Protezione degli impianti elettrici da sovratensioni

Una corretta protezione dalle sovratensioni è fondamentale per garantire la sicurezza e l'affidabilità degli impianti elettrici, specialmente in ambienti dove l'integrità delle apparecchiature è cruciale e ogni malfunzionamento può portare a gravi danni o perdite economiche. Vediamo quindi le cause delle sovratensioni, le normative vigenti e i dispositivi da installare per una protezione efficace e conforme.

Le sovratensioni sono aumenti di tensione transitori o permanenti che si verificano all'interno degli impianti elettrici e superano i valori nominali previsti. Possono avere effetti molto gravi sui componenti elettronici e le apparecchiature collegate, causandone il guasto immediato o compromettendone l’affidabilità sul medio e lungo periodo. Il degrado degli isolamenti, i malfunzionamenti, la perdita di dati e lo scaturire di incendi sono tra i pericoli più frequenti legati alle sovratensioni.

Gli aumenti di tensione transitori o permanenti sono tra le principali cause di guasto nei dispositivi elettronici e di interruzione dell’attività produttiva. In contesti critici come data center, impianti industriali e infrastrutture civili, un singolo guasto può comportare ingenti perdite di servizio e produttività.

Anche in ambienti residenziali o commerciali gli episodi ricorrenti, come picchi di tensione causati da fenomeni esterni quali i fulmini, possono ridurre drasticamente la vita utile degli apparecchi elettronici, compromettendo sicurezza e continuità d’esercizio. Il rischio cresce ulteriormente nei sistemi più complessi e delicati, come nel caso di impianti fotovoltaici.

Le sovratensioni si classificano principalmente in transitorie e permanenti. A loro volta, le sovratensioni transitorie possono essere atmosferiche o da commutazione.

Le sovratensioni atmosferiche sono generate da fulminazioni avvenute anche a centinaia di metri di distanza. Un singolo fulmine può sprigionare una potenza pari a centinaia di gigawatt, con effetti perturbatori e possibili conseguenze critiche su impianti anche non colpiti direttamente. Quando colpiscono l’edificio, le scariche vengono dette “dirette”. Quando inducono sovratensioni nell’impianto, vengono chiamate “indirette”. 

Quelle da commutazione derivano da manovre sulla rete, come l’apertura e chiusura di interruttori, l’avvio di motori o la variazione del carico. Il contenuto energetico è minore rispetto a quelle atmosferiche, ma sono più frequenti e generano picchi di tensione ripetuti che possono deteriorare precocemente le apparecchiature elettroniche.

Infine troviamo le sovratensioni permanenti, che sono causate dalla perdita del cavo di neutro. In presenza di una linea trifase, la perdita del neutro può provocare un'innalzamento della tensione non idoneo rispetto al valore nominale. Questo fenomeno può essere dovuto a guasti nei contatti degli interruttori o danni ai cavi di distribuzione o connessioni elettriche difettose.

La norma CEI 64-8 Sezione 453 stabilisce le condizioni in cui è obbligatoria l’installazione di dispositivi di protezione dell’impianto elettrico contro le sovratensioni. Se il valore del CRL (Calculated Risk Level) è inferiore a 1000, è obbligatorio installare lo scaricatore di tensione, chiamato anche SPD (Surge Protective Devices). In assenza della valutazione del CRL, l’installazione degli SPD è comunque richiesta.

In ambito residenziale, la norma CEI 64-8, capitolo 37 prevede l’obbligo di installazione degli SPD negli impianti elettrici di livello 3, a prescindere dal risultato della valutazione. È consigliabile estendere la protezione anche ad altre linee sensibili, come quelle telefoniche e dati, e non solo a quella di alimentazione.

La norma CEI EN 62305 (CEI 81-10) offre infine un livello di dettaglio maggiore nella valutazione del rischio, ed è indicata in particolare per la protezione contro scariche atmosferiche dirette o indirette che coinvolgono la struttura dell’edificio.

In ambito industriale o terziario, una corretta valutazione del rischio e l’applicazione delle norme CEI sono essenziali per conformarsi ai requisiti assicurativi e ridurre la probabilità di danni a persone, cose o processi produttivi.

I dispositivi di protezione da sovratensione - o SPD (Surge Protective Devices) - che abbiamo citato sono progettati appunto per proteggere l’impianto elettrico in caso di picchi di tensione. Questi dispositivi deviano a terra l’energia in eccesso, prevenendo danni irreversibili a impianti e dispositivi sensibili. Conoscerne le differenze è importante per comprendere come proteggere un impianto elettrico da sovratensioni in modo efficace.

Esistono tre principali categorie di SPD, ciascuna con una funzione specifica:

• Tipo o classe 1: installati in ingresso all’impianto, proteggono contro le sovratensioni causate da fulmini diretti. Sono testati per sopportare forme d’onda ad alta energia e garantire la dispersione sicura verso terra.

• Tipo o classe 2: collocati a valle del quadro elettrico principale, sono efficaci contro le sovratensioni di tipo indiretto e le sovratensioni di commutazione e si basano su varistori e spinterometri. Rappresentano lo standard minimo richiesto per proteggere impianti in ambito residenziale e terziario.

• Tipo o classe 3: sono dispositivi locali montati vicino ad apparecchiature sensibili come PC, server e PLC. Offrono una protezione di dettaglio e completano l’azione degli SPD di tipo 1 e 2. Possono essere integrati in prese multiple o quadri locali.

La progettazione, i test e l'applicazione dei diversi tipi di dispositivi di protezione contro le sovratensioni​ devono seguire le indicazioni della norma IEC 61643, al fine di garantire l’efficacia della protezione in tutte le situazioni previste. Una configurazione ben progettata consente non solo di evitare danni, ma anche di prolungare la vita utile degli impianti e ridurre i costi di manutenzione.