Protezione contro le sovratensioni su guida DIN per sistemi di distribuzione dell'energia industriale

Che cos’è un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN nella distribuzione elettrica industriale?

Definizione di dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN

A Protezione contro le sovratensioni su guida DIN, noto anche come SPD su guida DIN o dispositivo di protezione contro le sovratensioni montato su guida DIN, è un dispositivo di protezione installato in quadri di distribuzione industriali, armadi di comando, pannelli di automazione o sistemi di distribuzione dell'energia. Di solito viene montato su una guida DIN standard da 35 mm insieme a interruttori automatici, contattori, relè, morsettiere e moduli di alimentazione per formare un sistema completo di protezione dell’alimentazione industriale.

Nei sistemi di alimentazione industriali, i picchi di tensione possono derivare da sovratensioni indotte dai fulmini, dalle operazioni di commutazione della rete elettrica, dalle commutazioni dei trasformatori, dall’avvio e dall’arresto dei motori, dal funzionamento dei contattori, dai convertitori di frequenza o da altri disturbi transitori causati da apparecchiature ad alta potenza. Sebbene questi picchi di tensione abbiano una durata limitata, i loro valori di picco possono essere molto superiori al normale livello di resistenza delle apparecchiature elettriche. Ciò può causare danni a PLC, interfacce uomo-macchina (HMI), convertitori di frequenza (VFD), sistemi UPS, moduli di alimentazione, sensori, moduli di comunicazione e altri componenti elettronici di controllo.

La funzione principale di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN è quella di limitare rapidamente le sovratensioni transitorie prima che raggiungano le apparecchiature a valle e di deviare la corrente di sovratensione verso il sistema di messa a terra. Per stabilimenti, linee di produzione, sale dati, costruttori di quadri elettrici e sistemi di automazione industriale, si tratta di un importante componente di protezione che consente di migliorare l'affidabilità dell'alimentazione, ridurre i danni alle apparecchiature e minimizzare le perdite dovute ai tempi di inattività.

Come funzionano i dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN negli impianti elettrici a bassa tensione

Nei sistemi industriali di distribuzione dell'energia a bassa tensione, un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) su guida DIN viene solitamente collegato in parallelo tra la linea di alimentazione e il sistema di messa a terra. Quando la sovratensione supera la soglia operativa dell'SPD, i suoi componenti di protezione interni entrano rapidamente in conduzione e deviano la corrente di sovratensione verso il terminale PE o il sistema di collegamento equipotenziale.

Questo processo può essere suddiviso in tre fasi:

• Condizione normale: l'SPD rimane in uno stato di alta impedenza e non influisce sul normale funzionamento dell'alimentazione.
• Evento di sovratensione: l'SPD conduce rapidamente la corrente e limita la sovratensione transitoria sulla linea.
• Dopo il picco: l’SPD torna allo stato di alta impedenza e il sistema riprende il normale funzionamento.

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN non viene solitamente utilizzato come dispositivo autonomo. Fa parte di una strategia coordinata di protezione contro le sovratensioni per la distribuzione industriale dell'energia elettrica, operando in sinergia con la protezione all'ingresso della rete, la protezione a livello di distribuzione, la protezione dei quadri di comando e la protezione di precisione a livello delle apparecchiature.

Perché il montaggio su guida DIN è adatto ai quadri di distribuzione industriali

Il montaggio su guida DIN è particolarmente indicato per i sistemi di distribuzione dell'energia industriale, poiché i quadri di distribuzione e i quadri di comando industriali richiedono una disposizione dei componenti modulare, standardizzata e di facile manutenzione. Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN può essere agganciato direttamente su una guida DIN standard e disposto insieme a interruttori automatici, morsettiere e componenti di controllo.

Questo metodo di installazione offre diversi vantaggi:

• Consente di risparmiare spazio nel pannello e si adatta ad armadi di controllo industriali compatti
• Consente un'installazione rapida per i costruttori di quadri elettrici e l'assemblaggio in serie
• Semplifica la manutenzione grazie alla rapidità di ispezione e sostituzione
• Mantiene il cablaggio ordinato e coordinato con le barre di messa a terra e i dispositivi di protezione di riserva
• Supporta la protezione a più livelli nei quadri di distribuzione principali, nei quadri di subdistribuzione e nei quadri delle apparecchiature

Protezione contro le sovratensioni su guida DIN vs protezione contro le sovratensioni montata su quadro

Sia i dispositivi SPD su guida DIN che i dispositivi di protezione contro le sovratensioni montati su quadro possono essere utilizzati per la protezione contro le sovratensioni nei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica, ma differiscono per struttura, metodo di installazione e ambito di applicazione.

