Limitatore di sovratensione: analisi di un guasto
inserito il:
11.11.2009
di Andrea Castellini
tratto da 'Elettricoplus'
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Un dispositivo limitatore di sovratensione (di seguito denominato Spd) viene acquistato nel luglio del 2008. Immediatamente installato nell’impianto elettrico a valle dell’interruttore differenziale, viene riscontrata un’anomalia. Infatti, successivamente all’installazione dell’Spd, si rilevano i primi interventi intempestivi del dispositivo differenziale posto a protezione dell’utenza.
Questi interventi si ripetono con frequenza temporale sempre maggiore trascorso qualche mese dalla messa in servizio dell’apparecchio.
L’Spd gode di un periodo di garanzia da parte del costruttore contro i difetti di fabbricazione pari a cinque anni, come risulta dall’indicazione riportata sul contenitore dell’apparecchio.
Caratteristiche dell’Spd
L’Spd è composto da un varistore con in serie uno spinterometro, come indicato nello schema elettrico di figura 1, le cui caratteristiche tecniche fornite dal costruttore sono riportate in apposite tabelle.
Il predetto componente consente in caso di avaria del varistore la configurazione di corto-circuito, determinando così l’intervento del dispositivo di protezione a sovracorrente installato a monte (non si genera un guasto a terra per difetto di isolamento del varistore poiché lo spinterometro seziona l’Spd dall’impianto di terra).
Vedi fig 1
Inserzione dell’Spd
A seguito del perdurare dei disservizi viene effettuato un sopralluogo in corrispondenza dell’utenza ove trova collocazione l’apparecchio Spd, rilevando l’inserzione indicata nello schema di figura 2.
Vedi fig.2
Le caratteristiche dell’Spd risultano congrue alle peculiarità dell’impianto, in particolare la Uc
(tensione massima continuativa) è correttamente commisurata alla tensione nominale del sistema. L’inserzione, il dimensionamento e la connessione del dispositivo Spd risulta corretta, adeguatamente protetto da interruttore differenziale con sganciatore magnetotermico.
L’interruttore differenziale di protezione, come risulta da specifica tecnica del costruttore, è insensibile a correnti impulsive con forma d’onda 8/20 µs per valori di cresta fino a 250 A
(tipico di sovratensione per accoppiamento induttivo a seguito di fulminazione indiretta della linea di alimentazione).
Pertanto, qualora detta corrente non superi il valore indicato (250 A), l’interruttore rimane in servizio (in posizione di chiusura), in caso contrario invece interviene sezionando l’impianto. Per cui, con la tipologia di inserzione rilevata, non è da considerare anomalo l’intervento del differenziale in presenza di fenomeni temporaleschi, la cui corrente impulsiva associata alla sovratensione può attestarsi anche in 5 kA.
Tuttavia, l’utente riferisce invece che l’intervento dell’interruttore differenziale si verifica periodicamente, anche in totale assenza di fenomeni temporaleschi.
Esame dei componenti
Per risalire alla causa dell’evento non desiderato, in prima istanza viene verificato il funzionamento dell’interruttore differenziale, avvalendosi di apposito strumento.
L’esame strumentale non rileva anomalie di alcun tipo all’apparecchio differenziale, in particolar modo alla corrente minima di intervento che, come previsto dalle relative norme di prodotto, risulta maggiore di IΔn/2 (nella fattispecie 21 mA).
Appurato il regolare funzionamento dell’ interruttore differenziale, si è proceduto poi con l’esame delle correnti differenziali disperse dall’impianto elettrico a valle del dispositivo di protezione. Si è utilizzato a tale scopo un amperometro digitale a pinza (pinza amperometrica) per la misura e ricerca di correnti disperse.
Il rilievo effettuato non ha tuttavia evidenzia correnti disperse di valore superiore a 2 mA, tale da giustificare l’intervento dell’interruttore differenziale (la cui soglia di intervento è invece di 21 mA).
Quindi l’esame è proseguito con la misura della resistenza di isolamento dell’impianto elettrico a valle dell’interruttore differenziale. Prima di effettuare detto rilievo, si è proceduto con l’estrazione del componente attivo dell’Spd in oggetto (cartucce e/o moduli di protezione dell’Spd), al fine di evitare di sottoporre il medesimo ad eccessiva sollecitazione provocata dalla tensione di prova dello strumento (500 V), maggiore della Uc (tensione massima continuativa) sopportabile dall’Spd (255 V).
Il risultato della misurazione effettuata non ha evidenziato anomalie; anzi, la resistenza di isolamento dell’impianto elettrico rilevata è nettamente superiore ai valori critici.
A questo punto l’ultimo componente sotto esame restava proprio l’Spd, del quale si è misurata la resistenza di isolamento del componente attivo come di seguito indicato:
• applicando una tensione di prova pari a 250 Vcc al varistore viene rilevata una resistenza di isolamento pari a 80 MΩ (figura 3). Il valore di resistenza di isolamento misurato (80 MO) è risultato corretto;
Vedi fig 3
• 2) si è continuato poi con la verifica dello spinterometro. Applicando una tensione di prova pari a 250 Vcc allo spinterometro viene rilevata una resistenza di isolamento eccezionalmente bassa, pari a 0,025 MO (figura 4).
Vedi fig. 4
La resistenza di isolamento dello spinterometro misurata (0,025 MO) è dunque immensamente inferiore (400.000 volte) al valore di isolamento previsto per quel componente in 10 GO (indicato nelle caratteristiche tecniche). La causa dell’anomalia è stata dunque individuata: difetto di isolamento dello spinterometro presente nel modulo estraibile dell’Spd.
Difetto di isolamento che si estrinseca come riduzione della resistenza di isolamento tra il conduttore di neutro e quello di protezione (vedi lo schema elettrico dell’Spd in figura 2), tale da determinare l’intervento non immediato ma comunque periodico dell’interruttore differenziale.
Infatti, essendo il sistema di distribuzione di tipo TT (impianto di terra del neutro separato dalle masse utente), il conduttore di neutro presenta un potenziale elettrico differente dall’impianto di terra dell’utente (la tensione acquisita dal conduttore di neutro equivale al prodotto tra il valore efficace istantaneo della corrente che lo attraversa e il valore dell’impedenza del conduttore di neutro stesso), generando così una corrente transitoria differenziale seppur minima provocata dallo scarso livello di isolamento dell’Spd, ma suscettibile di determinare occasionalmente l’intervento del dispositivo differenziale anche in assenza di effettiva sovratensione. Tale considerazione trova inoltre conferma nel seguente rilievo: in seguito alla sostituzione dell’Spd difettoso con altro componente di eguali caratteristiche, risultano cessati gli interventi intempestivi dell’interruttore differenziale.
Il difetto di isolamento dello spinterometro dell’Spd non è stato quindi provocato da una azione esterna, di natura elettrica, o da una sovratensione per guasto in rete (poiché in quest’ultimo caso l’elemento danneggiato risulterebbe indubbiamente il varistore, il quale invece è perfettamente integro), bensì da un difetto di fabbricazione oppure da una impropria conservazione.
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