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Monofase vs trifase

Differenza tra monofase e trifase

I sistemi di energia elettrica nelle reti di distribuzione sono classificati in sistemi monofase e trifase. I sistemi monofase e trifase svolgono un ruolo cruciale nel fornire elettricità dalle centrali di generazione agli utenti finali, siano essi residenziali, commerciali o industriali.

I sistemi monofase e trifase differiscono significativamente sotto diversi aspetti come quelli realizzativi e di utilizzo ma entrambi hanno in comune di essere utilizzati per l’erogazione dell’energia elettrica. I sistemi monofase, comunemente presenti negli ambienti residenziali, forniscono energia a quelle utenze che richiedono livelli di potenza contenuti. Al contrario, i sistemi trifase sono parte integrante dell’industria pesante e leggera in quanto permettono la distribuzione efficiente di elevati livelli di potenza, tipicamente richieste da questo tipo di utenze.

Questo articolo mette in luce la differenza tra monofase e trifase, esaminandone le configurazioni elettriche, i meccanismi di erogazione dell’energia, l’efficienza e i casi d’uso tipici.

Cosa si intende per monofase?

Un sistema elettrico monofase è un tipo di sistema di alimentazione a corrente alternata basato su una forma d’onda che varia nel tempo in maniera sinusoidale.

Ecco alcuni aspetti chiave e usi dei sistemi monofase:

  1. Definizione. Il sistema monofase è un sistema di distribuzione dell’energia elettrica in corrente alternata a singola fase ovvero dotato di un unico conduttore attivo.
  2. Fasi: Il sistema monofase è costituito da una singola fase e due conduttori: il conduttore di fase ed il conduttore di neutro. Quando il sistema monofase è alimentato, il conduttore di fase è attraversato da una tensione e quindi una corrente alternata che può essere rappresentata da una forma d’onda sinusoidale. L’intensità della corrente dipende dalla potenza richiesta dal carico.
  3. Tensione. Il conduttore di fase del sistema monofase è attraversato da una tensione di ampiezza pari a circa 230 V e frequenza costante di 50 Hz e trasmette la corrente al carico ad esso collegato. Il conduttore di neutro è a potenziale nullo ed ha la funzione di chiudere il circuito che alimenta il carico facendo passare la corrente di ritorno.
  4. Applicazione. Il sistema monofase è tipicamente utilizzato per distribuire alimentazione elettrica ad applicazioni residenziali, commerciali o dell’industria leggera, dove il carico totale è relativamente basso ovvero la potenza richiesta ha valori contenuti.
  5. Vantaggi: la progettazione e l’implementazione dei sistemi monofase sono piuttosto semplici poiché richiedono unicamente di collegare il conduttore di fase e quello di neutro. I sistemi di distribuzione elettrica monofase sono per questo facili da installare e manutenere e quindi convenienti per ambiti residenziali a bassa richiesta di potenza.

Cosa si intende per trifase?

Un sistema elettrico trifase è un tipo di sistema di alimentazione a corrente alternata ampiamente utilizzato per la generazione, la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica.

Schema semplificativo di utilizzo di un sistema trifase

E’ tipicamente destinato alla fornitura di energia in ambienti industriali e commerciali.

Ecco gli aspetti chiave e gli utilizzi dei sistemi trifase:

  1. Definizione. Il sistema trifase è un sistema di generazione, trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica alternata trifase ovvero dotata di tre conduttori attivi.
  2. Fasi. Il sistema trifase è costituito da tre fasi e può essere realizzato tramite almeno tre conduttori. Nel sistema trifase sono sempre presenti tre conduttori attivi, uno per ogni fase, ed eventualmente un conduttore di neutro. La presenza del conduttore di neutro dipende dal tipo di sistema trifase. Nel caso di sistema trifase simmetrico ed equilibrato, il neutro non viene utilizzato in quanto inutile poiché la corrente che vi circolerebbe sarebbe nulla.
  3. Tensione. Ogni conduttore di fase è attraversato da una tensione di 230 V. Tra le fasi è presente una tensione di 400 V pari a √3 volte la tensione tra fase e neutro (230 * 1,732 ≈ 400). Esistono diversi tipi di sistema trifase, il più diffuso è quello bilanciato. Nel sistema trifase bilanciato le fasi sono sincronizzate e sfasate tra loro di 120º. Questo sfasamento permette che in ogni istante sia possibile erogare potenza elettrica stabilmente.
  4. Applicazione. Il sistema trifase è tipicamente utilizzato nella generazione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica. Il sistema trifase è utilizzato in combinazione con generatori per la parte di generazione elettrica, trasformatori che elevano la tensione per la trasmissione sulle linee a grandi distanze ed infine trasformatori che abbassano la tensione e la riportano ai valori stabiliti per gli utilizzatori di 230 V tra fase-neutro, 400 V tra fase-fase.
  5. Vantaggi. i sistemi trifase forniscono un trasferimento di potenza costante al carico, sono adatti a realizzare un’efficiente distribuzione dell’energia su lunghe distanze. A partire da questi aspetti i sistemi trifase sono essenziali per le applicazioni industriali e commerciali grazie alla loro capacità di fornire grandi quantità di energia in modo efficiente e affidabile.

Qual è la differenza tra monofase e trifase?

La differenza principale tra monofase e trifase risiede nella configurazione, nell’erogazione di potenza, nell’efficienza e nelle applicazioni tipiche. Ecco un confronto dettagliato:

  1. Erogazione di potenza:
    • Monofase: adatto per applicazioni a bassa potenza.
    • Trifase: adatto per applicazioni di potenza più elevata e più efficiente su lunghe distanze.
  2. Installazione e costi:
    • Monofase: più semplice ed economico da installare.
    • Trifase: più complesso e costoso da installare ma offre vantaggi in termini di efficienza a lungo termine.
  3. Efficienza:
    • Monofase: meno efficiente, soprattutto su lunghe distanze.
    • Trifase: più efficiente, con erogazione di potenza più fluida ai macchinari pesanti.
  4. Utilizzo:
    • Monofase: residenziale ed industria leggera.
    • Trifase: Industriale ed industria leggera (es. officine).
  5. Conduttore di neutro:
    • Monofase: il neutro nel sistema monofase è fondamentale perché serve a creare un percorso di ritorno per la corrente che arriva al carico attraverso il conduttore di fase. Il conduttore di neutro permette infatti di chiudere il circuito che trasmette potenza al carico.
    • Trifase: il neutro serve a creare un percorso di ritorno per la corrente di squilibrio nel sistema trifase squilibrato. In questo caso il neutro del carico è posto allo stesso potenziale del neutro del trasformatore a monte, permettendo di ristabilire la simmetria tra le tensioni di linea. Qualora il sistema sia equilibrato, il conduttore di neutro non ha alcuna utilità.

In sintesi, l’energia elettrica monofase è ideale per uso residenziale e commerciale leggero grazie alla sua semplicità e ai costi inferiori. Al contrario, l’energia elettrica trifase è preferita per le applicazioni industriali e commerciali di grandi dimensioni dove l’efficienza, una maggiore capacità di potenza ed una erogazione più fluida sono cruciali.

Quando conviene il trifase?

In molteplici applicazioni è tipicamente utilizzato il sistema trifase. Di seguito i principali contesti in cui si predilige esclusivamente il sistema trifase:

  1. Trasmissione di potenza su linee elettriche. La trasmissione di potenza dalla sorgente, come da esempio una centrale idroelettrica, all’utilizzatore, richiede che la corrente percorra lunghe distanze. Proprio in virtù di queste distanze, diviene importante prendere in considerazione diversi fattori quali ad esempio il costo dei materiali per realizzare le linee elettriche. A parità di potenza richiesta dal carico, rispetto al sistema monofase, nel sistema trifase questa potenza è distribuita su tre cavi e questo permette di utilizzare dei cavi più sottili con minore dissipazione per effetto Joule e generalmente più facili da installare, gestire e manutenere. Il sistema monofase richiede 2 cavi (fase + neutro) mentre il sistema trifase richiede minimo 3 cavi (3 fasi + eventuale neutro). Nonostante necessiti un cavo in più è possibile dimostrare che un sistema trifase richiede circa un quarto di volume di rame in meno rispetto al sistema monofase per poter fornire ad un carico una determinata potenza. Questo permette indirettamente anche di ridurre i costi di manutenzione poiché cavi con sezioni inferiori richiedono collegamenti e componenti più semplici e garantiscono maggiore affidabilità.
  2. Erogazione fluida di potenza. Nel caso del sistema monofase, considerando che abbiamo una sola fase, abbiamo che la tensione attraversa lo zero 50 volte al secondo, considerando in Europa la frequenza dell’alimentazione di rete di 50 Hz. Questo può sembrare un aspetto trascurabile ed in effetti lo è finché l’energia richiesta dal carico è ridotta. In presenza invece di carichi elevati, questi buchi di tensione / corrente possono portare a bruschi e ripetuti arresti nel funzionamento del carico che si traduce in inefficienza, aumentato rumore / vibrazioni (ad esempio per organi meccanici mobili in continuo arresto e ripristino) e maggiore possibilità di guasto. Nei sistemi trifase le tre fasi sono sfasate tra loro quindi quando una fase attraversa lo zero, le altre saranno in un punto diverso della sinusoide ed il carico quindi sarà meno influenzato dall’attraversamento dello zero di una singola fase in quanto potrà assorbire sempre un livello di potenza costante. Maggiore è il carico ed il relativo assorbimento di potenza, maggiore questo aspetto è rilevante in termini di efficienza e di affidabilità del circuito nel suo complesso.
  3. Motori elettrici ad alta potenza. I motori ad alta potenza ovvero quelli che vedono movimentare carichi importanti come avviene solitamente nell’industria sono quasi esclusivamente alimentati da sistemi trifase. Questo avviene da una parte perché è necessario avere una erogazione della potenza fluida ma anche perché in questo caso si ha una semplificazione importante dal punto di vista progettuale. In un sistema trifase infatti, essendo le tre fasi sfasate tra loro di 120º, si crea un campo magnetico rotante che induce delle correnti nel rotore, si genera una coppia che quindi permette una rotazione costante in una specifica direzione. Al contrario, un motore alimentato da un sistema monofase, richiede che venga creato uno sfasamento nell’avvolgimento secondario per poter innescare il movimento rotativo. L’avvio di un motore monofase tipicamente si realizza con un condensatore oppure tramite un controllo di potenza elettronico a monte del motore monofase. Nel caso di motori elettrici ad alta potenza l’utilizzo di sistemi trifase semplifica notevolmente il progetto in quanto non occorre includere circuiti per l’avvio del motore.


Monofase Vs trifase in breve

La differenza tra monofase e trifase risiede negli aspetti realizzativi e nella destinazione d’uso dei singoli sistemi.

I sistemi monofase sono più semplici e sufficienti per applicazioni residenziali e commerciali leggere, mentre i sistemi trifase forniscono maggiore efficienza, stabilità ed erogazione di potenza, rendendoli essenziali per applicazioni industriali e commerciali di grandi dimensioni. La scelta tra monofase e trifase dipende dai requisiti di potenza, da considerazioni sull’efficienza e dalle esigenze applicative specifiche.


Trasformatore: cos’è e come funziona

I trasformatori sono componenti fondamentali per la trasmissione e la distribuzione efficiente dell’energia elettrica. Consentono la fornitura efficiente di elettricità su lunghe distanze, l’isolamento tra i circuiti e la regolazione della tensione per varie applicazioni. In questo articolo verranno presentati i principi di funzionamento ed i diversi tipi di trasformatore.

Cos’è il trasformatore

Il trasformatore è un componente elettrico passivo che trasferisce l’energia elettrica da un circuito ad un altro attraverso l’effetto dell’induzione elettromagnetica. In quanto componente passivo, la potenza erogata al circuito a valle sarà inferiore a quella ricevuta poiché una parte dell’energia elettrica verrà dissipata, ad esempio in calore (effetto Joule). Il trasformatore è quindi una macchina elettrica statica ovvero un dispositivo in grado di convertire un tipo di energia elettrica in ingresso, in questo caso una tensione alternata, in un tipo diverso cioè una tensione alternata con un valore diverso. È definita “statica” data l’assenza di elementi mobili.

Rappresentazione del trasformatore come doppio bipolo

Il trasformatore si comporta a tutti gli effetti come un doppio bipolo costituito da due porte, una di ingresso ed una di uscita che permette il trasferimento di potenza senza che i relativi circuiti siano fisicamente collegati tra loro.

Come è fatto il trasformatore

Il trasformatore è costituito da un nucleo, tipicamente di materiale ferromagnetico, attorno al quale ci sono degli avvolgimenti. Gli avvolgimenti sono separati tra loro ed isolati dal nucleo in maniera tale da evitare situazioni di corto circuito.

Elementi costituenti un trasformatore

Gli elementi di cui è fatto il trasformatore sono:

  • Avvolgimenti: gli avvolgimenti primari e secondari sono realizzati in filo di rame o alluminio.
  • Nucleo: il nucleo magnetico aiuta a concentrare il campo magnetico e migliorare l’efficienza. Il nucleo di un trasformatore tipicamente può essere realizzato a colonne oppure a mantello.
  • Isolamento: garantisce che gli avvolgimenti e il nucleo non vadano in cortocircuito. L’isolamento di un trasformatore è tipicamente realizzato a secco in aria, a secco in resina oppure in olio minerale.
  • Involucro: protegge i componenti interni dai fattori ambientali.

Una considerazione in più riguarda il nucleo del trasformatore che fisicamente è realizzato tramite la sovrapposizione di lamerini metallici come mostrato nella figura seguente.

Struttura di un nucleo costituito da lamierini sovrapposti

I lamerini sono sovrapposti tra loro e separati da uno strato isolante. Hanno uno spessore che tipicamente varia tra 0,2 mm e 0,5 mm dipendentemente dalla frequenza a cui si vuol far lavorare il trasformatore. Questa modalità costruttiva serve a ridurre lo svilupparsi di correnti parassite sugli avvolgimenti.

Simbolo trasformatore

Il simbolo del trasformatore in accordo ad IEC 60417 è mostrato nella figura seguente

Simbolo trasformatore – IEC 60417

Tipicamente però i vari programmi CAD per redigere gli schemi elettrici realizzano il trasformatore con il simbolo seguente.

Simbolo trasformatore con nucleo in ferro

Di seguito un estratto da uno schema elettrico dove è possibile notare il simbolo del trasformatore ed attorno allo stesso le relative informazioni.

Trasformatore in uno schema elettrico

Dall’immagine si può notare come all’interno di uno schema elettrico vengano tipicamente riportati i valori della tensione sul primario (in questo caso 400 V) e quelli sul secondario (200 V) oltre al valore di potenza nominale e le connessioni di terra.

In letteratura, ed in particolare nell’ambito dell’analisi dei circuiti si è soliti fare riferimento al trasformatore ideale. Il simbolo del trasformatore ideale è mostrato di seguito.

Simbolo trasformatore ideale

Il trasformatore ideale è un concetto puramente teorico ovvero si considera il comportamento del trasformatore e si escludono imperfezioni dei materiali o fenomeni parassiti presenti nella realtà.

Come funziona un trasformatore

Consideriamo un trasformatore monofase in cui il circuito primario è alimentato da una tensione alternata mentre il circuito secondario è collegato un carico che per semplificare considereremo lineare. Il funzionamento del trasformatore può essere descritto schematicamente come di seguito:

  1. la corrente alternata (quindi variabile nel tempo) che circola sull’avvolgimento primario genera un campo magnetico variabile.
  2. le linee di flusso del campo magnetico generatosi nel circuito primario provocheranno una variazione nel campo magnetico del vicino avvolgimento secondario ovvero una forza elettromotrice (fem).
  3. La forza elettromotrice presente nel secondario porta ad un flusso di corrente sul carico collegato.

Nella figura seguente viene mostrata la distribuzione del flusso magnetico generato nell’avvolgimento primario ed indotto nell’avvolgimento secondario.

Come mostrato in figura, il flusso magnetico generatosi nel primario si sviluppa in due componenti che sono:

  • flusso magnetico principale: all’interno del nucleo ed attraverso entrambi gli avvolgimenti
  • flusso magnetico di dispersione: parzialmente all’interno del nucleo e parzialmente in aria attraverso l’avvolgimento primario oppure l’avvolgimento secondario.