Elemento di confronto	Protezione da sovratensioni su guida DIN	Protezione contro le sovratensioni con montaggio su pannello
Metodo di installazione	Montato su una guida DIN da 35 mm	Di solito viene montato su una superficie di pannello o su un involucro esterno
Applicazioni tipiche	Quadri di controllo industriali, quadri di subdistribuzione, pannelli per apparecchiature, scatole di raccordo fotovoltaiche	Quadri di distribuzione principali, impianti elettrici degli edifici, punti di ingresso delle apparecchiature
Struttura	Modulare, compatto, facile da sostituire	Solitamente integrato o montato esternamente
Manutenzione	Può essere gestito tramite indicatori di stato o moduli innestabili	Dipende dalla struttura del prodotto
Idoneità all'uso industriale	Adatto alla progettazione standardizzata di armadi e all’assemblaggio in serie	Adatto per spazi specifici nei pannelli o per la protezione a livello d'ingresso

Per i sistemi di distribuzione dell'energia elettrica industriale, il vantaggio di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN è che può essere integrato direttamente all'interno di un quadro di distribuzione o di un armadio di comando. È adatto all'installazione insieme ad altri componenti elettrici modulari. Ciò lo rende particolarmente utile nelle applicazioni industriali che richiedono una progettazione standardizzata, una produzione in serie, una manutenzione rapida e un cablaggio chiaro.

Applicazioni industriali comuni dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN

Nei sistemi di distribuzione dell'energia industriale, un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN non viene installato in un'unica posizione fissa. A seconda del livello di distribuzione, della sensibilità delle apparecchiature, della lunghezza dei cavi e della fonte di sovratensione, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN possono essere installati nei quadri di distribuzione principali, nei quadri di sottodistribuzione, nei centri di controllo motori, nei quadri PLC, nei circuiti di alimentazione degli UPS, nei quadri delle apparecchiature di automazione e negli impianti fotovoltaici o di accumulo di energia.

I sistemi industriali presentano solitamente più livelli di distribuzione dell'energia. Se nel quadro di distribuzione principale è installato un solo SPD, questo potrebbe non garantire una protezione sufficiente per gli armadi di controllo remoti, le apparecchiature sensibili o i cavi di lunga lunghezza. Un approccio migliore consiste nel realizzare un sistema coordinato di protezione contro le sovratensioni in base alla struttura dell’impianto, consentendo agli SPD su guida DIN posizionati in diversi punti di fornire protezione all’ingresso di servizio, protezione a livello di distribuzione e protezione di precisione a livello delle apparecchiature.

Quadri di distribuzione principali in entrata

Il quadro di distribuzione principale in entrata costituisce il punto di ingresso dell’impianto elettrico industriale e il primo punto critico attraverso il quale le sovratensioni possono penetrare nella rete di distribuzione dello stabilimento. Quando una sovratensione penetra attraverso la linea di alimentazione della rete pubblica, la linea aerea, il lato a bassa tensione del trasformatore o il sistema esterno di protezione contro i fulmini, il dispositivo SPD (protettore contro le sovratensioni) presente nel quadro di distribuzione principale in entrata è in grado di scaricare le sovratensioni ad alta energia prima che si propaghino a valle.

Tra le opzioni più comuni per i quadri di distribuzione principali in entrata figurano i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) di tipo 1 su guida DIN, gli SPD combinati di tipo 1+2 o gli SPD di tipo 2 ad alta capacità. La scelta corretta dipende dalla presenza o meno di un sistema di protezione contro i fulmini esterno all'edificio, dal livello di rischio fulminazione dell'area, dalla modalità di alimentazione in entrata, dal livello di corrente di cortocircuito dell'impianto e dalla sensibilità delle apparecchiature a valle.

Quadri di distribuzione secondari

I quadri di distribuzione secondari sono situati tra l'impianto di distribuzione principale e le apparecchiature terminali. Alimentano aree locali quali officine, piani, zone dedicate alle apparecchiature o linee di produzione. L'installazione di dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN in queste posizioni contribuisce a limitare ulteriormente le sovratensioni residue provenienti dall'impianto a monte e a ridurre le sovratensioni di commutazione generate all'interno della zona dedicata alle apparecchiature locali.

I dispositivi SPD di tipo 2 su guida DIN sono comunemente utilizzati nei quadri di subdistribuzione industriali. Sono adatti a limitare le sovratensioni indirette da fulmini, le sovratensioni da commutazione della rete elettrica e quelle generate dal funzionamento delle apparecchiature. Ciò li rende uno dei tipi di SPD più diffusi nei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica industriale.

