Cosa sono le sovratensioni

In generale una sovratensione è un’onda transitoria di corrente, tensione o potenza in un circuito elettrico. Nei sistemi di alimentazione in particolare – e questo è probabilmente il contesto più comune a cui ci riferiamo per sovratensioni – un picco, o transitorio, è una sovratensione di sottociclo con una durata inferiore a mezzo ciclo della forma d’onda della tensione normale. Un picco può essere di polarità positiva o negativa, può essere additivo o sottrattivo dalla normale forma d’onda di tensione ed è spesso oscillatorio e decadente nel tempo.

Le sovratensioni, o transitori, sono brevi picchi di sovratensione o disturbi su un forma d’onda di potenza che può danneggiare, degradare o distruggere apparecchiature elettroniche all’interno di qualsiasi struttura domestica, edificio commerciale, industriale o di produzione. I transitori possono raggiungere ampiezze di decine di migliaia di volt. I picchi sono generalmente misurati in microsecondi.

Ogni apparecchiatura elettrica è progettata per funzionare a una tensione nominale specificata come 120 V CA, 240 V CA, 480 V CA e così via. La maggior parte delle apparecchiature è progettata per gestire piccole variazioni nella tensione operativa nominale standard, tuttavia, le sovratensioni possono essere molto dannose per quasi tutte le apparecchiature.

Sorgenti interne:

• Commutazione di carichi elettrici

  L’accensione (accensione e spegnimento) e il funzionamento di determinati carichi elettrici, dovuti ad operazioni intenzionali o involontarie, possono essere fonte di sovratensioni nel sistema elettrico. I picchi di commutazione non sono sempre riconosciuti immediatamente o di disturbo come picchi generati esternamente più grandi, ma si verificano molto più frequentemente. Questi picchi di commutazione possono essere di disturbo e dannosi per le apparecchiature nel tempo. Si verificano come parte delle operazioni quotidiane.

  Le fonti di commutazione e sovratensioni oscillatorie includono:

  • Operazioni di contattori, relè e interruttori
  • Commutazione di batterie e carichi di condensatori (come la correzione del fattore di potenza)
  • Scarica di dispositivi induttivi (motori, trasformatori, ecc.)
  • Avviamento e arresto di carichi
  • Innesco di un guasto o di un arco
  • Guasti con un arco (terra)
  • Eliminazione o interruzione del guasto
  • Ripristino del sistema di alimentazione (da interruzione)
  • Connessioni allentate

• Accoppiamento magnetico e induttivo

  Ogni volta che scorre corrente elettrica, viene creato un campo magnetico. Se questo campo magnetico si estende a un secondo filo, indurrà una tensione in quel filo. Questo è il principio di base con cui funzionano i trasformatori. Un campo magnetico nel primario induce una tensione nel secondario. Nel caso di cablaggio di edifici adiacenti o vicini, questa tensione è indesiderabile e può essere di natura transitoria.

  Esempi di apparecchiature che possono causare accoppiamenti induttivi includono: ascensori, riscaldamento, ventilazione e sistemi di condizionamento dell’aria (HVAC con variabile convertitori di frequenza) e reattori a luce fluorescente, fotocopiatrici e computer.

• Elettricità statica

  Scarica elettrostatica (ESD) fenomeni, o statici, possono generare campi elettromagnetici su un’ampia gamma di frequenze fino a una gamma di gigahertz bassi. Il termine evento ESD include non solo la corrente di scarica, ma anche i campi elettromagnetici e gli effetti corona prima e durante una scarica. L’ESD provoca un improvviso trasferimento di carica tra corpi di diversi potenziali elettrostatici. Le scariche elettrostatiche indotte sulla distribuzione elettrica contengono una grande quantità di rumore ad alta frequenza.

