Cosa accade all'interno di un parafulmine durante un colpo di fulmine?

Cosa Accade All'Interno di un Dispositivo di Protezione dai Surriscaldamenti Durante un Fulmine?

Durante un fulmine, i dispositivi di protezione dai surriscaldamenti (SPD) svolgono un ruolo cruciale nella protezione delle apparecchiature elettriche dalle sovratensioni transitorie (cioè, surriscaldamenti). Di seguito sono riportati i principali processi e meccanismi che si verificano all'interno di un SPD durante tali eventi:

1. Rilevamento e Risposta al Surriscaldamento

Quando un surriscaldamento causato da un fulmine entra nel sistema di alimentazione, il dispositivo di protezione dai surriscaldamenti rileva rapidamente questa tensione anomala. Tipicamente, gli SPD hanno una soglia di tensione impostata; una volta superata tale soglia, il protettore attiva il suo meccanismo di protezione.

2. Assorbimento e Dissipazione dell'Energia

Gli SPD assorbono e dissipano l'energia del surriscaldamento per impedire che raggiunga le apparecchiature elettriche connesse. I meccanismi comuni di assorbimento e dissipazione includono:

a. Varistori a Ossidio Metallico (MOVs)

• Principio di Funzionamento: i MOVs sono materiali resistivi non lineari la cui resistenza cambia in base alla tensione applicata. A tensioni operative normali, i MOVs presentano una resistenza elevata; quando la tensione supera una certa soglia, la loro resistenza diminuisce drasticamente, permettendo il passaggio della corrente.

• Dissipazione dell'Energia: i MOVs convertono l'eccesso di energia elettrica in calore e la dissipano. Sebbene i MOVs abbiano caratteristiche di autoricupero e possano continuare a funzionare dopo più piccoli surriscaldamenti, possono fallire dopo surriscaldamenti grandi o frequenti.

b. Tubi a Scarica di Gas (GDTs)

• Principio di Funzionamento: i GDTs sono tubi sigillati riempiti con gas inerte. Quando la tensione tra le due estremità supera un certo valore, il gas all'interno ionizza, creando un percorso conduttivo per la corrente.

• Dissipazione dell'Energia: i GDTs dissipano l'energia del surriscaldamento attraverso il plasma creato dall'ionizzazione del gas e spegnono automaticamente il plasma una volta che la tensione torna alla normalità, ripristinando l'isolamento.

c. Diodi di Suppressione Transitoria della Tensione (TVS)

• Principio di Funzionamento: i diodi TVS rimangono in uno stato di alta resistenza a tensioni operative normali. Quando la tensione supera la loro tensione di rottura, il diodo passa rapidamente a uno stato di bassa resistenza, permettendo il passaggio della corrente.

• Dissipazione dell'Energia: i diodi TVS dissipano l'energia del surriscaldamento attraverso l'effetto avalanche all'interno delle loro giunzioni PN e sono adatti per piccoli surriscaldamenti a risposta rapida.

3. Diversione dell'Energia e Terra

Gli SPD non solo assorbono l'energia del surriscaldamento, ma ne deviano anche una parte verso le linee di terra per ridurre ulteriormente l'impatto sulle apparecchiature. I meccanismi specifici includono:

• Circuiti di Diversione: gli SPD sono progettati con circuiti di diversione specializzati per guidare la sovratensione verso la linea di terra, impedendone l'ingresso diretto nei dispositivi di carico.

• Sistema di Terra: un buon sistema di terra è fondamentale per garantire il funzionamento efficace degli SPD. Il sistema di terra dovrebbe fornire un percorso a bassa impedenza per dissipare rapidamente l'energia del surriscaldamento nel terreno.

4. Recupero Post-Surriscaldamento

Dopo l'evento di surriscaldamento, l'SPD deve tornare allo stato operativo normale. I diversi tipi di protettori hanno diversi meccanismi di recupero:

• MOVs: se il surriscaldamento non causa danni permanenti al MOV, esso tornerà automaticamente a uno stato di alta resistenza una volta che la tensione si normalizza.

• GDTs: una volta che la tensione torna alla normalità, il plasma all'interno del GDT si spegne automaticamente, ripristinando lo stato isolante.

• Diodi TVS: una volta che la tensione si normalizza, i diodi TVS tornano automaticamente a uno stato di alta resistenza.

5. Modalità di Guasto e Protezione

Anche se gli SPD sono progettati per gestire i surriscaldamenti, possono ancora guastarsi in casi estremi. Per garantire la sicurezza, molti SPD includono caratteristiche aggiuntive:

• Dispositivi di Disconnessione Termica: quando un MOV o altro componente si surriscalda e va in avaria, il dispositivo di disconnessione termica interrompe il circuito per prevenire incendi e altri pericoli.

• Luci Indicatrici/Allarmi: alcuni SPD sono dotati di luci indicatrici o allarmi per avvisare gli utenti se il protettore sta funzionando correttamente.

Conclusione

Durante un fulmine, i dispositivi di protezione dai surriscaldamenti proteggono le apparecchiature elettriche attraverso i seguenti passaggi:

• Rilevamento del Surriscaldamento: identificare situazioni in cui la tensione supera i limiti normali.

• Assorbimento e Dissipazione dell'Energia: utilizzare componenti come MOVs, GDTs e diodi TVS per convertire l'energia del surriscaldamento in calore o altre forme di energia.

• Diversione verso le Linee di Terra: guidare la sovratensione verso le linee di terra per minimizzare l'impatto sulle apparecchiature.

• Ritorno allo Stato Normale: dopo il surriscaldamento, il protettore torna allo stato operativo normale.

• Protezione da Guasti: fornire misure di sicurezza aggiuntive in casi estremi per prevenire ulteriori danni.