Ad esempio, in una grande fabbrica, il quadro di distribuzione principale potrebbe già avere installato un SPD di Tipo 1 o di Tipo 1+2. Tuttavia, un reparto di produzione potrebbe trovarsi lontano dal quadro di distribuzione principale. A causa della maggiore lunghezza del cavo, durante la propagazione della sovratensione potrebbero verificarsi nuove differenze di potenziale e sovratensioni residue. In questo caso, l’aggiunta di un SPD di Tipo 2 nel quadro di subdistribuzione del reparto di produzione può garantire una protezione più vicina a motori, quadri di comando, impianti di illuminazione e apparecchiature di automazione presenti in quell’area.

Centri di controllo motori e quadri di comando

I centri di controllo motori e gli armadi di controllo industriali rappresentano importanti ambiti di applicazione per i dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN. Spesso contengono contattori, relè, avviatori graduali, convertitori di frequenza, dispositivi di protezione dei motori, alimentatori di controllo e moduli di comunicazione. Questi componenti possono generare sovratensioni durante il funzionamento e le operazioni di commutazione, oltre a poter essere interessati da sovratensioni provenienti dalla rete di distribuzione a monte.

L'installazione di dispositivi SPD su guida DIN nei quadri elettrici di controllo o nei quadri di comando contribuisce a ridurre l'impatto dei picchi di tensione da commutazione e delle sovratensioni transitorie sul lato alimentazione sui componenti di controllo. Ciò è particolarmente importante negli ambienti industriali in cui sono presenti numerosi motori, pompe, ventilatori, compressori, nastri trasportatori e sistemi di azionamento, dove i cicli di avvio e arresto delle apparecchiature possono generare ripetutamente stress da tensione transitoria.

Tra le apparecchiature comunemente protette figurano:

• Circuiti di comando di contattori e relè
• Circuiti di ingresso per variatori di frequenza (VFD) e avviatori graduali
• Moduli di alimentazione per il controllo dei motori
• Moduli PLC o I/O all'interno del quadro di comando
• Interfacce di comunicazione per apparecchiature e unità di controllo remoto

Per i quadri di distribuzione e i quadri di comando, il dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) deve essere installato in prossimità del terminale di ingresso dell'alimentazione e collegato alla barra di terra mediante conduttori corti e diritti. Ove necessario, è opportuno utilizzare anche dispositivi di protezione contro le sovratensioni per segnali o linee dati, al fine di coordinare la protezione dei segnali di comando e delle linee di comunicazione.

Quadri PLC e sistemi di automazione

Un quadro PLC costituisce il centro di controllo di un sistema di automazione industriale. Riceve i segnali dei sensori, esegue la logica di controllo e comanda motori, valvole, robot, nastri trasportatori e impianti di produzione. Se il PLC, il modulo I/O, l’HMI o il modulo di comunicazione subiscono danni causati da sovratensioni, l’intero sistema di automazione potrebbe arrestarsi.

Nei quadri PLC, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN vengono solitamente installati all'ingresso dell'alimentazione di controllo per proteggere i circuiti a 230 V CA, 24 V CC o altri circuiti di alimentazione di controllo. Per le reti di comunicazione e le linee di segnale di campo, all'occorrenza è necessario installare anche dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) specifici per i segnali o per le linee dati.

Nei sistemi di automazione, spesso si verificano contemporaneamente picchi di tensione e picchi di segnale. Un picco di tensione sulla linea di alimentazione può danneggiare il modulo di alimentazione del PLC, mentre un picco di tensione su cavi sensori o cavi di comunicazione di lunga lunghezza può danneggiare le porte I/O o le interfacce di comunicazione. Pertanto, la protezione contro i picchi di tensione per gli armadi di controllo industriali non dovrebbe concentrarsi solo sull'alimentazione principale, ma dovrebbe anche prevedere una protezione coordinata per l'alimentazione di controllo, le linee di segnale e le linee dati.

Circuiti UPS e di alimentazione di emergenza

Nei sistemi industriali, gli UPS sono comunemente utilizzati per proteggere carichi critici quali sistemi di controllo, server, apparecchiature di comunicazione, sistemi di monitoraggio, sistemi DCS, sistemi SCADA e sistemi strumentati di sicurezza. Un UPS è in grado di fornire alimentazione di emergenza in caso di interruzione di corrente, ma non può sostituire completamente la protezione contro le sovratensioni (SPD).

Il lato di ingresso dell'UPS può comunque essere soggetto a sovratensioni causate da fulmini o da operazioni di commutazione provenienti dalla rete di distribuzione a monte. In assenza di un'adeguata protezione tramite SPD, le sovratensioni potrebbero penetrare nell'UPS e danneggiare i moduli raddrizzatori, le schede di controllo o i circuiti di bypass. Per i carichi critici, è possibile installare una protezione più accurata anche sul lato di uscita dell'UPS o in prossimità delle apparecchiature sensibili, a seconda della struttura del sistema.