Il funzionamento del trasformatore viene anche rappresentato attraverso le equazioni caratteristiche del trasformatore ideale ovvero le relazioni che sussistono tra tensione in ingresso ed uscita e tra corrente in ingresso ed uscita, valide nel caso (non reale) in cui trascuriamo l’effetto di perdite dovute alle caratteristiche dei materiali, dell’isolamento, effetti parassati etc.

Le equazioni caratteristiche del trasformatore ideale sono le seguenti:

Equazioni caratteristiche del trasformatore ideale

Il funzionamento del trasformatore è quindi idealmente descritto dalla proporzionalità tra tensione di ingresso e quella di uscita e tra la corrente di ingresso e quella di uscita. Tale proporzionalità dipende dal rapporto tra il numero di spire sul primario e quello sul secondario. Il funzionamento del trasformatore ideale dipende dal numero di spire e sono possibili tre casi:

  1. N1=N2; l’avvolgimento primario e quello secondario hanno lo stesso numero di spire. In questo caso la tensione in uscita dal trasformatore ha lo stesso valore della tensione in ingresso.
  2. N1>N2; l’avvolgimento primario ha più spire di quello secondario. La tensione in uscita ha un valore inferiore a quella in ingresso mentre la corrente in uscita sarà minore di quella in ingresso.
  3. N1<N2; l’avvolgimento primario ha meno spire di quello secondario. La tensione in uscita ha un valore superiore a quella in ingresso mentre la corrente in uscita sarà maggiore di quella in ingresso.

Da queste considerazioni si può dedurre che la potenza assorbita sul primario (V1(t)*i1(t)) è uguale alla potenza assorbita sul secondario (V2(t)*i2(t)). Questo significa che, in condizioni ideali, il trasformatore è in grado di trasferire tutta la potenza del primario sul secondario, indipendentemente dal numero di spire. Al variare del rapporto tra numero di spire su primario e secondario, la tensione e la corrente in uscita cambieranno ma il loro rapporto sarà sempre identico.

Infine occorre ricordare che il flusso magnetico si genera a causa della variazione di corrente nel tempo (corrente alternata) e quindi, nel caso di corrente continua non si ha nessun trasferimento di potenza dal primario al secondario.

Tipi di trasformatore

I trasformatori si distinguono sulla base del loro funzionamento, modalità realizzativa ed in generale sulla base livelli dei tensione fornita in uscita rispetto al livello di tensione in ingresso.

Ecco alcune delle principali tipologie di trasformatori elettrici.

Trasformatore elevatore (trasformatore step-up)

Trasformatore elevatore di tensione (trasformatore Step-up)
  • Funzione: aumenta la tensione dall’avvolgimento primario a quello secondario. Questo viene garantito attraverso un numero di spire sul secondario maggiore rispetto a quelle sul primario.
  • Applicazione: utilizzato nelle centrali elettriche per aumentare la tensione per la trasmissione su lunghe distanze. Aumentare la tensione spesso è utile per la distribuzione di energia elettrica in quanto aumentando la tensione si diminuisce la corrente corrente e quindi si può ridurre la sezione dei cavi utilizzati.

Trasformatore abbassatore (trasformatore di step-down)

Trasformatore abbassatore di tensione (trasformatore Step-down)
  1. Funzione: diminuisce la tensione dalla bobina primaria a quella secondaria. Questo viene garantito attraverso un numero di spire sul primario maggiore rispetto a quelle sul secondario.
  2. Applicazione: abbassa la tensione per un utilizzo sicuro nelle case e nelle aziende dopo la trasmissione. Tipicamente utilizzato per portare la tensione al valore desiderato per l’applicazione specifica.

Trasformatore di isolamento

Trasformatore di isolamento
  • Funzione: fornisce isolamento elettrico tra i circuiti primario e secondario senza modificare i livelli di tensione.
  • Applicazione: Garantisce la sicurezza dei circuiti a valle assicurando la stessa potenza dell’avvolgimento in ingresso. Utilizzato principalmente in tutte quelle applicazioni in cui si vuole garantire l’isolamento galvanico tra parti diverse del circuito come ad esempio nei dispositivi medici.

Autotrasformatore

  • Funzione: utilizza un singolo avvolgimento che funge sia da primario che da secondario, con una presa per regolare la tensione. A seconda di dove è posizionata la presa, varia il numero di spire sul secondario e quindi si può realizzare un autotrasformatore elevatore od abbassatore. Nel caso la presa sia variabile e quindi è possibile impostare la tensione in uscita andando a modificare il numero di spire, l’autotrasformatore prende il nome di Variac.
  • Applicazione: utilizzato nella regolazione della tensione e per applicazioni che richiedono leggere regolazioni della tensione.

Trasformatore di potenza

  • Funzione: trasferire la potenza dal primario al secondario. I trasformatori sono denominati di potenza tipicamente per distinguerli da altri trasformatori con applicazioni specifiche come quelli di misura.
  • Applicazione: utilizzato nelle reti di trasmissione elettrica per aumentare o diminuire le alte tensioni e gestire potenze elevate.

Trasformatore di misura

  • Funzione: include trasformatori di tensione e trasformatori di corrente e servono per la misurazione dei parametri elettrici.
  • Applicazione: tipicamente utilizzati quando i valori di tensione e corrente da misurare sono molto elevati come nelle linee di distribuzione elettrica. Nel trasformatore di tensione il primario viene collegato ai punti su cui si vuole misurare la tensione mentre il secondario viene collegato ad un Voltmetro. Nel trasformatore di corrente il primario viene collegato in serie al circuito su cui si vuole misurare la corrente mentre il secondario viene collegato ad un Amperometro. I trasformatori di misura vengono progettati sulla base della portata dello strumento cui sono collegati che generalmente è inferiore ai valori elettrici che si vuole misurare.

Trasformatore monofase

  • Funzione: Progettato per sistemi di alimentazione monofase.
  • Applicazione: comunemente utilizzato in applicazioni residenziali e piccole imprese.

Trasformatore trifase

  • Funzione: Progettato per funzionare con sistemi di alimentazione trifase.
  • Applicazione: utilizzato nella distribuzione di energia industriale e commerciale di grandi dimensioni.

Trasformatore a olio

  • Funzione: utilizza olio per il raffreddamento e l’isolamento. L’olio è solitamente olio minerale e serve a dissipare il calore.
  • Applicazione: comune in applicazioni ad alta potenza e impianti industriali. Viene utilizzato in tutte quelle situazioni in cui le potenze in gioco creano della dissipazione di calore importante che potrebbe danneggiare il trasformatore stesso e quindi l’olio serve ad aiutare la dissipazione del calore e preservare il funzionamento del trasformatore.

Trasformatore a secco

  • Funzione: utilizza l’aria per il raffreddamento e l’isolamento, senza olio.
  • Applicazione: adatto per installazioni interne, edifici commerciali e aree sensibili dal punto di vista ambientale. Tipicamente utilizzato nella maggior parte delle applicazioni in cui i valori di potenza da trasferire sono contenuti.

Il trasformatore elettrico: spiegazione semplice

Il trasformatore è un dispositivo elettrico progettato per trasferire energia elettrica tra due o più circuiti attraverso l’induzione elettromagnetica. È costituito da bobine (avvolgimenti) primarie e secondarie avvolte attorno ad un nucleo magnetico.o progettato per trasferire energia elettrica tra due o più circuiti attraverso l’induzione elettromagnetica. È costituito da bobine (avvolgimenti) primarie e secondarie avvolte attorno ad un nucleo magnetico. I trasformatori possono aumentare (trasformatore elevatore) o diminuire (trasformatore abbassatore) i livelli di tensione in ingresso a seconda del numero di spire di cui sono dotati gli avvolgimenti. Il trasformatore elettrico è impiegato perchè permette la distribuzione efficiente di elettricità su lunghe distanze, l’isolamento tra i circuiti e la regolazione della tensione per varie applicazioni nelle reti elettriche, nei dispositivi elettronici e nei macchinari industriali.


Sistema trifase

Sistema trifase: cosa è e come funziona

Il sistema trifase è costituito da una sorgente di energia collegata ad un carico attraverso delle linee di trasmissione. Rappresenta una modalità economica ed efficiente di trasmettere potenza elettrica tra grandi distanze. Il sistema trifase è alla base della trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica e garantisce quindi che l’elettricità possa essere sfruttata da tutti quotidianamente. In questo articolo vengono presentati i principi su cui si basano i sistemi trifase, esplorandone i principi operativi, i vantaggi che offrono e il ruolo critico che svolgono in varie applicazioni.

Cosa è il sistema trifase?

Il sistema trifase è un tipo di trasmissione e distribuzione di energia elettrica in cui tre conduttori trasportano tre correnti alternate sfasate tra loro. Questa disposizione è comunemente utilizzata in applicazioni industriali e commerciali grazie alla sua efficienza e capacità di gestire carichi ad alta potenza.

Il sistema trifase è composto da:

  • tre generatori indipendenti di tensione alternata e che insieme costituiscono un alternatore;
  • tre conduttori ovvero tre cavi che fungono da collegamento tra generatori e carico attraverso dei trasformatori;
  • tre carichi ovvero una impedenza per ciascuna linea di alimentazione.
Schema di un sistema trifase

In un sistema trifase, l’energia viene trasmessa utilizzando tre conduttori ognuno dei quali conduce una forma d’onda sinusoidale di corrente alternata. Ogni sinusoide è sfasata rispetto all’altra di 120 gradi pari ad un terzo del ciclo.

Tensioni nel sistema trifase

Questo sfasamento di 120° garantisce un’erogazione di potenza più costante e regolare rispetto ai sistemi monofase. I sistemi trifase sono usati per fornire energia a carichi importanti come edifici, impianti industriali ed apparecchiature elettriche che richiedono elevata potenza.

Come funziona il sistema trifase?

In un sistema trifase, l’elettricità viene generata, trasmessa e distribuita utilizzando tre conduttori. Ogni conduttore trasporta una forma d’onda di corrente alternata che è sfalsata nel tempo di un terzo del suo ciclo (120 gradi) rispetto alle altre. Questa disposizione consente un’erogazione di potenza più continua ed equilibrata rispetto ai sistemi monofase.

Ecco come funziona un sistema trifase:

  1. Generazione: l’elettricità viene generata nelle centrali elettriche utilizzando generatori. Nella generazione di energia trifase, all’interno del generatore vengono utilizzati tre avvolgimenti separati, ciascuno dei quali produce una forma d’onda di corrente alternata. Questi avvolgimenti sono fisicamente separati da un angolo elettrico di 120 gradi, garantendo che le correnti generate siano sfasate tra loro.
  2. Trasmissione: una volta generata, l’elettricità viene trasmessa su lunghe distanze attraverso linee elettriche o cavi per raggiungere sottostazioni e centri di distribuzione. In un sistema di trasmissione trifase, le fasi sono trasportate da conduttori separati. Le linee di trasmissione sono progettate per gestire le tre fasi contemporaneamente, consentendo un efficiente trasferimento di potenza.
  3. Distribuzione: nelle sottostazioni, l’elettricità ad alta tensione viene ridotta a tensioni più basse adatte alla distribuzione a case, aziende e industrie. A questo scopo vengono utilizzati i trasformatori. L’energia trifase viene poi distribuita ai consumatori attraverso linee elettriche e reti di distribuzione.
  4. Utilizzo: in varie applicazioni, i dispositivi e i macchinari elettrici sono progettati per utilizzare l’alimentazione trifase. Ad esempio, i motori a induzione trifase sono comunemente utilizzati in ambienti industriali per la loro efficienza, affidabilità e capacità di gestire carichi ad alta potenza. Questi motori si affidano al campo magnetico rotante prodotto dalle correnti trifase per generare coppia e azionare sistemi meccanici.

Nel complesso, il principio chiave alla base del funzionamento di un sistema trifase è l’erogazione equilibrata e continua di potenza attraverso tre conduttori separati, ciascuno dei quali trasporta una forma d’onda di corrente alternata sfasata rispetto agli altri. Questa disposizione consente una generazione, una trasmissione e un utilizzo efficienti dell’energia in un’ampia gamma di applicazioni.

Che tensione ha un sistema trifase?

Le tensioni di un sistema trifase sono di 400 V tra fase e fase mentre sono di 230 V tra fase e neutro. Questo è valido in Europa dove la frequenza di ogni fase è di 50 Hz.

Parametri caratteristiche della tensione sinusoidale

Quando si parla di tensione in un sistema trifase ci si riferisce alla tensione di picco dell’onda sinusoidale. La frequenza di tale tensione è di 50 Hz (in Europa) e questo significa che il periodo dell’onda sinusoidale ovvero il tempo che l’onda impiega per compiere un ciclo completo prima di ripetersi è pari a 0,02 secondi.

In un sistema trifase, quindi, se andiamo a misurare il valore della tensione alternata tra le fasi questo sarà pari a 400 V. Se misuriamo il valore di tensione alternata tra una qualsiasi delle fasi ed il conduttore di neutro allora vedremo una tensione di 230 V. Questo sistema permette quindi di poter distribuire anche una tensione di 230 V semplicemente derivando un conduttore di fase ed un conduttore di neutro da un sistema trifase. La tipica distribuzione elettrica in uso in ambiente residenziale può quindi derivata da quella trifase.

Collegamento a stella e a triangolo in un sistema trifase

La connessione all’interno di un sistema trifase può essere effettuata attraverso due tipi di collegamento: collegamento a stella e collegamento a triangolo.

Il tipo di collegamento indica la maniera in cui i generatori a monte oppure i carichi a valle sono collegati nel sistema trifase. Il carico di ciascuna linea viene rappresentato in maniera generica come un’impedenza.

Collegamento a stella

Nel collegamento a stella le tre impedenze sono collegate tra ciascuna linea ed il neutro. Ogni terminale risulta quindi connesso ad uno stesso punto detto “punto stella”. In questo tipo di circuito la corrente entrante in ciascuna linea, attraversa l’impedenza e si somma, in uscita, sul conduttore di neutro.

Collegamento a stella

Il collegamento a stella richiede in totale 4 conduttori di cui 3 conduttori di fase ed un conduttore di neutro. Il collegamento a “stella” è indicato anche con il simbolo “Y” (wye).

Collegamento a triangolo

Nel collegamento a triangolo, le tre impedenze sono collegate ognuna tra una coppia di fasi diversa. Si crea quindi una maglia tra le 3 fasi che sono connesse tra loro risultando in un triangolo.

Collegamento a triangolo

Il collegamento a triangolo non richiede il conduttore di neutro e quindi ha in totale 3 conduttori ovvero i conduttori di fase. Il collegamento a “triangolo” è indicato anche con il simbolo “Δ” (delta).

Quali sono i vantaggi di un sistema trifase?

I principali vantaggi del sistema trifase sono:

  1. Elevata potenza. I sistemi trifase possono trasmettere più potenza rispetto ai sistemi monofase a parità di corrente, rendendoli adatti a carichi elettrici importanti come quelli presenti negli ambienti industriali.
  2. Erogazione di potenza costante. Il sistema trifase garantisce una erogazione fluida e costante di potenza al carico. La natura sovrapposta delle forme d’onda trifase si traduce in un flusso di potenza continuo ed equilibrato, riducendo le fluttuazioni di tensione e migliorando la stabilità.
  3. Efficienza. I motori e le apparecchiature trifase sono generalmente più efficienti dei loro omologhi monofase. Utilizzano meno materiale conduttore per la stessa potenza erogata e hanno migliore efficienza energetica.

Questi vantaggi rendono i sistemi trifase particolarmente adatti per applicazioni in cui affidabilità, efficienza e potenza elevata sono fondamentali. Tale efficienza porta indirettamente a bassi costi di gestione ed implementazione degli impianti poichè i costi legati ai materiali sono inferiori se paragonati a quelli che richiederebbe un sistema monofase per erogare la stessa potenza.


Sistema monofase: cos’è e cosa si intende

Il sistema monofase si riferisce a un sistema di alimentazione elettrica che utilizza solo una forma d’onda per tensione e corrente alternata. La maggior parte dei sistemi elettrici residenziali e commerciali di piccole dimensioni sono monofase, mentre i sistemi commerciali e industriali più grandi utilizzano spesso l’alimentazione trifase. Nella quotidianità, l’energia elettrica che utilizziamo nei nostri uffici e nelle nostre case è del tipo monofase. In questo articolo andiamo ad vedere cosa si intende per sistema monofase.

