Catalogo OVR QuickSafe Low

Buildings that are modular, eco-friendly and evolve over time. This is best done with ABB Building Solutions for efficient and intelligent spaces.

— System pro M compact® Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini con la tecnologia QuickSafe®

— Le sovratensioni rappresentano la principale causa di guasto dei dispositivi elettronici e delle attività produttive. ABB sa come proteggerli.

— System pro M compact® Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini con la tecnologia QuickSafe®

Panorama Una gamma per scegliere la giusta protezione

4 6

Un po’ di storia

Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini L’esperienza di ABB

Cause delle sovratensioni transitorie

10 12 13

Origini delle sovratensioni - Scariche atmosferiche

Generalità sui fulmini

Origini delle sovratensioni transitorie - Manovre elettriche di distribuzione Installazioni di protezione - Sicurezza a fine vita... e quando si verifica

16 17 18 20 22 24 26 28 30 31 34 35 36 37 38

Generalità sugli SPD - Terminologia degli scaricatori Norme di riferimento - CEI 64-8 - Variante 5

Norme di riferimento - CEI EN 61643

Norme di riferimento - CEI EN 62305 - L’analisi del rischio Norme di riferimento - CEI EN 62305 - Zone di protezione Selezione dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni

Tecnologia QuickSafe® Protezione di backup

Installazione e collegamento di SPD in un quadro elettrico Esempio di quadro elettrico protetto con soluzioni ABB contro le sovratensioni

Modi di protezione

Principi di coordinamento e cablaggio

Tabelle di coordinamento SPD e lunghezza minima dei cavi

Schemi di collegamento generali

Selezione della protezione in funzione del quadro e del sistema di messa terra Rete TNC - 230/400V 39 Rete TNC e TNS - 230/400V 40 Rete TT - 230/400V 41 Rete senza neutro IT - 230V 42 Strumento di selezione: Reti TNC, TNS-TT - 230/400V 43

Dispositivi OVR per la protezione contro le sovratensioni Guida di scelta rapida

46 48 53 66 74 78 84

Tabelle di selezione

Scaricatori di sovratensioni OVR Tipo 1-2

Scaricatori di sovratensioni OVR Tipo 2 QuickSafe Scaricatori di sovratensioni OVR Tipo 2-3 QuickSafe Scaricatori di sovratensioni OVR PV Quicksafe

Accessori

Schemi e dimensioni Schemi di collegamento Dimensioni di ingombro

86 88

SOLUZIONI PER LA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI E I FULMINI 2CSC 432 014 D0902

— Panorama una gamma per scegliere la giusta protezione

Dispositivi di protezione contro i fulmini Tipo 1-2 all'ingresso principale

Dispositivi OVR Tipo 2 per la protezione contro le sovratensioni

Soluzioni di protezione specifica contro le sovratensioni OVR PV

– Protezione contro le sovratensioni e i fulmini (da LPZ 0 a LPZ 1 e 2) – Protezione dell'installazione contro la fulminazione diretta – Corrente di scarica a impulsi (I imp ) da 12,5 a 100 kA. Gli edifici esposti alla fulminazione diretta saranno protetti con SPD Tipo 1-2. Con una elevata capacità della corrente di scarica a impulsi (I imp ), sono posizionati all'ingresso dell'impianto elettrico allo scopo di evitare danni alle apparecchiature od al quadro elettrico principale. Gli edifici contro i fulmini, tramite una protezione esterna, (ad esempio un sistema di LPS), devono avere almeno un SPD Tipo 1 nel quadro di distribuzione principale.

– Protezione contro le sovracorrenti transitorie (LPZ 1 a 2...) – Installazione di un quadro di distribuzione secondario – Maggiore durata delle apparecchiature sensibili. La maggior parte delle apparecchiature sopporta le sovratensioni transitorie. Generate dalle fulminazioni indirette o dagli ambienti industriali, queste sovratensioni transitorie deteriorano e riducono drasticamente la durata delle apparecchiature sensibili come i computer. Posizionati nei quadri di distribuzione secondaria dell’installazione, il più vicini possibile all’apparecchiatura da proteggere, offrono protezione affidabile e sicura contro le sovratensioni.

– SPD dedicati alle applicazioni solari – Protezione contro le sovratensioni e i fulmini da LPZ 0 a LPZ 2 – Risparmio sui costi grazie all’eliminazione dei tempi di fermo delle installazioni. A causa della loro elevata esposizione ai fulmini gli impianti di generazione fotovoltaica richiedono una protezione dedicata contro fulmini e sovratensioni che prenda in considerazione le rispettive specificità, le elevate tensioni c.c. per il solare. Una gamma di scaricatori dedicati garantisce la massima protezione in funzione delle caratteristiche specifiche di ogni impianto, fino a 1500V c.c..

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— Un po’ di storia l’evoluzione della protezione da sovratensioni ABB

1862 1960

1980

1989 1990

1999

1999 2000

2001

2004

1980 Primo SPD

2001 Entrelec® viene acquisita da ABB. Soulé & Hélita diventano gli esperti della protezione contro i fulmini in bassa

1999 Divisa tra attività a bassa, media e alta

su guida DIN con varistore

all’ossido metallico (MOV).

tensione. Attività di vendita non-core di Soulé.

tensione del gruppo ABB.

1960 Primo SPD di Soulé realizzato in carburo di silicio.

1990 SPD con disconnessione termica e indicazione di fine ciclo di vita.

2000 Soulé viene acquisita da Entrelec®.

1862 François Soulé crea l'azienda Soulé.

1989 Soulé acquisisce

1999 Nuovo design Wavy e versione fase + neutro.

2004 Prima tecnologia dello spinterometro Tipo 1. A marchio ABB.

Hélita per offrire una soluzione completa per la protezione contro i fulmini e le sovratensioni.

2009 2010

2014

2015 2015

2015

2020 2021

2022

2023

2014 Lancio del dispositivo OVR per l’illuminazione stradale.

2015 Lancio SPD autoprotetto

2022 SPD con tecnologia digitale

2010 Lancio della gamma

2015 SPD specifico per applicazioni eoliche

2021 Introduzione di SPD di tipo 2 specifico per applicazioni fotovoltaiche

System Pro M Compact® con

sistema di riserva di sicurezza opzionale. Prodotto esclusivo sul mercato.

