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Un dispositivo di protezione da sovratensioni (SPD) limita la sovratensione transitoria deviando la corrente di sovratensione attraverso un percorso di protezione controllato. La maggior parte degli SPD di potenza a bassa tensione rimane in uno stato di standby ad alta impedenza durante il normale funzionamento e diventa conduttiva durante una sovratensione, riducendo lo stress di tensione che raggiunge le apparecchiature a valle.
Un SPD non fa scomparire una sovratensione e non sostituisce un interruttore automatico, una corretta messa a terra ed equipotenzialità, o un sistema di protezione contro i fulmini esterno. È un livello coordinato in un sistema elettrico di protezione.
Se state valutando i prodotti invece di apprendere il principio di funzionamento, consultate la gamma di dispositivi di protezione contro le sovratensioni VIOX per applicazioni AC, DC e fotovoltaiche.
Cosa significa SPD nei sistemi elettrici?
SPD sta per Surge Protective Device (Dispositivo di Protezione contro le Sovratensioni). Questo è il termine utilizzato negli standard elettrici, nelle specifiche tecniche, negli schemi dei quadri e nelle schede tecnica dei prodotti. “Surge protector” è un'espressione quotidiana più ampia, mentre SPD è il termine ingegneristico più preciso per un dispositivo progettato per limitare la sovratensione transitoria e condurre la corrente di sovratensione.
La parola transitorio è importante. Un SPD risponde ai disturbi di tensione di breve durata. Non è progettato per regolare un'alimentazione che rimane continuamente troppo alta o troppo bassa.
Per i lettori che necessitano solo dell'acronimo e della terminologia, vedere Acronimo SPD in ambito elettrico.
Cosa fa un SPD—e cosa non fa?
Il modo più semplice per comprendere un SPD è separare la sua funzione dalle funzioni di protezione adiacenti.
| Funzione di protezione | Cosa gestisce | Ciò che non sostituisce |
|---|---|---|
| Dispositivo di protezione contro le sovratensioni | Sovratensione transitoria di breve durata e relativa corrente di scarica | Interruttore automatico, messa a terra, collegamento equipotenziale, regolazione della tensione o protezione completa contro i fulmini |
| Interruttore automatico o fusibile | Sovracorrente prolungata e guasti da cortocircuito | Limitazione della tensione transitoria |
| Sistema di messa a terra e collegamento equipotenziale | Potenziale di riferimento, percorso della corrente di guasto e collegamento equipotenziale | Un dispositivo che limita la tensione transitoria ai morsetti dell'apparecchiatura |
| Regolatore di tensione o protettore automatico di tensione | Sovratensione, sottotensione o variazione di tensione di durata maggiore, a seconda del dispositivo | Deviazione rapida della corrente di sovratensione |
| Sistema di protezione contro i fulmini esterno | Intercettazione e conduzione della corrente diretta del fulmine all'esterno o attraverso la struttura | Coordinamento interno delle sovratensioni in ingresso nei circuiti di alimentazione e di segnale |
Un SPD può supportare la protezione contro i fulmini limitando le sovratensioni condotte e indotte, ma un SPD da solo non costituisce un sistema completo di protezione contro i fulmini. Allo stesso modo, un interruttore automatico può fornire la protezione di backup richiesta per un SPD, ma i due dispositivi svolgono funzioni diverse.
Come funziona un SPD?
La maggior parte degli SPD per sistemi elettrici a bassa tensione sono collegati in parallelo al circuito che proteggono. In condizioni di tensione normale, gli elementi di limitazione della sovratensione rimangono non conduttivi o presentano un'impedenza molto elevata. Quando la tensione aumenta rapidamente al di sopra della soglia operativa del dispositivo, tali elementi cambiano stato e forniscono un percorso a bassa impedenza per la corrente di sovratensione.
La sequenza operativa può essere semplificata in cinque fasi:
- Funzionamento normale: La tensione del sistema rimane entro l'intervallo operativo continuo dell'SPD, pertanto il percorso di protezione rimane in standby.
