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In un sistema trifase, la protezione contro le sovratensioni funziona rilevando una sovratensione anormale, passando internamente da uno stato di alta impedenza a uno stato di bassa impedenza, deviando la corrente di sovratensione nel percorso di messa a terra o di adesione e limitando la tensione che raggiunge l'apparecchiatura collegata. Non "blocca" un'impennata. Riduce la tensione di picco, dando all'impennata un percorso controllato lontano da carichi sensibili. Il risultato è una minore sollecitazione elettrica sull'isolamento, alimentatori, azionamenti e elettronica di controllo.
I sistemi trifase necessitano di questo approccio ancora più dei sistemi monofase perché hanno percorsi di sovratensione più possibili. Le sovratensioni possono apparire da riga a terra (L–G), da riga a linea (L–L) e in sistemi con un neutro, a volte neutro-terra (N–G). Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni trifase è quindi costruito per gestire diverse modalità di sovratensione contemporaneamente, non solo una.
Questo articolo spiega come funzionano i dispositivi di protezione da sovratensione nei sistemi di alimentazione trifase, come deviano e limitano le sovratensioni transitorie, come vengono utilizzati i diversi tipi di SPD (Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3) e come il posizionamento e il coordinamento influiscono sulle prestazioni di riduzione delle sovratensioni nel mondo reale.
Cosa significa "Surge elettrico" nei sistemi trifase
Un picco elettrico, più correttamente chiamato sovratensione transitoria, è un aumento molto breve e molto veloce. In genere dura da microsecondi a pochi millisecondi. Le due fonti più comuni sono il fulmine (o colpi diretti o gli effetti indotti sulle linee vicine) e gli eventi di commutazione all'interno del sistema elettrico.
Nelle installazioni trifase industriali e commerciali, molte sovratensioni vengono create internamente. Motori di grandi dimensioni, azionamenti a frequenza variabile, contattori e banchi di condensatori commutano tutti energia significativa. Ogni volta che la corrente viene interrotta o reindirizzata, l'induttanza del sistema può generare un picco di tensione. Ciò significa che anche se l'alimentazione di servizi esterni è stabile, una struttura può comunque subire frequenti sovratensioni transitorie.
Come funziona un SPD trifase
Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni, spesso abbreviato in SPD (dispositivo di protezione contro le sovratensioni), funziona secondo un principio semplice ma accuratamente progettato: rimane invisibile durante il normale funzionamento e diventa conduttivo solo quando la tensione diventa pericolosa.
Monitoraggio e comportamento soglia
In condizioni normali, gli elementi protettivi interni del dispositivo sono in uno stato di alta impedenza. Ciò significa che non assorbono quasi nessuna corrente e non influiscono sul sistema di alimentazione. L'SPD sta effettivamente "guardando" la tensione continuamente.
Quando un transitorio spinge la tensione al di sopra di un livello di soglia definito, il comportamento cambia. Gli elementi interni passano rapidamente in uno stato conduttivo. Questa commutazione non è meccanica, ma avviene per le proprietà elettriche dei componenti all'interno del dispositivo.
Deviazione (redirezione corrente) + bloccaggio
Una volta che l'SPD diventa conduttivo, crea un percorso controllato a bassa impedenza tra il conduttore energizzato e il sistema di messa a terra o di legame. La corrente di sovratensione preferisce questo percorso a bassa impedenza invece di fluire attraverso apparecchiature sensibili.
Allo stesso tempo, il dispositivo limita la tensione di picco che può apparire attraverso il carico. Questo è spesso chiamato "clamping". È importante capire che la tensione non è ridotta a zero. Rimane sempre una certa tensione "residua" o "legno-attraverso". L'obiettivo è mantenere questa tensione residua sufficientemente bassa da consentire ai sistemi di isolamento e ai componenti elettronici non sono danneggiati o eccessivamente sollecitati.
Protezione multimodale in reti trifase
Nei sistemi trifase, le sovratensioni non compaiono in un solo modo. Un dispositivo pratico deve gestire più percorsi contemporaneamente:
- Linea a terra (L–G)
- Linea a riga (L–L)
- In sistemi con un neutro, a volte neutro a terra (N–G)
Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni trifase è quindi predisposto internamente per controllare insieme queste modalità. Non presuppone che un aumento di riferimento farà sempre riferimento a terra. Tra le fasi compaiono molti transitori dannosi in apparecchiature trifase.
