Qual è la differenza tra dispositivi di protezione da sovratensioni in corrente alternata e in corrente continua?

Questo articolo illustra le differenze tra i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) a corrente alternata (CA) e a corrente continua (CC), descrivendone i principi di funzionamento, le applicazioni, la gestione della tensione e i criteri di selezione.

I lettori comprenderanno il funzionamento dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) in corrente alternata e continua, perché non sono intercambiabili e come scegliere l'SPD più adatto a ciascun sistema. Il contenuto evidenzia inoltre le differenze in termini di soppressione delle sovratensioni, tempi di risposta e caratteristiche di sicurezza.

Punti chiave

• I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente alternata (AC SPD) gestiscono i picchi di tensione nei sistemi a corrente alternata, mentre i dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (DC SPD) gestiscono le sovratensioni nei sistemi a tensione costante.
• La struttura interna dei dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) in corrente alternata e continua differisce per adattarsi alle rispettive forme d'onda di tensione e al comportamento dell'arco elettrico.
• I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (DC SPD) rispondono più rapidamente alle sovratensioni di breve durata e di elevata ampiezza e, in genere, hanno tensioni nominali più elevate.
• La selezione richiede attenzione alla tensione di sistema, alla polarità, al luogo di installazione e al coordinamento con i dispositivi di protezione.
• L'utilizzo di SPD CA in sistemi CC o SPD CC in sistemi CA può causare guasti o una protezione insufficiente.

Che cosa è un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD)?

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD) protegge le apparecchiature elettriche dalle sovratensioni transitorie, come quelle causate dai fulmini o dalle sovratensioni di commutazione, deviando l'energia in eccesso verso terra. Ciò riduce la tensione a livelli gestibili dalle apparecchiature e minimizza il rischio di danni.

 

Dispositivi di protezione da sovratensione in corrente alternata e continua: principi di base e funzionamento

I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) riducono le sovratensioni transitorie e deviano l'energia in eccesso dai dispositivi sensibili. I sistemi in corrente alternata e continua differiscono nel comportamento della tensione, il che determina il modo in cui gli SPD rispondono e quali componenti vengono utilizzati.

SPD CA

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni in corrente alternata (AC SPD) gestiscono i picchi di tensione nei sistemi a corrente alternata, proteggendo sia le apparecchiature industriali che quelle residenziali. I componenti chiave includono i varistori a ossido di metallo (MOV) e i tubi a scarica di gas (GDT), che reagiscono alle sovratensioni riducendo l'impedenza e scaricando la tensione in eccesso a terra. Ciò previene guasti alle apparecchiature, perdita di dati o interruzioni di servizio nei sistemi elettrici collegati alla rete CA.

SPD CC

I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (DC SPD) gestiscono le sovratensioni nei sistemi con corrente unidirezionale, come impianti solari, alimentatori per telecomunicazioni, sistemi di accumulo e caricabatterie per veicoli elettrici. I MOV o GDT gestiscono le sovratensioni lungo le linee in corrente continua e proteggono inverter, batterie e altri componenti sensibili. I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua spesso necessitano di tensioni nominali più elevate e tempi di risposta più rapidi a causa delle sovratensioni di breve durata e di elevata ampiezza, comuni in questi sistemi.

Principali differenze tra SPD in corrente alternata e in corrente continua

1. Forma d'onda della tensione e struttura interna

La tensione CA oscilla come un'onda sinusoidale, mentre la tensione CC mantiene una direzione costante. I dispositivi di protezione da sovratensione CA gestiscono sia le sovratensioni positive che negative. I dispositivi di protezione da sovratensione CC gestiscono una tensione costante in una sola direzione, il che influenza le specifiche dei MOV e dei GDT.

2. Soppressione dell'arco

Nei circuiti in corrente alternata, la corrente attraversa lo zero ad ogni ciclo, il che contribuisce a estinguere gli archi in modo naturale. Nei sistemi in corrente continua questo attraversamento dello zero è assente, pertanto i dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) in corrente continua hanno un controllo interno dell'arco più rigoroso per prevenire i guasti.

