Punti chiave per la selezione di un dispositivo di protezione da sovratensioni e analisi delle problematiche correlate.

Il dispositivo di protezione dalle sovratensioni è un dispositivo di protezione del circuito ad alta efficienza che, resistendo a sovratensioni transitorie e impulsi ad alta energia, converte rapidamente (in 10⁻⁹ s) l'impedenza originale da alta a bassa, e a impulsi di interferenza transitori ad alta tensione in un valore predeterminato, protegge efficacemente le apparecchiature e i dispositivi sensibili da danni, garantendo il funzionamento ininterrotto del circuito.

(1) I dispositivi di protezione dalle sovratensioni sono suddivisi in tre livelli
Il primo livello di protezione può scaricare la corrente diretta del fulmine o l'enorme energia trasmessa quando la linea di trasmissione elettrica viene colpita direttamente da un fulmine. La protezione di primo livello deve essere costituita da un limitatore di sovratensione trifase a commutazione di tensione, con un flusso di fulmine non inferiore a 60 kA. Generalmente utilizzato per la distribuzione generale.
Lo scopo del secondo stadio è quello di limitare ulteriormente il valore della sovratensione residua attraverso il limitatore di sovratensione del primo stadio a 1500-2000 V e di realizzare un collegamento equipotenziale per LPZ1-LPZ2. Quando l'uscita del limitatore di sovratensione dalla linea del quadro di distribuzione viene utilizzata come protezione di secondo livello, deve essere utilizzato un limitatore di sovratensione con una capacità di corrente di fulmine non inferiore a 20 kA.

Lo scopo del terzo livello è quello di proteggere definitivamente le apparecchiature e ridurre il valore della sovratensione residua a meno di 1000 V. Come protezione di terzo livello, si utilizza un limitatore di sovratensione in serie con capacità di corrente di fulmine non inferiore a 10 kA. Generalmente impiegato per le apparecchiature di distribuzione di energia elettrica terminali.
I diversi sistemi di distribuzione devono selezionare i dispositivi di protezione dalle sovratensioni corrispondenti, che possono essere suddivisi in TN (TN-S, NC, TN-CS), IT e TT.

1) Protezione primaria
Lo scopo è impedire che la sovratensione si propaghi direttamente dall'area lpz0 all'area lpz1 e limitare la sovratensione, che può variare da decine di migliaia a centinaia di migliaia di volt, a un valore compreso tra 2500 e 3000 volt.
Quando il parafulmine di potenza installato sul lato a bassa tensione del trasformatore di alimentazione domestico viene utilizzato come protezione di primo livello, deve essere un parafulmine di potenza trifase a commutazione di tensione, con un flusso di fulmine non inferiore a 60 kA. Questo livello di parafulmine di potenza deve essere un parafulmine di potenza ad alta capacità collegato tra ciascuna fase della linea di ingresso all'ingresso del sistema di alimentazione dell'utente e la terra. Il docente Di del corso online di progettazione elettrica generalmente richiede che questo livello di parafulmine di potenza abbia una capacità di impatto massima superiore a 100 kA per fase e una tensione limite richiesta inferiore a 1500 V, ed è definito parafulmine di potenza di classe. Questi parafulmini elettromagnetici sono progettati per resistere alle grandi correnti dei fulmini e dei fulmini indotti e per attrarre le sovratensioni ad alta energia, in modo da poter deviare a terra una grande quantità di corrente di sovratensione. Essi forniscono solo la tensione limite (quando la corrente impulsiva scorre attraverso lo scaricatore di sovratensione, la tensione massima sulla linea è chiamata tensione limite) come protezione di livello medio, poiché i dispositivi di protezione di livello classico assorbono principalmente le grandi correnti di picco e da soli non possono proteggere completamente le apparecchiature elettriche sensibili all'interno del sistema di alimentazione.