Cosa è e cosa si intende per monofase?

Il sistema monofase è un sistema di distribuzione dell’energia elettrica a corrente alternata caratterizzato da un unico conduttore attivo detto “fase” ed un altro conduttore detto “neutro”. L’insieme di questi due conduttori, fase e neutro, è sufficiente per costituire il sistema monofase. In un sistema monofase il cavo di fase è quello responsabile di erogare la potenza che viene dalla sorgente di energia al carico mentre, il cavo di neutro serve a creare un percorso per la corrente di ritorno.

Schema di un sistema monofase
Schema di un sistema monofase

Come si vede dallo schema semplificativo mostrato nella figura sopra, il cavo di fase è responsabile di trasmettere la potenza elettrica al carico e per questo è considerato un conduttore attivo, il cavo di neutro, invece, è a potenziale nullo necessario per chiudere il circuito.

Caratteristiche del sistema monofase

Nel sistema monofase tensione e corrente presentano lo stesso identico andamento a singola forma d’onda sinusoidale.

Forma d'onda corrente/tensione alternata

La forma d’onda della tensione alternata ha un andamento come quello mostrato in figura caratterizzato da un ampiezza ed un periodo ben definiti. La tensione (lo stesso vale per la corrente) oscilla raggiungendo sempre lo stesso massimo che è rappresentato dall’ampiezza del segnale sinusoidale. La tensione raggiunge il massimo sempre ad intervalli regolari ovvero ad ogni periodo. L’unità di misura del periodo è il tempo che, tipicamente, viene misurato in secondi. Per caratterizzare l’andamento della tensione alternata, si utilizza il parametro della frequenza che è l’inverso del periodo.

Nei sistemi di distribuzione elettrica europei, l’ampiezza della tensione è stabilita a 220 V (con possibili piccole oscillazioni dovute a disturbi di rete) e la frequenza è 50 Hz. Questo significa che per convenzione è stato stabilito che un sistema monofase, in Europa, fornisca una tensione alternata che ha un valore massimo di 220 V (circa) e frequenza di 50 Hz, ovvero il valore di massimo (220 V) si ripete ogni 0,02 secondi (1/50).

Il sistema monofase: vantaggi e svantaggi

Tipicamente nella distribuzione dell’energia elettrica, il sistema monofase è ottenuto a partire dal sistema trifase da cui se ne deriva una delle tre fasi. Il sistema monofase è particolarmente utile per le piccole utenze dove i carichi che occorre sostenere sono piuttosto ridotti. Lo svantaggio dei sistemi monofase risiede nel fatto che la potenza erogata, data la natura sinusoidale della forma d’onda, ha degli istanti in cui è zero. Questo significa che si verificano dei buchi di tensione che rendono questo tipo di distribuzione inefficiente e non adatta a sostenere grandi carichi. Gli svantaggi di un sistema monofase sono essenzialmente dovuti all’incapacità di poter sostenere grandi potenze e quindi le necessità dell’industria pesante. Nell’industria, le limitazioni di un sistema monofase sono superate utilizzando un sistema trifase ovvero dotato di tre conduttori attivi.


Potenziometro su scheda

Potenziometro: a cosa serve e dove si usa?

Il potenziometro è un componente presente in innumerevoli dispositivi, dalle semplici apparecchiature audio ai complessi macchinari industriali. Il potenziometro funziona come un resistore variabile che permette di regolare la tensione che fluisce a valle dello stesso. In questo articolo approfondiamo il mondo dei potenziometri, facendo luce su cosa sono, come funzionano, i vari tipi disponibili e le loro applicazioni.

Cos’è il potenziometro?

Il potenziometro è un resistore variabile dotato di un contatto mobile, che consente la regolazione di tale resistenza e quindi della tensione ai sui capi all’interno di un circuito. Questa caratteristica di regolazione rende il potenziometro particolarmente utile negli scenari in cui è richiesto un controllo del livello di tensione.

Scheda con montati tre potenziometri
Dettaglio di scheda con montati tre potenziometri

Il potenziometro è un componente che trasforma la grandezza al suo ingresso, ovvero la tensione, e fornisce in uscita una tensione ad un livello diverso. Il potenziometro è quindi un trasduttore che al variare del valore della resistenza al suo interno, modula il valore della tensione in ingresso. Per ogni singola posizione che può assumere il contatto mobile, il potenziometro si comporta come un partitore di tensione.

Che si tratti di ottimizzare il volume audio, regolare la velocità del motore o calibrare le letture dello strumento, i potenziometri offrono un’ampia flessibilità di utilizzo.

Come è fatto il potenziometro?

Il potenziometro è costituito da un elemento resistivo e da un contatto mobile. Il contatto mobile non è completamente libero bensì è vincolato ad un movimento che tipicamente può essere di traslazione lineare oppure di rotazione.

Elementi costitutivi di un potenziometro lineare
Elementi costitutivi di un potenziometro lineare

A seconda delle applicazioni, il contatto mobile può anche essere multigiro tramite un movimento elicoidale ovvero un movimento che combina contemporaneamente la traslazione lineare e la rotazione. Nei potenziometri con movimento traslatorio dell’elemento mobile, tipicamente la corsa del contatto mobile può essere di pochi millimetri sino a qualche decina di centimetri.

Struttura di un potenziometro
Struttura e rappresentazione di un potenziometro

Nei potenziometri con movimento rotativo, il contatto mobile tipicamente attua una rotazione che può essere di pochi gradi oppure di diverse decine di giri. In tutti i casi il moto dell’elemento dipende dall’applicazione per cui è stato costruito il potenziometro.

Come funziona il potenziometro?

Il funzionamento di un potenziometro ruota attorno al principio della divisione della tensione. Quando il contatto mobile (solitamente una manopola o un cursore) cambia posizione lungo un elemento resistivo, altera il rapporto di resistenza su entrambi i lati. Ciò, a sua volta, si traduce in una tensione o resistenza di uscita variabile, a seconda della configurazione del circuito. Sia che la risposta sia lineare o logaritmica, i potenziometri soddisfano diversi requisiti applicativi con le loro caratteristiche regolabili.

Consideriamo a titolo di esempio un potenziometro lineare ovvero un potenziometro dove la variazione della posizione dell’elemento mobile porta ad una variazione lineare della tensione in uscita. Per capirne il funzionamento vediamo l’andamento tra il rapporto della tensione di uscita / ingresso ed il rapporto della resistenza di uscita / ingresso.

Consideriamo VOUT: tensione in ingresso; VIN: tensione in uscita, SIN: spostamento del cursore ovvero dell’elemento mobile; STOT: spostamento totale che può effettuare il cursore quando arriva al massimo della traslazione cioè a fondoscala.

Variazione della tensione rispetto allo spostamento del cursore in un potenziometro lineare ideale
Variazione della tensione rispetto allo spostamento del cursore in un potenziometro lineare ideale

Dal grafico appena mostrato si può vedere la rappresentazione dell’andamento della tensione in uscita VOUT che sarà massima (ovvero VOUT = VIN) quando lo spostamento del cursore è massimo (ovvero SIN = STOT). Questo andamento può considerarsi lineare fintanto che a valle de potenziometro c’è un circuito aperto ovvero in assenza di carico.

In condizioni reali, la tensione in uscita dal potenziometro andrà a servire un circuito o più in generale un carico che a sua volta assorbirà della corrente. Per questo in condizioni reali il potenziometro non avrà un andamento perfettamente lineare a causa delle influenze dell’assorbimento di corrente da parte del carico. Vediamo di seguito l’andamento della tensione in uscita rispetto allo spostamento del cursore in condizioni reali.

Variazione della tensione rispetto allo spostamento del cursore in un potenziometro lineare reale
Variazione della tensione rispetto allo spostamento del cursore in un potenziometro lineare reale

Dal grafico è possibile osservare l’andamento della tensione in uscita per effetto del carico. In particolare si nota come la linearità tra VOUT ed SIN si va perdendo al crescere del rapporto R/RL.

Per poter quindi preservare la linearità attesa del potenziometro, occorre quindi utilizzare un potenziometro con resistenza R adeguatamente piccola rispetto alla quella del carico RL.

Un potenziometro funziona variando la resistenza lungo un elemento resistivo per controllare il flusso di corrente elettrica attraverso un circuito. Ecco come funziona:

  1. Struttura di base: Un potenziometro è tipicamente costituito da un elemento resistivo, un contatto strisciante (o cursore) e due contatti fissi (terminali). L’elemento resistivo può essere costituito da vari materiali come carbonio, plastica conduttiva o materiali a filo avvolto.
  2. Meccanismo di regolazione: Quando viene applicata una tensione ai due terminali fissi del potenziometro, la corrente elettrica scorre attraverso l’elemento resistivo. Il contatto strisciante, spesso comandato da una manopola o leva, è posizionato lungo l’elemento resistivo.
  3. Resistenza variabile:Man mano che il contatto strisciante si muove lungo l’elemento resistivo, crea percorsi diversi per il flusso della corrente elettrica. La resistenza tra un terminale fisso e il contatto scorrevole, noto come “resistore variabile”, cambia proporzionalmente in base alla posizione del contatto mobile.
  4. Divisione di tensione: Secondo la legge di Ohm (V = R*I), la caduta di tensione su un resistore è direttamente proporzionale alla resistenza e alla corrente che lo attraversa. Nel caso di un potenziometro, quando cambia la resistenza tra il contatto strisciante e un terminale fisso, cambia anche la caduta di tensione su quel segmento.
  5. Regolazione della tensione di uscita: Collegando il terminale di uscita interessato al contatto strisciante e l’altro terminale a terra (o altro potenziale fisso), è possibile regolare la tensione in uscita dal potenziometro in base alla posizione del contatto strisciante. Ciò consente un’uscita di tensione variabile entro un intervallo specificato.

In sintesi, un potenziometro funziona regolando la posizione di un contatto strisciante lungo un elemento resistivo, modificando così la resistenza e la tensione in uscita in un circuito.

A cosa serve il potenziometro?

I potenziometri servono a vari scopi nei circuiti elettronici, grazie alle loro proprietà di resistenza regolabile. Questa caratteristica di resistenza regolabile rende i potenziometri componenti versatili utilizzati in un’ampia gamma di dispositivi elettronici per scopi di controllo, calibrazione e regolazione. I potenziometri vengono utilizzati in varie applicazioni di controllo in cui è richiesta una regolazione precisa della tensione o della resistenza. Ad esempio, nei controlli del volume audio, ruotando la manopola si modifica la posizione del contatto scorrevole, regolando la resistenza e alterando quindi la tensione di uscita per controllare il livello del volume. Alcuni usi comuni includono:

  1. Controllo del volume: nelle apparecchiature audio come amplificatori, radio e altoparlanti, i potenziometri regolano il volume regolando l’ampiezza del segnale elettrico.
  2. Controllo della luminosità: i potenziometri sono utilizzati negli interruttori dimmer delle luci, consentendo agli utenti di regolare i livelli di luminosità in base alle proprie preferenze.
  3. Sintonizzazione e calibrazione: i potenziometri vengono utilizzati nei circuiti di sintonizzazione di radio, televisori e altri dispositivi di comunicazione per ottimizzare le frequenze o calibrare strumenti sensibili come oscilloscopi e multimetri.
  4. Controllo della velocità del motore: i potenziometri regolano la velocità dei motori CC regolando la tensione fornita loro, controllando la velocità di rotazione.
  5. Controlli dell’interfaccia utente: i potenziometri sono integrati nei pannelli di controllo e nelle interfacce utente dei dispositivi elettronici per fornire opzioni di regolazione manuale per parametri come temperatura, pressione o posizione.
  6. Equalizzazione: nelle apparecchiature audio come mixer ed equalizzatori, i potenziometri controllano il livello delle diverse bande di frequenza, consentendo una regolazione precisa delle caratteristiche del suono.
  7. Sensori: i potenziometri possono essere utilizzati come sensori di posizione, ad esempio nei sensori di posizione dell’acceleratore nei veicoli o come parte di encoder rotativi per misurare la posizione di rotazione.
  8. Sistemi di feedback e controllo: nei sistemi di feedback e controllo, i potenziometri agiscono come resistori variabili per regolare il segnale di feedback o impostare tensioni di riferimento per mantenere i parametri di sistema desiderati.

Questi sono solo alcuni esempi delle numerose applicazioni dei potenziometri in vari settori e dispositivi elettronici. La loro versatilità li rende componenti indispensabili nei circuiti elettrici ed elettronici, garantendo flessibilità e precisione nel controllo dei parametri elettrici.

Dove viene usato il potenziometro?

La versatilità dei potenziometri trascende i settori specifici, trovando utilità nei sistemi automobilistici, nella strumentazione aerospaziale, nell’elettronica di consumo e altro ancora. Nelle applicazioni automobilistiche, regolano l’illuminazione del cruscotto e i sistemi HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, ovvero “riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria”), mentre nel settore aerospaziale aiutano nella strumentazione di volo e nei pannelli di controllo. Nell’elettronica di consumo, consentono interfacce utente intuitive.

I potenziometri trovano applicazioni in un’ampia gamma di settori e dispositivi elettronici. Ecco alcune aree comuni in cui vengono utilizzati i potenziometri:

  1. Elettronica di consumo: i potenziometri sono prevalenti nell’elettronica di consumo come televisori, radio, amplificatori audio e sistemi stereo per il controllo del volume, la sintonizzazione e l’equalizzazione.
  2. Industria automobilistica: nei veicoli, i potenziometri vengono utilizzati nei controlli del cruscotto per regolare il volume dell’audio, la velocità della ventola e le impostazioni del climatizzatore. Servono anche nei sensori di posizione dell’acceleratore, nei sensori di posizione del pedale e in altri controlli automobilistici.
  3. Macchinari industriali: i potenziometri sono parte integrante dei macchinari industriali per il controllo dei processi, la regolazione della velocità del motore e la calibrazione delle apparecchiature. Sono utilizzati in saldatrici, macchine CNC (Controllo Numerico Computerizzato), bracci robotici e altri sistemi automatizzati.
  4. Aerospaziale e difesa: i potenziometri vengono utilizzati in applicazioni aerospaziali e di difesa per strumentazione di volo, pannelli di controllo, sistemi avionici e apparecchiature di navigazione.
  5. Dispositivi medici: i potenziometri vengono utilizzati in dispositivi medici quali sistemi di monitoraggio dei pazienti, macchine per dialisi e strumenti chirurgici per il controllo e la calibrazione di precisione.
  6. Elettrodomestici di consumo: i potenziometri regolano le funzioni degli elettrodomestici come lavatrici, frigoriferi, condizionatori e forni a microonde per regolare impostazioni come temperatura, tempo e intensità.
  7. Telecomunicazioni: i potenziometri vengono utilizzati nelle apparecchiature di telecomunicazione come modem, router e torri di telecomunicazione per la sintonizzazione, l’equalizzazione e la calibrazione del segnale.
  8. Strumenti musicali: i potenziometri sono componenti integrali di strumenti musicali come chitarre elettriche, sintetizzatori e amplificatori per la regolazione di volume, tono e parametri degli effetti.
  9. Apparecchiature di test e misurazione: i potenziometri svolgono un ruolo cruciale negli strumenti di test e misurazione come oscilloscopi, multimetri e generatori di segnali per la calibrazione, la regolazione della tensione e il condizionamento del segnale.
  10. Sistemi di energia rinnovabile: i potenziometri sono utilizzati nei sistemi di energia rinnovabile come i pannelli solari e le turbine eoliche per tracciare e regolare la posizione degli inseguitori solari e delle pale delle turbine eoliche.

Questi sono solo alcuni esempi delle diverse applicazioni dei potenziometri in vari settori e industrie. La loro versatilità e precisione li rendono componenti indispensabili nei sistemi elettronici, fornendo capacità di controllo e regolazione in innumerevoli dispositivi e apparecchiature.