2009 SPD autoprotetto con MCB e fusibile.

2015 Lancio di QuickSafe®

2020 SPD combinato, tipo 1+2 specifico per

2023 Lancio di SPD combinati T1-2

applicazioni fotovoltaiche

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini L’esperienza di ABB

ABB sta mettendo a frutto la sua competenza tecnologica maturata nel corso degli ultimi decenni per lo sviluppo di apparecchi di protezione dalle sovratensioni e dai fulmini nello stabilimento di Bagnères-de-Bigorre, situato nella regione degli Alti Pirenei (sud ovest della Francia)

Il laboratorio ABB è dotato di generatori che consentono di provare in condizioni reali le conseguenze sia di una fulminazione diretta (forma d’onda impulsiva 10/350 μs) sia di una fulminazione indiretta (forma d’onda impulsiva 8/20 μs). Grazie ad un’ampia gamma di prodotti, ABB e in grado di offrire soluzioni idonee a proteggere le reti di potenza, quelle in bassa tensione e quelle di telecomunicazione.

I seminari organizzati presso i centri di formazione di ABB sono predisposti in maniera tale da soddisfare le esigenze di tutti i professionisti: studi di progettazione, architetti, distributori, installatori, staff di vendita. I corsi combinano aspetti teorici e pratici e trattano un’ampia gamma di argomenti, quali, ad esempio, la protezione contro la fulminazione diretta, la protezione contro le sovratensioni e la compatibilita elettromagnetica.

Il laboratorio ABB è in grado di gestire prove sugli SPD in c.a. secondo CEI EN 61643-11 (2011) ed SPD PV secondo EN 50539-11 (2013).

Generatori di fulmini ad alta potenza

Forme d’onda normalizzate da 8/20 µs e da 10/350 µs. Corrente di scossa massima di 100 kA per le due onde, sovrapposte sulla rete elettrica. Energia immagazzinata 800 kJ.

Generatore da 200 kV

Onda normalizzata da 1,2/50 µs Tensioni massima 200 kV Energia immagazzinata 10 kJ. Onda normalizzata 8/20 - 1,2/50 µs Massima tensione 30kV Massima corrente 15kA Energia immagazzinata 5 kJ.

Combinazione generatore di onde

Prove elettriche Test climatici

275 V, 18 000 A e 440 V, 10 000 A prova di cortocircuito c.a. 1500 V, 1000 A prova di cortocircuito c.c.

Prove di invecchiamento e caldo umido.

Telecamera ad alta velocità

Fino a 120.000 fotogrammi/s

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Cause delle sovratensioni transitorie

Le sovratensioni rappresentano la principale causa di guasto dei dispositivi elettronici e di interruzione dell’attività produttiva. Le sovratensioni più pericolose sono causate da fulmini, dalle manovre di commutazione sulla rete elettrica o dalle interferenze parassite.

L’uso in sistemi elettronici di apparecchiature sempre più sensibili, con l’interconnessione e la complessità delle reti, aumentano la probabilità dei danni causati dalle sovratensioni transitorie.

Allo stesso tempo, è opportuno sottolineare le seguenti tendenze: I sistemi elettronici sono sempre piu diffusi, anche in ambito domestico: computer, reti informatiche,

Oggi, in tutti i settori (residenziale, commerciale e industriale) sono utilizzate apparecchiature elettroniche, sistemi informatici, sistemi di automazione e di controllo alimentati dalla rete di distribuzione dell’energia elettrica. Un guasto ad uno di questi sistemi , originato da una sovratensione, può avere conseguenze catastrofiche. Perdita di operatività, di servizio, dei dati e della produttività implicano, nella maggior parte dei casi, gravi perdite che sono di gran lunga superiori ai costi delle apparecchiature per la protezione contro le sovratensioni.

apparecchiature per le telecomunicazioni, ecc.

Incidenze e danni da sovratensione sono di importanza fondamentale in un mondo in cui sono aumentate drasticamente le applicazioni che affidano il loro funzionamento alle reti di distribuzione elettrica ed ai sistemi informatici. Le apparecchiature elettroniche sono sempre piu sensibili. Con il processo di miniaturizzazione dei circuiti e dei componenti, le moderne apparecchiature sono soggette piu che in passato ad essere danneggiate dalle sovratensioni. Le reti di distribuzione e di telecomunicazione sono sempre piu interconnesse e complesse. Nelle citta molto popolate, gli effetti indotti dalle scariche elettriche da fulminazione sono devastanti, in quanto si possono propagare per diversi chilometri. La protezione dalle sovratensioni rappresenta, quindi, un fattore d’importanza fondamentale.

Effetto delle sovratensioni transitorie

Sovratensione: 61% (Fulminazione diretta ed indiretta e manovre di commutazione)

Difetto della rete, sovratensione temporanea a 50 Hz (TOV): 15%

Danni alle apparecchiature elettriche. Analisi condotta in Francia sul segmento residenziale da AVIVA, una delle maggiori

Cortocircuito: 6%

compagnie di assicurazioni (www.aviva.com)

Altre cause (dolo): 6%

Non identificata: 12%

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Origine delle sovratensioni - Scariche atmosferiche

Fulminazione diretta su LPS

(sistema esterno di protezione contro le scariche)

Fulminazione diretta su linea aerea entrante nell'edificio

Sovratensioni transitorie dovute agli effetti della fulminazione diretta Quando un fulmine colpisce direttamente il tetto di un edificio dotato di un sistema di protezione contro i fulmini (LPS) o una linea elettrica, la corrente del fulmine si disperde a terra attraverso i dispersori, le linee di alimentazione ed i servizi. La resistenza del sistema di messa a terra, nel disperdere la corrente del fulmine, provoca un aumento della tensione del conduttore di protezione di terra (PE) fino a diverse migliaia di volt (effetto ohmico). D’altra parte, il potenziale dei conduttori attivi rimane 230 V per le fasi e zero per il neutro (potenziale remoto del trasformatore). Le apparecchiature elettriche collegate tra la rete di alimentazione e la terra possono perdere isolamento ed attraverso esse fluisce parte della corrente del fulmine, con risultato il loro danneggiamento.