Il parafulmine di primo livello è in grado di bloccare fulmini con impulsi di 10/350 µs e correnti di 100 kA, raggiungendo il più elevato standard di protezione specificato dalla norma IEC.
Il riferimento tecnico è: il flusso del fulmine è maggiore o uguale a 100 kA (10 / 350 µs); il valore della tensione residua non deve essere superiore a 2,5 kV; il tempo di risposta è inferiore o uguale a 100 ns.
2) Protezione secondaria
Lo scopo è quello di limitare ulteriormente il valore della sovratensione residua attraverso il parafulmine di primo livello a 1500-2000 V e di realizzare una connessione equipotenziale per lpz1-lpz2.
Quando l'uscita del limitatore di sovratensione dalla linea del quadro di distribuzione viene utilizzata come protezione di secondo livello, il limitatore di sovratensione deve essere installato nel punto di distribuzione secondario che alimenta apparecchiature elettriche importanti o sensibili, e la sua capacità di corrente di fulmine non deve essere inferiore a 20 kA. Il signor Di, docente online di progettazione elettrica, afferma che questi limitatori di sovratensione possono assorbire meglio l'energia residua di sovratensione che passa attraverso il limitatore di sovratensione all'ingresso dell'alimentazione dell'utente e hanno un eccellente effetto inibitorio sulle sovratensioni transitorie.

La capacità impulsiva massima del limitatore di sovratensione utilizzato in questo caso deve essere superiore a 45 kA per fase e la tensione limite richiesta deve essere inferiore a 1200 V, il che lo rende un limitatore di sovratensione di Classe II. In generale, se il sistema di alimentazione dell'utente raggiunge il secondo livello di protezione, può soddisfare i requisiti per il funzionamento delle apparecchiature elettriche.
Il protettore di classe C è adottato per il limitatore di sovratensione di classe II per la protezione in modalità completa di fase-I, fase-I e fase-I, e i principali parametri tecnici sono: la capacità di corrente del fulmine è maggiore o uguale a 40 kA (8 / 20 μs); il valore di picco della tensione residua non deve essere superiore a 1000 V; il tempo di risposta non deve essere superiore a 25 ns.

3) Protezione di terzo livello
Lo scopo è proteggere definitivamente le apparecchiature riducendo la sovratensione residua a meno di 1000 V, in modo che l'energia della sovratensione possa danneggiare le apparecchiature.
Quando il limitatore di sovratensione installato all'estremità di ingresso dell'alimentazione CA di un'apparecchiatura elettronica viene utilizzato come protezione di terzo livello, deve essere un limitatore di sovratensione in serie e la sua capacità di corrente di fulmine non deve essere inferiore a 10 kA.
Infine, un limitatore di sovratensione integrato può essere utilizzato nell'alimentatore interno delle apparecchiature elettriche per eliminare completamente le piccole sovratensioni transitorie. Il signor Di, docente online di progettazione elettrica, afferma che la capacità di impatto massima del limitatore di sovratensione utilizzato in questo caso deve essere pari o inferiore a 20 kA per fase e la tensione limite richiesta deve essere inferiore a 1000 V. Per alcune apparecchiature elettroniche particolarmente importanti o sensibili, è necessario disporre di una protezione di terzo livello, che può anche proteggere le apparecchiature elettriche dalle sovratensioni transitorie generate all'interno del sistema. Per gli alimentatori a raddrizzatore utilizzati per apparecchiature di comunicazione a microonde, apparecchiature di comunicazione per stazioni base mobili e apparecchiature radar, è necessario selezionare limitatori di sovratensione per alimentatori CC con tensione di lavoro appropriata come protezione non di livello, in base alle esigenze di protezione della loro tensione di lavoro.

4) In base al livello di tensione di tenuta dell'apparecchiatura protetta
Se la protezione contro i fulmini a due livelli è in grado di limitare la tensione al di sotto del valore di tensione di tenuta dell'apparecchiatura, è sufficiente una protezione a due livelli. Se il valore di tensione di tenuta dell'apparecchiatura è basso, potrebbero essere necessari quattro o più livelli di protezione. La capacità di corrente di fulmine del quarto livello di protezione non deve essere inferiore a 5 kA.
(2) Perché è necessario installare un fusibile e un interruttore automatico davanti al dispositivo di protezione dalle sovratensioni?
Quando la corrente di spunto che attraversa il limitatore di sovratensione supera il suo valore IMAX, il limitatore si guasta e smette di funzionare, provocando un cortocircuito nel circuito. Per interrompere il cortocircuito, è necessario installare un interruttore automatico o un fusibile. Il signor Di, docente online di progettazione elettrica, spiega che ogni fulmine provoca l'invecchiamento del limitatore di sovratensione. Ad esempio, se la corrente persiste a lungo, il limitatore si surriscalda e l'invecchiamento accelera. In questo caso, il sistema di protezione termica, costituito da un interruttore automatico o un fusibile, deve intervenire per scollegare il limitatore di sovratensione prima che raggiunga la temperatura massima consentita.