Tipi di potenziometro

I potenziometri sono disponibili in una miriade di configurazioni per soddisfare le diverse esigenze. I potenziometri rotativi, caratterizzati da un albero e una manopola rotanti, sono prevalenti nei sistemi audio, dove regolano i controlli di volume e tono. I potenziometri a scorrimento, caratterizzati da un movimento di scorrimento lineare, trovano favore in applicazioni che richiedono regolazioni lineari, come equalizzatori e fader. Altre varianti specializzate includono potenziometri multigiro per regolazioni di precisione e trimmer per la calibrazione del circuito.

I potenziometri sono disponibili in vari tipi, ciascuno progettato per soddisfare applicazioni e requisiti specifici. Ecco alcuni tipi comuni di potenziometri.

Potenziometro lineare

I potenziometri lineari hanno una relazione lineare tra la posizione del cursore e il valore della resistenza. Mentre il cursore si muove lungo l’elemento resistivo, la resistenza cambia in modo lineare.

Potenziometro lineare
Potenziometro lineare

Nella figura sopra vediamo un esempo di potenziometro lineare con l’elemento mobile realizzato con uno slide. L’elemento mobile può essere anche una vite, , in entrambi i casi l’elemento mobile trasla variando linearmente una resistenza.

Sono comunemente utilizzati in applicazioni in cui è necessaria una regolazione lineare, come controlli di volume e regolatori di velocità del motore.

Potenziometro rotativo

I potenziometri rotativi hanno un albero rotante e una manopola per regolare la posizione dell’elemento mobile lungo l’elemento resistivo.

Potenziometro rotativo
Potenziometro rotativo

Sono comunemente utilizzati in applicazioni in cui è necessaria la regolazione della rotazione, come i controlli del volume nelle apparecchiature audio, i controlli di sintonizzazione nelle radio e le manopole rotanti nelle interfacce utente.

Potenziometro logaritmico (Log Pot)

I potenziometri logaritmici, noti anche come potenziometri audio, hanno una relazione logaritmica tra la posizione del cursore e il valore della resistenza. Nel grafico seguente vediamo l’andamento tipico della variazione di tensione ai capi del potenziometro al variare della posizione del selettore.

Potenziometro logaritmico (audio)
Potenziometro logaritmico (audio)

Questo andamento logaritmico imita il modo in cui l’orecchio umano percepisce i cambiamenti di volume, rendendoli i potenziometri logaritmici ideali per applicazioni audio come i controlli del volume nelle apparecchiature musicali.

Potenziometro multigiro

Il potenziometro multigiro è un tipo di potenziometro che permette la rotazione multipla dell’elemento mobile. I potenziometri multigiro hanno una corsa rotativa dell’elemento mobile molto più ampia rispetto ad i potenziometri a singolo giro. Questo permette di incrementare notevolmente la risoluzione della regolazione dell’elemento mobile e di conseguenza di avere un controllo più fine della tensione in uscita. L’elemento resistivo è tipicamente realizzato con una struttura a spirale o elicoidale.

Potenziometro multigiro
Potenziometro multigiro

Il potenziometro multigiro è utilizzato in applicazioni che richiedono elevata precisione, come strumenti di calibrazione, apparecchiature di prova, strumenti di misura, apparecchiature audio, dispositivi medici e dispositivi di controllo in ambito industriale.

Potenziometro trimmer (Trimpot)

I potenziometri trimmer, noti anche come potenziometri trim o resistori trimmer, sono piccoli potenziometri preimpostati utilizzati per la calibrazione o la regolazione iniziale durante la produzione o la configurazione del circuito.

Potenziometro trimmer
Potenziometro trimmer

Spesso sono montati direttamente sui circuiti stampati e vengono regolati utilizzando un cacciavite. I trimmer in genere non sono destinati a regolazioni frequenti una volta impostati.

Potenziometro digitale

Il potenziometro digitale, o digipot, è un dispositivo elettronico che controlla digitalmente i valori di resistenza utilizzando circuiti integrati (IC) anziché meccanismi meccanici. Tipicamente è realizzato tramite una rete di resistori che vengono attivati da un segnale digitale attraverso degli interruttori come i transistor CMOS.

Potenziometro digitale
Potenziometro digitale

Offrono vantaggi come il controllo remoto, la programmabilità e la possibilità di memorizzare le preimpostazioni digitalmente. I potenziometri digitali trovano applicazioni nei sistemi audio, nella strumentazione e nell’elettronica di consumo.

Simbolo del potenziometro

Il simbolo del potenziometro da utilizzare negli schemi elettrici, in accordo alla norma EN 60617, è mostrato nella figura seguente.

Simbolo potenziometro (EN 60617)
Simbolo potenziometro (EN 60617)

Alcuni schemi elettrici, generalmente quelli realizzati tramite strumenti CAD con impostazione dei simboli nord-americani, presentano un simbolo diverso che non è considerato normalizzato in Europa. Il simbolo del potenziometro utilizzato nelle regioni americane ed asiatiche è il seguente.

Simbolo potenziometro (America ed Asia)
Simbolo potenziometro (America ed Asia)

Vantaggi e svantaggi del potenziometro

I potenziometri sono componenti versatili utilizzati in varie applicazioni elettroniche. Di seguito sono riportati i pro e i contro dell’utilizzo dei potenziometri:

Vantaggi del potenziometro

  • Resistenza variabile: i potenziometri forniscono una resistenza regolabile, consentendo un controllo preciso sui livelli di tensione o corrente in un circuito. Questa funzionalità è essenziale nelle applicazioni che richiedono una regolazione manuale, come il controllo del volume e la sintonizzazione.
  • Versatilità: i potenziometri sono disponibili in vari tipi (lineari, logaritmici, multigiro, etc.) e configurazioni (rotativi, a scorrimento), che li rendono adatti a un’ampia gamma di applicazioni in diversi settori e dispositivi elettronici.
  • Semplicità: i potenziometri sono relativamente semplici da usare e integrare nei circuiti. Non richiedono meccanismi di controllo complessi o circuiti aggiuntivi per il funzionamento, il che li rende economici e facili da implementare.
  • Interazione con l’utente: i potenziometri consentono l’interazione diretta con l’utente e il controllo sui dispositivi elettronici, fornendo un’interfaccia tattile e intuitiva per la regolazione di impostazioni e parametri.

Svantaggi del potenziometro

  • Usura: i potenziometri meccanici, in particolare quelli utilizzati per regolazioni manuali frequenti, sono soggetti a usura nel tempo, con conseguente riduzione della durata e potenziali problemi di affidabilità.
  • Dimensioni fisiche: i potenziometri, in particolare quelli rotativi e a scorrimento, possono essere relativamente grandi e richiedere spazio significativo sui circuiti stampati o nei dispositivi elettronici, il che può rappresentare una limitazione nei progetti compatti o miniaturizzati.
  • Precisione limitata: sebbene i potenziometri offrano una resistenza regolabile, la loro precisione può essere limitata rispetto ai componenti digitali o programmabili, soprattutto nelle applicazioni ad alta precisione in cui sono richieste regolazioni fini.
  • Rumore e interferenze di segnale: i potenziometri meccanici possono introdurre rumore e interferenze di segnale a causa del movimento del contatto con l’elemento resistivo, che possono influenzare le prestazioni e la qualità dell’audio e dei circuiti elettronici sensibili.
  • Sensibilità alla temperatura e all’ambiente: le prestazioni dei potenziometri possono essere influenzate dalle variazioni di temperatura e dalle condizioni ambientali, portando a una potenziale deriva e instabilità dei valori di resistenza nel tempo.
  • Durata limitata: i potenziometri meccanici hanno una durata operativa limitata, soprattutto se utilizzati per regolazioni frequenti, e potrebbero richiedere sostituzione o manutenzione nel tempo.

Un’attenta selezione e considerazioni di progettazione adeguate sono essenziali per mitigare questi inconvenienti e ottimizzare le prestazioni e l’affidabilità dei potenziometri nelle applicazioni elettroniche.

Il potenziometro in breve

Il potenziometro è un trasduttore elettromeccanico che fornisce in uscita una tensione che dipende dalla posizione di un contatto mobile rispetto ad un elemento resistivo stazionario. Il potenziometro serve come partitore di tensione ovvero fornisce una tensione che è una frazione di quella in ingresso dipendentemente dalla posizione in cui si trova l’elemento mobile. I potenziometri sono componenti versatili che permettono il controllo della tensione nei circuiti elettronici tramite la regolazione di una resistenza. Sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni per il controllo manuale, la calibrazione e la regolazione dei parametri elettrici.


Differenza tra resistenza e resistività

In ambito elettrico, elettronico e della fisica, comprendere il comportamento dei materiali in risposta alla corrente elettrica è fondamentale. Due concetti chiave che emergono frequentemente in questo contesto sono resistenza e resistività. Anche se questi termini potrebbero sembrare simili, rappresentano proprietà distinte con implicazioni uniche per i sistemi elettrici e la caratterizzazione dei materiali. La resistenza misura l’opposizione che un materiale offre al flusso di corrente elettrica, fungendo da metrica pratica nell’analisi e nella progettazione dei circuiti. La resistività approfondisce le proprietà intrinseche dei materiali, quantificando la loro innata capacità di resistere al flusso di corrente indipendentemente dalle loro dimensioni fisiche. Questo articolo mira a chiarire la differenza tra resistenza e resistività fornendo una comprensione completa di questi concetti fondamentali e del loro significato.

Cosa è la resistenza

La resistenza elettrica è un parametro che descrive l’opposizione o l’impedimento offerto da un materiale al flusso di corrente elettrica. In termini più semplici, rappresenta quanto sia difficile per la corrente elettrica passare attraverso un conduttore. La resistenza è misurata in Ohm (Ω).

Definizione di resistenza

Resistenza, indicata con R e misurata in Ohm (Ω), è una grandezza scalare che quantifica l’opposizione che un materiale o un componente presenta al flusso di corrente elettrica. È la misura del rapporto tra tensione (V) e corrente (I) in un conduttore, secondo la legge di Ohm:

    \[    R=\frac{V}{I}. \]

Questa formula indica che la tensione attraverso un conduttore è direttamente proporzionale alla corrente che lo attraversa, e la costante di proporzionalità è la resistenza.

Interpretazione fisica della resistenza

La resistenza è influenzata sia dalla resistività del materiale che dalle sue dimensioni fisiche, come la lunghezza (l) e l’area della sezione trasversale (A). Nei conduttori la resistenza deriva principalmente dalle collisioni tra gli elettroni e la struttura atomica del materiale, che impediscono il flusso degli elettroni.

Rappresentazione matematica della resistenza

La resistenza può essere calcolata utilizzando la legge di Ohm oppure derivata dalla formula:

    \[    R=\frac{\rho * l}{A}. \]

dove ρ è la resistività, l la lunghezza ed A l’area della sezione trasversale del materiale (conduttore) considerato.

Fattori che influenzano la resistenza

La resistenza rappresenta l’effetto cumulativo di vari fattori, tra cui la composizione, la temperatura e la configurazione geometrica del materiale, sulla sua capacità di impedire il flusso di corrente.

  • Temperatura: la resistenza della maggior parte dei conduttori aumenta con la temperatura. Questo comportamento è descritto dal coefficiente di temperatura della resistenza, che quantifica il tasso di variazione della resistenza con la temperatura per un materiale specifico.
  • Lunghezza: i conduttori più lunghi hanno in genere una resistenza maggiore.
  • Area della sezione trasversale: un’area della sezione trasversale più ampia generalmente comporta una resistenza inferiore.
  • Materiale: materiali diversi presentano diversi livelli di resistenza a causa della loro struttura atomica e della mobilità degli elettroni.

Ambito di applicazione e significato della resistenza

La resistenza è un parametro che governa la relazione tensione-corrente nei componenti elettrici, influenza la dissipazione di potenza e determina l’efficienza e le prestazioni dei sistemi elettrici.

  • Comprendere la resistenza è fondamentale per progettare circuiti elettrici, selezionare materiali appropriati per applicazioni specifiche e garantire il funzionamento efficiente e sicuro dei dispositivi elettronici.
  • La resistenza gioca un ruolo fondamentale nel determinare la dissipazione di potenza, le cadute di tensione e la distribuzione della corrente nei circuiti.

Cosa è la resistività

La resistività, indicata con la lettera greca rho (ρ), è una proprietà intrinseca di un materiale che quantifica la sua capacità intrinseca di resistere al flusso di corrente elettrica. A differenza della resistenza, che dipende sia dalla resistività del materiale che dalle sue dimensioni fisiche, la resistività fornisce una misura standardizzata della resistenza elettrica di un materiale indipendentemente dalla sua forma o dimensione. La resistività viene generalmente misurata in ohmmetri (Ω*m).

Definizione di resistività

La resistività è definita come la resistenza di un materiale uniforme avente una lunghezza di un metro e una sezione trasversale di un metro quadrato.

Resistività, simboleggiata da ρ ed espressa in Ohm-metri (Ω*m), è una proprietà intrinseca di un materiale che denota la sua capacità di resistere al flusso di corrente elettrica. Caratterizza la resistenza del materiale per unità di lunghezza e area di sezione trasversale e serve come misura comparativa della conduttività elettrica del materiale, indipendentemente dalla sua forma e dimensione.

Interpretazione fisica della resistività

La resistività fornisce una misura standardizzata della resistenza elettrica intrinseca di un materiale, priva dell’influenza delle sue dimensioni fisiche. Riflette la struttura atomica e molecolare del materiale, la mobilità degli elettroni e le caratteristiche di conduttività intrinseca, fungendo da proprietà fondamentale che ne definisce il comportamento elettrico.

Rappresentazione matematica della resistività

La resistività è espressa matematicamente come la resistenza di un materiale avente una lunghezza di un metro e una sezione trasversale di un metro quadrato, come da:

    \[    \rho=R*\frac{A}{l}. \]

dove R è la resistenza, A l’area della sezione trasversale ed l la lunghezza del materiale (conduttore) considerato.

Fattori che influenzano la resistività

La resistività è una caratteristica intrinseca di un materiale, determinata dalla sua struttura atomica e molecolare, dalla mobilità degli elettroni e da altre proprietà fisiche.

  • Composizione del materiale: materiali diversi possiedono resistività distinte a causa delle variazioni nella loro struttura atomica, nella configurazione elettronica e nelle caratteristiche di legame.
  • Temperatura: la resistività mostra spesso una dipendenza dalla temperatura, con la maggior parte dei materiali che subiscono un aumento della resistività all’aumentare della temperatura. Il coefficiente di temperatura della resistività quantifica questa relazione, indicando il tasso di variazione della resistività con la temperatura. La temperatura può influenzare in modo significativo la resistività di un materiale, influenzandone la conduttività elettrica e le prestazioni.
  • Impurità e difetti: la presenza di impurità, imperfezioni o difetti in un materiale può alterarne la resistività disperdendo gli elettroni e impedendo il flusso di corrente.

Ambito di applicazione e significato della resistività

La resistività funge da proprietà fondamentale utilizzata per la caratterizzazione, la selezione e la classificazione dei materiali. Facilita la valutazione dei materiali in base alla loro conduttività elettrica, all’idoneità per applicazioni specifiche e alle prestazioni in condizioni variabili, guidando così le attività di progettazione, ricerca e sviluppo dei materiali.

Differenza tra resistenza e resistività

Resistenza e resistività riguardano entrambe l’opposizione offerta dai materiali al flusso di corrente elettrica, differiscono fondamentalmente nella loro definizione, interpretazione fisica, rappresentazione matematica e applicazione pratica.

La resistenza è una misura di quanto un materiale si oppone al flusso di corrente elettrica in termini pratici (misurata in Ohm), la resistività è una proprietà intrinseca del materiale stesso che quantifica la sua capacità di resistere al flusso di corrente (misurata in Ohm*metri).

La resistenza incapsula gli effetti combinati della resistività e della geometria del materiale, fungendo da misura pratica dell’impedimento di corrente nei sistemi elettrici. Al contrario, la resistività rappresenta la resistenza elettrica intrinseca dei materiali, fornendo una metrica standardizzata per caratterizzare e confrontare le loro proprietà elettriche, indipendentemente dalle loro dimensioni fisiche.


