PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI - Focusautomation.it

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Protezione contro le sovratensioni Criteri di prova La nuova classificazione tiene conto del fatto che gli scaricatori della classe “B” possono essere sovraccaricati in caso di sollecitazioni estreme e anche dei risultati di ricerche condotte recentemente sulle scariche da fulmini. Come risultato, per la prova di corrente per gli scaricatori della Classe I, si sono standardizzate curve di corrente di 10/350 µs per la prova. I parametri di prova si trovano fra 1 e 20 kA I peak. L’indicazione „10/350 µs” significa che la corrente impulsiva raggiunge il 90% del suo massimo dopo 10 µs per cadere poi a metà di questo valore dopo 350 µs. L’area al di sotto di questa curva corrisponde all’energia di corrente usata nella prova. Gli scaricatori della Classe II (ex scaricatori C) vengono testati, come in precedenza, con la curva di corrente 8/20 µs. La corrente impulsiva nominale di scarica per i nostri scaricatori ammonta a 75 kA per un’alimentazione a 2 poli e a 100 kA per un’alimentazione a 4 poli. Gli scaricatori della Classe III (ex scaricatori D) servono alla protezione dell’apparecchio. Per essi vale la prova con 2 generatori di corrente impulsiva ibridi a 2 Ohm con una tensione massima di carica di 0,1 kV fino a max. 20 kV, che fornisce, in caso di cortocircuito, da 0,05 kA fino a 10 kA, 8/20 µs. Tensione in % Tensione in % Tensione in % Suddivisione in classi Valori di prova Impiego Prima VDE 0675 IEC 37A Protezione scaricatore B classe I IIMP = 20 kA Protezione contro le bassa forma della curva scariche dirette da 10/350µs fulmini (alimentazione, ripartizione principale ecc.) Protezione scaricatore C classe II 1 polo Protezione di installazioni media IN = 15 kA fisse forma della curva 8/20 µs (ripartizione, ecc.) 3 o 4 poli IN = 100 kA forma della curva 8/20 µs Protezione scaricatore D classe III Uoc = 20 kV max. Protezione di dispositivi alta Is = 10 kA max. (prese ecc.) generatore ibrido Impulso di prova 8 / 20 µs Impulso di prova 10 / 350 µs Impulso di prova 1,2 / 50 µs 5
Protezione contro le sovratensioni Componenti per la protezione contro le sovratensioni Non esiste il componente perfetto che risponde pienamente e con la stessa efficienza a tutti i requisiti tecnici richiesti per la protezione contro le sovratensioni. Si usano invece diversi componenti che si differenziano uno dall’altro nel modo di operare e che si complementano. Essi hanno effetti di protezione distinti. Tempi di reazione brevissimi, elevata portata di corrente, bassa tensione residua e lunga durata non sono requisiti riunibili in un singolo componente. Nella pratica si utilizzano tre componenti principali: spinterometri (scaricatori a gas) varistori diodi soppressori Per ottimizzare la protezione contro le sovratensioni gruppi di questi tre componenti sono spesso combinati in un modulo di protezione. Spinterometri (scaricatori a gas) Il nome stesso dice tutto: le alte tensioni vengono scaricate a terra tramite uno spinterometro acceso (es. GDT-Gas Discharge Tube). La capacità di scarica degli spinterometri è molto alta, fino a100 kA. Gli spinterometri a gas sono integrati in una custodia isolante di vetro o ceramica (ossido di alluminio). Gli elettrodi degli spinterometri sono costruiti in una lega speciale. Le custodie sono sigillate a vuoto e riempite con un gas nobile come argon o neon. 6 Forma e distanziamento degli elettrodi sono tali che, tramite la tensione applicata, si ha una ripartizione della forza di campo con un valore di tensione abbastanza esatto per accendere lo spinterometro. Lo spinterometro lavora in modo bipolare. Questo valore di tensione d’accensione dipende tuttavia dalla pendenza della sovratensione applicata. La curva caratteristica per l’accensione di uno spinterometro a gas rivela che il tempo di risposta si riduce tanto più alta è la pendenza della sovratensione. La tensione d’accensione è maggiore di conseguenza. Il risultato è che con sovratensioni molto ripide la tensione d’accensione - quindi il livello di protezione - è relativamente alta e può essere ben oltre la tensione nominale dello spinterometro (ca. 600 - 800 V). Lo spegnimento problematico dello spinterometro acceso può costituire uno svantaggio. L’arco ha una tensione molto bassa e si spegne solo quando il valore scende al di sotto di questa. Pertanto, nel progettare la geometria dello spinterometro occorre prestare attenzione affinchè, utilizzando lunghe distanze e anche un raffreddamento, la tensione dell’arco rimanga la più alta possibile e quindi lo spegnimento sia relativamente veloce. Nonostante ciò si può avere una corrente residua più lunga. Questa può ricavare energia supplementare dall’alimentazione del circuito di corrente da proteggere. Una soluzione efficace è rappresentata da un collegamento in parallelo di uno spinterometro e di un fusibile rapido. Varistori I varistori impiegati nelle protezioni contro le sovratensioni (MOV-Metal Oxid Varistor) sono resistenze dipendenti dalla tensione sotto forma di dischi di ossido di metallo (ossido di zinco). Appena oltre la sua tensione nominale, la resistenza diventa così piccola, che essi risultano conduttori. La sovratensione viene così limitata mentre una corrente fluisce attraverso il varistore. Il varistore lavora in modo bipolare. I varistori hanno una capacità di scarica da media ad alta. È nell’ordine dei 40 kA - 80 kA. Il tempo di reazione è inferiore a 25 ns. La tensione residua è decisamente più bassa di quella degli spinterometri. Dal basso livello di protezione si ha una protezione migliore e nessuna corrente residua di rete dalla rete di alimentazione. Anche i varistori, però, non sono del tutto esenti da svantaggi. Va tenuto conto di fenomeni d’invecchiamento e di un valore capacitivo relativamente alto di questi componenti. A seconda della frequenza delle reazioni, con il tempo si verificano delle correnti di dispersione in seguito a guasti dei singoli elementi di resistenza. La conseguenza è un riscaldamento che può arrivare fino alla distruzione. L’alto valore capacitivo dei varistori è fonte di disturbo in circuiti di corrente con alte frequenze. Con frequenze a partire da circa 100 kHz bisogna tener conto di un’attenuazione dei segnali ed è quindi sconsigliabile l’impiego in impianti di trasmissione dati.
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