3. Caratteristiche di risposta e di picco

Le sovratensioni in corrente continua (CC) hanno spesso una durata breve, un'ampiezza elevata e forme d'onda rapide. Le sovratensioni in corrente alternata (CA) sono correlate alle variazioni della frequenza di rete. I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (SPD) rispondono più velocemente e tollerano picchi di tensione più elevati.

4. Applicazione e tensione nominale

I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente alternata (AC SPD) sono utilizzati nella distribuzione di energia, nei carichi industriali in corrente alternata e negli impianti elettrici residenziali. I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (DC SPD) sono impiegati negli impianti fotovoltaici, nei gruppi di continuità (UPS), nei sistemi di alimentazione in corrente continua, nelle reti di comunicazione e nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici. I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua hanno generalmente tensioni nominali più elevate per adattarsi al sistema.

Caratteristica tecnica	Protezione contro le sovratensioni CA (SPD)	Protettore da sovratensione CC (SPD)	Impatto di EPC/Distributore
Forma d'onda corrente	Sinusoidale (cambia direzione)	Lineare (direzione costante)	Selezione: una scelta errata provoca il guasto immediato del dispositivo.
Estinzione dell'arco	Utilizza il sistema "Zero-Crossing" per arrestare gli archi elettrici.	Richiede schermi di protezione interni contro gli archi elettrici specializzati.	Sicurezza: le unità CA nei sistemi CC presentano un elevato rischio di incendio poiché non sono in grado di arrestare gli archi elettrici in corrente continua.
Standard fondamentali	IEC 61643-11 / UL 1449	IEC 61643-31 / EN 50539-11	Conformità: fondamentale per superare le ispezioni del progetto e le verifiche assicurative.
Sensibilità alla polarità	Non polarizzato (L / N / PE)	Polarizzato (+ / – / PE)	Installazione: un cablaggio in corrente continua errato danneggia l'unità; la corrente alternata è più flessibile.
Caso d'uso comune	Impianti idraulici degli edifici, impianti di climatizzazione industriali, pompe.	Fotovoltaico, colonnine di ricarica per veicoli elettrici, sistemi di accumulo di energia (BESS), telecomunicazioni.	Ambito del progetto: Contribuisce a definire la distinta base (BOM - Bill of Materials) in base alla fonte di energia.
Velocità di risposta	Standard (microsecondi)	Ultraveloce (nanosecondi)	Affidabilità: i dispositivi elettronici in corrente continua (come gli inverter) sono più sensibili e richiedono una regolazione più rapida.

Tipologie e standard SPD

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni variano a seconda del tipo di sistema e della posizione nella rete. Comprendere queste tipologie aiuta a coordinare la protezione e a garantire che i dispositivi gestiscano i livelli di energia previsti. I dispositivi di protezione contro le sovratensioni in corrente alternata e continua seguono standard e classificazioni diversi per adattarsi alle rispettive caratteristiche di sistema e al comportamento della tensione.

Tipi di SPD CA

Secondo le norme IEC:

• I dispositivi SPD di tipo 1 gestiscono i fulmini esterni ad alta energia all'ingresso dell'alimentazione, proteggendo il sistema da forti sovratensioni.
• I dispositivi SPD di tipo 2 gestiscono le sovratensioni di commutazione nei quadri di distribuzione, riducendo lo stress sulle apparecchiature a valle.
• I dispositivi SPD di tipo 3 filtrano le piccole sovratensioni residue in prossimità di dispositivi sensibili, fornendo una protezione finale per l'elettronica e la strumentazione.

