La protezione contro le sovratensioni è un aspetto cruciale nella progettazione e nell'installazione di impianti elettrici sia civili che industriali. Le sovratensioni possono essere causate da una varietà di fattori, tra cui fulmini, manovre di commutazione, guasti nell'impianto elettrico e interferenze elettromagnetiche. Questi eventi possono provocare danni significativi a componenti elettronici, apparecchiature e persino a persone, rendendo indispensabile l'implementazione di sistemi di protezione adeguati. La protezione contro le sovratensioni non solo aiuta a preservare l'integrità delle apparecchiature, ma contribuisce anche alla sicurezza generale dell'impianto elettrico.

Le sovratensioni possono essere distinte in due categorie principali: sovratensioni transitorie e sovratensioni permanenti. Le sovratensioni transitorie sono eventi di breve durata, solitamente di origine atmosferica o causati da manovre di commutazione. Queste sovratensioni possono raggiungere livelli molto elevati in un tempo estremamente breve, creando picchi di tensione che possono superare le capacità di isolamento delle apparecchiature. Le sovratensioni permanenti, al contrario, si verificano quando c'è un cambiamento nel sistema elettrico, come un guasto a terra o una connessione inadeguata, e possono durare più a lungo, con effetti potenzialmente devastanti nel tempo.

Per proteggere i sistemi elettrici da questi eventi, si utilizzano vari dispositivi di protezione, tra cui i parafulmini, i dispositivi di protezione da sovratensioni (SPD) e i sistemi di messa a terra. I parafulmini sono progettati per intercettare le scariche atmosferiche e deviarle verso il terreno, evitando che la corrente raggiunga gli edifici e le strutture. Gli SPD, a loro volta, sono dispositivi che limitano le sovratensioni transitorie, deviando l'energia in eccesso a terra e proteggendo così le apparecchiature collegate. La messa a terra è un elemento fondamentale in questo contesto, poiché fornisce un percorso sicuro per la corrente di guasto e riduce il rischio di sovratensioni.

La progettazione di un sistema di protezione contro le sovratensioni deve tenere conto di vari fattori, tra cui la tipologia dell'impianto elettrico, le apparecchiature collegate, le condizioni ambientali e le normative vigenti. È fondamentale eseguire un'analisi del rischio per identificare le fonti di sovratensioni e le vulnerabilità specifiche dell'impianto, al fine di selezionare i dispositivi di protezione adeguati e posizionarli strategicamente. La scelta dei dispositivi deve basarsi su parametri come la tensione di lavoro, la corrente di scarica massima e la capacità di sopportare le sovratensioni.

Un esempio pratico dell'utilizzo della protezione contro le sovratensioni è rappresentato negli edifici residenziali. In questi casi, è comune installare SPD a monte dell'impianto elettrico, in modo da proteggere tutte le apparecchiature collegate. Inoltre, l'uso di parafulmini è raccomandato in aree ad alta incidenza di fulmini, per garantire una protezione efficace contro le sovratensioni atmosferiche. Un altro esempio si trova negli impianti industriali, dove la presenza di macchinari sensibili e costosi richiede soluzioni di protezione più complesse. In questi casi, è possibile implementare sistemi di protezione a più livelli, con SPD di tipo I, II e III, per garantire una protezione completa contro le sovratensioni di origine atmosferica e di commutazione.

Le formule utilizzate nel calcolo e nella progettazione dei sistemi di protezione contro le sovratensioni sono essenziali per garantire l'efficacia degli interventi. Una delle formule fondamentali riguarda la corrente di scarica di un parafulmini, che può essere calcolata attraverso la seguente espressione:

I = C × dU/dt

Dove I rappresenta la corrente di scarica, C è la capacità del sistema e dU/dt è la variazione della tensione nel tempo. Questa formula è utile per dimensionare correttamente i dispositivi di protezione e garantire che possano gestire le sovratensioni attese. Altre formule possono riguardare la determinazione della resistenza di terra di un impianto di messa a terra, che è fondamentale per garantire un percorso di fuga sicuro per le sovratensioni.

Lo sviluppo dei sistemi di protezione contro le sovratensioni è stato il risultato di un ampio lavoro di ricerca e collaborazione tra diversi enti e organizzazioni. Le normative internazionali, come la IEC 61643-1, forniscono linee guida per la progettazione e l'installazione dei dispositivi di protezione da sovratensioni. Organizzazioni come l'International Electrotechnical Commission (IEC) e l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hanno svolto un ruolo cruciale nella standardizzazione delle pratiche e delle specifiche tecniche. Inoltre, diverse aziende produttrici di apparecchiature elettriche e dispositivi di protezione hanno contribuito allo sviluppo di soluzioni innovative per affrontare le sfide legate alle sovratensioni.

In conclusione, la protezione contro le sovratensioni è un aspetto fondamentale nella sicurezza e nell'affidabilità degli impianti elettrici. Con l'aumento della complessità delle apparecchiature elettroniche e l'importanza crescente della continuità operativa, è essenziale implementare strategie di protezione efficaci. Attraverso l'uso di dispositivi adeguati, la corretta progettazione e la continua evoluzione delle normative, è possibile ridurre significativamente il rischio di danni causati dalle sovratensioni e garantire un funzionamento sicuro ed efficiente delle infrastrutture elettriche.