Il fenomeno delle sovratensioni è causato da manovre elettriche sulla linea di distribuzione, da interferenze parassite, da interruzioni di correnti di corto circuito, da guasti verso terra e soprattutto dalle fulminazioni dirette o indirette che si manifestano durante i temporali. I fulmini, in particolare, sono fenomeni di scarica violenti che producono in tempi brevissimi correnti di intensità che possono superare i 200 kA. Per prevenirne i rischi, si rende necessario il rilievo dei fulmini a terra per mezzo di strumenti sensibili al campo elettromagnetico prodotto dalla corrente di fulmine. D’altra parte la crescente diffusione di apparecchiature elettriche ed elettroniche sensibili alle sovratensioni in reti di bassa tensione, ha reso indispensabile l’adozione di sistemi di protezione sempre più efficienti. Un eventuale guasto, causato da una sovratensione, può infatti portare alla perdita di servizio, di dati e di produttività con costi assai superiori a quelli delle eventuali apparecchiature di protezione.
I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD, Surge Protection Device), comunemente chiamati “scaricatori”, sono progettati per proteggere i sistemi e le apparecchiature elettriche contro le sovratensioni transitorie e impulsive. La sovratensione transitoria consiste in un picco di tensione di breve durata (inferiore ad un millisecondo), la cui ampiezza può raggiungere decine di volte la tensione nominale di rete. Nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche riveste notevole importanza la resistenza alla sovratensione transitoria, chiamata “tenuta all’impulso”. Per questo motivo, gli apparati sono muniti di sistemi idonei ad isolare le parti connesse alle fasi dalla terra o dal neutro, con un isolamento che può variare da alcune centinaia di volt, per dispositivi elettronici sensibili, fino ad alcuni kilovolt per un motore elettrico.
In relazione al tipo di impiego, gli SPD possono essere classificati in tre classi di prova secondo la classificazione e i parametri forniti dal costruttore, in funzione dell’applicazione a cui sono destinati e in ottemperanza alle norme HD 60364-5-534 o EN 62305. Gli SPD in classe di prova I sono costruiti per sopportare gran parte della corrente di fulmine. La corrente di prova Iimp, quando si deve verificare la massima capacità di scarica, presenta una forma d’onda 10/350 µs (microsecondi). Per verificare la corrente nominale di scarica In la corrente di prova assume, invece, la forma d'onda 8/20 µs. Gli SPD in classe II non sono adatti alla protezione contro le scariche dirette ma possono essere impiegati per scaricare correnti provocate da sovratensioni indotte o piccole parti della corrente di fulmine. Sono provati con la corrente impulsiva nominale di scarica In (8/20 µs) e opzionalmente con la massima corrente di scarica Imax (8/20 µs). I dispositivi in classe III sono usati per la protezione di apparecchiature collegate a circuiti già protetti con SPD di classe I o II. Ad esempio possono essere installati nelle vicinanze delle apparecchiature da proteggere o quadri di smistamento marshalling.
Gli SPD deviano la corrente di scarica o impulsiva, permettono di limitare la sovratensione nelle apparecchiature a valle e contengono tipicamente un componente non lineare come un varistore o uno spinterometro.
Gli scaricatori di sovratensione basati sui varistori, detti anche limitatori di tensione, sono caratterizzati da un’impedenza elevata nel momento in cui non è presente alcuna sovratensione (normalmente al di sopra di 1 MΩ). Gli SPD basati su spinterometri (detti a commutazione o a innesco) includono componenti costituiti di due elettrodi vicini che isolano una parte del circuito dall’altra fino ad un certo livello di tensione.
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