SOPPRESSORI CONTRO SOVRATENSIONI

Le domande che più spesso ci sentiamo rivolgere sono:

  1. perchè’ si devono installare ?

  2. dove si devono installare ?

  3. come si devono installare ?

  4. quanti se ne devono installare ?

Le note che seguono vorrebbero rispondere a queste domande.

PREMESSA

Nella Fig.1 è schematizzato il fenomeno di una corrente elettrica I che percorre un cavo in vicinanza di una spira S.

La corrente impulsiva che percorre il cavo genera un campo magnetico H impulsivo, che si concatena con la spira di superficie S. Per la legge di LENZ, la spira diventa sede di una forza elettromotrice “e” che può essere molto intensa (è proporzionale alla estensione della spira (S) ed alla variazione nel tempo della corrente). Se la spira è chiusa, la “e” dà luogo ad una corrente, se la spira è aperta, resta sotto forma di differenza di potenziale, cioè di picco di tensione.

Nella Fig. 2 è schematizzato quanto succede vicino ad una “calata” di un parafulmine percorso dalla corrente I e sono evidenziate le spire che la RETE ELETTRICA e la RETE INFORMATICA formano con la TERRA e con la MESSA A TERRA. In queste spire, che saranno aperte, nascerà quindi una tensione impulsiva, elevata, per l’accoppiamento con H.

L’analogia fra le due figure dovrebbe mostrare come il fenomeno fisico trova applicazione nella realtà.

Se nella Fig. 2 si sostituisce il COMPUTER con un FAX e la RETE INFORMATICA con la RETE TELEFONICA, si vede come anche al FAX si applicano le stesse problematiche del COMPUTER: ancora, se si sostituisce il COMPUTER con un apparecchio TV e la RETE INFORMATICA con il collegamento all’antenna TV, si vede come anche il TV domestico abbia problemi di sopravvivenza.

La “calata” del parafulmine può essere sostituita dal fulmine stesso che si scarica da una nube verso terra.

Il percorso del fulmine è come un filo che guida gli elettroni della scarica elettrica, attorno al percorso della scarica il campo magnetico H sarà intenso e si accoppierà con tutte le spire che i fili esterni formeranno.

Queste prime note cominciano a rispondere alla 1^a domanda:

Perchè si devono installare? 

Risposta:

Perchè ci sono delle situazioni che possono danneggiare le apparecchiature elettroniche che ci circondano.

Analizziamo ora cosa succede ai 2 fili del CAVO che costituisce parte della SPIRA.

Se i 2 fili fanno parte di 2 SPIRE “SIMILI”, saranno interessati da 2 picchi di tensione verso terra, circa uguali (Es.: A – Fig. 3) e sarà circa nulla la differenza di potenziale fra i 2 fili: si dovranno limitare le differenze di potenziale di ogni filo verso terra con delle protezioni fra OGNI FILO e TERRA.

Se i 2 fili fanno parte di 2 spire “DIVERSE”, saranno interessati da 2 picchi di tensione diversi (Es.: B – Fig. 3) e nascerà una differenza di potenziale anche fra i 2 fili.

Questo risponde alla 2^a domanda:

Dove si devono installare ?

Risposta:

Si devono installare fra filo e terra e fra filo e filo. Vedere gli schemi per i vari modelli.

Ovviamente le protezioni non possono impedire il verificarsi dei picchi di sovratensioni, ma devono dissipare i picchi che si presentano, e non devono intervenire in presenza delle tensioni di esercizio dei cavi.

Come abbiamo visto, il mondo tecnologico che ci circonda ci mette a disposizione molti apparati elettronici, che hanno il problema di essere sensibili a scariche di tensione che possono investirli danneggiandoli a volte irreparabilmente.

Anche le apparecchiature automatiche che si trovano nelle officine contengono apparati elettronici e quindi il problema della protezione contro le extratensioni riguarda sia il mondo civile che quello industriale.

Consideriamo, quindi, un edificio, civile o industriale, e vediamo a quali problematiche è soggetto, per quanto riguarda le extratensioni.

Nella Fig. 4 è schematizzato un edificio munito di antenna parafulmine, quindi l’edificio avrà pochissime probabilità di essere colpito da fulmini diretti, perchè la presenza dell’antenna protegge la zona sottostante; non per questo il PC rappresentato vicino ad una discesa dell’antenna è immune da pericoli.

Nella schematizzazione si vede che il PC può essere investito dal forte campo magnetico provocato dalla corrente di scarica del fulmine che colpisce l’antenna e si scarica a terra. Se il fulmine non colpisce questa antenna, può cadere sulla linea elettrica vicina, ed in questo caso l’extratensione potrà arrivare al PC attraverso la rete di distribuzione dell’energia elettrica (Fig. 5).

L’esempio serve appunto ad evidenziare come la protezione di un edificio, munito di un efficiente impianto di messa a terra, non elimina i pericoli di sovratensioni per i dispositivi che si trovano all’interno.