- Inizio del transitorio: L'influenza dei fulmini, le manovre di commutazione, l'eliminazione di un guasto o un altro disturbo producono un rapido aumento di tensione.
- L'SPD cambia impedenza: Un componente a limitazione di tensione o a commutazione di tensione diventa conduttivo.
- La corrente di sovratensione segue il percorso di protezione: La corrente viene deviata tra i conduttori definiti dalla configurazione dell'SPD, riducendo lo stress di tensione sulle apparecchiature a valle.
- L'SPD si ripristina o si scollega: Dopo l'evento, un SPD ancora efficiente torna in standby. Se un elemento di protezione ha raggiunto una condizione di non sicurezza, un sezionatore interno può isolarlo e modificare l'indicazione di stato.
Questa risposta viene spesso descritta come bloccaggio, ma non ogni SPD utilizza la stessa tecnologia interna o modalità di risposta.
Tecnologie comuni di limitazione delle sovratensioni
| Tecnologia | Comportamento tipico | Utilizzo comune | Limite importante |
|---|---|---|---|
| Varistore a ossido metallico (MOV) | Diventa sempre più conduttivo all'aumentare della tensione | SPD per alimentazione AC e DC | Lo stress accumulato dalle sovratensioni può degradare l'elemento, pertanto la disconnessione termica e l'indicazione di stato sono importanti |
| Scaricatore a gas (GDT) | Commuta in uno stato di scarica conduttivo dopo l'innesco | Protezione di potenza, telecomunicazioni e segnale | Il comportamento della corrente di seguito e il coordinamento dipendono dal design |
| Diodo soppressore di tensione transitoria (TVS) | Fornisce un bloccaggio rapido a valanga | Elettronica sensibile e circuiti di segnale a bassa tensione | Generalmente si rivolge a circuiti a energia inferiore rispetto agli SPD di potenza principale |
La corretta combinazione di componenti dipende dal sistema, dalla modalità di protezione, dal carico energetico, dal requisito di tensione residua e dallo standard di prodotto applicabile. La sola tecnologia dei componenti non costituisce un metodo di selezione completo.
Dove va la corrente di sovratensione?
È comune dire che un SPD “invia la sovratensione a terra”, ma tale descrizione è incompleta. Un SPD limita la tensione tra i conduttori collegati alle sue modalità di protezione. A seconda del sistema elettrico e della topologia dell'SPD, tali modalità possono includere:
- fase verso neutro (L–N)
- fase verso terra di protezione (L–PE)
- neutro verso terra di protezione (N–PE)
- fase verso fase (L–L)
- positivo DC verso negativo DC (DC+–DC−)
- un conduttore DC verso terra di protezione
La corrente di sovratensione segue il percorso di protezione e collegamento equipotenziale disponibile. Ecco perché la disposizione della messa a terra, la modalità di protezione, l'instradamento dei conduttori e la topologia dell'SPD influenzano le prestazioni reali. Un SPD tecnicamente valido può comunque fornire una protezione scarsa se il suo percorso di connessione aggiunge un'impedenza eccessiva durante una sovratensione rapida.
Cosa causa le sovratensioni transitorie?
Una sovratensione transitoria è un rapido aumento di tensione di breve durata al di sopra del normale livello operativo. Può entrare attraverso un circuito di alimentazione, una stringa fotovoltaica, un cavo di comunicazione, una linea di sensori o un altro percorso conduttivo.
| Fonte | Meccanismo tipico | Sistemi comunemente esposti |
|---|---|---|
| Influenza dei fulmini | Accoppiamento diretto, tensione indotta o corrente di sovratensione condotta | Forniture di rete, linee di alimentazione esterne, impianti FV, linee di telecomunicazione e segnale |
| Commutazione di rete e distribuzione | Commutazione di trasformatori, commutazione di banchi di condensatori, eliminazione di guasti o riconfigurazione della rete | Distribuzione principale e quadri a valle |
| Commutazione di carichi induttivi | Interruzione rapida di corrente in motori, bobine di contattore, solenoidi o altri carichi induttivi | Quadri di controllo industriali e sistemi di automazione |
| Commutazione di elettronica di potenza | Fronti di commutazione rapidi e interazioni tra convertitori, azionamenti, inverter, sistemi UPS e caricabatterie | Sistemi industriali, energia rinnovabile, ricarica EV e infrastrutture dati |
Queste fonti non creano forme d'onda o livelli di energia identici. La selezione dell'SPD dipende pertanto da dove il dispositivo è installato e dall'ambiente di sovratensione che si prevede debba affrontare.