Fulmine vicino a una linea aerea

Fulmine vicino a un edificio

Sovracorrenti transitorie dovute agli effetti dei fulmini indiretti Le sovratensioni transitorie possono inoltre essere l'effetto di un fulmine indiretto vicino all'edificio o alle linee esterne collegate all'edificio. In tal caso, il campo elettromagnetico creato alla corrente del fulmine genererà accoppiamenti resistivi e induttivi. Di conseguenza, questi possono causare sovratensioni e quindi gravi malfunzionamenti o danni.

Sovracorrenti transitorie dovute a manovre elettriche sul sistema di distribuzione Le sovratensioni di commutazione sono meno potenti e distruttive rispetto alle sovratensioni transitorie causate dai fulmini. Tuttavia, si verificano molto più frequentemente, causando l'invecchiamento prematuro delle apparecchiature. Queste sovratensioni possono infatti determinare gravi danni alle apparecchiature e devono essere contrastate in modo efficace al fine di evitare costosi tempi di fermo e di manutenzione.

— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Generalità sui fulmini

La sollecitazione causata da un fulmine sulla rete rappresenta quasi sempre il parametro più importante nella scelta di un SPD (Surge Protective Device).

Intensità dei fulmini diretti L’Istituto francese Meteorage ha condotto una serie di misure dell’intensità di oltre 5,4 milioni di fulmini in Francia nell’arco di dieci anni, dal 1995 al 2013. La curva seguente riepiloga la frequenza cumulativa dei fulmini rispetto alla loro intensità, secondo i risultati di questa vasta campagna di misurazione. – L’1,35% dei fulmini è superiore a 100 kA – Lo 0,38% dei fulmini è superiore a 150 kA – Lo 0,14% dei fulmini è superiore a 200 kA – Lo 0,057% dei fulmini èn superiore a 250 kA

Si tratta di valori rilevati in Francia, tuttavia l’intensità dei fulmini non ha correlazione con la posizione geografica ed eseguendo la stessa analisi in altri paesi si otterrebbero risultati equivalenti. Tuttavia, ciò che caratterizza ciascuna area geografica è il valore della densità per area geografica Ng (descritta alla pagina seguente).

Frequenza cumulativa

La frequenza cumulativa dei fulmini - positiva e negativa - rispetto alla loro intensità. Dati forniti da Meteorage (www.meteorage.fr) registrato sul territorio francese.

100%

80%

Il 40% dei fulmini è superiore a 20 kA (ad es. il 60% dei fulmini è inferiore a 20 kA)

60%

40%

Il 5% dei fulmini è superiore a 60 kA (ad es. il 95% dei fulmini è inferiore a 60 kA)

20%

5% 0%

100

120

140

160

180

200

Intensità dei fulmini

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Generalità sui fulmini

Densità di fulminazione per area geografica Ng Il valore Ng rappresenta il numero di fulmini per metro quadrato per anno, fino a poco tempo fa il documento di riferimento era la CEI 81-3 che è stato abrogato il 30-06-2014. Oggi il CEI dispone di una serie di dati più recentie rilevati da parte del CESI in oltre 10 anni di rilevamenti. Il CEI rende disponibili questi dati attraverso una applicazione on-line che si chiama CEI PoDIS. La nuova applicazione fornisce il valore di Ng in maniera semplice e immediata, è sufficiente inserire i valori di latitudine e longitudine del punto in cui si sta realizzando la struttura.

Densità di fulminazione annuale

1,5 fulmini per km 2 /anno

2,5 fulmini per km 2 /anno

4 fulmini per km 2 /anno

— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Origini delle sovratensioni transitorie - Manovre elettriche sulla rete di distribuzione

La commutazione di interruttori, trasformatori, motori e in generale di carichi induttivi o l'improvvisa modifica dei carichi provocano repentine variazioni di corrente (di/dt) che generano picchi transitori della tensione. Hanno un minor contenuto energetico rispetto alle sovratensioni transitorie causate dai fulmini, ma

sono molto più frequenti e sono potenzialmente più dannose poiché sono generate direttamente dalla rete di alimentazione. La loro breve durata, il rapido fronte di salita e il valore di picco (che può raggiungere diversi kV) determina la prematura usura delle apparecchiature elettroniche.

i = 0

i = 1

U (V)

Commutazione di interruttori 1 - Circuito chiuso 2 - Apertura del circuito

Ordine di grandezza delle perturbazioni.

Rappresentazione dei diversi disturbi sulla rete di alimentazione elettrica A - Armoniche B - Microinterruzioni C - Sovratensioni transitorie da commutazione

t (ms)

Durata del fenomeno temporaneo > 200 ms

Durata del fenomeno transitorio < 1 ms

D - Fulminazione indiretta D - Fulminazione diretta

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Installazioni di protezione - Sicurezza a fine vita... e quando si verifica

Una questione statistica • La durata di un SPD dipende dalla sua

In media un SPD Tipo 2 con I n di 20kA ha una durata di venti anni, ma alcuni possono arrivare a trenta, altri solo a cinque. I dati si riferiscono alla frequenza dei fulmini secondo le norme CEI EN 62305, alle prove di durata degli SPD secondo CEI EN 61643-11 e a basilari nozioni di statistica.

robustezza abbinata alla corrente di scarica nominale I n , ma anche dal numero di volte in cui un fulmine cade in prossimità dell'impianto ogni anno • In media un SPD con I n di 20kA raggiungerà la fine del ciclo di vita dopo venti anni • Dato il gran numero di SPD installati, le statistiche indicano che il raggiungimento della fine del ciclo di vita a parte di un SPD è tutt'altro che improbabile; alcuni SPD (prematuri) possono raggiungere la fine del ciclo i vita nei primi anni di funzionamento del sistema...