Componenti chiave all'interno di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni trifase
più moderno Dispositivi di protezione contro le sovratensioni Affidatevi a un numero limitato di componenti collaudati, disposti e coordinati per i livelli di tensione e corrente richiesti.
L'elemento attivo più comune è il varistore di ossido di metallo (MOV). Un MOV si comporta come una resistenza molto elevata a tensione normale e come una bassa resistenza quando la tensione supera la sua soglia. Questa proprietà è ciò che consente all'SPD di passare da "non fare nulla" a "dirottamento della corrente" in una frazione di microsecondo.
Poiché MOV e elementi simili possono surriscaldarsi o degradarsi dopo molti forti sovratensioni, un pratico dispositivo include anche una disconnessione termica o una protezione simile. Ciò impedisce a un componente guasto di rimanere connesso al sistema in modo non sicuro. Molti dispositivi includono anche semplici indicatori, come una finestra o un LED, per mostrare se gli elementi di protezione sono ancora collegati. Alcuni progetti forniscono un contatto di allarme remoto in modo che lo stato possa essere monitorato da un sistema di controllo.
Un punto pratico fondamentale è che questi dispositivi non sono permanenti. Ogni volta che assorbono energia di sovratensione, viene utilizzata una piccola quantità della loro capacità. In molti eventi, si degradano lentamente. Questo comportamento "materiale" è normale ed è il motivo per cui esistono indicatori di condizione.
Tipi SPD in sistemi trifase
i termini per Tipi SPD Descrivi dove è installato il dispositivo nel sistema di alimentazione e che tipo di ambiente di sovratensione è progettato per affrontare. Non sono livelli di qualità, sono categorie di applicazioni.
- Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 1: Installato in corrispondenza o molto vicino all'ingresso di servizio, a monte della distribuzione principale. È destinato a gestire picchi di energia ad alta energia provenienti dall'esterno, come eventi legati ai fulmini sulle linee di rifornimento.
- Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 2: installato in pannelli di distribuzione, centri di controllo del motore e schede interne simili. È la scelta più comune per proteggere i pannelli industriali e commerciali trifase da sovratensioni sia in entrata che internamente.
- Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 3: installato vicino a apparecchiature sensibili. Non è pensato per gestire da solo una grande energia di sovratensione e dipende dai dispositivi a monte per ridurre l'ondata principale prima che lo veda.
- FDS20C/4-275 Classe II
- Designazione: Tipo2
- Classificazione: Classe II
- Modalità di protezione: L→PE , N→PE
- Tensione nominale UN: 230 VAC/50(60)Hz
- massimo. Tensione di funzionamento continuo UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
- Capacità di resistenza al cortocircuito: 20 kA
- IC corrente di funzionamento continuo: <20 µA
- Consumo energetico in standby PC: ≤25 MVA
- Corrente di scarica massima (8/20μs) Imax: 40 kA
- Corrente di scarica nominale (8/20μs) In: 20 kA
- Livello di protezione della tensione: ≤1,3 kV
- Resistenza all'isolamento: ＞1000 MΩ
- Materiale abitativo: UL94V-0
- Grado di protezione: IP20
In un sistema completo, questi tipi sono spesso combinati in modo che ognuno gestisca la parte dell'energia di sovratensione per cui è più adatto.
dove gli SPD trifase riducono maggiormente gli sbalzi
protezione contro le sovratensioni Funziona meglio quando viene applicato in più fasi. Un dispositivo all'ingresso del servizio riduce l'energia di grandi picchi in entrata prima che possano diffondersi attraverso l'edificio. I dispositivi nei pannelli di distribuzione riducono quindi l'energia rimanente e gestiscono anche le sovratensioni create dalla commutazione interna. Infine, la protezione del punto di utilizzo può gestire i transitori più piccoli e più veloci che rimangono.