Nei sistemi di alimentazione critici industriali, un approccio comune alla protezione è il seguente:

Posizione di installazione	Metodo di protezione consigliato	Obiettivo di protezione principale
Quadro elettrico principale	SPD di tipo 1 o di tipo 1+2	Limitare i picchi di alta energia in ingresso
Lato di ingresso dell'UPS	SPD per guida DIN di tipo 2	Proteggere i circuiti di ingresso dell'UPS
Lato di uscita dell'UPS	DOCUP di tipo 2 o 3	Ridurre la tensione residua per i carichi critici
Lato attrezzature	SPD di tipo 3 o dispositivo di protezione dedicato	Proteggere server, PLC e apparecchiature di comunicazione

Questa configurazione coordinata contribuisce a ridurre il rischio che le sovratensioni raggiungano i sistemi UPS e i carichi critici, migliorando la continuità di alimentazione dei sistemi di controllo industriale e dei sistemi informatici.

Impianti fotovoltaici, sistemi di accumulo di energia e sistemi industriali a corrente continua

Sempre più impianti industriali utilizzano oggi impianti fotovoltaici sui tetti, sistemi di accumulo di energia, unità di distribuzione in corrente continua o apparecchiature per le energie rinnovabili. I cavi sul lato CC di questi sistemi sono spesso lunghi e alcuni di essi sono installati all’aperto o in aree esposte, il che li rende più vulnerabili alle sovratensioni causate dai fulmini.

Negli impianti fotovoltaici industriali, i dispositivi di protezione contro le sovratensioni in corrente continua (SPD) su guida DIN vengono comunemente installati in Scatole di combinazione fotovoltaiche, circuiti di ingresso in corrente continua degli inverter e circuiti di distribuzione in corrente continua. Per gli impianti fotovoltaici a 600 V CC, 1000 V CC o 1500 V CC, è necessario scegliere dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) progettati specificatamente per applicazioni in corrente continua. Non si devono utilizzare SPD standard per corrente alternata come sostituti.

Nei sistemi di accumulo di energia, anche i rack delle batterie, le unità PCS, i sistemi BMS ed EMS e le sbarre collettrici in corrente continua possono essere soggetti a sovratensioni transitorie. A seconda della struttura del sistema, potrebbe essere necessario installare dispositivi SPD sul lato CC, sul lato CA e sulle linee di comunicazione.

I punti chiave per la protezione contro le sovratensioni nei sistemi industriali a corrente continua includono:

• Selezionare l'SPD in corrente continua in base alla tensione massima a circuito aperto
• Verificare che l’SPD sia conforme ai requisiti della norma IEC/EN 61643-31
• Distinguere gli SPD fotovoltaici in corrente continua dagli SPD in corrente alternata
• È necessario prevedere una protezione sia sul lato di ingresso in corrente continua dell'inverter che sul lato di uscita in corrente alternata
• Progettare il percorso di scarica in base alla messa a terra e al collegamento equipotenziale

Per i sistemi di distribuzione dell'energia industriale che integrano impianti fotovoltaici, sistemi di accumulo di energia o apparecchiature in corrente continua, nella scelta dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN occorre tenere conto sia del lato CA che del lato CC. In questo modo si evita di proteggere solo il sistema di distribuzione in CA, lasciando i circuiti in CC esposti ai rischi di sovratensione.

Come scegliere il tipo di dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN più adatto alla distribuzione industriale

Nei sistemi di distribuzione dell'energia elettrica industriale, una delle fasi più importanti nel Come scegliere un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN consiste nel determinare il tipo corretto di SPD. I diversi tipi di SPD sono progettati per livelli di energia di sovratensione, posizioni di installazione e obiettivi di protezione diversi. Se si sceglie il tipo sbagliato, anche un prodotto con parametri apparentemente elevati potrebbe non garantire una protezione efficace nel sistema reale.

SPD CA vs SPD CC nelle applicazioni industriali

I sistemi industriali spesso comprendono sia circuiti in corrente alternata che in corrente continua, pertanto è necessario distinguere chiaramente tra SPD per corrente alternata e SPD per corrente continua. Non devono essere utilizzati in modo intercambiabile.

SPD CA Sono utilizzati principalmente nei sistemi di distribuzione in corrente alternata a bassa tensione, quali quadri di distribuzione principali, quadri di sottodistribuzione, MCC (Motor Control Centers), quadri di comando motori, circuiti di ingresso degli UPS e circuiti di alimentazione delle apparecchiature industriali. Servono a limitare le sovratensioni da fulmini e da commutazione nelle linee in corrente alternata.

SPD CC sono utilizzati negli impianti fotovoltaici, nei sistemi di accumulo di energia sul lato CC, nelle scatole di raccolta CC, nei circuiti di ingresso CC degli inverter, negli alimentatori di controllo CC e in altri circuiti CC. Poiché i sistemi CC non presentano un punto di passaggio per lo zero naturale, gli archi CC sono più difficili da estinguere. Pertanto, i dispositivi SPD in corrente continua richiedono strutture di estinzione dell’arco e di disconnessione sicura adatte alle applicazioni in corrente continua.