Prematura

Di lunga durata

Prematura

Di lunga durata

Le cartucce di ricambio consentono di rinnovare la

protezione contro le sovratensioni quando una di esse arriva in fine vita.

Durata prevista dell'SPD

Cosa succede a ciascun SPD installato nel corso degli anni?

Primi anni di vita Primi anni di vita

20 anni di vita 20 anni di vita

Oltre 20 anni di vita Oltre 20 anni di vita

— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Generalità sugli SPD Terminologia degli scaricatori

I n : corrente di scarica nominale per la classe di prova II Valore di picco della corrente di scarica con forma d’onda da 8/20 µs che l’SPD di Classe 2 è in grado di scaricare almeno 20 volte consecutive senza deteriorarsi. Perché è importante I n Per norma, uno scaricatore con I n di almeno 5 kA può essere installato in qualsiasi impianto, anche in zone ad alta frequenza di fulminazione. Tuttavia, è meglio non risparmiare su I n : più è alta, infatti, maggiore sarà la durata in anni dello scaricatore. I max : corrente di scarica massima per la classe di prova II Valore di picco della corrente massima di scarica con forma d’onda da 8/20 µs che un SPD di Classe 2 è in grado di tollerare almeno una volta. I max è, in genere, molto superiore a I n . Perché è importante I max La differenza tra I max e I n indica quanto lo scaricatore lavorerà, in condizioni nominali, vicino alle sue condizioni limite. Più alta è I max , a parità di I n , più lo scaricatore lavora in sicurezza, lontano dalle sue prestazioni estreme. I imp : corrente di scarica impulsiva per la classe di prova I Valore di picco di una corrente di scarica che può circolare nell’SPD con forma d’onda normalizzata 10/350 µs U n : tensione nominale Tensione nominale della rete in corrente alternata tra fase e neutro (valore RMS c.a.). U c : tensione massima continuativa Tensione massima verso terra che lo scaricatore è in grado di sopportare permanentemente senza intervenire né deteriorarsi. U T : resistenza alle sovratensioni temporanee Tensione di prova applicata per una durata specificata ad un SPD per simulare la sollecitazione in condizioni di U TOV . Valore dichiarato dal costruttore per il quale l’SPD , per la durata specificata, non subisce danneggiamenti tali da causare pericoli per le persone o apparecchiature.

U TOV : Sovratensione temporanea della rete Sovratensione alla frequenza di rete, di relativamente lunga durata, che si verifica in un punto della rete. (es. manovre sulla rete, guasti, distacco improvviso di carichi).

N g : densità di fulminazione Espressa come numero di fulmini a terra per km² e per anno.

Modo di protezione Modo comune (MC): protezione tra i conduttori attivi (fasi e neutro) e la terra. Modo differenziale (MD): protezione tra i conduttori attivi. I f : corrente susseguente Corrente, fornita dal sistema di alimentazione elettrica, che fluisce attraverso l’SPD a seguito di una corrente impulsiva. I fi : valore nominale d’interruzione della corrente susseguente Corrente di cortocircuito presunta che un SPD è in grado di interrompere da solo. U p : livello di protezione in tensione Caratterizza la capacità dello scaricatore di limitare la tensione tra i suoi morsetti in presenza di una sovratensione impulsiva; il valore del livello di protezione, selezionato da un elenco di valori preferenziali, è maggiore della più elevata tensione residua misurata nelle classi di prova I o II. Livello di protezione U p e tensione residua Ures La tensione residua U res è il valore della tensione ai morsetti dello scaricatore quando è soggetto al passaggio di una scarica elettrica. Per ogni valore di corrente impulsiva o di scarica esiste un valore di U res . L’unico valore valido sia dal punto di vista progettuale che per la scelta dello scaricatore è U p , il livello di protezione. Il valore U p è ottenuto facendo fluire una scarica di corrente I imp (per la Classe 1) o I n (per la Classe 2). Altri valori di tensione residue non hanno nessun valore progettuale e non possono essere utilizzati come parametro di scelta dello scaricatore. U W : tenuta all’impulso delle apparecchiature I livelli di tolleranza delle apparecchiature alle sovratensioni impulsive sono classificati secondo 4 categorie, conformemente alle IEC 60364-4-44, IEC 60664-1, IEC 60730-1.

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Norme di riferimento - CEI 64-8 - Variante 5 Scelta semplificata per la protezione contro le sovratensioni

Cos’è? Oggi la nuova Variante 5 della Norma CEI 64-8, in assenza di una valutazione di rischio fornisce un metodo molto semplice per la scelta, il dimensionamento e l’installazione degli SPD

Quale scegliere?

Per scegliere la tipologia di SPD la norma prevede una soluzione facile e veloce. Una soluzione più specifica

è data dal calcolo di dimensionamento

Quando?

SPD Tipo 1

SPD Tipo 2

“Obbligatorietà” o “Dovere” di protezione quando le possibili conseguenze influiscono sulla vita umana: • Servizi pubblici e patrimonio culturale • Attività commerciali o industriali • Edifici pubblici con alta densità di persone • Quando l’analisi semplificata lo richiede • Quando la valutazione di rischio non viene effettuata • Quando nelle singole unità abitative, il valore

Soluzione smart: Se l’edificio è protetto da un parafulmine Calcolo di dimensionamento: Se corrente di impulso 12,5 kA per polo e 50 kA tra N e terra

Soluzione smart: Sì, se l’edificio NON è protetto da un parafulmine Calcolo di dimensionamento: Sì, corrente di scarica 5 kA per polo e 20 kA tra N e terra

dell’impianto elettrico supera di 5 volte il costo dell’SPD

Distanza?

