Quando si tratta di proteggere le apparecchiature e i sistemi elettrici dalle sovratensioni, è fondamentale capire le differenze tra i dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) di tipo 1, 2 e 3. Ogni tipo ha una funzione specifica nella gerarchia della protezione elettrica e la scelta di quello giusto può fare la differenza tra la salvaguardia delle apparecchiature di valore e il rischio di danni costosi. Ogni tipo ha una funzione specifica nella gerarchia della protezione elettrica e la scelta di quello giusto può fare la differenza tra la salvaguardia delle apparecchiature di valore e il rischio di danni costosi.
In questa guida completa, vi spiegheremo tutto quello che c'è da sapere sui tre tipi di dispositivi di protezione dalle sovratensioni, sulle loro applicazioni, sui requisiti di installazione e su come scegliere la protezione giusta per le vostre esigenze specifiche.
Cosa sono i dispositivi di protezione dalle sovratensioni e perché sono importanti?
I dispositivi di protezione dalle sovratensioni, spesso chiamati scaricatori o soppressori di sovratensioni, sono progettati per proteggere gli impianti e le apparecchiature elettriche da sovratensioni transitorie. Questi improvvisi picchi di tensione possono avere origine da:
- Fulmini (diretti o indiretti)
- Operazioni di commutazione della rete elettrica
- Accensione o spegnimento di grandi apparecchiature
- Interruzioni di corrente e successivo ripristino
- Incidenti elettrici
Senza un'adeguata protezione dalle sovratensioni, questi eventi transitori di tensione possono danneggiare i dispositivi elettronici sensibili, ridurre la durata delle apparecchiature, causare la perdita di dati e persino creare rischi di incendio. Secondo studi di settore, le sovratensioni causano ogni anno danni alle apparecchiature per miliardi di dollari, rendendo la protezione contro le sovratensioni un investimento essenziale per le applicazioni residenziali e commerciali.
Comprensione della gerarchia di protezione dalle sovratensioni
Prima di addentrarci nelle specifiche di ciascun tipo, è importante capire come i dispositivi di protezione dalle sovratensioni lavorano insieme in un sistema coordinato:
- DOCUP di tipo 1: La prima linea di difesa, installata all'ingresso del servizio
- DOCUP di tipo 2: La protezione secondaria, installata presso i quadri di distribuzione
- DOCUP di tipo 3: L'ultimo strato di protezione, installato in prossimità di apparecchiature sensibili.
Questo approccio a cascata alla protezione dalle sovratensioni, noto come "difesa in profondità", fornisce una protezione completa a tutto l'impianto elettrico.
Dispositivi di protezione contro le sovratensioni di tipo 1: La prima linea di difesa
Cosa sono i DOCUP di tipo 1?
I dispositivi di protezione da sovratensioni di tipo 1 sono i difensori in prima linea dell'impianto elettrico. Sono progettati specificamente per gestire le sovratensioni ad alta energia, compresi i fulmini diretti, e sono installati tra la rete di distribuzione e il quadro elettrico principale.
Caratteristiche principali dei DOCUP di tipo 1:
- Posizione di installazione: Ingresso di servizio, a monte dell'interruttore principale
- Grado di protezione dalla tensione (VPR): In genere 700-1500V
- Capacità di corrente di picco: Da 50.000 a 200.000 ampere o superiore
- Tecnologia: Di solito impiega diodi a valanga al silicio o varistori all'ossido di metallo con disconnessioni termiche.
- Standard di test: Testato con la forma d'onda impulsiva 10/350μs, che simula la caduta di un fulmine diretto.
Domande per i DOCUP di tipo 1:
- Strutture in aree a rischio di fulminazione
- Infrastrutture critiche (ospedali, centri dati, impianti industriali)
- Edifici con sistemi di protezione esterna contro i fulmini
- Luoghi con linee elettriche aeree
- Ingressi di servizio per edifici commerciali e industriali
Vantaggi dei DOCUP di tipo 1:
- Capace di gestire picchi di energia estremamente elevati
- Può essere installato sul lato di linea o di carico dell'interruttore principale.
- Non è necessaria una protezione aggiuntiva a monte
- Lunga durata anche in ambienti soggetti a sovratensione
Dispositivi di protezione contro le sovratensioni di tipo 2: Protezione a livello di distribuzione
Cosa sono i DOCUP di tipo 2?