Sovratensione: cosa si intende e quando si verifica

La sovratensione rappresenta un pericolo per tutte le apparecchiature elettriche ed elettroniche, capace di recare danni a sistemi ed apparecchiature con conseguenze devastanti. Nonostante l’elevata presenza e il potenziale di interruzione, la sovratensione rimane un concetto spesso frainteso o trascurato. Pertanto, sorge la necessità di approfondire la sua essenza, comprenderne le manifestazioni per capire come potersi difendere contro i suoi effetti dannosi. Per sovratensione si intende un picco di tensione che si verifica per eventi esterni all’impianto oppure interni all’impianto stesso.

In questo articolo affronteremo il fenomeno della sovratensione per fornire una comprensione completa delle sue origini ed implicazioni e delle contromisure efficaci contro questo fenomeno che minaccia la salvaguardia di impianti e circuiti.

Cosa si intende per sovratensione?

La sovratensione è una situazione in cui il livello di tensione in un sistema elettrico supera la tensione normale o nominale per quel sistema.

Esempio di come appare il picco di sovratensione nella forma d’onda della tensione alternata

La sovratensione è rappresentata da una onda transitoria che si propaga lungo una linea o un circuito e caratterizzata da un rapido aumento seguito da una diminuzione più lenta. La sovratensione ha ampiezza molto elevata e durata breve. L’ampiezza della sovratensione può essere di diversi kV mentre la durata è nell’ordine dei µs.

Tipico andamento della forma d’onda di un impulso di sovratensione

La sovratensione può accadere a causa di vari fattori come:

  1. Cause esterne (detta fulminazione diretta): i fulmini, ad esempio, possono indurre picchi di alta tensione nelle linee elettriche e nelle apparecchiature, portando a sovratensioni.
  2. Cause interne (detta fulminazione indiretta): guasti all’interno dell’impianto elettrico, come cortocircuiti o guasti all’isolamento, possono interrompere il normale flusso di corrente e causare un aumento dei livelli di tensione al di sopra dell’intervallo previsto. Tra le cause interne si includono anche le variazioni improvvise delle condizioni di carico o delle operazioni di commutazione. Ad esempio, collegare o scollegare carichi di grandi dimensioni può causare uno squilibrio temporaneo nel sistema, con conseguenti picchi di tensione.

Le sovratensioni, se non gestite correttamente, possono danneggiare le apparecchiature elettriche e causare guasti all’isolamento, danni ai componenti o guasto completo del sistema.

Dispositivi di protezione come soppressori di sovratensioni, regolatori di tensione e interruttori automatici vengono spesso utilizzati per mitigare gli effetti delle sovratensioni e garantire il funzionamento sicuro dei sistemi elettrici.

Quando si verifica una sovratensione?

Le sovratensioni possono verificarsi negli impianti elettrici in varie condizioni. Alcuni scenari comuni in cui possono verificarsi sovratensioni includono:

  1. Fulmini: i fulmini possono indurre picchi di alta tensione nelle linee elettriche e nelle apparecchiature, causando sovratensioni.
  2. Operazioni di commutazione: quando interruttori, interruttori automatici o altri dispositivi di commutazione vengono aperti o chiusi nei circuiti elettrici, cambiamenti improvvisi nei livelli di tensione possono portare a sovratensioni transitorie.
  3. Guasti nel sistema di alimentazione: guasti elettrici come cortocircuiti o guasti all’isolamento possono interrompere il normale flusso di corrente nel sistema, provocando sovratensioni in punti specifici della rete.
  4. Risonanza: la risonanza può verificarsi nei sistemi di alimentazione a causa delle interazioni tra elementi induttivi e capacitivi. Quando la frequenza naturale del sistema corrisponde alla frequenza di un disturbo esterno, ciò può portare ad un’amplificazione delle tensioni in gioco e quindi a sovratensioni.
  5. Cambiamenti di carico: cambiamenti improvvisi nelle condizioni di carico, come carichi di grandi dimensioni collegati o disconnessi dalla rete elettrica, possono causare sovratensioni a causa dello squilibrio tra tensione richiesta ed erogata.
  6. Malfunzionamenti delle apparecchiature: i malfunzionamenti delle apparecchiature elettriche, come trasformatori, generatori o regolatori di tensione, possono provocare sovratensioni.
  7. Commutazione di carichi capacitivi: l’accensione o lo spegnimento di carichi capacitivi può anche causare sovratensioni dovute alla carica o alla scarica dei condensatori.

Nel complesso, le sovratensioni possono verificarsi a causa di una combinazione di fattori esterni come i fulmini, nonché di fattori interni come operazioni di commutazione e guasti alle apparecchiature.

Quali sono gli effetti di una sovratensione?

Le sovratensioni possono avere diversi effetti dannosi su impianti e apparecchiature elettriche. Alcuni degli effetti comuni includono:

  1. Danni alle apparecchiature: le sovratensioni possono causare danni alle apparecchiature elettriche come trasformatori, motori, dispositivi elettronici e altri componenti. Livelli di tensione eccessivi possono sollecitare i materiali isolanti, portando alla rottura dell’isolamento e al possibile guasto delle apparecchiature.
  2. Durata ridotta delle apparecchiature: l’esposizione continua a sovratensioni può ridurre la vita attesa delle apparecchiature elettriche. I componenti possono degradarsi più rapidamente in condizioni di alta tensione, comportando un aumento dei costi di manutenzione e la necessità di una sostituzione prematura.
  3. Perdita o danneggiamento dei dati: le sovratensioni possono interrompere il funzionamento dei dispositivi elettronici, causando la perdita o il danneggiamento dei dati nei sistemi informatici, nei server e in altre apparecchiature digitali. Ciò può comportare interruzioni operative e potenziali rischi per la sicurezza.
  4. Pericolo di incendio: le sovratensioni possono causare il surriscaldamento dei componenti elettrici e dei cavi, aumentando il rischio di incendi elettrici. Livelli di tensione eccessivi possono causare guasti all’isolamento, archi elettrici e scintille, che possono incendiare i materiali circostanti e causare notevoli danni materiali o lesioni personali.
  5. Rischi per la sicurezza: le sovratensioni possono comportare rischi per la sicurezza del personale che lavora con o vicino ad apparecchiature elettriche. Se non vengono prese le dovute precauzioni per mitigare gli effetti delle sovratensioni, possono verificarsi scosse elettriche, ustioni e altre lesioni.
  6. Problemi di qualità dell’alimentazione: le sovratensioni possono degradare la qualità dell’energia elettrica fornita ad apparecchiature sensibili. Le fluttuazioni dei livelli di tensione possono causare abbassamenti, sbalzi e armoniche, con conseguenti problemi di prestazioni, malfunzionamenti o guasti nei dispositivi collegati.
  7. Interruzione delle operazioni: le sovratensioni possono interrompere il normale funzionamento dei sistemi elettrici, causando tempi di inattività, perdite di produzione e disagi per aziende e consumatori.
Effetto della sovratensione su un circuito stampato

Nel complesso, le sovratensioni possono avere significative implicazioni economiche, operative e di sicurezza per i sistemi elettrici e gli utenti.

Sovratensione causata da fulmine

La sovratensione causata da un fulmine si verifica quando un fulmine porta un picco di tensione sulla linea di distribuzione elettrica che arriva infine nei sistemi e nelle apparecchiature elettriche. I fulmini, anche se non colpiscono direttamente la linea di distribuzione ma colpiscono vicino la linea, con la loro immensa energia, possono generare potenti campi elettromagnetici che inducono tensioni transitorie nei conduttori vicini, comprese le linee elettriche, i cavi di comunicazione e i cavi elettrici.

Quando si verifica un fulmine vicino a linee elettriche o infrastrutture elettriche, gli intensi campi elettromagnetici associati alla scarica del fulmine inducono picchi di tensione nei conduttori vicini. Queste tensioni indotte si propagano attraverso la rete elettrica, entrando negli edifici e nelle apparecchiature collegate alla rete elettrica.

Il rapido aumento e diminuzione di questa sovratensione provocata dai fulmini può superare i normali livelli di tensione operativa dei sistemi elettrici. Queste sovratensioni possono stressare i materiali isolanti e causare danni ai componenti elettronici sensibili.

Le sovratensioni provocate dai fulmini possono manifestarsi in vari modi, a seconda di fattori quali la vicinanza del fulmine, l’intensità dei campi elettromagnetici e le caratteristiche dell’impianto elettrico. Potrebbero causare guasti all’isolamento, malfunzionamento delle apparecchiature, perdita di dati e persino incendi in casi estremi.

Forme d’onda della fulminazione

La fulminazione, diretta od indiretta, viene rappresentata tramite delle forme d’onda che hanno delle caratteristiche ben precise. Il modello tipicamente utilizzato per rappresentare matematicamente il fenomeno elettrico dovuto alla fulminazione è la funzione di Heidler. Questo modello matematico è utilizzato per verificare la tenuta di apparecchiature e dispositivi agli impulsi detti surge. Tutti le apparecchiature elettriche, infatti, per poter essere immesse sul mercato, devono essere adeguate ai requisiti della compatibilità elettromagnetica. Tra tali requisiti vi è un test denominato “prova di surge” in cui si verifica che l’apparecchiatura sia in grado di sostenere, senza danneggiarsi, un eventuale impulso dovuto, ad esempio, a fulminazione. Per provare l’immunità di una apparecchiatura a tale disturbo, viene applicato, tramite un apposito generatore, un impulso di corrente sull’alimentazione. La forma d’onda di tale impulso di corrente è la funzione di Heidler, ed è data dalla seguente equazione:

    \[    i_{surge}(t)=-\frac{I_{peak}}{k}*\frac{(\frac{t}{\tau_1})^{\eta}}{1+(\frac{t}{\tau_1})^{\eta}}*e^{-\frac{t}{\tau_2}}. \]

dove

isurge : corrente di fulmine

Ipeak : corrente di picco della corrente di fulmine

𝜏1 : tempo del fronte pari a 1,25 volte il tempo per passare dal 10% al 90% del valore di picco della corrente

𝜏2 : tempo dell’emivalore pari al tempo tra l’origine dell’impulso e l’instante in cui la corrente è tornata al 50% del valore di picco

k, η : coefficienti di correzione della forma d’onda

Rappresentazione grafica dei parametri della funzione di Heidler

Tipicamente si considera che la fulminazione diretta porti ad un primo impulso positivo con forma d’onda 10/350 µs (oppure un primo impulso negativo con forma d’onda 1/200 µs) seguito da impulsi negativi con forma d’onda 0,25/100 µs. La fulminazione indiretta, ovvero quella che può verificarsi nel caso di commutazione di grandi carichi o eventi similari, è invece rappresentata con forma d’onda 8/120 µs.

Una forma d’onda 10/350 µs è rappresentata dalla funzione di Heidler con parametri 𝜏1 (tempo di fronte) pari a 10 µs e 𝜏2 (tempo dell’emivalore) pari a 350 µs. Nella figura seguente si può notare l’andamento di tale curva.

Forma d’onda 10/350 µs

Una forma d’onda 8/20 µs è rappresentata dalla funzione di Heidler con parametri 𝜏1 (tempo di fronte) pari a 8 µs e 𝜏2 (tempo dell’emivalore) pari a 20 µs. Nella figura seguente si può notare l’andamento di tale curva.

Forma d’onda 8/20 µs

La forma d’onda 8/20 µs è utilizzata per rappresentare gli impulsi dovuti a fulminazione indiretta che sono impulsi ad energia inferiore rispetto a quelli rappresentati con la forma d’onda 10/350 µs.

Confronto forma d’onda 10/350 µs e 8/20 µs

Nell’immagine sopra vediamo l’andamento delle forme d’onda 10/350 µs e 8/20 µs poste sulla stessa scala di riferimento. Da questo confronto è possibile notare come la forma d’onda 10/350 µs abbia una ampiezza di molto superiore rispetto alla forma d’onda 8/20 µs ed un decadimento più lento. Considerando che l’energia della forma d’onda è rappresentata dall’area sottesa dalla curva, è evidente come la forma d’onda 10/350 µs abbia una energia superiore rispetto alla forma d’onda 8/20 µs ed infatti viene utilizzata per simulare l’azione di una fulminazione che colpisce direttamente le linee di distribuzione elettrica.

Come proteggersi da una sovratensione?

La protezione dei sistemi e delle apparecchiature elettriche dalle sovratensioni richiede l’implementazione di una combinazione di misure preventive e dispositivi di protezione. Ecco alcuni metodi comuni per proteggersi dalle sovratensioni:

  1. Limitatori di sovratensione: i limitatori di sovratensione, noti anche come soppressori di sovratensione, sono dispositivi progettati per deviare la tensione in eccesso lontano dalle apparecchiature sensibili. Vengono collegati a monte dell’alimentazione di un dispositivo o impianto e forniscono protezione ai dispositivi collegati bloccando i picchi di tensione e deviando l’energia in eccesso a terra.
  2. Stabilizzatori di tensione: gli stabilizzatori di tensione aiutano a mantenere livelli di tensione stabili entro un intervallo predefinito, proteggendo le apparecchiature sia da sovratensioni che da sottotensioni. Gli stabilizzatori di tensione sono esempi di dispositivi in ​​grado di regolare i livelli di tensione per garantire un’alimentazione coerente alle apparecchiature collegate.
  3. Trasformatori di isolamento: i trasformatori di isolamento forniscono isolamento elettrico tra i lati di ingresso e di uscita, contribuendo a proteggere le apparecchiature dai transitori di tensione e dal rumore elettrico. Possono anche mitigare gli effetti dei guasti a terra e ridurre il rischio di scosse elettriche.
  4. Messa a terra e collegamento equipotenziale: una messa a terra e un collegamento equipotenziale adeguati dei sistemi elettrici sono essenziali per dissipare la tensione in eccesso e garantire la sicurezza elettrica. Le aste di messa a terra ed i conduttori di messa a terra aiutano a stabilire percorsi a bassa resistenza verso terra, riducendo il rischio di sovratensioni e rischi elettrici.
  5. Interruttori automatici e fusibili: gli interruttori automatici e i fusibili fungono da dispositivi di protezione interrompendo il flusso di corrente in caso di condizioni di sovracorrente, che possono essere causate da sovratensioni. Aiutano a prevenire danni alle apparecchiature elettriche e al cablaggio scollegando il circuito quando vengono rilevate condizioni anomale.

La protezione dalle sovratensioni causate dai fulmini richiede l’implementazione di solide strategie di mitigazione, inclusa l’installazione di dispositivi di protezione da sovratensione, parafulmini e adeguati sistemi di messa a terra. Dissipando l’energia in eccesso e deviando le sovratensioni indotte dai fulmini lontano dalle apparecchiature sensibili, queste misure di protezione aiutano a mitigare i rischi associati alle sovratensioni indotte dai fulmini e garantiscono l’affidabilità e la sicurezza dei sistemi elettrici.

Incorporando queste misure e dispositivi di protezione nei sistemi elettrici, è possibile ridurre al minimo il rischio di danni da sovratensioni e garantire il funzionamento sicuro e affidabile delle apparecchiature.


Scaricatore di sovratensione (SPD): cos’è e a cosa serve

La necessità di proteggere i nostri dispositivi elettrici ed elettronici dalle sovratensioni è un aspetto critico. Dai temporali alle fluttuazioni della rete elettrica, i picchi di corrente rappresentano una minaccia costante per l’integrità dei nostri dispositivi. In questo ambito entrano in gioco i dispositivi di protezione come lo scaricatore di sovratensione (SPD).

In questo articolo affrontiamo l’argomento degli scaricatore di sovratensione per comprendere cosa è, come funziona ed il suo ruolo nella salvaguardia dei nostri dispositivi. Comprendere gli SPD è essenziale per garantire la longevità e l’affidabilità dell’infrastruttura elettrica ed assicurarne la continuità di servizio.

Scaricatore di sovratensione cos’è

Lo scaricatore di sovratensione (Surge Protection Device – SPD) è un dispositivo di protezione contro gli impulsi di tensione (Surge). Tali impulsi di tensione possono riscontrarsi a causa di eventi atmosferici o disturbi transitori provenienti dalla rete elettrica.

Scaricatore di sovratensione monofase

Lo scaricatore di tensione è posto generalmente a monte di un impianto, di una sua porzione oppure a monte di un dispositivo elettrico. In presenza di un impulso di tensione, lo scaricatore di sovratensione è in grado di assorbire e deviare il picco di tensione in ingresso. Questo permette di evitare che l’impulso raggiunga e potenzialmente vada a danneggiare dispositivi elettrici e, in particolare, quelli elettronici. Data l’altissima presenza e la crescente diffusione dell’elettronica, lo scaricatore di sovratensione permette di avere un unico dispositivo che protegge dal danno le apparecchiature elettroniche preservandone quindi la funzionalità e la continuità di servizio.

