Le sovratensioni transitorie rappresentano una minaccia silenziosa per la longevità degli impianti elettrici industriali, in particolare in contesti come gli stabilimenti metalmeccanici dove saldatrici ad arco generano picchi di tensione rapidi e impulsivi. Se da la normativa CEI 64-8 e EN 50160 emergono soglie di tolleranza rigorose – con limiti di picco fino a 1.5 kV per impianti trifase – la presenza di fenomeni di risonanza, commutazioni di carichi induttivi e guasti a terra può generare sovratensioni di durata millisecondi ma energia sufficiente a degradare isolamenti, danneggiare convertitori e ridurre la vita utile dei motori. La normalizzazione precisa di tali picchi non è più una scelta ma una necessità tecnica, supportata da metodologie di analisi granulari e sistemi di protezione coordinati. Questo approfondimento, derivato dall’analisi del Tier 2 – il livello più specialistico – illustra un processo operativo dettagliato, basato su strumentazione certificata, modellazione predittiva e manutenzione programmata, con indicazioni pratiche per tecnici certificati che operano nel contesto industriale italiano.
1. Analisi spettrale e caratterizzazione dei picchi di tensione: il ruolo degli strumenti certificati
La caratterizzazione precisa dei picchi di tensione richiede un’analisi spettrale avanzata, che vada oltre la semplice misura istantanea. Utilizzando analizzatori di qualità dell’energia (PQ analyzers) certificati secondo CEI 15-15 e norme IEC 61000-4-30, è possibile identificare non solo picchi di durata millisecondi, ma anche componenti armoniche e risonanze che amplificano il rischio. Nel contesto italiano, dove le reti trifase a 400/230 V dominano, le sovratensioni spesso derivano da commutazioni di saldatrici ad arco, che generano impulsi con contenuto armonico fino al 30% a 3e ordine. La misurazione deve avvenire in modalità transitoria, con campionamento a 100 kHz, per catturare la forma d’onda reale e calcolare l’ampiezza massima, durata media e frequenza di ricorrenza.
“La normalizzazione efficace parte da una diagnosi spettrale accurata: un picco risonante a 1.2 kV che si ripete ogni 15 minuti, causato da una bobina di saldatura in risonanza con il condensatore di filtro, può ridurre la vita utile dei motori del 40% in meno di un anno se non mitigato.”
Il confronto tra i dati raccolti in fase spettrale e quelli visualizzati in tempo reale tramite monitor di tensione di precisione (CL-4000 CEI, classe 1000V) permette di classificare i picchi in base a:
– Durata: < 1 ms (transitori), 1–500 ms (picchi veloci), > 500 ms (eventi di guasto)
– Ampiezza relativa: > 110% della tensione nominale
– Frequenza di ricorrenza: occasionale, periodica, continua
Questa classificazione è fondamentale per scegliere il livello di protezione appropriato e coordinare i dispositivi SPD.
2. Fasi operative dettagliate: dalla diagnosi alla coordinazione dei SPD
Fase 1: Diagnosi certificata e identificazione delle sorgenti
L’analisi inizia con la certificazione CEI 15-15 di tutti i dispositivi di misura, seguita da un monitoraggio continuo tramite registratori di qualità dell’energia (es. PQ-4000 CEI) posizionati nei punti critici: quadri distribuzione, uscite delle saldatrici, interfacce con motori ad alta coppia. L’operatore deve registrare almeno 72 ore di dati in condizioni di carico variabile, focalizzandosi su eventi transitori durante le commutazioni.
Il software CEI 50160-2 facilita la mappatura di picchi anomali, confrontandoli con le soglie di tolleranza: una sovratensione > 1.5 kV in un impianto trifase a 400 V è immediatamente segnalata come critica.
*Takeaway: una diagnosi superficiale rischia di ignorare riflessioni o picchi nascosti in loop di terra, con conseguenze silenziose sulla protezione a lungo termine.*
Fase 2: Progettazione del sistema di protezione coordinato
La scelta dei dispositivi SPD (Cluster di protezione) deve rispettare il principio di coordinamento di tensione di protezione (MCO, Maximum Coordinated Overvoltage), calcolato in base all’impedenza di rete e alla capacità di assorbimento. Per un impianto con 3 saldatrici ad arco, si impiegano SPD di Classe III CEI 64-8, posizionati a monte di ogni gruppo critico, con coordinamento di tensione che garantisce un livello di protezione MCO ≤ 1.2 kV.
Il coordinamento richiede una mappa d’impedenza precisa (misurata con bridge di rete CEI 15-15), tenendo conto di configurazioni a stella o anello. Un errore frequente è la scelta di SPD con MCO troppo elevato, che non attenua abbastanza in fase iniziale, lasciando tensione residua a danneggiare componenti sensibili.
Fase 3: Calcolo preciso e simulazione elettromagnetica
Il calcolo del MCO richiede la determinazione del livello di coordinamento tramite modello elettrico dell’impianto, con simulazioni in EMTP-RV o PSCAD per replicare dinamiche transitorie. Il parametro chiave è il *response time* dei SPD, che deve essere inferiore a 5 ms per picchi < 1.5 kV.
Un esempio pratico: un impianto con 4 saldatrici ad arco, ogni volta con picchi di 1.7 kV durata 300 ms, richiede una simulazione che mostri come un SPD di Classe III con attenuazione del 65% riduca il picco a 1.04 kV, con tempo di risposta 3.2 ms.
La mancata simulazione porta a sovradimensionamento o sottodimensionamento, con rischi di guasto prematuro o protezione insufficiente.
3. Errori comuni e troubleshooting: come evitare fallimenti silenziosi
Errore 1: Sovradimensionamento o sottodimensionamento SPD
I tecnici spesso scelgono SPD con protezione solo di Classe I per motivi economici, ignorando che la loro applicazione è limitata a circuiti monofase isolati.