I dispositivi di protezione da sovratensioni di tipo 2 forniscono il secondo livello di protezione e sono gli SPD più comunemente installati nelle applicazioni residenziali e commerciali. Proteggono i circuiti secondari e le apparecchiature dalle sovratensioni che sono state parzialmente attenuate dai dispositivi di tipo 1 o dalle sovratensioni a bassa energia generate all'interno dell'edificio.
Caratteristiche principali dei DOCUP di tipo 2:
- Posizione di installazione: Pannelli di distribuzione, sottopannelli o circuiti di derivazione
- Grado di protezione dalla tensione (VPR): In genere 600-1200V
- Capacità di corrente di piccoDa 20.000 a 100.000 ampere
- Tecnologia: Di solito impiega varistori a ossidi metallici (MOV) con protezione termica e da sovracorrente.
- Standard di test: Testato con la forma d'onda impulsiva 8/20μs, che simula gli effetti indiretti dei fulmini.
Domande per i DOCUP di tipo 2:
- Quadri elettrici principali di edifici commerciali
- Pannelli di derivazione in impianti industriali
- Pannelli di servizio principali residenziali
- Centri di controllo motore
- Pannelli per apparecchiature HVAC
Vantaggi dei DOCUP di tipo 2:
- Più economico dei dispositivi di tipo 1
- Adatto alle più comuni esigenze di protezione dalle sovratensioni
- Facile installazione in quadri standard
- Disponibile in varie configurazioni per diversi sistemi di tensione
- Coordinabile con dispositivi di tipo 1 e di tipo 3
Dispositivi di protezione contro le sovratensioni di tipo 3: Protezione del punto di utilizzo
Cosa sono i DOCUP di tipo 3?
I dispositivi di protezione da sovratensioni di tipo 3 forniscono l'ultimo livello di protezione a livello di apparecchiatura. Sono progettati per gestire le sovratensioni residue che possono ancora esistere dopo la protezione di tipo 1 e 2, nonché le piccole sovratensioni generate all'interno del sistema di cablaggio dell'edificio.
Caratteristiche principali dei DOCUP di tipo 3:
- Posizione di installazione: Prese di corrente, ciabatte o direttamente integrate nelle apparecchiature
- Grado di protezione dalla tensione (VPR): In genere 330-600V
- Capacità di corrente di picco: da 5.000 a 20.000 ampere
- Tecnologia: Di solito impiega MOV con componenti di filtraggio aggiuntivi.
- Standard di test: Testato con la forma d'onda impulsiva 8/20μs, con requisiti specifici per l'installazione.
- Requisiti per l'installazione: Deve essere installato ad almeno 10 metri (30 piedi) dall'ingresso del servizio.
Richieste di DOCUP di tipo 3:
- Postazioni di lavoro per computer
- Apparecchiature audio/video
- Dispositivi medici
- Attrezzature di laboratorio
- Dispositivi domestici intelligenti
- Apparecchiature di telecomunicazione
Vantaggi dei DOCUP di tipo 3:
- Fornisce protezione alle apparecchiature elettroniche sensibili
- Spesso include il filtraggio del rumore per una potenza più pulita
- Opzioni portatili disponibili per allestimenti temporanei
- Alcuni modelli offrono diagnostica e indicatori di stato
- Più conveniente per la protezione del punto di utilizzo
Tipi di SPD a confronto: Un'analisi a confronto
Per comprendere meglio le differenze tra i tre tipi di dispositivi di protezione dalle sovratensioni, ecco un'analisi comparativa:
| Caratteristica | DOCUP di tipo 1 | DOCUP di tipo 2 | DOCUP di tipo 3 |
|---|---|---|---|
| Posizione di installazione | Ingresso di servizio | Pannelli di distribuzione | Livello dell'attrezzatura |
| Posizione | Lato linea o carico dell'interruttore principale | Lato carico dell'interruttore principale | Almeno 30 piedi dall'ingresso di servizio |
| Protezione primaria contro | Fulmini diretti | Sovratensioni di commutazione, fulmini indiretti | Sovracorrenti residue, sovracorrenti interne |
| Capacità di corrente di picco | 50,000-200,000A+ | 20,000-100,000A | 5,000-20,000A |
| Forma d'onda di prova | 10/350μs | 8/20μs | 8/20μs |
| Costo tipico | Il più alto | Moderato | Il più basso |
| Dimensione | Il più grande | Medio | Il più piccolo |
| Richiede una protezione a monte | No | Sì (Tipo 1) | Sì (Tipo 1 o 2) |
| Applicazioni tipiche | Ingressi di servizio, sistemi di protezione dai fulmini | Pannelli principali, pannelli di distribuzione | Prese di corrente, collegamenti alle apparecchiature |
Come scegliere il giusto dispositivo di protezione dalle sovratensioni
La scelta della protezione da sovratensioni appropriata richiede la considerazione di diversi fattori:
1. Valutazione del rischio
- Esposizione ai fulmini: Le proprietà in aree a rischio di fulminazione dovrebbero dare priorità alla protezione di tipo 1.