Distanze per semplificazione calcolo di rischio

Installazione

Distanza fra SPD e apparecchiature sensibili da proteggere

Definisce come standard che la lunghezza delle linee elettriche esterne (aeree o interrate) fino ad ingresso impianto sia di un 1 km

<10 m È sufficiente che il livello di protezione della tensione sia inferiore alla tenuta della tensione nominale di queste apparecchiature

>10 m

La soluzione più semplice che consente di azzerare la caduta di tensione ai capi degli SPD è il collegamento “entra-esci” dei conduttori attivi

Fra conduttore attivo “L” e conduttore di protezione “PE” < 50 cm >50 cm: necessaria ulteriore protezione

Si inserisce un SPD aggiuntivo vicino alle apparecchiature oppure, scelgo un livello di protezione della tensione non superiore al 50% della tensione nominale da proteggere

Gli SPD attualmente adottati sono quelli “a tecnologia combinata” che condensano i vantaggi degli SPD basati su spinterometri e SPD a varistori. Le soluzioni si basano su schemi 1+1 o 3+1

RCD

SPD

SPD SPD

SPD

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Norme di riferimento - CEI EN 61643

Quali sono le novità della norma IEC/EN 61643-11:2012? • La nuova procedura di test che prende in considerazione il comportamento di guasto dell’apparecchiatura di protezione in caso di sovraccarico o di fine vita. • Il test del ciclo operativo del Tipo 1 viene condotto con una corrente superiore rispetto a quella specificata nella norma precedente. • Il riconoscimento di tipi misti, come Tipo 1-2 e Tipo 2-3, consente di certificare il prodotto con più di una categoria.

La norma CEI EN 61643-11 rappresenta lo standard per i dispositivi di protezione in bassa tensione contro le sovratensioni. Queste norme esistono dagli anni novanta e le varie edizioni hanno introdotto dei miglioramenti. Nell’ultima versione, ai fini della valutazione della sicurezza, vengono prese in considerazione non solo le prestazioni del prodotto, ma anche le sollecitazioni.

In termini di prestazioni, la nuova edizione riconosce la possibilità di testare e certificare un SPD in diverse categorie , opzione non considerata nelle precedenti edizioni. Per certificare un SPD nella categoria Tipo 1 e Tipo 2, è necessario eseguire due diversi test per convalidare le caratteristiche di ciascun tipo. Finora la sicurezza dell'SPD è stata verificata riproducendo situazioni che rappresentano le condizioni operative del dispositivo, come, ad esempio, il test di cortocircuito o il test di sovratensione temporanea. Secondo la nuova edizione della norma, vengono eseguiti nuovi test che riproducono l'interruzione di potenziale del conduttore neutro e le diverse modalità del fine ciclo di vita dell'SPD . Questi due test supplementari sono un vantaggio concreto per la gestione della sicurezza e garantiscono all'utente finale che l'installazione non subirà sollecitazioni in caso di fine del ciclo di vita dell'SPD. La nuova gamma QuickSafe® è stata espressamente sviluppata per rispondere a questi nuovi requisiti. Tutto ciò riduce la sollecitazione sul dispositivo di protezione di backup.

La nuova tecnologia QuickSafe® consente la conformità con i test del fine ciclo di vita grazie a un sistema di disconnessione interno brevettato che disconnette il circuito interno prima che i componenti interni (MOV) vadano in cortocircuito. Il vantaggio per il cliente consiste nel fatto che il prodotto è autoprotetto fino a valori di corrente più elevati e questo consente di installare apparecchi di protezione di backup con una corrente nominale più alta , in quanto intervengono solo nei rari casi di cortocircuito coincidente con il fine del ciclo di vita dell'SPD (ciò si verifica quando ad esempio l'SPD riceve una corrente superiore rispetto al valore I max ). La tabella a pagina 18 indica la corrente nominale di backup massima del fusibile o dell'interruttore magnetotermico per garantire il coordinamento. Questa nuova tecnologia consente anche di aumentare la tenuta alla corrente di cortocircuito prevista nel punto di installazione fino a Isccr = 100 kA con una protezione di backup di 125 A (per OVR T2 QS e OVR T2-T3 QS) e 160 A (per OVR T1-T2 QS e OVR T2 QS).

30 mA

Disconnessione termica – Temperature misurate nel punto di disconnessione del MOV

110

100

25 mA

20 mA

15 mA

0 5 10 15 20 10 mA

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10

Tempo (minuti)

Livello di corrente

pro M (non QuickSafe®)

Quicksafe®

In questa tabella si possono osservare due diverse curve che rappresentano il comportamento della gamma precedente (curva blu) e la nuova gamma QuickSafe® (curva rossa), per lo stesso livello di corrente (la linea verde rappresenta l’evoluzione della corrente di prova nel tempo, come specificato dalla norma CEI EN 61643-11). • Queste curve rappresentano l’AUMENTO di temperatura che il MOV subisce quando viene sottoposto al ciclo di prova.

• Come indicato dalle frecce nere, il tempo per garantire la disconnessione per lo stesso livello di corrente è stato ridotto di 6 minuti. • A garanzia di una maggior sicurezza, come indicato dalla frecce arancioni, la temperatura massima raggiunta necessaria a garantire la disconnessione è inferiore, ed è passata da 108 °C a 76 °C.

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Norme di riferimento - CEI EN 62305 - L’analisi del rischio

L’analisi del rischio, ai sensi della Norma CEI 81/10 (IEC 62305), garantisce secondo la legislazione italiana (D.M. 22 gennaio 2008, n. 37), il rispetto della regola d’arte.

Sorgenti di danno

Danni

Fulminazione diretta, indiretta...

Sovratensioni, scariche...

La normativa internazionale IEC 62305, in vigore da aprile 2006, fornisce tutti gli elementi per la valutazione del rischio cui una struttura è soggetta e per la selezione delle misure idonee alla protezione contro i fulmini degli edifici, degli impianti, delle persone al loro interno e dei servizi connessi agli edifici stessi. Il processo di valutazione inizia con l’analisi della struttura da proteggere: tipologia e dimensioni dell’edificio, destinazione d’uso, numero e tipologia dei servizi entranti, caratteristiche dell’ambiente circostante e fattori meteorologici.