Lo scaricatore di sovratensione (SPD), chiamato anche soppressore di sovratensioni, è un dispositivo elettrico progettato per proteggere le apparecchiature collegate da picchi di tensione o sovratensioni di energia elettrica. Queste sovratensioni possono verificarsi per vari motivi, come fulmini, fluttuazioni della rete elettrica o operazioni di commutazione negli impianti elettrici. Reagendo rapidamente agli aumenti improvvisi di tensione, gli SPD aiutano a mantenere un ambiente elettrico sicuro e stabile per i dispositivi collegati.

Gli SPD tipicamente funzionano assorbendo la tensione in eccesso o reindirizzandola in modo sicuro a terra, a seconda del loro design e configurazione. Vengono installati nel punto di ingresso dell’energia elettrica in un edificio o direttamente sulle prese di corrente per fornire una protezione localizzata.

Gli SPD svolgono un ruolo cruciale nella salvaguardia di dispositivi elettronici (computer, elettrodomestici, macchinari industriali, apparecchiature di telecomunicazione,…) dagli effetti dannosi delle sovratensioni, garantendo un funzionamento affidabile e prolungando la durata di vita di preziose risorse elettroniche.

Scaricatore di sovratensione a cosa serve

Un dispositivo di protezione da sovratensione (SPD), noto anche come soppressore di sovratensione o scaricatore di sovratensione, è un dispositivo progettato per proteggere le apparecchiature elettriche ed elettroniche da picchi di tensione o sovratensioni di energia elettrica. Queste sovratensioni possono verificarsi per vari motivi, come fulmini, fluttuazioni della rete elettrica o operazioni di commutazione negli impianti elettrici.

Effetto della sovratensione su un carico

Lo scopo principale di un SPD è deviare la tensione in eccesso lontano dalle apparecchiature sensibili, prevenendo danni o interruzioni causate da picchi di tensione transitori. Reagendo rapidamente agli aumenti improvvisi di tensione, gli SPD aiutano a mantenere un ambiente elettrico sicuro e stabile per i dispositivi collegati, garantendone il funzionamento affidabile e prolungandone la durata.

Scaricatore di sovratensione come funziona

Lo scaricatore di tensione svolge due funzioni:

  1. limita l’ampiezza dell’impulso di tensione in ingresso ad una tensione accettabile per il carico
  2. scarica verso terra la sovracorrente associata all’impulso di tensione.

Lo scaricatore di sovratensione (SPD) funziona rilevando e deviando la tensione in eccesso lontano dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche sensibili, prevenendo così i danni causati da picchi di tensione transitori.

Durante il funzionamento normale, lo scaricatore funziona come un circuito aperto, ovvero è totalmente trasparente al passaggio di tensione. Questo perché in condizioni normali lo scaricatore mostra una impedenza altissima.

Comportamento di uno scaricatore di sovratensione in condizioni normali (circuito aperto)

Quando la linea di alimentazione è attraversata da una sovratensione, lo scaricatore si chiude assorbendo il picco di tensione e lasciando passare al carico una tensione ridotta, generalmente dell’ordine di 1,5 kV.

Comportamento di uno scaricatore di sovratensione in condizioni di sovratensione (circuito chiuso)

Ecco una spiegazione semplificata di come funzionano gli SPD:

  1. Rilevamento: gli SPD monitorano continuamente il livello di tensione dell’alimentazione elettrica. Quando rilevano un picco o un picco di tensione superiore a una determinata soglia, si attivano.
  2. Diversione: una volta attivati, gli SPD forniscono un percorso a bassa impedenza per consentire alla tensione in eccesso di fluire lontano dalle apparecchiature collegate. Ciò si ottiene generalmente utilizzando componenti come varistori a ossido di metallo (Metal Oxide Varistor – MOV), tubi a scarica di gas (Gas Discharge Tube – GDT) o diodi a valanga (Silicon Avalanche Diode – SAD).
  3. Assorbimento o messa a terra: la tensione in eccesso viene assorbita dai componenti dell’SPD o reindirizzata in modo sicuro verso terra, a seconda della tipologia di scaricatore.
  4. Protezione: deviando o assorbendo la tensione in eccesso, gli SPD aiutano a mantenere un livello di tensione sicuro e stabile all’interno dell’impianto elettrico, proteggendo le apparecchiature collegate da eventuali danni.
  5. Recupero: una volta superato il picco, gli SPD ritornano al loro stato normale e sono pronti a rilevare e rispondere a eventuali picchi futuri.

Nel complesso, gli SPD agiscono come una barriera tra l’alimentazione elettrica e le apparecchiature collegate, garantendo che solo livelli di tensione sicuri raggiungano i dispositivi sensibili, salvaguardandoli così da potenziali danni o malfunzionamenti causati da picchi di tensione.

Scaricatore di sovratensione di Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3

Esistono 3 tipi di scaricatore di tensione (SPD) e sono il Tipo 1, il Tipo 2 ed il Tipo 3. Ciascun tipo è progettato per applicazioni e livelli di protezione specifici ed è quindi testato per poter sostenere una forma d’onda di tensione che simula l’impulso di una sovratensione. Le forme d’onda considerate, in ordine di energia associata sono l’onda 10/350 µs e l’onda 8/20 µs, dove il primo numero indica il tempo di salita mentre il secondo il tempo all’emivalore.

Nella tabella seguente vediamo le caratteristiche principali e la destinazione d’uso per ciascun tipo di scaricatore di sovratensione.

Forma d'onda di provaLuogo di installazioneTipologia di sovratenzione
Tipo 110/350 μsQuadro principaleDiretta
Tipo 28/20 μsQuadro secondarioIndiretta
Tipo 3Combinata
10/350 μs + 8/20 μs
PreseIndiretta

Ecco i tipi di scaricatore di tensione:

Scaricatore di tensione di Tipo 1 (o Classe I):

Scaricatore di tensione di Tipo 1
  • Questi SPD sono generalmente installati sul quadro elettrico principale o sul quadro di distribuzione, fornendo protezione contro i fulmini diretti e le grandi sovratensioni che entrano nell’edificio.
  • Sono progettati per gestire sovratensioni ad alta energia e sono spesso utilizzati insieme ad altri tipi di SPD per una protezione completa.

Scaricatore di tensione di Tipo 2 (o Classe II):

Scaricatore di tensione di Tipo 2
  • Gli SPD di Tipo 2 sono installati sui quadri di distribuzione secondaria o direttamente sulle apparecchiature elettriche per fornire protezione contro sovratensioni moderate derivanti da fulmini indiretti e operazioni di commutazione all’interno dell’impianto elettrico.
  • Offrono un livello di protezione secondario e sono comunemente utilizzati in combinazione con gli SPD di Tipo 1 per garantire una protezione a più livelli.

Scaricatore di tensione di Tipo 3 (o Classe III):

Scaricatore di tensione di Tipo 3
  • Questi SPD sono installati nel punto di utilizzo, come singole prese o apparecchiature, per fornire protezione localizzata contro transitori e sovratensioni di basso livello.
  • Gli SPD di tipo 3 offrono protezione per dispositivi elettronici sensibili e sono spesso integrati in prese multiple, dispositivi di protezione da sovratensione o come moduli plug-in autonomi.

Scaricatore di tensione di tipo combinato:

Scaricatore di tensione di Tipo Combinato (T1, T2, T3)
  • Alcuni SPD sono progettati per fornire più livelli di protezione in un unico dispositivo, combinando le caratteristiche degli SPD di Tipo 1, Tipo 2 e/o Tipo 3.
  • Questi SPD combinati offrono una protezione completa contro un’ampia gamma di eventi di tensione transitoria e sono spesso utilizzati in installazioni elettriche critiche.

È essenziale selezionare il tipo appropriato di SPD in base all’applicazione specifica, al livello di protezione richiesto e ai codici e agli standard elettrici locali. Inoltre, gli SPD devono essere installati da personale qualificato seguendo le linee guida del produttore e le normative applicabili per garantire un funzionamento e una sicurezza efficaci.

Parametri dello scaricatore di sovratensione

Lo scaricatore di sovratensione (SPD) è caratterizzato da vari parametri che ne definiscono le prestazioni, le capacità e la compatibilità con diversi sistemi elettrici. I principali parametri di uno scaricatore di sovratensione sono:

  1. Numero di porte
    • Scaricatore di sovratensione ad una porta: scaricatore senza impedenza in serie, generalmente con connessioni di entrata ed uscita non separate.
    • Scaricatore di sovratensione a due porte: scaricatore con connessioni in entrata separate dalle connessioni in uscita ed in serie con una impedenza specifica posta tra le connessioni.
  2. Tipologia di innesco
    • Scaricatore di sovratensione con intervento ad innesco: scaricatore che presenta una alta impedenza che in caso di sovratensione diminuisce rapidamente in valore. Lo scaricatore di sovratensione con intervento ad innesco è detto anche “scaricatore crowbar”. Tipicamente realizzati tramite spinterometri a gas o tiristori.
    • Scaricatore di sovratensione con intervento a limitazione: scaricatore che presenta una alta impedenza che in caso di sovratensione diminuisce con continuità all’aumentare della tensione. Lo scaricatore di sovratensione con intervento a limitazione è detto anche “scaricatore clamping”. Tipicamente realizzati tramite varistori o diodi a valanga.
    • Scaricatore di sovratensione combinato: scaricatore che incorpora componenti che permetto sia l’intervento ad innesco che l’intervento a limitazione.
  3. Tensione massima continuativa Uc: è il valore massimo di tensione che lo scaricatore di sovratensione è in grado di sostenere in maniera continuativa e senza danneggiarsi. Tale valore si riferisce a tensione continua oppure in valore efficace.
  4. Livello di protezione di tensione UP: è il valore massimo di tensione che lo scaricatore è in grado di limitare in presenza di una sollecitazione impulsiva. È sempre inferiore al valore di tensione che si misura ai morsetti di ingresso in presenza della corrente Iimp (per lo scaricatore di Tipo 1) oppure della corrente In (per lo scaricatore di Tipo 2) oppure inferiore ad Uoc (per lo scaricatore di Tipo 3).
  5. Corrente nominale di carico IL: è il valore massimo di corrente, in valore efficace, che può essere applicato al carico.
  6. Corrente impulsiva di scarica Iimp (SPD di Tipo 1): parametro specifico per lo scaricatore di sovratensione di tipo 1. La corrente impulsiva di scarica è il valore di picco della corrente di scarica che attraversa lo scaricatore in un determinato intervallo di tempo.
  7. Corrente nominale di scarica In: (SPD di Tipo 2): parametro specifico per lo scaricatore di sovratensione di tipo 2. La corrente nominale di scarica è il valore di picco della corrente che attraversa lo scaricatore quanto tale corrente ha una forma d’onda del tipo 8/20 µs, ovvero con tempo di salita di 8 µs e tempo all’emivalore di 20 µs.
  8. Tensione a circuito aperto Uoc (SPD di Tipo 3): parametro specifico per lo scaricatore di sovratensione di tipo 3. La tensione massima che lo scaricatore è in grado di sostenere prima di intervenire. Tale tensione viene misurata a circuito aperto tramite un generatore d’onda combinata sul punto di connessione del dispositivo. Una onda combinata è un’onda con particolari caratteristiche di quali l’ampiezza della tensione (Uoc), l’ampiezza della corrente di cortociruito e forma d’onda in condizioni di circuito aperto e di cortocircuito. Queste caratteristiche dell’onda dipendono dall’impedenza del generatore e dall’impedenza dello scaricatore di sovratensione.
  9. Modo di protezione: il percorso attraverso cui è previsto che scorra la corrente tra i terminali dotati di protezione ovvero tra le fasi, tra fase e neutro, tra fase e terra. Sono tipicamente raggruppati in modi di protezione “comuni” e “differenziali”.
    • Modo comune: protezione tra i conduttori attivi e la terra.
    • Modo differenziale: protezione tra conduttori attivi (ovvero tra le fasi oppure tra fase e neutro).
  10. Tipologia di installazione prevista
    • Installazione all’interno: scaricatore fornito con involucro oppure previsto per essere installato all’interno di un involucro o di un riparo. È la tipologia di scaricatore più diffusa in quanto tipica delle installazione negli edifici.
    • Installazione all’esterno: scaricatore fornito senza involucro oppure previsto per essere installato senza involucro o riparo. Una applicazione tipica è quella sulle linee aeree a bassa tensione.
  11. Tipologia di montaggio
    • Fisso: scaricatore destinato ad essere installato permanentemente a servizio di un impianto o di un circuito. Installazione tipica in impianti elettrici oppure macchinari.
    • Portatile: scaricatore amovibile destinato ad essere facilmente rimosso per poter essere installato a protezione di un altro circuito o dispositivo. Installazione tipica in ambienti residenziali dove il dispositivo è inserito su una presa a protezione di un carico come ad esempio un computer oppure un elettrodomestico.
  12. Collocazione del dispositivo di distacco: indica la posizione dell’eventuale sezionatore di cui è dotato lo scaricatore di tensione. Il dispositivo di distacco può trovarsi all’interno, all’esterno dello scaricatore oppure avere sia una parte interna che una parte esterna.
  13. Tipologia di funzione di protezione: lo scaricatore può essere a sua volta dotato di funzioni integrate a protezione dell’SPD che in caso di detezione di un evento pericoloso per l’integrità del dispositivo, lo sezionano automaticamente dall’alimentazione. Tali funzioni di protezione sono la protezione termica (contro il surriscaldamento dovuto ad esempio agli effetti di degrado dello scaricatore), la protezione dalle correnti di fuga (ovvero le correnti di dispersione che possono scorrere su conduttori che non hanno funzione specifica di condurre corrente, ad esempio il conduttore di terra), la protezione dalla sovracorrente (ad esempio in presenza di livelli di corrente oltre quelli definiti dal fabbricante).

Marcature e simboli presenti sullo scaricatore di sovratensione

Sull’involucro dello scaricatore di sovratensione (esclusi quindi quelli destinati alle linee aeree) sono sempre riportati almeno il nome o marchio del fabbricante ed il numero o codice del modello. Le altre marcature obbligatorie, quando non presenti sull’involucro, sono poste nelle istruzioni d’uso.

Le marcature minime, descrittive delle caratteristiche dello scaricatore, che troviamo su involucro o istruzioni d’uso sono:

  1. Nome del fabbricante
  2. Nome o codice del modello di dispositivo
  3. Tipo di corrente: simbolo della corrente alternata (~) oppure “c.a.” e valore della frequenza in Hz.
  4. Tensione massima continuativa Uc (per ogni modo di protezione)
  5. Tipo di scaricatore di sovratensione e parametri di scarica (per ogni modo di protezione)
    • Nello scaricatore di sovratensione di Tipo 1 troviamo l’indicazione “Tipo 1” oppure il simbolo seguito da “Iimp” e il relativo valore in kA.
    • Nello scaricatore di sovratensione di Tipo 2 troviamo l’indicazione “Tipo 2” oppure il simbolo seguito da “In” e il relativo valore in kA.
    • Nello scaricatore di sovratensione di Tipo 3 troviamo l’indicazione “Tipo 3” oppure il simbolo seguito da “Uoc” e il relativo valore in kA.
  6. Livello di protezione di tensione Up
  7. Grado di protezione IP dell’involucro: se non è presente significa la protezione è al massimo IP20.
  8. Identificazione dei terminali
  9. Corrente nominale di carico IL
Esempio di marcatura di uno scaricatore di sovratensione

Comprendere questi parametri è essenziale per selezionare l’SPD appropriato per applicazioni specifiche e garantire una protezione efficace contro le sovratensioni transitorie nei sistemi elettrici.

Quando interviene lo scaricatore di sovratensione?

Lo scaricatore di sovratensione (SPD) interviene quando rileva una sovratensione o un picco di tensione che supera un determinato livello di soglia. Gli SPD sono progettati per rispondere rapidamente ad eventi di tensione transitoria per deviare o sopprimere la tensione in eccesso, proteggendo così le apparecchiature collegate da eventuali danni.

