Protezione dalle sovratensioni

di Marco Mocellin

Eccoci nuovamente alle prese con l’inizio dell’inverno: per un service di solito questa stagione coincide con la fine delle grandi pulizie dopo gli eccessi dei tour estivi e la conta dei danni estivi: driver, membrane, finali…

Ora, come in molti ormai sapete, ho una particolare e perversa predilezione per i danni; ed ecco che voglio parlare di un fenomeno che, per quanto possa essere in realtà causato dai motivi più vari, è tipicamente ascrivibile ai temporali estivi ed alle relative fulminazioni: le sovratensioni di linea.

Con questo termine non intendo descrivere un incremento del profilo di tensione che rientri nei limiti di un gruppo elettrogeno tarato male, poco rapido nel riconoscere un rilascio di carico, o anche di un errato collegamento tra fase e neutro; intendo riferirmi alle violente sovratensioni tipicamente causate dai fenomeni atmosferici e dal loro impatto sulle reti di trasporto e distribuzione dell’energia elettrica, cioè le fulminazioni o le induzioni per fulminazione vicina alle linee aeree.

La differenza fondamentale tra questi due fenomeni è che, pur trattandosi sempre di un’applicazione di una tensione molto più alta del nominale degli apparati, in un caso il valore è molte volte superiore, decine di volte, e tipicamente l’applicazione della tensione anomala è limitata nel tempo, alcuni millisecondi.

In ogni caso, qualunque sia l’origine, tutti abbiamo provato la frustrante sensazione di impotenza che caratterizza il restare a guardare il nostro nuovo apparecchio (di solito PC, modem ADSL, schede elettroniche varie, TV) che giace inanimato e a volte anche fumante davanti a noi. Come! Un attimo prima era perfetto, e dopo più nulla? Trapassato!

Non ve lo nascondo: lo spunto per questo articolo mi è nato dopo aver subito trasversalmente qualcosa di simile in due casi relativi a delle installazioni multimediali fisse che hanno subito importanti danni a causa di temporali estivi di forte intensità. Nonostante la gravità del lutto lo scopo di questo articolo non è ovviamente solo di tipo autocommiserativo, altrimenti potrebbe bastare una birra con gli amici cercando di far comprendere loro tutto il mio dolore. Lo scopo è cercare di vagliare alcuni possibili provvedimenti da adottare, soprattutto nelle installazioni fisse, per cercare di evitare i danni più gravi.

Infatti sia chiaro: uscire del tutto indenni da una fulminazione, soprattutto se ben piazzata, non è cosa facile e, statisticamente, è piuttosto improbabile; cercare però di limitare i danni alle prime apparecchiature della catena senza espandere la strage a macchia d’olio è cosa abbastanza abbordabile.

In generale diciamo che la migliore linea di difesa è sicuramente la separazione completa delle apparecchiature non protette da quelle protette. Cosa vuol dire? Che bisogna ridurre i possibili punti di contatto tra apparati sotto alimentazioni elettriche protette e quelle non protette; non ditemelo: non è facile, provateci voi con un sistema audio o video o di automazione complesso. È molto difficile; fortunatamente ci aiuta il fatto che, normalmente, nel caso di installazioni per lo spettacolo l’area di posa degli apparati è spesso ridotta, di solito è facile proteggere tutto il sistema sotto un’unica alimentazione elettrica.

Nei casi in cui ciò non sia possibile è preferibile isolare i punti di contatto con isolatori galvanici o con opportuni sistemi optoisolati.

Restando però nel merito delle alimentazioni elettriche, vediamo cosa si può fare per cercare di deviare la sovratensione, quindi l’energia ad essa associata, dalla linea verso terra.

Lo scopo è quello di inserire un elemento in grado di avere un’impedenza variabile in funzione della tensione, cioè un elemento fortemente non lineare che sia idealmente in grado di creare un cortocircuito verso terra non appena la tensione di linea dovesse superare un certo valore, molto alto ma non abbastanza da devastare i carichi, e poi tornare ad impedenza alta al calare della tensione dopo la perturbazione.

A ben pensarci dovrebbe anche riuscire a non far scattare le protezioni di sovracorrente o differenziali, compito quasi impossibile.

In maniera più precisa, il dispositivo dovrebbe attivarsi con un valore di tensione alto ma con una relazione inversamente proporzionale tra ampiezza della tensione e durata della stessa. Ricordo che il danno è proporzionale all’energia passante, quasi sempre.

Ovviamente capite che realizzare un oggetto di questo tipo non è banale, cioè non è semplice riuscire ad intercettare la sovratensione in un tempo abbastanza rapido da evitare che faccia danni. Se ci pensate è qualcosa che ha praticamente dell’impossibile se non si ricorresse ad un trucco. Infatti provate a riflettere: come faccio a comandare un’azione (lo scarico verso terra) sentendo la tensione di linea prima che la tensione abbia raggiunto valori tali da fare danni se l’unico parametro che ho per la misura è proprio la tensione stessa? È come voler prendere al volo un oggetto che cade prima che sia scivolato giù dal tavolo senza sapere che sta per scivolare (mica il fulmine avvisa prima…).

Come accennavo il trucco c’è: in questo caso quello che fa il danno non è la sola tensione (non sempre), spesso è il tempo per cui questa tensione viene applicata, cioè è l’energia che la fulminazione trasmette che quantifica il danno. Il concetto quindi è intercettare l’onda di sovratensione appena cresce oltre i valori normali di linea (con un sufficiente margine) ed abbastanza rapidamente da non permettergli di fare danni.

Credo sia abbastanza comprensibile come il giochetto, purtroppo, non sempre riesca. Anzi spesso per le apparecchiature più delicate non riesce proprio e bisogna provvedere alla sostituzione… tenete però presente che in generale questi oggetti hanno una reale utilità, soprattutto nel limitare i danni in caso di fenomeni veramente severi.

Ovviamente le implementazioni pratiche sono di diversi tipi, si va dagli scaricatori di sovratensione per uso industriale in forma di unità da barra DIN (vedi figura) a semplici variatori con normale piedinatura standard da stampato o da circuito SMD.

Per le nostre applicazioni raccomando sempre di studiare l’isolamento delle linee elettriche generali entranti in un quadro di alimentazione molto prima di entrare nel quadro. Ad esempio direttamente vicino al punto di fornitura elettrica, per poi lasciare tra il quadretto dello scaricatore e il quadro vero e proprio alcuni metri di cavo. Non dimentichiamo che per questi fenomeni la distanza di connessione ha il merito di attenuare le conseguenze e permette di separare anche gli effetti dati dall’induzione elettromagnetica che una sovratensione (e relativa sovracorrente) possono avere su altri cavi nelle vicinanze o all’interno di un cavo.

Pensate che un cavo di segnale vicino ad una linea di alimentazione può essere seriamente danneggiato (cioè gli apparecchi connessi) anche solo per qualche metro di condotto in parallelo; capite bene che, come in altri casi della vita, la soluzione migliore è sempre non essere proprio in un dato posto in un certo momento…