- Valore dell'apparecchiatura: Le apparecchiature di valore più elevato giustificano una protezione più completa
- Operazioni critiche: I sistemi mission-critical richiedono una protezione su più livelli
- Costi di inattività: Considerare il costo dei potenziali tempi di inattività dovuti a danni da sovratensione.
2. Considerazioni tecniche
- Tensione del sistema: Adattare l'SPD alla tensione dell'impianto elettrico
- Corrente nominale di corto circuito: Assicurarsi che l'SPD sia in grado di gestire la corrente di guasto disponibile.
- Capacità di corrente di picco: I valori più alti garantiscono una migliore protezione e una maggiore durata
- Grado di protezione dalla tensione (VPR): Più basso è meglio per le apparecchiature sensibili
- Modalità di protezione: L-N, L-G, N-G, L-L (la protezione più completa comprende tutte le modalità)
3. Strategia di attuazione
Per una protezione completa, considerate un approccio coordinato:
- DOCUP di tipo 1 all'ingresso del servizio, per gestire le sovratensioni più forti.
- DOCUP di tipo 2 ai pannelli di distribuzione per proteggere i circuiti secondari
- DOCUP di tipo 3 alle apparecchiature critiche per una protezione di livello fine
Questo approccio a più livelli fornisce una protezione completa per tutto l'impianto elettrico.
Migliori pratiche di installazione
Un'installazione corretta è fondamentale per una protezione efficace dalle sovratensioni:
Installazione dell'SPD di tipo 1
- Installare il più vicino possibile all'ingresso di servizio
- Utilizzare conduttori corti e diritti (possibilmente meno di 12 pollici).
- Utilizzare fili di dimensioni adeguate (in genere 6 AWG o superiori).
- Assicurare il corretto collegamento a terra
- Seguire le specifiche di coppia del produttore
Installazione dell'SPD di tipo 2
- Installare sul lato di carico dell'interruttore principale
- Posizionamento vicino all'apparecchiatura o al pannello protetto
- Ridurre al minimo la lunghezza dei conduttori per ridurre l'impedenza
- Utilizzare un interruttore dedicato secondo le specifiche del produttore
- Installare in una posizione accessibile per l'ispezione periodica
Installazione dell'SPD di tipo 3
- Deve trovarsi ad almeno 30 piedi dall'ingresso del servizio
- Collegarsi direttamente alle apparecchiature protette, quando possibile
- Considerare modelli con indicatori di stato per un facile monitoraggio
- Sostituire secondo le raccomandazioni del produttore
- Verificare la corretta messa a terra delle apparecchiature collegate
Considerazioni su manutenzione e sostituzione
I dispositivi di protezione dalle sovratensioni non durano per sempre e richiedono un'attenzione periodica:
- Ispezione regolare: Controllare le spie (se disponibili) mensilmente
- Durata della vita: La maggior parte degli SPD ha una durata limitata e si degrada ad ogni evento di sovratensione.
- Trigger di ricambio: Sostituire dopo i principali eventi di sovratensione, quando gli indicatori mostrano la fine del ciclo di vita o secondo il programma raccomandato dal produttore.
- Documentazione: Registrare le date di installazione e gli eventuali eventi di emergenza.
- Test: Considerare il controllo periodico da parte di elettricisti qualificati per le installazioni critiche.
Standard normativi e conformità
Nella scelta dei dispositivi di protezione da sovratensioni, cercate prodotti conformi agli standard pertinenti:
- UL 1449 4a edizione: Lo standard principale per i dispositivi di protezione contro le sovratensioni in Nord America.
- IEEE C62.41: Definisce gli ambienti di sovratensione e le procedure di test
- NFPA 70 (Codice elettrico nazionale): Contiene i requisiti per l'installazione degli SPD
- IEC 61643: Norma internazionale per i dispositivi di protezione contro le sovratensioni in bassa tensione
La conformità a questi standard garantisce che i dispositivi sono stati testati e verificati per fornire la protezione che dichiarano.