I dettagli sull'installazione fisica contano molto. Il collegamento tra l'SPD e le sbarre oi conduttori dovrebbe essere il più breve e diretto possibile. I cavi lunghi aggiungono induttanza e l'induttanza crea una tensione aggiuntiva durante i rapidi cambiamenti di corrente. In pratica, ciò significa che anche un ottimo dispositivo di protezione contro le sovratensioni può funzionare male se installato con fili lunghi e loop.
Come gli SPD trifase riducono gli sovratensioni (panoramica sulla protezione in scena)
| punto di installazione | Sorgente di sovratensione principale | Cosa fa l'SPD | Tipo SPD tipico utilizzato | Vantaggio pratico |
| ingresso servizio | Transitori di fulmini e reti esterne | devia le sovratensioni a terra prima di entrare nella struttura | Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 1 | Riduce lo stress su tutto il sistema interno |
| Pannelli di distribuzione principali | Combinazione di picchi di commutazione in entrata e interna | limita ulteriormente la tensione residua e gestisce gli eventi generati internamente | Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 2 | Protegge feeder, MCC e schede a valle |
| Pannelli di sottodistribuzione o locali | Surges di commutazione interni, modifiche al carico | Blocca i transienti rimanenti più vicini ai carichi | Tipo 2 o Tipo coordinato 3 | Riduce l'esposizione dei circuiti di derivazione |
| a apparecchiature sensibili | Transitori residui veloci a bassa energia | Limitazione finale di tensione nel punto di utilizzo | Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di tipo 3 | Riduce i guasti e i danni elettronici |
Questa tabella mostra la logica della protezione a stadi. Nessun singolo dispositivo dovrebbe gestire tutto. Ogni posizione riduce parte dell'energia di sovratensione e la tensione di picco. Quando un transitorio raggiunge l'elettronica sensibile, la sua ampiezza ed energia sono molto inferiori a quelle dell'ingresso di servizio.
Fattori di prestazioni del mondo reale
Le effettive prestazioni dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni nei sistemi trifase dipendono da diversi fattori pratici, non solo dal dispositivo stesso:
- La qualità del sistema di messa a terra e di incollaggio influisce fortemente sulla facilità con cui la corrente di sovratensione può essere deviata lontano dalle apparecchiature.
- I conduttori di connessione corti e diritte riducono l'aumento di tensione induttivo e migliorano le prestazioni di bloccaggio.
- Il coordinamento tra dispositivi di protezione contro le sovratensioni multipli impedisce a un dispositivo di sopportare tutto lo stress e l'invecchiamento troppo rapidamente.
- In molte strutture trifase, le sovratensioni di commutazione generate internamente sono più frequenti degli eventi legati ai fulmini e devono essere considerati nella strategia di protezione.
Errori comuni
Diversi errori di installazione e pianificazione comuni riducono l'efficacia della protezione contro le sovratensioni nei sistemi reali:
- Utilizzando un solo dispositivo di protezione contro le sovratensioni per un'intera struttura e supponendo che proteggerà tutto allo stesso modo.
- Installazione del dispositivo lontano dalla sbarra o con conduttori a loop lunghi che aggiungono induttanza non necessaria.
- Ignorando i picchi linea-linea e concentrandosi solo su percorsi linea-terra in sistemi trifase.
- Utilizzando solo un dispositivo di tipo 3 vicino all'apparecchiatura senza alcuna protezione a monte di tipo 1 o tipo 2.
- Supponendo che un indicatore di stato che mostri "OK" significhi che il sistema è perfettamente protetto da tutte le possibili sovratensioni.
Conclusione
In un sistema di alimentazione trifase, la protezione contro le sovratensioni funziona rilevando una sovratensione anormale, passando a un percorso a bassa impedenza, deviando la corrente di sovratensione a terra e limitando la tensione che raggiunge l'apparecchiatura. Riduce lo stress elettrico piuttosto che eliminare completamente le sovratensioni. Poiché i sistemi a 3 fasi hanno percorsi di sovratensione multipli, la protezione deve coprire le modalità linea-linea e linea-terra. I risultati più efficaci derivano da un corretto posizionamento, brevi connessioni e coordinamento tra diversi tipi di SPD. Applicati correttamente, questi dispositivi riducono significativamente i tassi di guasto e i tempi di inattività, anche se nessun sistema può rimuovere tutti gli effetti di sovratensione.
Domande frequenti
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