SPD di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3: una breve guida
I tipi di SPD descrivono i ruoli di protezione testati secondo una norma applicabile. Non devono essere considerati come semplici gradi di qualità.
| Tipo di SPD | Funzione di protezione generale | Contesto di installazione comune | Valori nominali comunemente esaminati |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 | Gestisce il carico di corrente da fulmine laddove sia prevedibile una corrente di fulmine parziale | Ingresso di servizio o confine di protezione contro i fulmini | Iimp e la relativa forma d'onda di prova, oltre al coordinamento di tensione e cortocircuito |
| Tipo 2 | Fornisce protezione a livello di distribuzione contro gli effetti residui dei fulmini e le sovratensioni di manovra | Quadri di distribuzione principale o secondaria e quadri di controllo | In, Imax, Up, Uc/MCOV e requisiti di coordinamento |
| Tipo 3 | Fornisce una protezione fine a valle o a livello dell'apparecchiatura | Vicino ad apparecchiature sensibili, coordinato con gli SPD a monte | Prestazioni dell'onda combinata, livello di protezione e condizioni di installazione |
| Tipo 1+2 | Combina le funzioni testate di Tipo 1 e Tipo 2 in un unico prodotto | Punti di distribuzione principale che richiedono entrambe le funzioni | Iimp insieme alle relative specifiche di Tipo 2 |
Le designazioni di tipo IEC e UL devono essere interpretate all'interno dei rispettivi standard e marcature di prodotto; non costituiscono una tabella di conversione universale uno a uno. Per un confronto dettagliato su posizione, forma d'onda e coordinamento, vedere SPD di Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3.
Quali valori nominali dell'SPD sono importanti?
L'etichetta frontale può mostrare diversi valori di tensione e corrente. Ognuno risponde a una diversa domanda tecnica.
| Valore nominale o elemento | Domanda a cui risponde |
|---|---|
| Uc / MCOV | L'SPD può rimanere collegato in modo continuo alla tensione di sistema e alla configurazione di messa a terra effettive? |
| Up / VPR | Quale tensione residua o tensione passante è associata alle condizioni di prova definite? La terminologia dipende dallo standard applicabile. |
| In | Per quale corrente nominale di scarica è stato testato l'SPD? |
| Imax | Qual è il valore massimo di corrente di scarica di tipo 2 dichiarato secondo il metodo di prova applicabile? |
| Improvvisazione | L'SPD è progettato e testato per il servizio di corrente di fulmine di Tipo 1? |
| Coordinamento contro il cortocircuito | L'installazione dell'SPD è idonea per la corrente di guasto disponibile e per la protezione di backup richiesta? |
| Modalità di protezione e topologia | Quali coppie di conduttori sono protette e la disposizione corrisponde al sistema di messa a terra? |
| Indicazione di stato | Come può il personale di manutenzione identificare un modulo scollegato o a fine vita? |
Un valore di kA più elevato non è automaticamente una scelta migliore. Un SPD con un'impressionante corrente nominale può comunque risultare inadatto se la sua tensione operativa continua, il livello di protezione, la topologia, il coordinamento contro il cortocircuito o il percorso di installazione sono errati.
Utilizzo Come leggere una scheda tecnica di un SPD per il flusso di lavoro completo delle specifiche. Le guide dedicate su Uc e Up e In rispetto a Imax spiegare queste coppie di valori nominali in modo più dettagliato.