I più comuni equivoci sulla protezione dalle sovratensioni
Per aiutarvi a prendere decisioni informate, affrontiamo alcuni malintesi comuni:
- Un'idea sbagliata: Un singolo limitatore di sovratensione è sufficiente per proteggere l'intero edificio.
La realtà: Un approccio coordinato con più tipologie fornisce la protezione più completa. - Un'idea sbagliata: Tutti i limitatori di sovratensione offrono la stessa protezione.
La realtà: I livelli di protezione variano significativamente tra i tipi 1, 2 e 3 e anche tra i modelli di ciascun tipo. - Un'idea sbagliata: I limitatori di sovratensione durano per sempre.
La realtà: Si degradano ad ogni evento di sovratensione e richiedono una sostituzione periodica. - Un'idea sbagliata: Un indice di joule più elevato significa sempre una protezione migliore.
La realtà: Pur essendo importanti, anche altri fattori come il tempo di risposta e la tensione di bloccaggio sono fondamentali. - Un'idea sbagliata: I limitatori di sovratensione proteggono da tutti i problemi di alimentazione.
La realtà: Proteggono da sovratensioni transitorie ma non da sovratensioni, sottotensioni o interruzioni prolungate.
Conclusione: Creare una strategia completa di protezione dalle ondate di calore
L'approccio più efficace alla protezione dalle sovratensioni combina tutti e tre i tipi di SPD in un sistema coordinato:
- Iniziare con una protezione di tipo 1 all'ingresso del servizio per gestire le sovratensioni esterne più gravi.
- Aggiungere una protezione di tipo 2 ai pannelli di distribuzione per proteggere i circuiti derivati.
- Completate la vostra protezione con dispositivi di tipo 3 in corrispondenza delle apparecchiature sensibili.
Questa strategia a più livelli offre una difesa approfondita contro le sovratensioni di qualsiasi entità e provenienza, proteggendo l'impianto elettrico dall'ingresso del servizio fino ai singoli dispositivi.
Comprendendo le differenze tra i dispositivi di protezione contro le sovratensioni di tipo 1, 2 e 3, è possibile prendere decisioni informate sulla protezione dell'impianto elettrico e delle apparecchiature di valore da sovratensioni dannose.
In caso di dubbi sulla giusta strategia di protezione dalle sovratensioni per la vostra situazione specifica, consultate un appaltatore o un ingegnere elettrico qualificato che possa valutare le vostre esigenze e consigliarvi una soluzione completa.
Domande frequenti sui dispositivi di protezione dalle sovratensioni
D: Posso installare solo un SPD di tipo 3 e saltare i tipi 1 e 2?
R: Questa soluzione non è consigliata. I dispositivi di tipo 3 sono progettati per gestire solo piccole sovratensioni residue. Senza una protezione a monte, verrebbero rapidamente sopraffatti da sovratensioni maggiori, rendendoli inefficaci o danneggiati.
D: Come faccio a sapere se il mio limitatore di sovratensione funziona ancora?
R: Molti SPD moderni sono dotati di spie luminose che indicano lo stato della protezione. Il verde di solito indica il corretto funzionamento, mentre il rosso o l'assenza di luce indicano che la protezione è stata compromessa. Alcuni modelli avanzati includono anche allarmi acustici.
D: Con quale frequenza devo sostituire i miei limitatori di sovratensione?
R: Dipende dalla frequenza e dalla gravità degli eventi di sovratensione. Come linea guida generale, si consiglia di sostituire i dispositivi di tipo 3 ogni 2-3 anni, quelli di tipo 2 ogni 5-7 anni e quelli di tipo 1 ogni 10 anni o dopo gravi eventi di fulminazione.
D: I limitatori di sovratensione più costosi valgono la spesa?
R: In genere sì, perché gli SPD di qualità superiore offrono livelli di protezione migliori, una durata di vita più lunga e funzioni aggiuntive come il monitoraggio dello stato. Per proteggere le apparecchiature di valore, l'investimento in una protezione dalle sovratensioni di qualità si ripaga generalmente da solo.
D: I limitatori di sovratensione proteggono dai fulmini?
R: Gli SPD di tipo 1 sono progettati specificamente per gestire le sovratensioni ad alta energia causate dai fulmini, ma nessun limitatore di sovratensione è in grado di fornire una protezione 100% contro la caduta diretta di un fulmine su una struttura. Il loro funzionamento è ottimale come parte di un sistema completo di protezione contro i fulmini.
