Protezione dalle sovratensioni del radar di livello: SPD e terra

Il radar di livello su un serbatoio esterno o silo alto è molto esposto durante i temporali. Il danno deriva raramente dal fulmine diretto: la sovratensione viaggia sui cavi e raggiunge il trasmettitore prima che intervenga un sezionamento. La protezione efficace richiede due stadi SPD coordinati e un percorso di terra a bassa impedenza verificato, non un solo componente vicino allo strumento.

Cosa fa una sovratensione al trasmettitore

Un fulmine vicino inietta un impulso rapido ad alta corrente, tipicamente modellato come onda 8/20 µs, su alimentazione, segnale o terreno. Segue la minima impedenza verso terra e attraversa l’ingresso del trasmettitore se è più agevole del protettore. Può distruggere alimentatore, driver di comunicazione o ingresso analogico, con costo superiore al protettore perché il serbatoio resta senza controllo. Non serve colpire antenna o custodia: basta una sovratensione indotta su 50 m di cavo. Proteggere quindi i cavi: 24 V DC e segnale 4–20 mA o RS485 richiedono ciascuno dispositivi dimensionati per l’energia prevista.

Coordinare due stadi SPD

Un solo protettore presso lo strumento raramente basta: non sopravvive all’intera energia di una grande sovratensione. Si usa uno stadio ad alta energia all’ingresso del quadro e uno fine a minore tensione di limitazione presso il trasmettitore. Coordinarli affinché il primo devii gran parte della corrente e lasci al secondo un carico sopportabile. La tabella riporta valori tipici: confermare le schede reali prima dell’acquisto.

Anche il segnale richiede una coppia coordinata: la sovratensione su 4–20 mA aggira la sola protezione di alimentazione e distrugge il trasmettitore. Gli stadi devono condividere il riferimento di terra; altrimenti quello fine limita rispetto a un nodo flottante e non protegge.

Il protettore di segnale aggiunge resistenza serie all’anello 4–20 mA. A 20 mA, 24 V corrispondono a 1200 Ω totali. Se il trasmettitore richiede 12 V ai morsetti, restano circa 350 Ω oltre ai 250 Ω di misura: due protettori da 10 Ω rientrano ancora. Con anello vicino al limite o alimentato a 12 V, conteggiarli prima della scelta, non dopo una lettura bassa.

Esempio di tensione residua

In una stima resistiva illustrativa dell’innalzamento del potenziale di terra, 1.5 kA attraverso 4 Ω ipotizzati danno 6.0 kV rispetto a un riferimento remoto. Aggiungere 0.6 kV di limitazione ipotizzata produce una possibile sollecitazione di 6.6 kV solo per una specifica topologia di porta, ritorno e riferimento; non è automaticamente la tensione fra tutti i morsetti protetti. R < (1.5 − 0.6) kV / 1.5 kA = 0.6 Ω è il limite di quel circuito semplificato ipotizzato, non un requisito universale di accettazione. Verificare modi reali di sovratensione, impedenze dei collegamenti, induttanza, coordinamento SPD e tenuta delle porte.

Il collegamento aggiunge una tensione non inclusa nella limitazione di scheda. Un impulso 8/20 µs di 1.5 kA sale a circa 190 A/µs. Con circa 1 µH per 1 m di conduttore equipotenziale, V = L · di/dt ≈ 1 µH × 190 A/µs = 190 V. A 5 m aggiunge circa 0.95 kV, più dello stadio 2. Ingresso (salita e lunghezza) → conversione (L · di/dt) → risultato (190 V per metro). Si assume percorso rettilineo senza ritorno condiviso: un tragitto corto alla barra equipotenziale conta più di una limitazione inferiore sulla carta.

