Impianti industriali: protezione da sovratensione per una lunga vita operativa

Elevata disponibilità, protezione ottimale contro le sovratensioni dei dispositivi e dei sistemi, lunga vita operativa sono alcune delle necessità delle aziende

Protezione ottimale contro le sovratensioni dei dispositivi finali per impianti industriali

Una lunga vita operativa ed un’elevata disponibilità degli impianti industriali rappresentano le fondamenta delle aziende manifatturiere. In seguito alla digitalizzazione ed al grado di automazione in costante aumento, la scelta dei prodotti diventa sempre più complessa ed è qui che la protezione dalle sovratensioni assume un ruolo decisivo.

La selezione e l’interazione dei componenti sono decisive per risolvere il conflitto di obiettivi tra:

  • ottimizzazione dei costi,
  • protezione ragionevole del sistema,
  • longevità dei dispositivi finali.

Alimentazione e protezione degli impianti industriali

Per garantire un funzionamento regolare per un lungo periodo di tempo di un impianto industriale è indispensabile affidarsi a componenti di alta qualità. Dall’alimentazione all’utenza, tutti i componenti dell’impianto devono essere protetti in modo affidabile contro guasti e danni. A sistema avviato, molti errori possono provocare l’arresto dell’impianto. Per evitare i costi imprevisti a ciò associati, è necessario affrontare adeguatamente i temi della protezione contro le sovratensioni, della protezione da sovracorrente, della protezione da cortocircuito, dell’avviamento dei carichi e del tamponamento della tensione di alimentazione (figura 2).

Protezione olistica di edifici e sistemi

Per la protezione completa di edifici e impianti contro gli effetti delle scariche atmosferiche e delle sovratensioni sono necessarie diverse misure di protezione e dispositivi di protezione coordinati, distinguendo tra protezione antifulmine interna ed esterna.

La protezione esterna contro le scariche atmosferiche ha il compito di catturare i fulmini che si avvicinano all’oggetto da proteggere e di deviare la corrente atmosferica dal punto di impatto alla terra, distribuendola nel terreno. Il sistema interno di protezione antifulmine ha lo scopo di prevenire la formazione di scintille pericolose all’interno del sistema. A questo scopo viene utilizzato un sistema coordinato multilivello di dispositivi di protezione contro le sovratensioni: un cosiddetto sistema coordinato SPD (Surge Protective Device).

Sicurezza a 360 gradi grazie al circuito di protezione

Il principio del circuito di protezione definisce una misura di protezione contro le sovratensioni senza soluzione di continuità. Un circuito immaginario comprende i dispositivi, gli impianti o i sistemi da proteggere. In tutti i punti di intersezione tra le linee ed il circuito devono essere installati limitatori di sovratensioni corrispondenti ai dati nominali del rispettivo tipo di alimentazione o di segnale. Al fine di fornire costante protezione agli oggetti contro gli accoppiamenti di sovratensione legati alla linea, è necessario considerare le seguenti aree:

  • alimentazione
  • tecnica di misurazione, controllo e regolazione
  • elaborazione di dati, telecomunicazioni
  • dispositivi trasmittenti e riceventi

L’alimentazione elettrica è la componente dell’impianto in cui si verificano sovratensioni con cariche di energia particolarmente elevate. Tutte le parti dell’impianto, dall’alimentazione dell’edificio all’utenza, possono essere direttamente interessate. Una potente protezione contro le sovratensioni assicura un’alimentazione ininterrotta e quindi una maggiore disponibilità dell’impianto.

Nella scelta e durante l’installazione dei prodotti è necessario tenere conto della normativa nazionale sulla costruzione di impianti a bassa tensione, come la VDE 0100 parte 534 [1] o la norma applicativa rilevante per la protezione contro le sovratensioni (DIN CLC/TS 61643-12 [2]) che descrive un concetto di protezione multistadio, facilmente progettabile ed implementabile con dispositivi di protezione di tipo 1+2, tipo 2 e tipo 3.

Impianti industriali: alimentazione e protezione in più fasi
Alimentazione e protezione in più fasi:
(1) protezione da sovratensione dal tipo 1 al tipo 3
(2) alimentazione affidabile con UPS
(3)+(4) protezione da sovracorrenti e cortocircuiti e pratica distribuzione

Protezione da sovratensione per dispositivi finali

Lo sviluppo tecnologico, dalla tecnica rudimentale alla digitalizzazione, implica anche l’utilizzo di un numero sempre maggiore di apparecchiature elettroniche e quindi una maggiore necessità di protezione dei componenti per garantire la disponibilità del sistema.