Gli SPD tipicamente intervengono nei seguenti scenari:

  1. Sovratensione transitoria: quando si verifica un improvviso aumento di tensione nel sistema elettrico, ad esempio a causa di fulmini, disturbi della rete elettrica o operazioni di commutazione, gli SPD rilevano la sovratensione e avviano misure protettive.
  2. Picco di tensione: gli SPD rispondono anche a picchi di tensione di breve durata causati da fattori interni o esterni all’impianto elettrico. Questi picchi possono derivare da eventi come l’avvio del motore, la commutazione dei condensatori o disturbi elettrici nelle vicinanze.
Comportamento di uno scaricatore di sovratensione in modo comune e differenziale in condizioni normali e di sovratensione

Nel complesso, gli SPD svolgono un ruolo proattivo nella protezione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche, intervenendo ogni volta che esiste una minaccia di sovratensioni o picchi di tensione, garantendo così la sicurezza e l’affidabilità dei dispositivi collegati.


Stabilizzatore di tensione: cos’è e come funziona

Nel campo dell’ingegneria elettrica e della gestione dell’energia, lo stabilizzatore di tensione serve a garantire il corretto funzionamento dei dispositivi elettronici. Cos’è esattamente uno stabilizzatore di tensione e come funziona? Quali sono le varie tipologie disponibili e dove trovano la loro indispensabile utilità?

Questo articolo punta a fornire una descrizione relativa al mondo degli stabilizzatori di tensione. Dai principi fondamentali alle applicazioni pratiche, approfondiamo l’essenza di questi dispositivi, facendo luce sul loro ruolo nel mantenimento della stabilità elettrica.

Cos’è uno stabilizzatore di tensione?

Uno stabilizzatore di tensione è un dispositivo elettrico in grado di fornire un livello di tensione costante al carico ad esso collegato come, ad esempio, un’altra apparecchiatura elettrica oppure una parte di un circuito. Uno stabilizzatore riceve in ingresso una tensione che può presentare delle fluttuazioni e fornisce in uscita una tensione ad un livello garantita entro determinati limiti ovvero stabile, secondo le esigenze del carico posto a valle.

Lo stabilizzatore di tensione è anche detto regolatore di tensione in quanto regola le possibili fluttuazioni della tensione in ingresso per fornire in uscita una tensione stabile. La tensione in uscita non sarà altro che la tensione in ingresso “regolata” per avere un livello di fluttuazioni ben definito che possa essere facilmente tollerato dal carico. La stabilizzazione della tensione e quindi il controllo e filtraggio di tali fluttuazioni avviene ad opera della circuteria interna a tale dispositivo.

A cosa serve lo stabilizzatore di tensione?

Gli stabilizzatori di tensione svolgono un ruolo cruciale in vari settori e applicazioni in cui il mantenimento di una tensione di alimentazione stabile e costante è fondamentale. Ecco alcuni scopi e applicazioni chiave degli stabilizzatori di tensione:

  1. Protezione delle apparecchiature elettroniche: gli stabilizzatori di tensione proteggono le apparecchiature elettroniche sensibili, come computer, server, dispositivi medici, apparecchiature di telecomunicazione e macchinari industriali, dai danni causati da fluttuazioni, sovratensioni o abbassamenti di tensione. Livelli di tensione costanti aiutano a prevenire guasti prematuri, corruzione dei dati o malfunzionamenti in questi dispositivi.
  2. Garantire l’affidabilità delle apparecchiature: molti processi industriali e operazioni di produzione si affidano a livelli di tensione precisi e stabili per garantire prestazioni costanti e qualità del prodotto. Gli stabilizzatori di tensione aiutano a mantenere l’integrità delle linee di produzione, delle macchine a controllo numerico (CNC), della robotica e di altre apparecchiature critiche fornendo un’alimentazione elettrica costante.
  3. Miglioramento dell’efficienza energetica: le fluttuazioni nei livelli di tensione possono portare a inefficienze nell’utilizzo dell’energia, poiché le apparecchiature possono assorbire più corrente per compensare le variazioni di tensione. Stabilizzando la tensione, gli stabilizzatori possono aiutare a ottimizzare il consumo di energia e ridurre i costi dell’elettricità in ambienti commerciali e industriali.
  4. Mitigazione delle fluttuazioni di tensione: gli stabilizzatori di tensione mitigano l’impatto delle fluttuazioni di tensione causate da fattori quali instabilità della rete, variazioni di carico o eventi transitori come i fulmini. Regolando la tensione entro un intervallo di tolleranza specificato, gli stabilizzatori garantiscono un funzionamento coerente delle apparecchiature collegate, anche in ambienti elettrici difficili.
  5. Prolungamento della durata delle apparecchiature: il funzionamento dei dispositivi elettronici entro i limiti di tensione specificati può prolungarne la vita utile e ridurre la necessità di intervento per manutenzione.
  6. Sistemi di alimentazione di backup: usati in combinazione con i sistemi di continuità (UPS), gli stabilizzatori di tensione svolgono un ruolo fondamentale nel fornire soluzioni di alimentazione di backup affidabili per applicazioni critiche come data center, ospedali, strutture di telecomunicazioni e centri di risposta alle emergenze. Gli stabilizzatori garantiscono che le fonti di alimentazione di backup forniscano una tensione pulita e stabile durante le interruzioni della rete o le irregolarità di tensione.

In sintesi, gli stabilizzatori di tensione sono strumenti indispensabili per mantenere la stabilità elettrica, proteggere le apparecchiature, migliorare l’efficienza energetica e garantire il funzionamento affidabile dei sistemi critici in vari settori e applicazioni.

Tipi di stabilizzatore di tensione

Gli stabilizzatori di tensione sono disponibili in vari tipi, ciascuno con le sue caratteristiche e meccanismi unici per la regolazione e la stabilizzazione della tensione. Ecco i tipi più comuni di stabilizzatori di tensione insieme alle loro caratteristiche principali:

  1. Stabilizzatore di tensione servocontrollato (SCV):
Stabilizzatore di tensione a servomotore marca: PNI, modello: SVM1000VA
  • Caratteristiche:
    • Gli SCV utilizzano un autotrasformatore azionato da servomotore per regolare la tensione di uscita.
    • Il servomotore regola la posizione della presa dell’autotrasformatore per aumentare o diminuire la tensione in base alle fluttuazioni della tensione di ingresso.
    • Questi stabilizzatori offrono una regolazione precisa della tensione, generalmente entro ±1% o migliore.
    • Forniscono tempi di risposta rapidi, rendendoli adatti per applicazioni in cui è necessaria una rapida correzione della tensione.
    • Gli SCV sono adatti sia per applicazioni monofase che trifase e possono gestire un’ampia gamma di fluttuazioni della tensione di ingresso.
    • Sono altamente affidabili, durevoli e richiedono, generalmente, poca manutenzione.
  • Applicazioni:
    • Applicazioni critiche che richiedono una regolazione precisa della tensione, come apparecchiature mediche, sistemi di telecomunicazioni, data center e macchinari industriali.
    • Luoghi con fluttuazioni di tensione frequenti e significative, reti instabili o fonti di alimentazione inaffidabili.
  1. Stabilizzatore di tensione statico (elettronico):
Stabilizzatore di tensione statico marca: K-Factor, modello: IMP1
  • Caratteristiche:
    • Gli stabilizzatori statici utilizzano componenti elettronici a stato solido come regolatori di tensione e tiristori per regolare la tensione di uscita.
    • Offrono tempi di risposta rapidi e regolazione della tensione ad alta precisione, spesso entro ±1% o migliore.
    • Gli stabilizzatori statici sono generalmente compatti e leggeri, il che li rende adatti per applicazioni con vincoli di spazio.
    • Sono disponibili sia in configurazione monofase che trifase.
    • Questi stabilizzatori hanno un bassissimo livello di emissione acustica ed un’elevata efficienza.
    • Gli stabilizzatori statici possono includere funzionalità aggiuntive come protezione da sovratensione, protezione da sovraccarico e display digitali per il monitoraggio dei livelli di tensione.
  • Applicazioni:
    • Apparecchiature elettroniche sensibili come computer, server, strumenti di laboratorio e sistemi audiovisivi.
    • Automazione industriale, controllo di processo, macchine CNC e apparecchiature di produzione di precisione.
    • Edifici commerciali, ospedali, banche e esercizi commerciali.
  1. Stabilizzatore di tensione elettromeccanico:
Stabilizzatore di tensione elettromeccanico marca: ZTY, modello: 1000VA
  • Caratteristiche:
    • Gli stabilizzatori elettromeccanici utilizzano relè e contatti elettromagnetici per regolare la tensione di uscita attraverso un trasformatore.
    • Funzionano sulla base di un meccanismo di commutazione, in cui diverse sezioni dell’avvolgimento del trasformatore sono collegate o disconnesse per regolare la tensione di uscita.
    • Questi stabilizzatori offrono una moderata precisione di regolazione della tensione, in genere compresa tra ± 3% e ± 5%.
    • Hanno tempi di risposta più lenti rispetto agli stabilizzatori servocomandati e statici.
    • Gli stabilizzatori elettromeccanici sono robusti e adatti a gestire carichi di corrente elevati.
    • Sono disponibili sia in configurazione monofase che trifase.
  • Applicazioni:
    • Applicazioni residenziali e piccole applicazioni commerciali dove è sufficiente una regolazione moderata della tensione.
    • Aree con tensione di rete relativamente stabile ma con fluttuazioni o abbassamenti di tensione occasionali.
    • Sistemi di alimentazione di backup, generatori e progetti di elettrificazione rurale.

Ogni tipo di stabilizzatore di tensione presenta vantaggi e limiti, quindi la scelta di quello giusto dipende da fattori quali la precisione richiesta della regolazione della tensione, il tempo di risposta, la capacità di carico e i requisiti specifici dell’applicazione. È fondamentale valutare attentamente questi fattori per selezionare lo stabilizzatore di tensione più adatto alle proprie esigenze.

Come funziona un stabilizzatore di tensione?

Uno stabilizzatore di tensione funziona come controllo dei sistemi elettrici, garantendo un’alimentazione di tensione stabile e costante indipendentemente dalle fluttuazioni in ingresso. Il suo obiettivo principale è mantenere una tensione di uscita stabile entro un intervallo specificato, anche quando la tensione di ingresso fluttua o presenta disturbi.

Il meccanismo alla base del funzionamento di uno stabilizzatore di tensione prevede in genere l’uso di vari componenti come trasformatori e circuiti di controllo oppure è gestito totalmente attraverso la gestione elettronica della tensione in ingresso. Ecco una descrizione semplificata del funzionamento di uno stabilizzatore di tensione:

  1. Rilevamento della tensione in ingresso: lo stabilizzatore di tensione monitora costantemente la tensione che riceve in ingresso fornita dalla rete o un altro sistema di alimentazione. Eventuali deviazioni dal livello di tensione desiderato vengono rilevate dal circuito di controllo.
  2. Confronto e controllo: la tensione di ingresso rilevata viene confrontata con il livello di tensione di riferimento impostato per lo stabilizzatore. Se la tensione di ingresso si discosta da questo livello di riferimento, il circuito di controllo attiva misure correttive per regolare di conseguenza la tensione di uscita.
  3. Regolazione della tensione: le misure correttive impiegate dallo stabilizzatore di tensione dipendono dalle caratteristiche e dal tipo di stabilizzatore stesso. I metodi più comuni di regolazione di tensione includono l’utilizzo di autotrasformatori, trasformatori a commutazione o circuiti elettronici. Questi metodi regolano la tensione di uscita aumentando o diminuendo la tensione ricevuta in ingresso per mantenere l’uscita stabile.
  4. Loop di feedback: molti stabilizzatori di tensione incorporano un meccanismo di retroazione per monitorare e regolare continuamente la tensione di uscita in base ai cambiamenti nelle condizioni di ingresso o di carico.
  5. Funzioni di protezione: gli stabilizzatori di tensione sono dotati di dispositivi di protezione contro la sovratensione, il sovraccarico ed il cortocircuito per salvaguardare le apparecchiature collegate da potenziali danni dovuti a picchi di tensione o guasti.

Utilizzando questi meccanismi, uno stabilizzatore di tensione funge da buffer tra la natura imprevedibile della potenza in ingresso e i dispositivi che alimenta. Che si tratti di fluttuazioni della tensione di rete, improvvisi cambiamenti di carico o disturbi elettrici, lo stabilizzatore di tensione mantiene una tensione di alimentazione costante e affidabile, garantendo prestazioni ottimali e longevità delle apparecchiature collegate.

Come scegliere stabilizzatore di tensione?

La scelta del giusto stabilizzatore di tensione implica la considerazione di diversi fattori chiave per garantire che soddisfi i requisiti specifici della vostra applicazione. Ecco una guida passo passo per aiutarti a selezionare lo stabilizzatore di tensione appropriato:

  1. Identificare i requisiti di tensione: determinare la tensione nominale dell’apparecchiatura o del sistema che è necessario proteggere. Ciò include sia la tensione nominale (ad esempio, 230 V, 400 V) che l’intervallo di tensione accettabile (ad esempio, ±10%).
  2. Valuta la capacità di carico: calcola la potenza ovvero il consumo energetico totale (in watt o kilowatt) di tutte le apparecchiature che verranno collegate allo stabilizzatore. Scegliere uno stabilizzatore con capacità sufficiente per gestire il carico massimo senza superare la capacità nominale.
  3. Considera le fluttuazioni di tensione: valuta la natura e l’entità delle fluttuazioni di tensione nella tua zona. Gli stabilizzatori di tensione sono dotati di diverse velocità di correzione e capacità di regolazione della tensione. Per le aree soggette a fluttuazioni frequenti e gravi, è bene prendere in considerazione uno stabilizzatore con tempi di risposta rapidi e regolazione precisa.
  4. Valutazione delle variazioni della tensione di ingresso: determinare l’intervallo di variazioni della tensione di ingresso che lo stabilizzatore deve gestire. Scegli uno stabilizzatore che sia in grado di gestire un intervallo di tensione di ingresso idoneo alle fluttuazioni comunemente riscontrate nell’ambiente di installazione.
  5. Comprendere il tipo di stabilizzatore: acquisire familiarità con i diversi tipi di stabilizzatori di tensione disponibili, come stabilizzatori servocontrollati, stabilizzatori statici (totalmente elettronici) e stabilizzatori elettromeccanici. Ciascun tipo presenta vantaggi e svantaggi, quindi scegli quello più adatto alle tue esigenze in base a fattori quali costi, tempi di risposta e requisiti di manutenzione.


Cavi CPR

Nell’ambito dell’edilizia e, in generale, delle infrastrutture, il cablaggio che attraversa gli edifici funge da sistema circolatorio dell’architettura moderna. Tuttavia, dietro la perfetta integrazione delle reti elettriche si nasconde un aspetto critico relativo al pericolo di incendio. Il Regolamento europeo sui prodotti da costruzione (CPR) classifica i cavi in base al grado di infiammabilità per garantire sicurezza, interoperabilità e conformità normativa nel settore delle costruzioni.

In questo articolo verranno descritti gli aspetti principali relativi alle varie tipologie di classi e livelli di prestazione previsti dal CPR per i cavi elettrici destinati ad essere utilizzati nell’edilizia e nelle infrastrutture.

Perché è stata introdotta una classificazione dei cavi elettrici?

Nell’ambito delle normative sull’edilizia, la sicurezza antincendio rappresenta una aspetto fondamentale, che incide in maniera importante nella progettazione di edifici ed infrastrutture. Al centro di questo impegno c’è il Regolamento Europeo (UE) N. 305/2011, che definisce gli rigorosi per i cavi utilizzati nelle installazioni permanenti all’interno dei progetti di costruzione. Questo regolamento non solo impone metodi di test sui cavi per verificarne il comportamento al fuoco, ma sottolinea anche l’importanza fondamentale di allineare la classificazione dei cavi con le funzioni degli edifici in cui sono installati.

Il Regolamento CPR 305/2011/UE punta i riflettori sul ruolo dei cavi nel mitigare i rischi di incendio e nel promuovere quindi la sicurezza degli occupanti. Secondo questo regolamento, i cavi destinati all’installazione permanente nelle opere di costruzione devono essere selezionati sulla base delle classi di infiammabilità, dette Euroclassi, che ne valutano la resistenza al fuoco e il comportamento in caso di incendio.

