un involucro danneggiato, uno scolorimento dovuto al calore o un odore di bruciato richiedono una valutazione professionale.
Non interpretare un indicatore verde come prova che il sistema di messa a terra, la geometria di connessione o la selezione del dispositivo siano corretti. L'indicatore generalmente segnala una condizione specifica del dispositivo, non l'integrità dell'intera installazione.
Per la sostituzione e l'invecchiamento, vedere durata utile dell'SPD industriale e invecchiamento del MOV.
2. Tracciare il riferimento di equipotenzialità previsto
Un elettricista qualificato dovrebbe confermare che il morsetto PE dell'SPD sia collegato a un punto di equipotenzialità approvato e che il quadro pertinente, i telai delle apparecchiature, le interfacce di servizio e il sistema dell'elettrodo di terra seguano la progettazione di messa a terra ed equipotenzialità applicabile.
Ispezionare per verificare la presenza di connessioni allentate o danneggiate, corrosione, ponticelli di equipotenzialità mancanti, condivisione di morsetti non approvata e connessioni accidentali a parti metalliche isolate. L'aspetto visivo da solo non può stabilire la continuità elettrica.
3. Valutare l'intera geometria di connessione dell'SPD
Identificare il collegamento della linea protetta, il dispositivo di protezione esterno richiesto, i morsetti dell'SPD e il ritorno PE. Valutare la lunghezza totale del collegamento, le curve non necessarie, i loop e la disposizione del quadro rispetto alle istruzioni del prodotto e alla guida all'installazione applicabile.
Se la disposizione esistente è insolitamente lunga, potrebbero essere preferibili lo spostamento, un terminale di collegamento alternativo approvato, un SPD più adatto e compatibile con il quadro o un dispositivo a valle coordinato aggiuntivo. Non modificare autonomamente il percorso dei conduttori sotto tensione né alterare il collegamento di protezione.
4. Abbinare l'SPD al sistema elettrico effettivo
Verificare la tensione di sistema, la configurazione di messa a terra, le modalità di protezione, la tensione massima di funzionamento continuo, il livello di protezione di tensione, la corrente di guasto presunta e il fusibile o l'interruttore automatico esterno richiesto.
Un SPD progettato per un sistema con messa a terra solida potrebbe non essere adatto per un sistema senza messa a terra o con messa a terra tramite resistenza. Documentazione di installazione di Schneider distingue specificamente le configurazioni di messa a terra quando si determina l'idoneità del dispositivo.
Utilizzo come leggere una scheda tecnica di un SPD per la verifica specifica del modello e il confronto tra SPD di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 quando la classificazione o la posizione di installazione non sono chiare.
5. Verificare altri percorsi di ingresso e il coordinamento
I conduttori di alimentazione, Ethernet, coassiali, di strumentazione e inter-edificio possono introdurre diversi percorsi di sovratensione. Laddove sia necessaria una protezione, tali interfacce devono fare riferimento al sistema di collegamento equipotenziale coordinato dell'installazione, utilizzando protettori idonei alla funzione del proprio circuito.
Un SPD di potenza per quadro non sostituisce un SPD per linee di segnale correttamente selezionato. Allo stesso modo, un dispositivo nel punto di utilizzo deve essere coordinato con la protezione a monte e installato in conformità con la propria omologazione, le istruzioni e le norme di mercato, non in base a una distanza di separazione universalmente presunta.
Per le interfacce dati e di controllo, utilizzare la guida alla selezione dei protettori da sovratensione per segnali.
La resistenza di terra determina il funzionamento di un SPD?
La resistenza dell'elettrodo di terra può essere importante per la progettazione dell'intero impianto e deve soddisfare le normative applicabili, lo schema di protezione e i requisiti ingegneristici. Tuttavia, una misurazione della resistenza del terreno non stabilisce di per sé un'efficace protezione dalle sovratensioni.
DEHN afferma che non è richiesto universalmente alcun valore specifico di resistenza di terra per la messa a terra degli SPD e sottolinea l'importanza del collegamento equipotenziale. Evitare affermazioni come “ogni SPD richiede meno di 5 ohm” o “25 ohm garantiscono la protezione” a meno che uno specifico progetto, giurisdizione, produttore o sistema ingegnerizzato non imponga esplicitamente tale criterio.
Le domande pertinenti sono altre:
- Il sistema di messa a terra di protezione e di collegamento equipotenziale è conforme e continuo?
- L'SPD è collegato in un punto approvato?
- Le interfacce protette sono riferite al sistema di collegamento equipotenziale coordinato?
- Il collegamento è sufficientemente corto per il livello di protezione installato richiesto?
- Il dispositivo è appropriato per la topologia del sistema e per la corrente di guasto disponibile?
- È necessaria una protezione a valle aggiuntiva per le apparecchiature sensibili?
Quando fermarsi e chiamare un elettricista qualificato
Non aprire apparecchiature di servizio sotto tensione, rimuovere coperture, installare un picchetto di terra, scollegare un conduttore di terra, spostare un collegamento neutro-terra o testare morsetti sotto tensione a meno di non essere qualificati e autorizzati.
Richiedere una valutazione professionale immediata in presenza di odore di bruciato, surriscaldamento visibile, conduttori danneggiati, un elettrodo non collegato a terra, collegamenti neutro-terra inspiegabili, un indicatore di SPD guasto, danni ricorrenti alle apparecchiature o incertezza sulla topologia di messa a terra effettiva.
Fornire all'elettricista il modello di SPD, la posizione di installazione, il tipo di quadro, la tensione di sistema, la disposizione di messa a terra nota, l'indicazione di stato e i dettagli dell'apparecchiatura interessata. Richiedere la conferma dello schema elettrico del produttore, del punto di collegamento approvato, del percorso di connessione totale, della protezione di backup, della compatibilità con la corrente di guasto e di qualsiasi protezione coordinata a valle necessaria.
Un efficace protettore da sovratensioni per quadri non è definito dal pezzo di terreno più vicino. È definito da un SPD correttamente selezionato e collegato attraverso un percorso sicuro, breve e verificato verso l'impianto di sistema di protezione comune e correttamente collegato a terra.