Gli SPD per AC, DC, PV e segnale non sono intercambiabili
“SPD” descrive una funzione di protezione, non un prodotto universale. Il comportamento in tensione, il sistema di isolamento, le condizioni di guasto, le modalità di protezione e il quadro normativo di prova variano a seconda delle applicazioni.
| Applicazione | Domanda principale prima della selezione | Prossima risorsa VIOX |
|---|---|---|
| Distribuzione in bassa tensione in corrente alternata (AC) | Qual è la tensione del sistema, il tipo di collegamento a terra, il punto di installazione e il tipo di SPD richiesto? | Famiglia di prodotti SPD VIOX |
| Circuiti DC FV | Quali sono la tensione FV massima, la topologia DC, l'esposizione ai fulmini e la posizione dell'inverter/combiner? | Come scegliere un SPD per un sistema di energia solare |
| Sistemi EV, a batteria e industriali DC | Quali classi di tensione DC, ambiente di guasto, disposizione dell'isolamento e limiti dell'apparecchiatura si applicano? | Guida ai dispositivi di protezione contro le sovratensioni in corrente continua |
| Linee di telecomunicazione, dati e controllo | Quali tensioni di segnale, interfacce, larghezze di banda, schermature e disposizioni di messa a terra devono essere preservate? | Guida alla selezione dei limitatori di sovratensione (SPD) per segnali |
Utilizzare un SPD AC su un circuito DC FV semplicemente perché entrambi i prodotti mostrano un valore di kA simile non è una sostituzione valida. I requisiti di tensione e di prova specifici dell'applicazione devono essere verificati dalla scheda tecnica e dallo standard applicabile.
Dove viene installato un SPD?
Gli SPD possono essere installati all'ingresso del servizio, nel quadro di distribuzione principale, nel quadro di distribuzione secondario, nel pannello di controllo, al limite dell'apparecchiatura, nell'interfaccia del combinatore fotovoltaico o dell'inverter, oppure nel punto di ingresso del segnale. La posizione corretta dipende dall'esposizione, dall'architettura del sistema, dal percorso dei cavi, dalla sensibilità dell'apparecchiatura e dal coordinamento con la protezione a monte e a valle.
L'installazione è parte integrante delle prestazioni dell'SPD. I conduttori di collegamento devono seguire lo schema del produttore ed essere posati in modo da ridurre al minimo la lunghezza non necessaria, i loop e l'impedenza condivisa. I fusibili di backup o gli interruttori automatici, ove richiesti, devono seguire le istruzioni del prodotto e le condizioni di corrente di guasto disponibili.
Per la strategia di posizionamento, utilizzare Dove installare gli SPD in un quadro elettrico. Per la questione distinta del collegamento dell'interruttore automatico e della protezione di backup, vedere Un SPD può essere collegato a un interruttore automatico esistente?.
Come passare da “Cos'è un SPD?” alla corretta decisione ingegneristica
Una volta chiarito il principio di funzionamento, utilizzare la domanda che corrisponde al proprio compito successivo:
| La tua prossima domanda | Utilizza questa pagina |
|---|---|
| Quale tipo dovrebbe essere installato in ogni stadio di protezione? | SPD di Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3 |
| Come devono essere interpretati l'etichetta e la scheda tecnica? | Come leggere una scheda tecnica di un SPD |
| In che modo un SPD differisce da uno scaricatore di sovratensione? | SPD vs scaricatore di sovratensione |
| Dove dovrebbe essere posizionato l'SPD in un sistema di quadri elettrici? | Dove installare gli SPD |
| Quali errori possono compromettere l'installazione? | Errori di installazione degli SPD e soluzioni |
| Quali famiglie di prodotti AC, DC o PV sono disponibili? | Dispositivi di protezione contro le sovratensioni VIOX |
Il passo successivo corretto non è scegliere il valore di corrente più elevato. È definire il sistema elettrico, il punto di installazione, l'esposizione, le apparecchiature protette, la norma applicabile e le modalità di protezione richieste prima di confrontare le caratteristiche nominali dei prodotti.