Si definiscono, quindi, le perdite che la struttura può subire, facendo riferimento a quattro diversi tipi di perdita: L1: perdita di vite umane Numero di morti l’anno, riferito al numero totale di persone esposte al rischio L2: perdita di servizi pubblici essenziali Prodotto del numero di utenti non serviti per la durata annua del disservizio, riferito al numero totale di utenti serviti l’anno L3: perdita patrimonio culturale insostituibile Valore annuo dei beni perduti, riferito al valore totale dei beni esposti al rischio L4: perdita di valore puramente economico La valutazione del danno tollerabile è un puro confronto costi/benefici Ad ogni tipo di perdita è associato uno specifico rischio R: R1 è il rischio di perdita di vite umane; R2 è il rischio perdita dei servizi pubblici essenziali; R3 è il rischio di perdita di patrimonio culturale; R4 è il rischio di perdita economica.

Rischio minore del rischio accettabile: protezione non obbligatoria

Perdita

Componenti di rischio

Rischio maggiore del rischio accettabile: inserimento protezione

Perdita di patrimonio culturale, ...

Rischio di perdita di patrimonio culturale, ...

Scelta di protezioni per ridurre i rischi

Ciascun tipo di rischio può essere espresso in funzione delle sue diverse componenti relative alle cause di guasto (danni alle persone, per tensioni di passo e di contatto; danni materiali, per incendio, esplosione, ecc.; danni agli impianti elettrici, per sovratensioni) e delle sorgenti del danno (fulminazioni dirette della struttura o delle linee esterne, fulminazioni indirette in prossimità della struttura o delle linee esterne). Per ognuno dei primi tre rischi R1, R2, R3), è definito un valore massimo tollerabile RT: se il valore è maggiore di quello tollerabile, la struttura deve essere protetta mediante idonee misure

L’analisi del rischio è il primo passo verso la protezione dell’impianto elettrico dalle sovratensioni, deve essere eseguita dal progettista elettrico per ogni impianto. Ad esempio, l’installazione di un SPD di tipo 1 con l imp =25kA per polo all’origine di un impianto trifase + neutro permette di abbattere la componente di rischio RB (rischio di incendio dovuto alla fulminazione diretta della struttura), così come un SPD di Tipo 2 con l n =20kA abbatte la componente di rischio RM (rischio legato alle sovratensioni indotte da un fulmine caduto nei pressi della struttura).

(impianto di protezione contro i fulmini, equipotenzializzazione, scaricatori di

sovratensione). Per la quarta componente di rischio (R4), la protezione è sempre facoltativa; è consigliata se il bilancio economico costi/ benefici è favorevole. Qualora l’analisi di rischio comporti la necessità di proteggere la struttura, la normativa fornisce anche i criteri di selezione degli scaricatori di sovratensione idonei ad abbattere le specifiche componenti di rischio riducendole a valori inferiori ai rispettivi rischi accettabili.

SOLUZIONI PER LA PROTEZIONE CONTRO LE SOVRATENSIONI E I FULMINI 2CSC 432 014 D0902

— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Norme di riferimento - CEI EN 62305 - Zone di protezione

La norma CEI EN 62305 introduce il concetto di zone di protezione contro i fulmini LPZ (Lighting Protection Zones) per facilitare la scelta del tipo di protezione corretto. Questo concetto garantisce la riduzione graduale del LEMP (impulso elettromagnetico del fulmine). Questa logica di coordinamento nella protezione viene definita “protezione graduale”.

10/350 10/350

90% 90% 50% 50%

10% 10%

10 10

350 350

µs µs

Impulso di corrente: Le forma d'onda normalizzate 10/350 e 8/20 vengono utilizzate nei test degli SPD di Classe I e Classe II. Il primo numero indica il tempo di salita dell'impulso di corrente fino a raggiungere il 90% del livello di picco, mentre il secondo numero indica il tempo per metà del valore in microsecondi (μs).

8/20 8/20

90% 90% 50% 50%

10% 10%

8 20 8 20

µs µs

Descrizione delle zone protette contro i fulmini (CEI EN 62305-4): Consiste nel dividere un edificio in più volumi: le zone di protezione. L'obiettivo è garantire che le zone LPZ offrano protezione sufficiente agli apparecchi sensibili presenti al loro interno. A tale scopo, gli SPD vengono installati al confine delle zone di protezione. Ogni volta che si installa un SPD, viene creata una nuova zona di protezione.

LPZ 0A

Raggio della sfera rotolante

LPZ 0B

Antenna

LPZ 1

LPZ 2

Linee di potenza

LPZ 3

Linee di comunicazione

Zone esterne: LPZ 0A : zona all’aperto, non protetta dall’LPS esterno, in cui gli elementi presenti, essendo esposti alle scariche atmosferiche dirette devono sopportare la corrente complessiva generata da esse e sono sottoposti al totale campo magnetico; LPZ 0B : zona contenuta nel volume protetto dall’LPS esterno, per cui e assicurata la protezione dalla fulminazione diretta, ma il pericolo deriva dall’esposizione totale al campo magnetico;

Zone interne: Zone interne all'edificio protette contro la fulminazione diretta. LPZ 1 : zona interna alla struttura, in cui gli oggetti non sono esposti alle scariche atmosferiche dirette e nella quale le correnti indotte sono minori in confronto alla zona 0A. E caratterizzata dalla presenza delle schermature e dall’installazione di idonei SPD sulle linee entranti;

LPZ 2, LPZ n : zone in cui si ha un’ulteriore schermatura e presenza di ulteriori SPD, sia ai confini delle diverse zone, sia a protezione delle utenze terminali, che consentono una riduzione delle correnti indotte, in relazione alle esigenze delle apparecchiature da proteggere.

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Selezione dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni

Livello di protezione e tensione di tenuta a impulsi Il livello di protezione ( U p ) dell'SPD sarà scelto in funzione delle apparecchiature da proteggere. Ciascuna apparecchiatura è classificata con una tensione di tenuta a impulsi ( U w ) in base alla propria categoria di appartenenza. Un'apparecchiatura è protetta se il valore U w è maggiore della sovratensione transitoria tra i conduttori sotto tensione e la terra (modalità comune). In caso contrario, è necessario installare un SPD.