Un errore comune negli impianti fotovoltaici industriali consiste nell'utilizzare un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) in corrente alternata (AC) in un circuito fotovoltaico in corrente continua (DC). Ciò potrebbe impedire all'SPD di disconnettersi in modo sicuro in caso di guasto e potrebbe persino comportare un rischio di archi elettrici prolungati. Pertanto, negli impianti fotovoltaici in corrente continua (DC) è necessario utilizzare SPD in corrente continua (DC) conformi ai requisiti della norma IEC/EN 61643-31.

La differenza tra SPD in corrente alternata e SPD in corrente continua può essere riassunta come segue:

Elemento di confronto	SPD su guida DIN CA	SPD per guida DIN CC
Sistema applicabile	Sistema di distribuzione in corrente alternata a bassa tensione	Impianti fotovoltaici, sistemi di accumulo di energia e sistemi di distribuzione in corrente continua
Posizione comune	Quadro di distribuzione principale, quadro di subdistribuzione, ingresso UPS, quadro di comando	Scatola di raccordo fotovoltaica, ingresso CC dell'inverter, circuito CC
Comportamento dell'arco	La corrente alternata presenta un passaggio per lo zero naturale, quindi gli archi elettrici sono più facili da spegnere	La corrente continua non presenta un punto di passaggio per lo zero naturale, pertanto gli archi elettrici sono più difficili da spegnere
Messa a fuoco standard	IEC/EN 61643-11	IEC/EN 61643-31
Criteri di selezione	Uc, Up, In, Imax, sistema di messa a terra	Tensione massima a circuito aperto, spegnimento dell'arco in corrente continua, disinserimento termico, polarità
Intercambiabilità	Non deve essere utilizzato a caso nei circuiti in corrente continua	Non deve essere utilizzato in modo indiscriminato negli impianti a corrente alternata

Sistemi industriali monofase e trifase

I sistemi di distribuzione dell'energia elettrica industriale possono comprendere sia alimentazioni monofase che trifase. Il numero di fasi influisce direttamente sulla configurazione dei poli e sul metodo di cablaggio dell'SPD su guida DIN.

I sistemi monofase sono comunemente utilizzati per l'alimentazione dei sistemi di controllo, l'illuminazione, le apparecchiature da ufficio, i piccoli sistemi UPS, i circuiti con prese monofase e alcune apparecchiature ausiliarie. Le configurazioni più comuni degli SPD includono 1P, 1P+N o 2P, che proteggono principalmente i percorsi di sovratensione quali L-N, L-PE e N-PE.

I sistemi trifase sono comunemente utilizzati per motori, convertitori di frequenza (VFD), compressori, pompe, ventilatori, apparecchiature di riscaldamento industriali, centri di controllo motori e sistemi di distribuzione principali. Le configurazioni comuni dei dispositivi SPD (SPD) includono 3P, 3P+N, 4P, 3+1 o 4+0, che coprono i percorsi di sovratensione tra i conduttori di fase, il neutro e la terra.

Se solo un SPD monofase Se utilizzato in un impianto industriale trifase, alcuni conduttori di fase potrebbero rimanere privi di protezione, oppure i percorsi di scarico tra i conduttori di fase, il neutro e il PE potrebbero non essere completamente coperti. Pertanto, gli SPD multipolari su guida DIN dovrebbero essere selezionati in base all’effettivo schema di cablaggio degli impianti trifase.

Tipo di sistema	Applicazione comune	Configurazione SPD standard	Selezione Focus
Sistema a corrente alternata monofase	Alimentazione di controllo, illuminazione, piccoli UPS	1P, 1P+N, 2P	Verificare i percorsi di protezione L, N e PE
Sistema trifase a tre fili	Motori, alcune attrezzature industriali	3P	Proteggere i percorsi di scarico tra le fasi e il PE
Sistema trifase a quattro fili	Quadri di distribuzione principali e secondari di fabbrica	4P, 3+1, 4+0	Si considerino le protezioni L, N e PE
Circuito di controllo in corrente continua	PLC, sensori, alimentatori a 24 V CC	DC SPD	Verificare i requisiti relativi alla tensione in corrente continua e alla polarità

Protezione contro le sovratensioni su guida DIN di tipo 1 per la protezione dell'alimentazione principale in entrata

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) su guida DIN di tipo 1 viene utilizzato principalmente all'ingresso di un impianto elettrico industriale, ad esempio nel quadro di distribuzione principale in entrata, nel quadro elettrico principale a bassa tensione, nel quadro di uscita a bassa tensione del trasformatore o nell'ingresso di servizio dell'edificio. La sua funzione principale è quella di scaricare le correnti da fulmine ad alta energia e impedire che gravi sovratensioni penetrino nella rete di distribuzione interna dello stabilimento.