Requisiti del dispositivo di protezione dalle sovratensioni per fusibile e interruttore automatico: quando vengono applicati 20 impulsi di prova standard di 8/20 microsecondi e 1,2/50 microsecondi alla corrente nominale, l'interruttore automatico o il fusibile non intervengono. Se il dispositivo di protezione dalle sovratensioni si guasta e va in cortocircuito, l'interruttore automatico o il fusibile intervengono. Se il dispositivo di protezione dalle sovratensioni è un modulo di commutazione, poiché la sua modalità di guasto è il circuito aperto, può essere protetto senza interruttore automatico e fusibile miniaturizzati.
Sia il fusibile che l'interruttore automatico possono essere utilizzati come protezione superiore contro le sovratensioni. Caratteristiche del fusibile: il fusibile ha due funzioni di protezione: ritardo a lungo termine e corrente istantanea con caratteristiche di limite di tempo inverso. Il signor Di, insegnante online di progettazione elettrica, lo utilizza rispettivamente come protezione da sovraccarico e cortocircuito, ovvero il fusibile deve essere sostituito dopo l'intervento. Caratteristiche dell'interruttore automatico: l'interruttore automatico ha protezione da corrente istantanea e protezione termica da sovraccarico. Dopo l'interruzione del guasto, può essere ripristinato manualmente senza sostituire i componenti.
Osservate la differenza tra le linee di ingresso: per i sistemi trifase a 280 V a cinque fili o trifase a 380 V a quattro fili, è necessario selezionare un dispositivo di protezione da sovratensione da 440 V. Per i sistemi monofase a 220 V a due fili o monofase a tre fili, è necessario selezionare un dispositivo di protezione da sovratensione da 220 V. Inoltre, si noti che il livello di protezione del dispositivo di protezione da sovratensione selezionato è di livello 2 per i sistemi trifase a 280 V sulla linea di ingresso dell'edificio residenziale; di livello 3 per i sistemi monofase a 220 V.
Dopo che la linea del sistema TN-CS entra nel quadro di distribuzione generale dell'edificio, la linea di alimentazione si divide in linea N e linea PE. È sufficiente installare un limitatore di sovratensione tra la linea di fase I e la linea di alimentazione.
L'interruttore posto davanti al dispositivo di protezione dalle sovratensioni permette di selezionare il fusibile o l'interruttore automatico. In genere, si consiglia di selezionare un valore compreso tra 40 e 63 A per IMAX > 40 kA e tra 20 e 32 A per IMAX < 40 kA.

(3) Il dispositivo di protezione dalle sovratensioni e il parafulmine sono la stessa cosa?
Sebbene sia i dispositivi di protezione dalle sovratensioni che i parafulmini abbiano la funzione di prevenire le sovratensioni, in particolare quelle causate dai fulmini, presentano comunque molte differenze di applicazione.
1) I limitatori di sovratensione hanno diversi livelli di tensione, che vanno da 0,38 kV a 500 kV UHV, mentre i dispositivi di protezione contro le sovratensioni in genere hanno solo prodotti a bassa tensione;

2) I parafulmini vengono perlopiù installati sul sistema primario per impedire l'ingresso diretto dell'onda di fulmine, mentre i dispositivi di protezione dalle sovratensioni vengono perlopiù installati sul sistema secondario, che rappresenta una misura supplementare da adottare dopo che il parafulmine ha eliminato l'ingresso diretto dell'onda di fulmine o quando il parafulmine non riesce a eliminare l'onda di fulmine;

3) Il parafulmine viene utilizzato per proteggere le apparecchiature elettriche, mentre il limitatore di sovratensione viene utilizzato principalmente per proteggere strumenti o contatori elettronici;
4) Poiché il limitatore di sovratensione è collegato al sistema elettrico primario, deve avere prestazioni di isolamento esterno sufficienti e dimensioni considerevoli. Dato che il limitatore di sovratensione è collegato a bassa tensione, le dimensioni possono essere molto ridotte.