L’SPD protegge l’apparecchiatura se il livello di protezione effettivo U p/f , che tiene conto in particolare delle cadute di tensione sui collegamenti dell’SPD, calcolato in base alla corrente nominale (I n ), è uguale o inferiore alla tensione di tenuta a impulsi dell’apparecchiatura: U p/f ≤ U w La norma CEI 64-8-443.22 definisce le categorie di tenuta ad impulso (categorie di sovratensione), come descritto nella tabella seguente:

U n

Categorie*

Esempi

230/400 V 400/690 V

Apparecchiature con circuiti elettronici particolarmente sensibili: Tutto ciò che viene collegato ad una presa mediante un trasformatore d’isolamento. (workstation, computer, TV, HiFi, video, allarmi, ecc.)

1500 V

2500 V

Tutto ciò che è collegato alle prese 230/400 V (Apparecchiature elettriche domestiche con programmatori meccanici, strumenti portatili, ecc.)

2500 V

4000 V

Tutto ciò che fa parte dell’impiano elettrico a valle del primo sezionatore dopo il punto di consegna (Apparecchiature soggette a requisiti speciali. Pannelli di distribuzione, sezionatori, interruttori, ecc)

III

4000 V

6000 V

Apparecchiatura per l'uso all'origine dell'installazione. Contatori di elettricità, interruttori, ecc.

6000 V

8000 V

* IEC 60664-1

Selezione dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni La scelta della tipologia dell'SPD dipende dal rischio di sovratensione e fulminazione, determinato dall'analisi del rischio secondo CEI EN 62305-2. Se esiste un rischio di fulminazione diretto sulla struttura, sarà necessario installare un SPD Tipo 1-2 all'ingresso dell'impianto elettrico (quadro elettrico generale) ed SPD Tipo 2 e 3 nei quadri di distribuzione secondaria, il più vicino possibile all'apparecchiatura da proteggere.

Se non esiste un rischio diretto sulla struttura (nessuna protezione esterna, nessuna linea aerea collegata), è consigliabile, in ogni caso, installare un SPD Tipo 2 all'ingresso dell'impianto elettrico (quadro generale) e se presenti, nei quadri di distribuzione secondaria. Un SPD Tipo 1-2 sarà selezionato in base alle caratteristiche della corrente impulsiva massima (I imp ) e un SPD Tipo 2 in base alle caratteristiche della corrente nominale (I n ) oltre che al livello di protezione U p .

1 Fulmine su un

terminale aereo esterno o sull'edificio 2 Fulmine vicino a un edificio 3 Fulmine su una linea aerea collegata all'edificio 4 Fulmine vicino a una linea aerea

LPL I: 200 kA

Apparecchiature sensibili

Alimentazione di servizio collegata

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Tecnologia QuickSafe®

Per evitare la fuga termica, è stata aggiunta una disconnessione termica che rileva l'aumento della temperatura e aprirà il circuito.

In caso di fine vita, nei varistori tradizionali a ossido di metallo (MOV - Metal Oxide Varistor), la corrente che fluice attraverso il MOV aumenta progressivamente creando una rapido incremento della temperatura. Questo fenomeno viene definito fuga termica, e danneggia il MOV fino a portarlo in cortocircuito.

La disconnessione QuickSafe® viene saldata direttamente sulla superficie del MOV per consentire il veloce rilevamento dell'aumento di temperatura e reagirà aprendo il circuito quando la temperatura raggiunge livelli considerati pericolosi per l'installazione. La disconnessione è garantita da un braccio metallico collegato a una molla per una disconnessione rapida. Questo fenomeno si verifica in media solo dopo numerosi interventi di protezione contro le sovratensioni. Generalmente nelle manutenzioni ordinarie degli impianti, grazie all'indicazione visiva del raggiugimento del fine vita, le cartucce degli scaricatori vengono sostituite prima che avvenga la disconnessione. La tecnologia Quicksafe, combinata con l'indicazione preventiva del fine vita, rappresentano il sistema di protezione dalle sovratensioni più avanzato.

2 Pochi secondi dopo, il MOV raggiunge una temperatura sufficientemente elevata da fondere la lega metallica speciale che garantisce il contatto e la posizione meccanica del braccio metallico. Questo rilascia il braccio metallico che viene spinto dalla molla della giunzione.

3 La tensione nella molla è sufficiente a sollevare rapidamente il braccio e garantire l'isolamento del MOV. La velocità di questo movimento è una funzione chiave per interrompere l'arco elettrico che comparirà tra il nucleo del MOV e il braccio metallico. Questo movimento combinato con le caratteristiche del MOV garantirà l'estinzione completa dell'arco.

4 Alla fine di questo

1 Qui il sistema di disconnessione è in

movimento il braccio meccanico si fermerà evitando il rischio di sviluppo di un nuovo arco elettrico. In questo momento il MOV non ha subito fughe termiche, quindi non è in cortocircuito. La distanza tra l'elettrodo del MOV e il braccio metallico garantisce una tensione di isolamento superiore a 6000 V, evitando ogni rischio per l'impianto elettrico.

posizione di chiuso. Durante il test di simulazione del fine ciclo di vita dell'SPD, il dispositivo deve essere in grado di sopportare una tensione elevata che forza il passaggio della corrente attraverso il dispositivo. In questo esempio, la corrente passante è di 10 A.

Caratteristiche tecniche del contatto ausiliario integrato – Tipo di contatti: Normalmente aperto (NA) / Normalmente chiuso (NC) – Min tensione/corrente di funzionamento: 12 V c.c. - 10 mA – Max tensione/corrente di funzionamento: 250 V c.a. - 1 A – Sezione connessione: 1,5 mm²

SPD standard con indicatore di fine vita

Sistema di riserva di sicurezza con indicatore di fine vita

Normale

Fine ciclo di vita

Normale

In riserva

Fine ciclo di vita

NOTA: Un dispositivo per la protezione contro le sovratensione in fine vita non interrompe la continuità del servizio (se cablato, in modo che la priorità viene assegnata alla continuità del servizio), ma viene semplicemente disconnesso.