SPD di tipo 1 viene solitamente preso in considerazione nei seguenti contesti industriali:

• L'edificio dello stabilimento è dotato di un sistema esterno di protezione contro i fulmini
• L'impianto di alimentazione utilizza linee aeree di alimentazione
• Lo stabilimento si trova in una zona soggetta a frequenti temporali
• Il sistema di distribuzione è collegato a numerosi dispositivi esterni
• L'edificio industriale è dotato di un impianto fotovoltaico installato sul tetto
• La scheda principale di ingresso è esposta a un rischio maggiore di sovratensioni

Il parametro chiave di un SPD di Tipo 1 è l’Iimp, che indica la capacità di sopportare la corrente d’impulso da fulmine. Viene solitamente utilizzato per valutare la capacità dell’SPD di resistere a una forma d’onda di corrente da fulmine di 10/350 μs. Per la protezione dell’alimentazione principale, Iimp è un indicatore importante per determinare se un SPD di Tipo 1 è adatto a un impianto industriale ad alto rischio di fulmini.

È importante sottolineare che un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) di tipo 1 è principalmente responsabile dello scarico delle sovratensioni ad alta energia. Non sempre è in grado di ridurre la tensione residua a un livello adeguato per le apparecchiature elettroniche sensibili. Pertanto, nei sistemi industriali, un SPD di tipo 1 deve solitamente funzionare in combinazione con SPD di tipo 2 o di tipo 3 a valle.

Protezione contro le sovratensioni su guida DIN di tipo 2 per quadri di distribuzione industriali

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) su guida DIN di tipo 2 è il tipo più comune di SPD nei sistemi di distribuzione dell'energia industriale. Viene solitamente installato in quadri di distribuzione principali, quadri di subdistribuzione, centri di controllo motori, circuiti di ingresso degli UPS, armadi di controllo delle apparecchiature o quadri di alimentazione per l'automazione. Viene utilizzato per limitare le sovratensioni indirette da fulmini, le sovratensioni da commutazione della rete e le sovratensioni transitorie causate dal funzionamento delle apparecchiature.

Per la maggior parte degli impianti industriali a bassa tensione, SPD di tipo 2 costituisce il cuore della protezione contro le sovratensioni a livello di distribuzione. È adatto alla protezione di:

• Quadri di subdistribuzione industriali
• Centri di controllo motori
• Armadi di controllo PLC
• Circuiti di ingresso UPS
• Circuiti di ingresso per variatori di frequenza (VFD) e avviatori graduali
• Circuiti di alimentazione delle apparecchiature di automazione
• Illuminazione industriale e sistemi di alimentazione ausiliari

I parametri chiave di un SPD di tipo 2 includono solitamente In, Imax e Up. In indica la corrente di scarica nominale che l’SPD è in grado di sopportare ripetutamente. Imax indica la corrente massima di scarica singola. Up indica il livello di protezione in tensione. Per gli utenti industriali, la scelta non dovrebbe basarsi esclusivamente su Imax. Occorre considerare anche la sensibilità delle apparecchiature, la posizione di installazione e il rischio del sistema.

Se nel quadro di ingresso principale è già installato un SPD di tipo 1 o di tipo 1+2, un SPD di tipo 2 a valle nel quadro di subdistribuzione può ridurre ulteriormente la tensione di sovratensione residua e garantire una protezione più accurata per i quadri di comando e le apparecchiature critiche.

Protezione contro le sovratensioni su guida DIN di tipo 3 per apparecchiature terminali sensibili

A SPD di tipo 3 Viene solitamente installato in prossimità di apparecchiature sensibili per garantire una protezione finale di precisione. La sua capacità di scarica è in genere inferiore a quella degli SPD di Tipo 1 e Tipo 2, ma contribuisce a ridurre ulteriormente la tensione residua sul lato delle apparecchiature.

Nei sistemi industriali, gli SPD di tipo 3 vengono comunemente utilizzati per proteggere apparecchiature sensibili quali:

Apparecchiature sensibili	Perché è necessaria la protezione di tipo 3
Controllore PLC	Le porte I/O e i moduli di alimentazione sono sensibili alle sovratensioni residue
Touchscreen HMI	Le interfacce di comunicazione e i moduli di visualizzazione sono sensibili alle tensioni transitorie
Server industriale	Elevato rischio di perdita dei dati e di riavvio del sistema
Apparecchiature di comunicazione	Le interfacce Ethernet, RS485 e fieldbus sono facilmente soggette a danni causati da picchi di tensione
Strumento di precisione	Elevati requisiti in termini di precisione di misura e stabilità di controllo
Apparecchiature di sicurezza e monitoraggio	I percorsi dei cavi di lunga lunghezza possono causare picchi di tensione indotti

Non si raccomanda l'uso di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) di tipo 3 come unico dispositivo di protezione in un sistema industriale. In assenza di una protezione a monte con SPD di tipo 1 o di tipo 2, un SPD di tipo 3 potrebbe non essere in grado di resistere a picchi di energia di entità maggiore.