  Un evento di scarica elettrostatica può causare il malfunzionamento dell’apparecchiatura e danni fisici. Il malfunzionamento delle apparecchiature potrebbe includere la corruzione dei dati e blocchi delle apparecchiature. I danni fisici potrebbero includere danni alle apparecchiature e persino la perdita di vite umane. Per ottenere un’immunità ESD significativa, è necessario prendere in considerazione la progettazione di un intero sistema
  , sia per la scarica diretta che per i campi.

  La tensione minima necessaria a una persona per essere consapevole del proprio il coinvolgimento in una scarica elettrostatica è di circa 3000 V.Tuttavia, le scariche elettrostatiche che si verificano al di sotto di questa soglia di percezione umana possono contenere energia sufficiente a provocare disturbi o danni alle apparecchiature elettroniche. In effetti, le pendenze iniziali più veloci delle forme d’onda di corrente che risultano da eventi ESD a questi livelli di bassa tensione possono rendere tali scariche ancora più dirompenti rispetto agli eventi ESD originati a tensioni più elevate.

  La tensione su un corpo umano o su un oggetto mobile può variare notevolmente da un ambiente all’altro. Può rimanere ben al di sotto di 5 kV in situazioni di umidità controllata che coinvolgono solo materiali antistatici o statici dissipativi. Può variare da 5 kV a 15 kV in ambienti a bassa umidità con materiali sintetici. L’attrezzatura vittima si trova in prossimità dell’evento ESD e può essere turbata o danneggiata dai campi elettromagnetici generati dalla scarica tra l’intruso e il recettore.

Fonti esterne:

La fonte più riconoscibile delle sovratensioni generate all’esterno della struttura sono i fulmini. Sebbene i fulmini possano essere alquanto rari in alcune regioni, i danni che possono causare a una struttura possono essere catastrofici. Altre aree sono soggette a temporali e fulmini molto più frequentemente.

Le sovratensioni che sono il risultato di un fulmine possono provenire dal contatto diretto del fulmine con un impianto elettrico della struttura o, più comunemente, fulmini indiretti o vicini che induce picchi elettrici sui sistemi di alimentazione o di comunicazione. Entrambi gli scenari possono essere immediatamente dannosi per il sistema elettrico e / o per i carichi collegati.

Altre fonti esterne di sovratensioni includono la rete avviata dalla rete e la commutazione del banco di condensatori. Durante il funzionamento della rete elettrica, la società di servizi potrebbe dover cambiare la fornitura di energia a un’altra fonte o interrompere temporaneamente il flusso di energia ai propri clienti per aiutare a eliminare un guasto dal sistema. Questo è spesso il caso nel caso in cui il ramo di un albero caduto o un piccolo animale causi un guasto sulla linea. Queste interruzioni dell’alimentazione causano picchi quando l’alimentazione viene scollegata e quindi ricollegata ai carichi del cliente.

I disturbi della qualità dell’alimentazione possono essere forniti durante il normale funzionamento del sistema di alimentazione elettrica. Le aziende elettriche producono elettricità da una serie di impianti di generazione di energia e assegnano l’energia a specifiche reti di utenti. Poiché l’apparecchiatura utilizzata per produrre energia funziona in modo più efficiente a una velocità costante, le utility regolano l’allocazione di potenza, piuttosto che apportare modifiche costanti alle apparecchiature di generazione della centrale elettrica. Quando le utenze trasferiscono l’alimentazione da una rete all’altra, si verificano disturbi di alimentazione, inclusi transitori o picchi e condizioni di sottotensione e sovratensione. Queste attività causeranno l’introduzione di transitori in un sistema e potrebbero propagarsi nelle apparecchiature dell’utente finale e potrebbero causare danni o disturbi operativi.

Per ulteriori informazioni su questi e altri argomenti che è importante considerare per la protezione contro le sovratensioni dispositivi, vedere IEEE Std. C62.41.1-2002 e IEEE Std. C62.72-2007 che sono riportati nella pagina Regolamenti e Standard di questo sito.