Indicatore di fine vita del dispositivo di protezione contro le sovratensioni Presente su tutte le versioni, segnala lo stato dell'SPD tramite un indicatore meccanico che cambia da verde a rosso quando il dispositivo raggiunge il fine vita. Quando questo si verifica, il dispositivo deve essere sostituito perché non è più in grado di garantire le sue prestazioni. Sistema di riserva di sicurezza (versioni “s”) Se la sovratensione temporanea supera la capacità massima del dispositivo, uno dei MOV potrebbe raggiungere la fine vita, l’SPD passerà alla posizione “riserva di sicurezza” e l’indicatore di fine vita meccanica sul lato frontale del prodotto assumerà la posizione centrale. Di conseguenza, l’utente può vedere in anticipo che le funzioni di protezione dell’SPD sono deteriorate, ma continuano ad essere garantite e ha più tempo per sostituire la cartuccia perché nella posizione “riserva di sicurezza” la protezionè è ancora assicurata grazie al sistema di disconnessione a 2 fasi. Gli scaricatori dotati del contatto ausiliario remoto (TS) permettono di gestire a distanza la segnalazione di quando lo scaricatore entra in modalità “Safety Reserve”. La combinazione del contatto ausiliario (TS) e del sistema di riserva di sicurezza permette di eseguire la manutenzione preventiva, poiché le informazioni sul deterioramento delle funzioni di protezione saranno ricevute mentre la protezione è ancora garantita, consentendo di definire il piano degli interventi di manutenzione mentre l’impianto è ancora protetto.

NOTA: Le cartucce degli SPD sono dotate di un sistema (cartucce del neutro diverse dalle cartucce di fase) che impedisce operazioni non corrette durante la sostituzione.

Cartucce estraibili Per sostituire una o più cartucce usurate non è necessario isolare il circuito elettrico né rimuovere i cavi.

Dispositivi di protezione contro le sovratensioni dotati di contatto

ausiliario opzionale

Contatto ausiliario (TS) Questa funzione permette di controllare in remoto lo stato operativo del dispositivo di protezione contro le sovratensioni. Per i prodotti standard, il TS cambia stato quando la cartuccia deve essere sostituita e la protezione non è più garantita. Sui prodotti dotati di sistemi di riserva di sicurezza indica che un componente della cartuccia è in riserva, ma che la protezione viene comunque garantita..

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— Soluzioni per la protezione contro le sovratensioni e i fulmini Protezione di backup

Scelta della protezione di backup Per prevenire il surriscaldamento a fine vita lo scaricatore deve essere adeguatamente protetto da un disconnettore termico (integrato) e da una protezione di backup (MCB o

fusibile). La protezione di backup garantisce la protezione , ad esempio, anche in caso di corto circuito dovuto a correnti di scarica molto alte.

Designazione

Funzione

I differenziali (RCD) assicurano la protezione delle persone e delle apparecchiature. Se installati a monte degli SPD, devono essere del tipo selettivo "S" per evitare l'intervento intempestivo. La gamma ABB offre il tipo F 200 S per un'installazione più sicura. Gli interruttori magnetotermici (MCB) o i fusibili proteggono le apparecchiature contro sovraccarico e cortocircuito. Possono essere associati con gli SPD per la protezione di backup in conformità con le regole di installazione. Sono disponibili magnetotermici serie S200 o S800 oppure fusibili della gamma E90. Tutti gli scaricatori di sovratensioni OVR di ABB sono dotati di protezione termica integrata. ABB ha brevettato un meccanismo di sezionamento termico specificamente destinato alle installazioni PV con la gamma di scaricatori OVR PV per una protezione ancora maggiore.

Protezione contro i contatti indiretti

Protezione contro le correnti di guasto

Protezione termica

Tipo di scaricatore

Messa a terra del sistema

Valori nominali max dell‘interruttore (curva B o C) corrente di cortocircuito presunta nel punto di installazione dell‘SPD (Ip)

Valori nominali max. dei fusibili (gL - gG)

Ip ≤ 6 kA

Ip ≤ 10 kA

Ip ≤ 25 kA

Ip ≤ 50 kA Ip ≤ 7 kA Ip ≤ 90 kA Ip ≤ 100 kA

Tipo 1-2 OVR T1-2 I imp 25 kA / I fi ≤ 15 kA U c 255 V

TNC TNS/TT 1P+N TNS/TT 3P+N

315 A

S803S - 125 S802S - 125 S804S - 125

160A 160A 160A

OVR T1-T2 QuickSafe, con riserva di carica I imp 12,5 kA / I fi ≤ 7 kA U c 275, 440 V Tipo 2 OVR T2 QuickSafe® I max 40 kA U c 275, 350, 440, 600 V OVR T2 QuickSafe, con riserva di carica I max 40 e 80 kA U c 275, 440 V Tipo 2-3 OVR T2-T3 QuickSafe® I max 20 kA U c 275, 440 V

TNC

S203 - 63

S203 M - 63

S203 P - 63

S803S - 125

E93/125

TNS/TT 1P+N TNS/TT 3P+N

S201 - 63 NA

S201 M - 63 NA S201 P - 63 NA S802S - 125

E91N/125 E93N/125

S204 - 63 S203 - 63

S204 M - 63 S203 M - 63

S204 P - 63 S203 P - 63

S804S - 125 S803S - 125

TNC

160A 160A 160A

TNS/TT 1P+N TNS/TT 3P+N

S201 - 63 NA

S201 M - 63 NA S201 P - 63 NA S802S - 125

S204 - 63

S204 M - 63

S204 P - 63

S804S - 125

TNC

S203 - 63

S203 M - 63

S203 P - 63

S803S - 125

E93/125

TNS/TT 1P+N TNS/TT 3P+N

S201 - 63 NA

S201 M - 63 NA S201 P - 63 NA S802S - 125

E91N/125 E93N/125

S204 - 63

S204 M - 63

S204 P - 63

S804S - 125

Tipo SPD

Dimensioni del cavo del collegamento PE

Tipo 1 Tipo 2

16 mm²

4 mm²

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