La presenza dell’antenna, dell’impianto di TERRA e della barra equipotenziale fa sì che all’interno dell’edificio la probabilità di fulminazioni dirette sia molto scarsa.

Si classifica: 

ZONA “1” LA ZONA INTERNA

ZONA “0” LA ZONA ESTERNA

I soppressori EMIREL sono adatti alla ZONA “1”. La ZONA “1” è delimitata anche dalla presenza del CONTATORE DI ENERGIA ELETTRICA; infatti a monte di questo non possiamo collegare dispositivi di protezione, mentre a valle del contatore saranno appunto collegati quei dispositivi che potranno “consumare” l’energia dei picchi di extratensioni che entreranno nella ZONA “1”.

Ricordiamo che la linea di alimentazione dell’energia elettrica è il tramite per cui possono entrare nella ZONA “1” i picchi di extratensione che le linee elettriche hanno raccolto nella ZONA “0”, come scariche dirette o indirette (Fig.5).

La linea di alimentazione dell’energia elettrica convoglia anche i picchi di tensione generati da errate manovre in linea, da impianti di rifasamento “impazziti” ecc.

Negli edifici sono presenti i cavi di alimentazione, i cavi della RETE INFORMATICA, i cavi degli ANTIFURTI, ecc., per cui si configurano varie possibilità di costituirsi delle SPIRE, cioè dei percorsi di fili che racchiudono una certa superficie. Quando questa superficie è investita da un campo magnetico (ad esempio generato dalla corrente del fulmine che si scarica a terra) la SPIRA diventa sede di una forza elettromotrice e tenderà a far circolare corrente nella SPIRA: se la SPIRA non è chiusa, potrà scoccare la scintilla.

In Fig. 6 è schematizzato un caso realmente avvenuto: la corrente I di scarica ha creato un campo magnetico H, che si è accoppiato con la spira aperta costituita dal TOSTAPANE sul tavolo, l’impianto elettrico e la lampadina di illuminazione, producendo una scarica fra lampada e tostapane.

Rispondiamo alla 3^a domanda:

Come si devono installare?

Si devono installare in funzione dell’apparecchiatura da proteggere, ed in funzione del punto da cui ci si aspetta che arrivi la extratensione.

Facciamo un esempio: in Fig. 7 è rappresentata la pianta di un’officina in cui l’alimentazione entra nel punto I e la macchina Z è sensibile alle sovratensioni di linea.

La prima ipotesi è che le sovratensioni possano venire principalmente dalla linea che proviene dall’esterno; è quindi corretto porre un sistema di protezione al punto X.

La macchina Z andrà posizionata il più lontano possibile dal punto X, e si dovrà porre un altro sistema di protezione subito prima (X1), o subito dopo (X2) l’ingresso dell’alimentazione.

In caso di sovratensioni, i due gruppi di protezione si troveranno a lavorare quasi in parallelo, con il gruppo X, più sollecitato di quelli sulla macchina Z. Anche le macchine A e B godranno della protezione realizzata da questi due gruppi. Analogamente, se anche le macchine A, B e C ecc. fossero dotate ai loro ingressi di gruppi di protezione, si avrebbe un sistema di protezione più articolato, in quanto vari gruppi di protezione si troverebbero a lavorare quasi in parallelo, e quindi si suddividerebbero più equamente l’energia della sovratensione.

Rispondiamo ora alla 4^a domanda:

Quanti se ne devono installare ?

Come si è detto, non possiamo impedire il verificarsi di una SOVRATENSIONE, e non possiamo neppure predirne l’entità.

Poichè i dispositivi di protezione devono dissipare l’energia della sovratensione, è chiaro che si potrà cercare di dissipare questa energia, sia con pochi dispositivi di grande capacità dissipativa, che con molti dispositivi di minor capacità dissipativa. La soluzione sarà un compromesso fra l’aspetto puramente tecnico e l’aspetto economico. Una regola pratica è quella di “esagerare” con il numero di dispositivi di taglia piccola e di disporli topograficamente secondo un criterio di causa ed effetto (come nell’esempio di Fig. 7).

Ricordiamo che è utopistico pensare di essersi “protetto” solo perchè è stato installato un soppressore contro le extratensioni.

Il picco di tensione che colpisce una linea dà poi luogo a fenomeni di trasmissione nella linea e riflessione nei punti di discontinuità della linea stessa. Ad esempio una linea terminante in una presa elettrica vuota provoca un picco riflesso uguale al picco incidente, mentre se la presa è occupata da un utilizzatore acceso, il picco riflesso sarà minore, ma in compenso l’utilizzatore sarà colpito dal picco incidente.

Il fenomeno della riflessione dei picchi fa sì che praticamente tutta la rete venga interessata dalla sovratensione che l’ha colpita in un punto.

Quindi, una buona regola sarebbe quella di distribuire comunque le protezioni sulla rete in modo uniforme, come il “sale sulle pietanze”.