In qualsiasi impianto elettrico, oltre ai guasti come i cortocircuiti o i sovraccarichi, esistono fenomeni di sovratensione che possono compromettere la sicurezza di apparecchi e persone. La sovratensione è un aumento anomalo della tensione elettrica al di sopra dei livelli nominali della rete. Questo incremento, sebbene possa durare da microsecondi a periodi prolungati, è in grado di provocare danni gravi ad impianti e materiali elettrici se non viene adeguatamente controllato.
Di seguito spieghiamo nel dettaglio che cos’è una sovratensione, i suoi tipi, le cause più frequenti, le conseguenze e come prevenirla in modo efficace, con riferimento alla sicurezza elettrica secondo il quadro normativo italiano (es. CEI 64-8 e norme di prodotto CEI EN).
Che cos’è una sovratensione?
Una sovratensione è un aumento della tensione di rete oltre il valore nominale stabilito. Nei sistemi domestici in bassa tensione (in Italia 230 V monofase), si considera sovratensione qualsiasi incremento significativo oltre il margine di tolleranza (circa il 10% sopra 230 V). In altre parole, si verifica quando la tensione supera in modo anomalo i livelli per cui le apparecchiature sono progettate. Le sovratensioni possono essere transitorie (di brevissima durata, comunemente chiamate picchi o impulsi) o permanenti (più prolungate o quasi continue). Ogni tipologia ha origine e caratteristiche diverse, ma entrambe rappresentano un rischio per l’integrità dell’impianto e dei dispositivi collegati.
Sovratensioni transitorie (picchi brevi)
Le sovratensioni transitorie sono aumenti improvvisi di tensione di durata molto breve, tipicamente dell’ordine di microsecondi o millisecondi. Nonostante la brevità, possono raggiungere ampiezze estremamente elevate (centinaia o migliaia di volt sopra il normale). La causa più distruttiva è spesso rappresentata dalle scariche atmosferiche, cioè fulmini che cadono vicino alle linee elettriche o sullo stesso vettore. Un fulmine induce un impulso elettromagnetico che si propaga lungo la rete e può arrivare alle prese come picco di tensione.
Altre cause di sovratensioni transitorie sono le manovre di commutazione nella rete elettrica: ad esempio aperture/chiusure brusche di carichi molto induttivi (motori, trasformatori) o capacitivi, così come operazioni in cabine MT/BT. Anche un cortocircuito o un guasto improvviso in un circuito vicino può generare un impulso che si trasmette attraverso il sistema elettrico.
Per la loro natura istantanea, una sovratensione transitoria può danneggiare componenti elettronici sensibili in un attimo. Semiconduttori, circuiti stampati e isolanti interni possono subire perforazioni o degradi per tensioni eccessive. Anche se il picco dura microsecondi, l’energia rilasciata può bastare a bruciare un circuito integrato, compromettere alimentatori o bloccare sistemi di controllo. Picchi ripetuti, anche meno intensi, affaticano l’isolamento e riducono la vita utile degli apparati. È quindi fondamentale proteggere i dispositivi connessi, in particolare quelli sensibili come computer, apparecchi audio-video o sistemi di comunicazione.
Sovratensioni permanenti (sovratensioni temporanee a frequenza di rete)
Le sovratensioni permanenti (dette anche temporanee a frequenza industriale) sono elevazioni della tensione che si mantengono per più cicli della corrente alternata o persino in modo continuo finché non si elimina la causa. Diversamente dai picchi transitori, qui il valore si mantiene a un livello anomalo (ad es. +20–50% sul nominale) per secondi, minuti o più, finché un dispositivo di protezione non interviene o il difetto non viene corretto. La causa più comune è un guasto del conduttore di neutro nell’impianto o nella rete di distribuzione.
Quando il neutro si interrompe in un sistema trifase con carichi squilibrati (tipico nelle reti BT), le fasi perdono il riferimento comune. Alcune linee monofasi possono trovarsi alla tensione fase-fase anziché fase-neutro, raddoppiando di fatto il valore applicato agli apparecchi domestici (da ~230 V a ~400 V). Questo sovraccarico prolungato sottopone i dispositivi a uno stress per cui non sono progettati.
