La determinazione delle corrette lunghezze di collegamento per i dispositivi di protezione è parte integrante della norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5 -534).
Gli aspetti elencati di seguito sono spesso motivo di contestazione durante i controlli da parte di periti, ispettori, ecc.

Impianti di messa a terra secondo IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534)

Il livello dell’impulso di tensione effettivamente applicato agli impianti da proteggere è fondamentale per la protezione degli impianti, delle attrezzature e dei carichi. Si ottiene un ottimo effetto protettivo se il livello di tensione impulsiva all’impianto da proteggere è pari al livello di protezione della tensione del dispositivo di protezione contro le sovratensioni. Pertanto, la norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534) suggerisce di collegare i dispositivi di protezione come mostrato in Figura 8.1.6.1 (cablaggio a V). A tal fine, non viene utilizzata alcuna diramazione separata del circuito per collegare i dispositivi di protezione.

Impianti di messa a terra secondo IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534)

La tecnica di cablaggio a V non è utilizzabile in tutte le configurazioni dell’impianto. Le correnti nominali che in un cablaggio a V passano attraverso i morsetti doppi del limitatore di sovratensione, sono limitate dalla capacità di carico termico dei morsetti doppi. Per questa ragione il costruttore del dispositivo di protezione da sovratensioni prescrive un valore massimo ammissibile per il fusibile di protezione, cosa che rende talvolta inutilizzabile il cablaggio a V nei sistemi con correnti di esercizio più elevate.

Allo stesso tempo, sono disponibili dei cosiddetti morsetti a due conduttori che permettono di risolvere meglio il problema. Quindi si possono mantenere ridotte lunghezze di collegamento anche se la corrente nominale di esercizio è maggiore. Tuttavia, quando si utilizzano i morsetti a due conduttori, va sempre rispettato il valore del prefusibile specificato dal costruttore per la particolare applicazione (Figura 8.1.6.2 e Figura 8.1.6.3). Se il cablaggio a V è del tutto escluso, è necessaria l’installazione dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni in una diramazione separata del circuito. Se il valore nominale del fusibile installato immediatamente a monte dell’impianto supera il valore massimo della corrente nominale ammesso dal prefusibile del dispositivo di protezione da sovratensioni, la diramazione deve essere dotata di un proprio fusibile di protezione per lo scaricatore di sovratensione (Figura 8.1.6.4a e Figura 8.1.6.4b), oppure si impiegano dei dispositivi SPD con prefusibile integrato (Figura 8.1.6.5 e Figura 8.1.6.6). All’innesco del dispositivo di protezione da sovratensioni nella diramazione, altri elementi (conduttori, fusibile) vengono attraversati dalla corrente impulsiva, che provoca sulle relative impedenze delle cadute di tensione dinamiche.

In questo caso la componente ohmica è trascurabile rispetto alla componente induttiva.

Considerando la relazione

e le velocità di variazione della corrente (di/dt) per processi transienti di alcune 10 kA/μs, la caduta di tensione dinamica u_dyn viene determinata per lo più dalla componente induttiva. Per mantenere ridotta questa caduta di tensione, l’induttanza del collegamento e quindi la sua lunghezza devono essere mantenute al minimo valore possibile dall’installatore specializzato che esegue i lavori. Pertanto, la norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534) raccomanda che la lunghezza totale del cavo dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni nelle diramazioni del circuito non sia superiore a 0,5 m (Figura 8.1.6.7). Secondo la norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534), è obbligatorio mantenere una lunghezza massima del cavo pari a 1 m. La Figura 8.1.6.4b mostra gli effetti di diversi cavi di collegamento sul livello di protezione della tensione in una data disposizione circuitale.

Disposizione del cavo di collegamento sul lato terra

Questo requisito, che sembra essere difficile da realizzare, sarà spiegato in base all’esempio mostrato nelle Figura 8.1.6.8a e Figura 8.1.6.8b. Esse mostrano il collegamento equipotenziale di protezione (in precedenza definito “principale”) di un impianto per utenze a bassa tensione a norma IEC 60364-4-41 (HD 60364-4-41) e IEC 60364-5-54 (HD 60364-5-54). In questo caso, il collegamento equipotenziale diventa una equipotenzialità antifulmini per effetto dei dispositivi di protezione contro i fulmini Tipo 1.

