I fulmini sono essenzialmente enormi scariche di scintille che si verificano quando la carica si accumula fino a un certo punto tra una nube temporalesca e il suolo o tra di loro, interrompendo l'isolamento dell'aria. i fulmini sono innescati principalmente da:
1. Fulmine diretto
Nei casi peggiori i fulmini colpiscono direttamente edifici, impianti o persone.
Condizioni di attivazione: gli oggetti al suolo (ad esempio, un edificio alto, un albero, una torre di trasmissione, alberi, torri, persone isolate) formano il campo elettrico più forte insieme alle nubi temporalesche, rendendolo il percorso più breve per la scarica della carica.
2. Effetti indiretti dei fulmini (più comuni, portata più ampia)
Anche se il fulmine non colpisce direttamente il dispositivo, può causare un'ondata distruttiva (transitoria) tramite:
· Fulmini indotti (suddivisi in Induzione Elettrostatica e Induzione Elettromagnetica):
• Induzione elettrostatica: quando una nube temporalesca carica passa in alto, induce una grande quantità di cariche opposte sui cavi aerei sottostanti. Quando la nuvola si scarica su un altro bersaglio, queste cariche vincolanti vengono immediatamente rilasciate, creando picchi di alta-tensione che viaggiano lungo la linea.
Induzione elettromagnetica: correnti forti e transitorie nel canale del fulmine possono causare una tensione molto elevata nei circuiti metallici circostanti (ad esempio, circuiti della linea elettrica, linee di segnale).
· Conduzione (aumento del potenziale del suolo):
• Quando un fulmine colpisce il sistema di protezione contro i fulmini di un edificio o il terreno vicino, un'enorme corrente di fulmine passa attraverso la resistenza di terra, facendo aumentare in un istante il potenziale elettrico nel punto di contatto fino a centinaia di migliaia o addirittura milioni di volt. Questo potenziale elevato può provocare un "flashback" al dispositivo interno tramite il filo di terra del dispositivo, causando una differenza di potenziale distruttiva attraverso il dispositivo e distruggendolo.
· Intrusione di fulmini:
• I fulmini colpiscono cavi distanti, linee telefoniche, cavi, ecc. Enormi correnti di fulmine viaggiano lungo questi conduttori metallici sotto forma di onde, invadendo e danneggiando i dispositivi collegati.
Parte 2: Come utilizzare SPD per la protezione
Lo scopo del dispositivo di protezione dalle sovratensioni non è quello di prevenire i fulmini, ma di fornire un percorso sicuro, a bassa-impedenza per la corrente di fulmine e l'energia di sovratensione durante i fulmini, limitando così la tensione sul dispositivo a un livello sicuro.
1. Principio fondamentale di funzionamento della SPD
Consideralo un "interruttore intelligente" o una "valvola sensibile alla tensione":
Durante il normale funzionamento: SPD ad alta impedenza ed è essenzialmente un circuito aperto con scarso effetto sul circuito.
Quando si verifica un picco/sovratensione: Ciò che accade: L'SPD diventa uno stato di bassa impedenza (molto rapidamente) in nanosecondi, conducendo e dirigendo rapidamente grandi picchi di corrente verso terra.
Una volta che il picco si è attenuato: l'SPD si ripristina automaticamente al suo stato di alta impedenza e il circuito ritorna alla normalità.
2. Sistema di protezione SPD corretto: protezione a più- fasi
Per fornire una protezione completa, viene spesso utilizzato il concetto di protezione gerarchica, come linee di difesa multiple:
Categoria 1/I (ex Classe B):
Luogo di installazione: quadro di distribuzione principale (ingresso di servizio).
Funzione: Rilascia la maggior parte dei fulmini ad alta energia provenienti da fulmini diretti o indotti (solitamente forma d'onda 10/350 μM). Viene comunemente utilizzato un SPD con elevata capacità di scarica basato su spinterometri.
Obiettivo: proteggere l'impianto elettrico dell'intero edificio dai temporali più forti.
Categoria 2/II (ex Classe C):
Ubicazione: quadro di distribuzione (ad esempio, pannelli del pavimento) o quadro di distribuzione delle apparecchiature principali (ad esempio, sale server, aria condizionata, ascensore).
Funzione: limita ulteriormente la tensione residua e assorbe l'energia residua tramite SPD di tipo 1. Vengono comunemente utilizzate unità a stato solido (SSD) basate su varistore a ossido di metallo (MOV).
Obiettivo: proteggere i circuiti e le apparecchiature di distribuzione in aree specifiche.
Categoria 3/III (ex D):
Posizione: l'estremità anteriore di un dispositivo, come le prese multiple per uno strumento sensibile o un modulo di protezione da sovratensione all'interno del dispositivo.
Funzione: fornisce una protezione accurata fissando la tensione a un livello che il dispositivo può sopportare in sicurezza (solitamente inferiore a 1,5 kV).
Obiettivo: fornire una linea di difesa finale per le apparecchiature elettroniche più sensibili e costose (ad esempio server, apparecchiature mediche, PLC industriali).
SPD di segnale: anche linee come cavi di rete, linee telefoniche e cavi video di sorveglianza richiedono sistemi specializzati di elaborazione del segnale. Funzionano allo stesso modo, ma sono progettati per i livelli di tensione e il tipo di interfaccia della linea di segnale.
3. Punti chiave per l'installazione dell'SPD
• Una buona messa a terra è un prerequisito: SPD Gli SPD trasferiscono l'energia in modo efficiente senza un sistema di messa a terra a bassa-impedenza. La messa a terra è il fondamento della protezione contro i fulmini.
• Fili di collegamento corti e spessi: i fili di collegamento e di terra dell'SPD devono essere quanto più corti e spessi possibile per ridurre al minimo l'induttanza dei conduttori. Conduttori eccessivamente lunghi possono portare ad una notevole tensione di induzione, riducendo notevolmente l'efficacia della protezione.
Coordinamento: le diverse fasi dell'SSD richiedono un coordinamento energetico per garantire la scarica graduale in modo da evitare il sovraccarico di ogni singolo SPD.