Resistenza di terra e limite inferiore della protezione

Lo SPD limita rispetto ai morsetti di riferimento dichiarati. La protezione dipende da equipotenzialità, percorso dei conduttori, distribuzione della corrente e porte protette. La resistenza del dispersore a bassa frequenza è un’evidenza utile, ma non descrive da sola l’impedenza impulsiva ad alta frequenza né dimostra la protezione. Usare il progetto approvato di terra e fulmini; verificare lunghezze, continuità, stato dei dispersori e coordinamento. 4 Ω e 1 Ω non sono criteri universali per ogni installazione.

Quando la protezione non salva lo strumento

Uno SPD fine non è un sistema completo contro il fulmine diretto. Dove può entrare corrente di fulmine, valutare protezione esterna, equipotenzialità e dispositivi coordinati idonei alla corrente di fulmine, compreso Tipo 1 dove richiesto dal progetto. Nessuna soluzione garantisce ogni impatto. La protezione fallisce anche con segnale non protetto, terra assente o interrotta o protettore già esaurito dopo più eventi. Un cavo lungo non schermato agisce da antenna portando tensione indotta ai morsetti. Una terra lunga e sottile quasi annulla il protettore perché dominano induttanza e resistenza. In aree con più di pochi giorni temporaleschi annui, la struttura dovrebbe essere in una zona di protezione ben progettata, con lo strumento come ultimo stadio fine, non l’unico.

Lista e registri dopo la stagione temporalesca

Dopo la stagione occorre dimostrare che la protezione funzioni ancora. La lista permette una prova registrata: conservarla con l’avviamento per mostrare cosa fu verificato e quando.

Programmare la sostituzione di ogni elemento non conforme prima della stagione successiva: un protettore esaurito non avverte col bel tempo e fallisce quando serve.

Domande frequenti

D1. Perché servono due protettori?

Uno solo al trasmettitore non può sopravvivere a grande energia mantenendo una limitazione bassa. Lo stadio grossolano devia la corrente principale, quello fine limita il residuo. Senza coordinamento il fine riceve tutta l’energia e si guasta, lasciando esposto il trasmettitore al prossimo evento.

D2. Quanto bassa deve essere la resistenza di terra?

Applicare i criteri del progetto approvato. L’esempio da 4 Ω mostra innalzamento rispetto a un riferimento remoto, non tensione universale ai morsetti o limite di superamento. Verificare i dispersori insieme a continuità, disposizione, modi di sovratensione e caratteristiche SPD coordinate.

D3. Proteggere l’alimentazione protegge anche il segnale?

No. Una sovratensione su 4–20 mA o RS485 aggira quel protettore e distrugge il trasmettitore. Serve una protezione coordinata propria con lo stesso riferimento di terra; altrimenti il fine limita su un nodo flottante e non protegge.

D4. Come riconoscere un protettore guasto?

La maggior parte mostra un indicatore o una variazione misurabile della resistenza di passaggio. Sostituire unità intervenute o degradate. Non avvertono col bel tempo: verificarle con calendario fisso dopo ogni stagione, senza aspettare il guasto dello strumento.

D5. Si può sopravvivere a un fulmine diretto?

Il solo SPD fine non gestisce corrente diretta di fulmine. Le strutture esposte richiedono protezione esterna ed equipotenzialità valutate, con SPD coordinati e idonei dove richiesto. Riducono il rischio nei limiti dichiarati senza garantire ogni impatto.

D6. Perché una terra corta e grossa?

Induttanza e resistenza dominano durante l’impulso: un cavo lungo e sottile può annullare un buon protettore. Collegare il conduttore equipotenziale corto e ben dimensionato alla barra d’ingresso, dando allo stadio 2 un riferimento stabile a bassa impedenza.

RIEPILOGO

Il radar richiede protezioni coordinate di alimentazione e segnale, equipotenzialità e terra verificate sul progetto del sito. I × R illustra un possibile innalzamento di potenziale, non un obiettivo universale di 1 Ω o la tensione di ogni porta. Fornire percorsi, segnali e requisiti per valutare modi reali, SPD e criteri di prova.