Altre situazioni che possono generare sovratensioni permanenti includono regolatori guasti in cabina, tarature errate o collegamenti sbagliati (per esempio alimentare per errore un circuito da 230 V con una linea a tensione superiore). In ogni caso, tutti i dispositivi collegati ricevono una tensione anormalmente alta in modo sostenuto.
Ciò provoca spesso un surriscaldamento in trasformatori, motori e alimentatori, con aumento della corrente assorbita e della dissipazione. Se la sovratensione non viene interrotta in tempo, possono bruciarsi avvolgimenti, esplodere condensatori elettrolitici e, in generale, verificarsi guasti catastrofici. Il calore generato su conduttori o apparecchi sovraccaricati può persino innescare incendi.
| Aspetto | Sovratensione transitoria | Sovratensione permanente |
|---|---|---|
| Durata tipica | Microsecondi – millisecondi (impulso breve) | Secondi, minuti o finché non si corregge il guasto |
| Ampiezza della tensione | Picchi molto elevati (possibili kV) | Incremento moderato ma sostenuto (10%–100% sul nominale) |
| Cause frequenti | Fulminazioni, manovre di commutazione, avviamento/arresto di carichi induttivi | Interruzione del neutro, errori di collegamento, regolatore guasto, difetti prolungati di rete |
| Effetti principali | Danno istantaneo all’elettronica sensibile, degrado cumulativo, riavvii dei dispositivi | Surriscaldamento, distruzione di elettrodomestici, aumento del rischio di incendio |
| Protezione idonea | SPD (protezioni transitorie) Tipo 1, Tipo 2 e basi multiple Tipo 3 | Dispositivi contro sovratensioni permanenti (POP) che disconnettono l’impianto |
| Collocazione del protettore | Quadro principale, sottoquadri e prese multiple speciali (es. Serie ION) | Quadro generale a monte degli interruttori differenziali |
| Riferimenti normativi (Italia) | CEI 64-8 sez. 443 e 534: criteri per l’installazione degli SPD | CEI EN 50550: dispositivi contro sovratensioni temporanee (POP/TOV) |
| Rischio residuo senza protezione | Guasto improvviso di schede elettroniche e perdita dati | Distruzione diffusa di elettrodomestici e possibile incendio |
Cause frequenti delle sovratensioni
Riassumendo, in bassa tensione le sovratensioni derivano spesso da tre macro-cause, legate a fenomeni atmosferici o a operazioni di rete:
- Fulmini e fenomeni atmosferici: La caduta di un fulmine vicino a linee, antenne o parafulmini collegati all’impianto induce un’onda transitoria che si propaga. È una delle cause più pericolose, perché i picchi raggiungono valori molto elevati in tempi brevissimi.
- Manovre di rete e commutazioni: Operazioni di inserzione/disinserzione su carichi, banchi di condensatori, variazioni di topologia o corti circuito generano impulsi che si propagano.
- Interruzione o cattivo collegamento del neutro: È la causa tipica delle sovratensioni permanenti. La perdita del neutro in sistemi polifase crea squilibri di tensione, elevando quella di fase su alcuni circuiti ben oltre il normale. Anche difetti in trasformatori o errori di cablaggio possono causare incrementi prolungati finché non si interviene.
Conseguenze delle sovratensioni
Le conseguenze di una sovratensione non controllata possono essere molto gravi per apparecchiature e impianti e, indirettamente, per le persone. Tra gli effetti più dannosi (sia transitori che permanenti):
- Danno istantaneo ad apparecchi elettrici ed elettronici: Un picco può distruggere all’istante componenti sensibili. Alimentatori, caricabatterie, motori o elettrodomestici possono risultare inutilizzabili dopo una sovratensione intensa.
- Riduzione della vita utile e guasti latenti: Anche quando non si verifica il guasto immediato, i componenti interni possono degradarsi. Isolamenti sottoposti a sollecitazioni ripetute si indeboliscono, i componenti invecchiano prematuramente e falliscono dopo settimane o mesi.
- Incendi e danni materiali: Sia i picchi forti sia le sovratensioni permanenti possono provocare incendi. Un impulso violento può innescare archi o bruciare isolanti, mentre un sovraccarico prolungato genera surriscaldamenti in cavi e apparecchi.
- Interruzioni di fornitura e blackout: In caso di sovratensione severa, possono intervenire le protezioni (fusibili, differenziali, protettori di sovratensione) disconnettendo l’impianto.