Pertanto, il dispositivo SPD di tipo 3 è più indicato come livello finale in un sistema di protezione contro le sovratensioni a più livelli. Di solito viene coordinato con dispositivi SPD di tipo 1 o di tipo 1+2 nel quadro di distribuzione principale e con dispositivi SPD di tipo 2 nei quadri di distribuzione secondari, al fine di garantire una protezione più completa alle apparecchiature terminali sensibili.

Protezione contro le sovratensioni combinata di tipo 1+2 su guida DIN per quadri industriali compatti

Un SPD combinato di tipo 1+2 integra in un unico prodotto le funzioni di protezione di tipo 1 e di tipo 2. È in grado di resistere a correnti di impulso da fulmine relativamente elevate, limitando al contempo le sovratensioni transitorie nella rete di distribuzione. Rappresenta una scelta comune per le reti di distribuzione industriali con spazio limitato nell'armadio o che richiedono una struttura di protezione semplificata.

Tipo 1+2 SPD è adatto alle seguenti applicazioni:

• Quadri di alimentazione principali industriali con spazio limitato
• Protezione combinata contro le sovratensioni di livello base
• Sistemi che richiedono una riduzione del numero di moduli
• Stabilimenti dotati di sistemi esterni di protezione dai fulmini o con un rischio maggiore di fulmini
• Costruttori di pannelli che necessitano di una disposizione semplificata degli armadietti
• Piccoli edifici industriali che richiedono una protezione compatta

Sebbene un SPD di tipo 1+2 offra una protezione combinata, ciò non significa che sia possibile omettere tutti gli SPD a valle. Se l’impianto industriale presenta cavi di notevole lunghezza, apparecchiature ampiamente distribuite o PLC, convertitori di frequenza (VFD), sistemi UPS, apparecchiature di comunicazione e sistemi di controllo di precisione a valle, è comunque necessario installare SPD di tipo 2 o di tipo 3 nei quadri di subdistribuzione o in prossimità delle apparecchiature.

Pertanto, un dispositivo SPD combinato di tipo 1+2 è più indicato come soluzione di protezione combinata di base, non come unica misura di protezione per ogni sistema industriale.

Dispositivo di protezione contro le sovratensioni LSP su guida DIN: protezione affidabile contro le sovratensioni per i sistemi di distribuzione dell'energia industriale

LSP è specializzata nella ricerca, nello sviluppo e nella produzione di dispositivi di protezione contro le sovratensioni, offrendo soluzioni di protezione su guida DIN per sistemi industriali, commerciali e di energia rinnovabile. La gamma di prodotti comprende SPD di Tipo 1, SPD di Tipo 1+2, SPD di Tipo 2, SPD di Tipo 3 e SPD per corrente continua (DC), a supporto della protezione dell’ingresso di servizio, della protezione a livello di distribuzione, della protezione dei quadri di comando, della protezione di precisione a livello delle apparecchiature e della protezione contro le sovratensioni sul lato CC degli impianti fotovoltaici. Grazie a un portafoglio prodotti completo, gli ingegneri possono realizzare sistemi coordinati di protezione contro le sovratensioni di Tipo 1 + Tipo 2 + Tipo 3 affidandosi a un unico marchio di fiducia.

Nelle applicazioni industriali, i dispositivi SPD LSP su guida DIN sono progettati per l’installazione su guida DIN standard da 35 mm, il che li rende adatti a configurazioni modulari in quadri di distribuzione e armadi di controllo. Il design a modulo innestabile consente una manutenzione e una sostituzione più rapide, mentre la finestra trasparente di indicazione dello stato aiuta il personale addetto alla manutenzione a verificare se il dispositivo SPD è ancora in condizioni normali di protezione. Per apparecchiature non presidiate, linee di produzione continue o sistemi di alimentazione critici, i contatti di segnalazione remota opzionali consentono di collegare lo stato dell’SPD a sistemi di monitoraggio o di allarme, riducendo il rischio che un guasto dell’SPD passi inosservato.

