Cause delle sovratensioni

Sovratensione: che cos'è esattamente? Come si formano le sovratensioni? Come raggiungono apparecchiature e impianti? Probabilmente vi sarete già posti queste domande. Nelle prossime pagine troverete maggiori informazioni sulle tecnologie di protezione contro le sovratensioni.

Cause di formazione

Le sovratensioni si manifestano soltanto per frazioni di secondo. Per questo vengono dette anche tensioni transitorie o, in breve, transienti. Hanno tempi di risposta estremamente brevi, di pochi microsecondi, prima di ricadere lentamente in un range temporale di massimo 100 microsecondi.

Le sovratensioni si formano in correlazione ai seguenti eventi:

Il termine tecnico per una scarica atmosferica è LEMP. Si tratta dell'acronimo di lightning electromagnetic pulse.

I fulmini durante i temporali provocano sovratensioni transienti estremamente alte. Sono ben più elevate di quelle generate da manovre di commutazione o scariche elettrostatiche. Tuttavia si verificano più raramente rispetto alle altre cause di formazione.

Le manovre di commutazione vengono indicate con SEMP. Questa sigla significa switching electromagnetic pulse.

Le manovre di commutazione indicano, in questo contesto, la commutazione di potenti macchine o cortocircuiti nella rete di alimentazione. Durante queste operazioni, nei conduttori interessati si generano elevate modifiche di corrente in poche frazioni di secondo.

L'abbreviazione ESD sta per electrostatic discharge e indica una scarica elettrostatica.

In questo caso si verifica un trasferimento di scarica elettrica in seguito ad avvicinamento o contatto di corpi con potenziale elettrostatico diverso. Un esempio comune, è una persona che si carica durante la corsa su un tappeto e poi si scarica su un oggetto metallico a terra, come una ringhiera metallica.

Tipi di accoppiamento

Le sovratensioni possono raggiungere i circuiti di corrente in diversi modi. Queste vie vengono indicate come tipi di accoppiamento.

Accoppiamento galvanico (sinistra), accoppiamento induttivo (centro) e accoppiamento capacitivo (destra)

Accoppiamento galvanico (sinistra), accoppiamento induttivo (centro) e accoppiamento capacitivo (destra)

Si indicano così le sovratensioni che si accoppiano direttamente in un circuito di corrente. Questo è visibile, ad esempio, nel caso delle scariche atmosferiche. Le elevate ampiezze della corrente sulla resistenza di terra dell'edificio colpito generano una sovratensione.

Tutti i conduttori collegati alla compensazione del potenziale centrale vengono colpiti da questa tensione. Nei conduttori di corrente si forma una sovratensione. A causa della grande pendenza della corrente va ricondotta principalmente alla parte induttiva della resistenza di linea. La base di calcolo per questo è il principio di induzione: u0 = L x di/dt.

Questo processo si verifica attraverso il campo magnetico di un conduttore in corrente secondo il principio del trasformatore. Una sovratensione accoppiata direttamente provoca una corrente impulsiva con tassi di aumento elevati nel conduttore colpito.

Contemporaneamente si genera un campo magnetico forte intorno a questo conduttore, come per l'avvolgimento primario di un trasformatore. Il campo magnetico induce una sovratensione in altri conduttori che si trovano nel suo campo d'azione, come nell'avvolgimento secondario di un trasformatore. Attraverso la linea la sovratensione accoppiata raggiunge l'apparecchiatura collegata.

Questo accoppiamento si verifica principalmente attraverso il campo elettrico tra due punti con una differenza di potenziale elevata. Attraverso la linea di ritorno di un parafulmine si genera un elevato potenziale a causa di una sovratensione da scarica atmosferica. Tra la linea di ritorno e gli altri elementi con basso potenziale si forma un campo magnetico.

Essi possono essere, ad esempio, cavi dell'alimentazione e trasmissione di segnale o dispositivi all'interno dell'edificio. Si verifica un trasferimento della scarica attraverso il campo elettrico. Questo porta a un aumento della tensione o a una sovratensione nei conduttori e nelle apparecchiature colpite.

Direzione d'azione delle sovratensioni

Le sovratensioni agiscono in due direzioni nei circuiti di corrente colpiti.

Tensione longitudinale (sinistra) e tensione trasversale (destra)

Tensione longitudinale (sinistra) e tensione trasversale (destra)

Le tensioni longitudinali [UL] si verificano in caso di influsso attraverso sovratensioni o tensioni di disturbo ad alta frequenza tra conduttori attivi e terra. Si utilizzano anche le definizioni "asimmetrico" e "common mode".

Le tensioni asimmetriche minacciano prima di tutto gli elementi che si trovano tra i potenziali attivi e una massa a terra, nonché l'isolamento tra i potenziali attivi e la terra. Si verificano scariche su pannelli o elementi conduttori di tensione verso parti della custodia messe a terra.

Le tensioni trasversali [UQ] si verificano in caso di influsso attraverso sovratensioni o tensioni di disturbo ad alta frequenza tra i conduttori attivi di un circuito di corrente. Si utilizzano anche le definizioni "simmetrico" e "differential mode".

Le sovratensioni simmetriche minacciano gli ingressi di tensione e di segnale di dispositivi e interfacce. Si verificano sovraccarichi diretti con la distruzione degli elementi colpiti nell'alimentatore o dei componenti che elaborano il segnale.

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