Nella Figura 8.1.6.8a, sono state installate indipendentemente entrambe le misure. In questo caso, il conduttore PEN è collegato alla barra equipotenziale e i dispositivi di protezione contro le sovratensioni sono collegati a terra attraverso un conduttore equipotenziale separato. Pertanto, la lunghezza di collegamento effettiva (I_a) per i dispositivi di protezione da sovratensioni è data dalla distanza tra il punto di installazione dei dispositivi di protezione da sovratensioni (ad esempio: quadro di allacciamento rete, distribuzione principale) e alla barra equipotenziale. Nella maggior parte dei casi una siffatta configurazione di collegamento non protegge efficacemente l’impianto. Tuttavia, la lunghezza effettiva del cavo dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni (l_b < 0,5 m) può essere ridotta senza grande sforzo (Figura 8.1.6.8b). Ciò si ottiene con un conduttore di bypass (y) tra l’uscita lato massa degli scaricatori e il conduttore PEN. Il collegamento tra l’uscita lato massa degli scaricatori e la barra equipotenziale (x) rimane immutata.

Secondo le linee guida pubblicate in Germania dalla VDN (associazione tedesca dei gestori di rete) 2004-08: “Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1. Richtlinie für den Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen.” [Dispositivi di protezione contro le sovratensioni Tipo 1. Linee guida per l’uso di dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) Tipo 1 nelle reti di alimentazione], il conduttore di bypass (y) non deve essere utilizzato se il dispositivo di protezione contro le sovratensioni è installato in prossimità (≤ 0,5 m) del quadro di consegna e quindi anche in prossimità del collegamento equipotenziale. Di conseguenza, la distanza tra il quadro di consegna o il quadro di distribuzione principale e la barra di collegamento equipotenziale non è importante quando si installa il collegamento y. La soluzione di questo problema fa riferimento solo alla progettazione del cavo di collegamento di terra dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni.

Disposizione del collegamento sul lato fase

Va presa in considerazione anche la lunghezza del lato fase dei cavi di collegamento. Ciò viene illustrato in base al seguente esempio. Negli impianti di distribuzione estesi deve essere prevista una protezione da sovratensioni per le barre e per i relativi circuiti (da A a D) compresi i rispettivi carichi (Figura 8.1.6.9). In questo caso, per utilizzare i dispositivi di protezione, vengono assunti i punti di installazione 1 e 2. Il punto di installazione 1 si trova direttamente sull’ingresso delle barre. In questo modo si garantisce che tutti i carichi siano ugualmente protetti contro le sovratensioni. La lunghezza effettiva dei collegamenti dello scaricatore nel punto di installazione 1 è data da I₁ per tutte le utenze. Se lo spazio è limitato, i dispositivi di protezione sono a volte installati lungo la barra collettrice. In casi estremi può essere scelto il punto di installazione 2, per la disposizione indicata in Figura 8.1.6.9. Per i circuiti A e B, l’effettiva lunghezza del cavo è l₂. Le barre collettrici hanno una induttanza inferiore rispetto ai cavi e ai conduttori (circa 1/4) e quindi si ha una minore caduta di tensione induttiva. La lunghezza delle sbarre collettrici non va tuttavia trascurata. La scelta dei collegamenti ha un’influenza determinante sull’efficacia dei dispositivi di protezione da sovratensioni e deve perciò essere considerata già in fase di progettazione dell’impianto! Il contenuto della norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534) appena descritto è stato determinante per lo sviluppo dello scaricatore combinato DEHNventil, che ingloba in un unico dispositivo di protezione i requisiti richiesti per gli scaricatori di corrente da fulmine e di sovratensione, in conformità alla normativa IEC 62305 Parte 1-4 – CEI EN 62305 Parti 1-4. Questo permette di realizzare un cablaggio a V direttamente sul dispositivo. La Figura 8.1.6.10 illustra lo schema dettagliato di tale collegamento. La Figura 8.1.6.11 mostra il vantaggio di utilizzare un cablaggio a V con la sbarra collettrice. Grazie alla capacità di carico termico dei suoi morsetti doppi, il cablaggio a V (detto anche cablaggio passante) è applicabile fino a 125 A. Per impianti con correnti > 125 A, il collegamento dei dispositivi di protezione da sovratensioni viene effettuato tramite una diramazione (connessione in parallelo). In tale contesto vanno rispettate le lunghezze massime di collegamento definite dalla norma IEC 60364-5-53 (HD 60364-5-534). La connessione in parallelo può essere eseguita come illustrato nella Figura 8.1.6.12.

Bisogna fare in modo che il cavo di collegamento lato terra sfrutti il doppio morsetto di terra. Come illustrato nella Figura 8.1.6.12, è spesso possibile raggiungere facilmente una lunghezza effettiva del collegamento I < 0,5 m, tramite un collegamento tra il terminale “PE(N)” del morsetto doppio sul lato terra e il conduttore PEN.

Nell’installazione dei dispositivi di protezione da sovratensioni nei sistemi di distribuzione, in generale bisogna fare in modo che i conduttori sottoposti a correnti impulsive e quelli non sottoposti a correnti impulsive siano posati alla massima distanza possibile tra loro. Bisogna evitare in ogni caso di posare i conduttori parallelamente tra loro (Figura 8.1.6.13).