La protezione dei dispositivi finali di tipo 3 è spesso una decisione economica, infatti, le possibili ragioni per il suo utilizzo sono la disponibilità essenziale, la complessa manutenzione o l’elevato valore dell’applicazione. Inoltre, la durata operativa degli impianti industriali è sempre più importante per ottenere un’elevata affidabilità di pianificazione dei costi.

I dispositivi elettronici finali contengono componenti sensibili agli effetti dell’invecchiamento, come i condensatori elettrolitici nel circuito d’ingresso. L’uso della protezione dalle sovratensioni di tipo 3 a monte dei dispositivi finali non solo rappresenta una componente importante della disponibilità e la sicurezza di un impianto elettrico, ma riduce anche gli effetti dell’invecchiamento dei componenti sensibili, aumentandone quindi la durata.

Migliore è l’abbinamento dei componenti tra loro, maggiore è l’effetto sulla vita operativa.

Combinazione ottimale

I componenti di alta qualità devono essere conformi ai rispettivi standard di prodotto, conformità solitamente certificata con un’approvazione da parte di un laboratorio di prova indipendente. Molti prodotti di Phoenix Contact risultano già più potenti di quanto richiesto dal rispettivo standard di prodotto.

Tuttavia, lo standard di prodotto descrive unicamente il rispettivo requisito del prodotto e non l’interazione dei singoli componenti. Per questo motivo, la combinazione ottimale tra i dispositivi di protezione contro le sovratensioni Plugtrab-SEC e gli alimentatori Quint Power di quarta generazione è stata esplicitamente testata nel laboratorio Phoenix Contact in conformità all’appendice J CLC/TS 61643-12:2009, combinazione che viene sollecitata con impulsi ibridi di diverse ampiezze.

Si misura la corrente d’ingresso dell’insieme, la corrente d’ingresso nel Quint Power 4, il livello di protezione all’uscita del Plugtrab-SEC e la tensione sui condensatori elettrolitici nell’alimentatore Quint. Il risultato della prova mostra il coordinamento diretto tra la protezione dalle sovratensioni e l’alimentazione.

Con un carico simmetrico tra L-N con un impulso ibrido di diverse ampiezze, il 50 percento della corrente fluisce nell’alimentazione, l’altra metà viene dissipata dalla protezione dalle sovratensioni. Questo non solo raddoppia la robustezza contro le sovratensioni, ma collegando Plugtrab-SEC a monte, l’alimentatore Quint Power 4 sopporta una sollecitazione con impulsi di corrente impulsiva fino a dieci volte maggiore rispetto al prodotto senza protezione aggiuntiva a monte.

esempio di suddivisione del carico simmetrico - Phoenix Contact
50 e 50: suddivisione della corrente a carico simmetrico con impulso ibrido di 6 kV con e senza protezione da sovratensione

Se il carico tra L-PE è asimmetrico, l’intera corrente viene deviata attraverso il Plugtrab-SEC a causa della tensione di accensione molto più bassa dello scaricatore a gas utilizzato nel Plugtrab-SEC, quindi senza alcun flusso di corrente nell’alimentatore Quint Power 4.

Impianti industriali protetti

La protezione contro le sovratensioni riduce l’invecchiamento dei dispositivi elettrici finali, aumentando la disponibilità del sistema. Grazie alla tecnologia innovativa ed ottimizzata, Plugtrab-SEC offre maggiori prestazioni e quindi una protezione ideale per i dispositivi finali. La combinazione ottimale tra protezione contro le sovratensioni Plugtrab-SEC e alimentatore Quint Power di 4a generazione offre la massima protezione per l’impianto anche in condizioni ambientali estreme.

Perché utilizzare la protezione contro le sovratensioni Plugtrab-SEC?

  • Maggiore vita operativa e maggiore disponibilità dell’impianto grazie alla protezione ottimale dell’alimentatore industriale
  • Facile manutenzione e test dei dispositivi di protezione grazie alla possibilità di innesto
  • 5 anni di garanzia sull’alimentatore Quint Power 4 se installato insieme a Plugtrab-SEC
impianti industriali: protezione da sovratensione
Combinazione potente: la protezione contro le sovratensioni Plugtrab SEC e l’alimentatore Quint Power 4 garantiscono la longevità degli impianti industriali

Articolo realizzato da Ing. Alexa Broer, Marketing Prodotti, Protezione contro le Sovratensioni Trabtech, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg, Germania

Foto in apertura: (© Toniflap@shutterstock & Phoenix Contact)

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