Tipi di SPD DC

I dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua (DC SPD) nelle applicazioni solari includono:

• Dispositivi di protezione da sovratensione in corrente continua di tipo 1 installati sulle linee principali in corrente continua per gestire picchi di energia elevati provenienti da fonti esterne.
• I dispositivi di protezione da sovratensione CC di tipo 2, situati nelle scatole di combinazione fotovoltaiche o agli ingressi degli inverter, servono a controllare le sovratensioni causate dalla commutazione o dalle interazioni tra i moduli.
• Unità combinate di tipo 1+2 che gestiscono sia eventi ad alta energia che picchi residui di minore entità, fornendo una protezione a più livelli nelle reti in corrente continua.

Internazionali

I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) per corrente alternata (AC) sono conformi agli standard IEC 61643-11 o UL 1449, garantendo prestazioni e sicurezza costanti nei sistemi in corrente alternata. I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) per corrente continua (DC) per sistemi fotovoltaici (FV) sono conformi alla norma IEC 61643-31 o alle relative linee guida UL, tenendo conto delle esigenze specifiche dei sistemi a tensione unidirezionale.

Selezione di un SPD in base alle esigenze del sistema

1. Tensione e polarità

Verificare che la tensione nominale continua del dispositivo di protezione da sovratensione (SPD) superi la tensione di esercizio del sistema, sia in corrente alternata che in corrente continua. Ciò garantisce che il dispositivo possa gestire le normali condizioni operative senza scattare o subire degrado. Considerare le massime variazioni di tensione possibili e assicurarsi che l'SPD possa tollerare picchi occasionali senza compromettere la protezione.

2. Ubicazione e coordinamento dell'installazione

Installare i dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) agli ingressi di alimentazione, ai quadri di distribuzione e ai punti terminali per fornire una protezione a più livelli. La posizione influisce sull'efficacia con cui il dispositivo può ridurre i picchi di tensione prima che raggiungano le apparecchiature sensibili. Il coordinamento del posizionamento degli SPD in tutta la rete aiuta a gestire l'energia delle sovratensioni e previene sovrapposizioni o lacune nella protezione.

3. Coordinamento con la protezione del circuito

I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) devono funzionare in sinergia con i dispositivi a monte, come interruttori o fusibili, per consentire un isolamento sicuro in caso di guasto. Un corretto coordinamento previene danni sia all'SPD che alle apparecchiature collegate. Contribuisce inoltre a mantenere la stabilità del sistema, evitando scatti intempestivi e gestendo al contempo picchi di corrente imprevisti.

Incomprensioni comuni

È possibile utilizzare indifferentemente i dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) in corrente alternata e in corrente continua?

No. I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) per corrente alternata potrebbero non estinguere correttamente gli archi elettrici nei sistemi a corrente continua, e i dispositivi di protezione da sovratensione per corrente continua non sono in grado di controllare efficacemente le sovratensioni positive e negative nei sistemi a corrente alternata. L'utilizzo del tipo sbagliato può causare guasti al dispositivo o una protezione insufficiente.

L'adattamento di tensione è l'unico fattore da considerare?

No. La sola tensione nominale non garantisce la protezione. L'energia di picco, la velocità di risposta e la costruzione interna influiscono sulle prestazioni. La scelta di un SPD richiede la valutazione di questi fattori per assicurarsi che sia in grado di gestire le condizioni specifiche del sistema.

Conclusione

I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD) in corrente alternata e continua differiscono per principi di funzionamento, gestione delle sovratensioni, caratteristiche di tensione e scenari di applicazione. La comprensione di queste differenze è fondamentale per garantire il funzionamento affidabile dei sistemi industriali, della distribuzione di energia, della generazione di energia solare e delle apparecchiature di comunicazione.

La scelta di un SPD (dispositivo di protezione dalle sovratensioni) adatto alle caratteristiche del sistema riduce i danni ai dispositivi e ne prolunga la durata. Se avete domande sulle soluzioni di protezione dalle sovratensioni in corrente alternata o continua, il nostro team tecnico è a vostra disposizione.