LSP punta sull'affidabilità a lungo termine negli ambienti industriali. I suoi prodotti SPD utilizzano componenti chiave quali i MOV LKD e i GDT Vactech, abbinati a disconnessione termica, intervento a bassa temperatura, involucro ignifugo e struttura modulare, per gestire le sovratensioni da fulmini, da commutazione e i transitori elettrici industriali. La progettazione e il collaudo dei prodotti si basano sui requisiti della norma IEC/EN 61643-11 per le applicazioni di protezione contro le sovratensioni in corrente alternata a bassa tensione. Per le applicazioni fotovoltaiche in corrente continua, è possibile selezionare soluzioni SPD CC adeguate in base alla tensione dell’impianto e alla posizione di installazione.

Per i clienti industriali, LSP è molto più di un semplice fornitore di prodotti SPD. Può infatti fungere anche da partner per le soluzioni di protezione contro le sovratensioni. Che il progetto riguardi la scelta del quadro di distribuzione principale, la configurazione dell’armadio di controllo, la protezione sul lato CC degli impianti fotovoltaici, il coordinamento delle protezioni di backup, la personalizzazione OEM, il branding, il packaging o la documentazione tecnica, LSP è in grado di fornire consigli sui prodotti e indicazioni applicative per aiutare a ridurre gli errori di selezione, i rischi di installazione e le difficoltà di manutenzione.

Domande frequenti sui dispositivi di protezione contro le sovratensioni su guida DIN per sistemi di distribuzione dell'energia industriale

A cosa serve un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN nei sistemi industriali?

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni su guida DIN viene utilizzato per proteggere le apparecchiature elettriche e i componenti di controllo nei sistemi di distribuzione dell’energia industriale da sovratensioni da fulmini, sovratensioni di commutazione e sovratensioni transitorie di rete. Viene comunemente installato in quadri di distribuzione principali, quadri di subdistribuzione, armadi PLC, quadri MCC, circuiti UPS o impianti fotovoltaici in corrente continua. Limitando le sovratensioni e deviando la corrente di sovratensione verso terra, contribuisce a migliorare l’affidabilità delle apparecchiature e a ridurre il rischio di tempi di inattività.

Dove va installato un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) su guida DIN in un quadro di distribuzione industriale?

Un SPD su guida DIN deve essere installato sul lato di ingresso del circuito protetto in un quadro di distribuzione industriale, il più vicino possibile all’interruttore generale, all’interruttore automatico, ai terminali di ingresso e alla barra di messa a terra PE. Ciò accorcia il percorso di scarica delle sovratensioni e riduce la tensione residua aggiuntiva causata dall’induttanza del cablaggio. Nei grandi stabilimenti, i dispositivi SPD devono inoltre essere coordinati tra quadri principali, quadri di subdistribuzione, quadri di comando e controllo (MCC), armadi PLC e circuiti UPS.

Gli armadi di controllo industriali necessitano di una protezione contro le sovratensioni?

Sì. Gli armadi di controllo industriali necessitano solitamente di protezione contro le sovratensioni, poiché PLC, HMI, moduli I/O, relè, alimentatori, terminali VFD e interfacce di comunicazione sono sensibili alle sovratensioni transitorie. Le sovratensioni possono provenire dai sistemi di distribuzione a monte, dalle operazioni di avvio e arresto dei motori, dalla commutazione dei contattori o dai cavi di segnale di lunga lunghezza. L’installazione di un dispositivo SPD su guida DIN adeguato contribuisce a ridurre i danni alle apparecchiature, i guasti di comunicazione e i tempi di fermo della produzione.

È meglio utilizzare un SPD di tipo 1 o di tipo 2 per il quadro di distribuzione principale di uno stabilimento?

Utilizzare un SPD di Tipo 1 o di Tipo 1+2 se il quadro di distribuzione principale dello stabilimento si trova in corrispondenza dell’ingresso dell’alimentazione, è collegato a linee aeree, è protetto da un sistema esterno di protezione dai fulmini o è situato in un’area ad alto rischio di fulmini. Se la preoccupazione principale riguarda le sovratensioni da commutazione della rete, le sovratensioni indirette da fulmini o i transitori di commutazione delle apparecchiature, di solito è indicato un SPD di Tipo 2. I grandi impianti industriali utilizzano spesso dispositivi di tipo 1 all’ingresso e di tipo 2 a valle.

È possibile proteggere l'intero sistema di alimentazione industriale con un solo dispositivo SPD su guida DIN?

Di solito no. Un dispositivo SPD su guida DIN può proteggere solo una parte del circuito in prossimità del punto di installazione e non è in grado di coprire l’intero sistema di alimentazione industriale. I grandi stabilimenti industriali comprendono spesso quadri di distribuzione principali, quadri di sottodistribuzione, quadri MCC, armadi PLC, sistemi UPS, linee di segnale e circuiti in corrente continua. Poiché i cavi sono lunghi e le apparecchiature sono distribuite su un’ampia area, possono comunque verificarsi sovratensioni residue. Di solito è necessaria una protezione multilivello con SPD di Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3 e per segnali.