Le Euroclassi fungono da quadro standardizzato per classificare i cavi in ​​base alla loro prestazione al fuoco. L’utilizzo di una determinata tipologia di cavo deve necessariamente essere basata sulla destinazione d’uso ovvero, sull’ambiente previsto di installazione ed i relativi rischi che possono verificarsi in quel determinato ambiente, dal punto di vista del pericolo di incendio.

La determinazione della classificazione della classe Euro per i cavi all’interno di un edificio richiede un’attenta considerazione di vari fattori legati al suo utilizzo e scopo. Gli edifici con livelli di occupazione elevati o componenti infrastrutturali critici richiedono cavi con livelli di resistenza al fuoco più elevati per mitigare il potenziale di propagazione del fuoco e garantire la sicurezza degli occupanti. Al contrario, gli edifici con profili di rischio incendio inferiori o applicazioni specializzate possono essere adeguatamente serviti da cavi con Euroclassi inferiori, bilanciando i requisiti di sicurezza con considerazioni pratiche.

Quale è la classificazione CPR dei cavi elettrici?

Nel contesto del Regolamento sui Prodotti da Costruzione (CPR) dell’Unione Europea, i cavi vengono classificati in base alla loro reazione al fuoco e al loro contributo alla propagazione dell’incendio. Il CPR impone che i cavi utilizzati nelle costruzioni debbano soddisfare specifici requisiti di prestazione antincendio ed essere classificati di conseguenza. Il sistema di classificazione è standardizzato in tutta l’UE ed è indicato da una serie di caratteri alfanumerici.

Il sistema di classificazione dei cavi CPR include i seguenti elementi:

  1. Euroclassi. Ai cavi vengono assegnate euroclassi in base alle loro caratteristiche di prestazione al fuoco. Queste Euroclassi vanno dalla A alla F, dove la Classe A rappresenta il più alto livello di resistenza al fuoco e la Classe F indica il più basso.
    • Classe A: Nessun contributo all’incendio (ad esempio, bassa emissione di fumo, assenza di gocce infiammate).
    • Classe B: Contributo limitato al fuoco.
    • Classe C: Contributo medio al fuoco.
    • Classe D: Elevato contributo al fuoco.
    • Classe E: Contributo al fuoco molto elevato.
    • Classe F: Nessuna prestazione determinata o prestazione più bassa.
  2. Classi addizionali. Oltre all’Euroclasse, i cavi dalla classe D alla B, possono avere caratteristiche aggiuntive, come ad esempio:
    • Fumo: s1, s2, s3 – Livello di produzione di fumo, dove s1 indica il minimo e s3 il massimo.
    • Sgocciolamento: d0, d1, d2 – Gocce/particelle ardenti, dove d0 indica nessuna produzione e d2 indica il livello più alto prodotto.
    • Acidità: a1, a2, a3 – Emissione di gas acido (tossico), dove a1 indica una bassa emissione e a2 indica un’emissione moderata.
Tabella CPR ed Euroclassi

Assegnando ai cavi una specifica Euroclasse e caratteristiche aggiuntive, il sistema di classificazione CPR fornisce informazioni chiare e standardizzate sulle loro prestazioni al fuoco. Ciò consente ai professionisti dell’edilizia di selezionare cavi che soddisfano gli standard di sicurezza necessari per la loro specifica applicazione, contribuendo alla sicurezza antincendio complessiva negli edifici e nei progetti infrastrutturali in tutta l’Unione Europea.

Euroclassi

Le Euroclassi sono 7, dalla A alla F, sulla base del contributo che il cavo può dare allo sviluppo di fuoco. Tale contributo è misurato con appositi metodi di prova. A partire dai risultati di queste prove è possibile assegnare al cavo una Euroclasse di appartenenza sulla base dei valori di potere calorifico superiore, diffusione di fiamma, rilascio totale di calore, tasso di rilascio di calore ed indice del tasso di accrescimento del fuoco (FIGRA). La norma EN 50575, armonizzata per il Regolamento sui Prodotti da Costruzione, definisce a quali metodi di prova devono essere sottoposti i cavi per poter essere associati ad una determinata Euroclasse. A sua volta ogni metodo di prova è descritto all’interno di una norma. Nella tabella seguente vediamo la corrispondenza tra Euroclasse e metodo di prova.

ClasseEN ISO 1716EN 50399EN 60332-1-2EN 61034-2
X//////
//XXX
//XXX
//XXX
//XXX
////X//
Nessuna prestazione definita

Nota bene: per la classe B1ca si applicano le condizione della EN 50339 si applicano le condizioni di prova che prevedono l’utilizzo di una sorgente di fiamma di 30 kW mentre per le altre classi, il metodo di prova EN 50339 richiede una sorgente di fiamma di 20,5 kW.

Di seguito l’elenco dei riferimenti normativi presentati:

  • EN 50575: Cavi per energia, controllo e comunicazioni – Cavi per applicazioni generali nei lavori di costruzione soggetti a prescrizioni di reazione all’incendio;
  • EN ISO 1716: Prove di reazione al fuoco dei prodotti – Determinazione del potere calorifico superiore;
  • EN 50339: Metodi di prova comuni per cavi in condizioni di incendio – Misura dell’emissione di calore e produzione di fumi sui cavi durante la prova di sviluppo di fiamma – Apparecchiatura di prova, procedure e risultati;
  • EN 60332-1-2: Prove su cavi elettrici e ottici in condizioni d’incendio – Parte 1-2: Prova per la propagazione verticale della fiamma su un singolo conduttore o cavo isolato – Procedura per la fiamma di 1 kW premiscelata;
  • EN 61034-2: Misura della densità del fumo emesso dai cavi che bruciano in condizioni definite – Parte 2: Procedura di prova e prescrizioni.

I metodi di prova per poter assegnare ad un cavo una determinata classe sono obbligatori per il fabbricante del cavo che è tenuto a dichiarare la classe di reazione al fuoco se, questo cavo, è destinato ad essere venduto per applicazioni nei lavori di costruzione. Per chi invece compra il cavo, la scelta si deve basare sulla tipologia di costruzione dove andrà installato il cavo.

Classe addizionale

Le classi addizionali rappresentano una classificazione aggiuntiva con l’obiettivo di fornire ulteriori informazioni sulle caratteristiche del cavo in caso di combustione. Nello specifico le classi addizionali viene presa in considerazione la corrosività dei gas emessi dalla combustione del cavo tramite misura del pH e la conduttività di tali gas.

Il metodo di prova per le classi addizionali è quello descritto nella seguente norma:

  • EN 60754-2: Prova sui gas emessi durante la combustione di materiali prelevati dai cavi – Parte 2: Determinazione dell’acidità (mediante la misura del pH) e della conduttività

Classe addizionale – Opacità al fumo

Le Euroclassi dalla B1ca alla Dca, possono avere una ulteriore classificazione sulla base della quantità di fumo prodotto che comprende s1, s2 ed s3, con s3 che indica il livello più basso di visibilità. La classe s1 comprende la classe s1a ed s1b.

Classe addizionale - opacità al fumoPrestazioni
Lenta e bassa propagazione di fumo con visibilità oltre 80%
Lenta e bassa propagazione di fumo con visibilità tra 60% ed 80%
Valori intermedi di produzione e propagazione di fumo
Prestazioni inferiori ad s2 oppure non verificate

Classe addizionale – Sgocciolamento

Le Euroclassi dalla B1ca alla Dca, possono avere una ulteriore classificazione sulla base della presenza e della persistenza di gocce o particelle ardenti e comprende d0, d1, d2, dove d0 indica che non si verifica nessuna caduta di gocce.

Classe addizionale - gocce ardentiPrestazioni
Nessuna caduta di gocce o particelle ardenti
Caduta di gocce o particelle ardenti che persistono per non oltre 10 secondi
Prestazioni inferiori a d1 oppure non verificate

Classe addizionale – Acidità (Corrosività) del fumo

Le Euroclassi dalla B1ca alla Dca, possono avere una ulteriore classificazione sulla base del livello di acidità ovvero di corrosività del fumo che comprende a1, a2, a3, dove a1 indica una bassissima acidità del fumo.

Classe addizionale - Acidità del fumoPrestazioni
Acidità / corrosività del fumo molto bassa

Conduttività <2,5 ms/mm e pH > 4.3
Acidità / corrosività del fumo bassa

Conduttività <10 ms/mm e pH > 4.3
Prestazioni inferiori ad a2 oppure non verificate

Tipologie di ambienti per installazione cavi CPR

La scelta di utilizzo di una specifica Euroclasse di cavi dipende dal livello di rischio associato all’ambiente presso cui il cavo andrà installato. A monte del progetto elettrico dovrà essere valutato l’ambiente di installazione in termini della valutazione del rischio incendio e relativa prevenzione. Il rischio incendio dipende dalla probabilità di accadimento dell’evento combinata con l’entità del danno che potrebbe verificarsi. I parametri principali che andranno valutati per la classificazione dell’ambiente relativamente al rischio incendio sono:

  • il livello di affollamento previsto, in media ed il massimo presumibile;
  • la capacità di sfollamento;
  • la reazione al fuoco prevista per la tipologia di materiali nella struttura;
  • l’eventuale presenza di materiali combustibili;
  • la stima dell’eventuale danno che l’evento incendio recherebbe a persone, animali e cose.

A titolo di esempio, vengono presentate nella tabella seguente le caratteristiche e le applicazioni tipiche per ogni euroclasse.

EuroclasseCaratteristicheDestinazione d'uso
Nessun contributo all'incendioL'installazione di questa classe di cavi si basa tipicamente su esplicita richiesta del progettista
Minimo contributo all'incendioL'installazione di questa classe di cavi si basa tipicamente su esplicita richiesta del progettista
Combustibile, bassa propagazione della fiamma e basso rilascio termicoEdifici generalmente molto affollati e con difficoltà di esodo: aeroporti, stazioni ferroviarie, marittime, metropolitane, gallerie,...
Combustibile, moderata propagazione della fiamma e moderato rilascio termicoEdifici civili generalmente molto affollati e con facilità di esodo con altezza antincendio superiore a 24m: ospedali, cinema, teatri, palestre, alberghi, scuole, ...
Combustibile, moderata propagazione della fiamma ed alto rilascio termicoEdifici civili generalmente poco affollati e con difficoltà di esodo con altezza antincendio inferiore a 24m: ambulatori, bar, ristoranti, ...
Combustibile, propagazione della fiamma fino a 425 mmEdifici civili generalmente poco affollati e con facilità di esodo con basso rischio incendio come gli edifici residenziali
Combustibile, propagazione della fiamma oltre i 425 mmInstallazioni outdoor

In particolare occorre tenere presente quanto indicato dal progettista dell’infrastruttura che avrà redatto una analisi dei rischi per valutare l’impatto che può avere il cablaggio installato in caso di incendio. Sulla base del rischio associato al pericolo di incendio occorrerà individuare una classe di cavi da utilizzare. Tipicamente, le classi di cavi più utilizzate sono: B2ca, Cca, Dca, Eca. La scelta del cablaggio deve sempre basarsi sulle risultanze di una analisi dei rischi. Più è alto il rischio incendio ovvero la combinazione di probabilità e danno dell’evento, più alta dovrà essere la prestazione richiesta in termini di reazione al fuoco, per il cablaggio.

Quali cavi elettrici devono rispettare le prescrizioni CPR?

Il regolamento sui prodotti da costruzione (CPR) si applica a un’ampia gamma di cavi utilizzati in progetti di costruzione e costruzione all’interno dell’Unione Europea. In generale, qualsiasi cavo destinato ad essere installato in modo permanente in un edificio e che contribuisce alla sicurezza o alla funzionalità dell’infrastruttura dell’edificio rientra nell’ambito di applicazione del CPR. Ciò include, ma non è limitato a, i seguenti tipi di cavi:

  1. Cavi di alimentazione: cavi utilizzati per la trasmissione di energia elettrica all’interno degli edifici, compresi quelli utilizzati per alimentare l’illuminazione, elettrodomestici, macchinari e altri sistemi elettrici.
  2. Cavi di comunicazione: cavi utilizzati per telecomunicazioni, reti di dati e sistemi di distribuzione audio/video all’interno di edifici, come cavi Ethernet, cavi coassiali e cavi in ​​fibra ottica.
  3. Cavi di controllo: cavi utilizzati per il controllo e il monitoraggio di vari sistemi all’interno degli edifici, come riscaldamento, ventilazione, condizionamento dell’aria, sistemi di sicurezza e sistemi di automazione.
  4. Cavi per allarme antincendio: Cavi progettati specificatamente per sistemi di rilevamento e allarme antincendio, compresi quelli utilizzati per rilevatori di fumo, rilevatori di calore e dispositivi di notifica di allarme.
  5. Cavi di sicurezza: cavi utilizzati per applicazioni critiche per la sicurezza, come illuminazione di emergenza, sistemi di alimentazione di emergenza e cavi resistenti al fuoco per circuiti critici.
  6. Cavi per strumentazione: cavi utilizzati per la trasmissione di segnali e misurazioni in ambienti industriali e commerciali, inclusi sistemi di controllo di processo, sensori e strumentazione.
  7. Cavi dati: cavi utilizzati per la trasmissione di segnali dati digitali, compresi quelli utilizzati per reti di computer, sistemi audiovisivi e sistemi di automazione degli edifici.
  8. Cavi specializzati: altri tipi di cavi progettati per applicazioni specifiche all’interno di edifici, come cavi per ascensori, cavi fotovoltaici (energia solare) e cavi per stazioni di ricarica per veicoli elettrici.

È importante notare che i requisiti di conformità CPR possono variare a seconda di fattori quali l’uso previsto del cavo, la sua posizione all’interno dell’edificio e le normative nazionali applicabili in ciascuno stato membro dell’UE. Produttori e fornitori di cavi destinati all’uso in progetti di costruzione devono garantire che i loro prodotti siano conformi agli standard e ai regolamenti CPR pertinenti per essere legalmente commercializzati e installati all’interno dell’Unione Europea.

Quali cavi elettrici non devono rispettare le prescrizioni CPR?

Tutti i cavi che non rientrano nell’ambito di applicazione del Regolamento sui Prodotti da Costruzione e che quindi non sono destinati ad essere installati permanentemente in strutture/edifici non necessitano di avere una dichiarazione sulla classe di reazione al fuoco in accordo a EN 50575. Sono esclusi quindi dalle prescrizioni del CPR i cavi elettrici destinati ad essere utilizzati:

  • negli impianti nei cantieri
  • nelle fiere e negli stand
  • negli ascensori
  • nei macchinari e nelle apparecchiature elettriche
  • nei quadri elettrici.

Per questi cavi in elenco non si necessita il rispetto del CPR, tuttavia sussistono normative specifiche che ovviamente prescrivono che i cavi devono essere sempre adeguati alle tensioni e correnti in gioco, alle condizioni ambientali cui sono sottoposti, le modalità di posa, etc.

Cavi CPR (in breve)

I cavi destinati ad essere installati permanentemente all’interno degli edifici giocano un ruolo molto importante nel caso di dovesse verificare un incendio. A seconda del rischio associato all’evento incendio è importante che i cavi presenti nell’impianto fisso dell’edificio non creino ulteriori problemi di innesco e che permettano il mantenimento funzionale della struttura, ad esempio per l’azionamento dei sistemi anti-incendio. A questo scopo l’Unione Europea ha reso obbligatoria la classificazione dei cavi installati negli impianti degli edifici in base alla reazione al fuoco. Il regolamento europeo per i prodotti da costruzione (CPR) ha definito 7 classi di reazione al fuoco, dette Euroclassi, per i cavi elettrici destinati ad essere permanentemente installati negli edifici. In ordine di prestazioni le Euroclassi sono: Aca, B1ca, B2ca, Cca, Dca, Eca, Fca. Aca è la classe più performante ovvero quella che in caso di incendio è in grado di dare il contributo minore allo sviluppo del fuoco. La scelta della classe di cavi da utilizzare negli impianti di un edificio dipende dalla tipologia di ambiente e dalle risultanze dell’analisi del rischio incendio svolta sull’intera struttura.


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