- Perdita di dati o malfunzionamenti IT: Una sovratensione può colpire server, PC e storage, causando perdita d’informazioni o corruzione dei dati. Reti, router, sistemi d’allarme e apparecchi critici possono fermarsi.
In sintesi, una sovratensione può comportare dalla semplice sostituzione di un elettrodomestico fino a scenari gravi come incendi. Capirne cause ed effetti porta al passo decisivo: la prevenzione.
Come prevenire le sovratensioni e proteggere l’impianto?
La prevenzione passa per due strategie: progettare l’impianto con dispositivi adeguati e adottare buone pratiche di uso e manutenzione. Le misure più efficaci:
- Installazione di protezioni contro sovratensioni transitorie: I SPD (Surge Protective Devices) si collegano in parallelo alla rete e deviano i picchi a terra. Esistono diversi tipi: Tipo 1 (scaricatori per correnti di fulmine) da installare all’ingresso quando il rischio atmosferico è elevato; Tipo 2 nei quadri principali di abitazioni e locali, per transitori sia esterni sia interni; Tipo 3 (prese multiple con protezione) vicino ai carichi sensibili. La coordinazione in cascata 1-2-3 garantisce un livello ottimale.
- Uso di dispositivi contro sovratensioni permanenti: Per gli over-voltage prolungati si impiegano dispositivi che disconnettono l’alimentazione quando la tensione supera una soglia per un certo tempo (es. >265 V per alcune decine di ms in sistemi a 230 V). Alcuni modelli prevedono riarmo automatico dopo il rientro a valori normali.
- Prese e ciabatte con protezione integrata: Oltre alle protezioni nel quadro, è consigliabile proteggere singolarmente apparecchi costosi o sensibili con basi multiple con protezione (Serie ION), che integrano varistori e, spesso, fusibili o interruttori termici.
- Messa a terra ed equipotenzialità: Un sistema di terra efficiente è indispensabile affinché gli SPD funzionino correttamente. La resistenza di terra deve essere bassa e conforme; occorre realizzare collegamenti equipotenziali tra masse metalliche, parafulmini, antenne e tubazioni.
- Buone pratiche e normativa: In Italia la CEI 64-8 (in particolare sezioni 443 e 534) disciplina criteri e coordinamento degli SPD; le norme di prodotto CEI EN 61643-11 (SPD) e CEI EN 50550 (POP/TOV) definiscono requisiti e prove. Selezionare dispositivi certificati, installarli secondo istruzioni e coordinarli con interruttori magnetotermici e differenziali per evitare scatti intempestivi. Dopo forti temporali o eventi significativi, verificare lo stato degli SPD mediante indicatori e programmare controlli periodici negli impianti critici.
Normativa applicabile e obblighi
Il quadro normativo italiano rafforza l’importanza della protezione contro le sovratensioni. La CEI 64-8 prescrive criteri per l’adozione degli SPD in funzione della valutazione del rischio e delle condizioni impiantistiche (schema di rete, presenza di linee aeree, esposizione ai fulmini), nonché le regole di coordinamento e di installazione nei quadri. Le norme CEI EN 61643 (SPD di Tipo 1, 2 e 3) e CEI EN 50550 (POP) definiscono classificazioni e prove di conformità. In molte nuove realizzazioni o ristrutturazioni si richiede almeno uno SPD di Tipo 2 nel quadro generale e, ove necessario per il rischio fulminazione, un Tipo 1 a monte; per i sovra-voltage permanenti si adotta un dispositivo POP a monte dei differenziali.
Oltre alle norme di impianto, per sistemi connessi alla rete pubblica si applicano anche prescrizioni specifiche (es. CEI 0-21 per connessione in BT). In sintesi, la normativa e la buona tecnica convergono: la protezione contro le sovratensioni non è un optional.
Conclusione: sicurezza elettrica contro le sovratensioni
Comprendere che cos’è una sovratensione e da cosa è causata è il primo passo per valutare i rischi elettrici in casa e sul lavoro. Le sovratensioni, sia brevi e intense sia prolungate, possono avere impatti rilevanti su dispositivi e impianti se mancano adeguate difese. Fortunatamente, tecnologie e norme consentono di ridurre drasticamente questi rischi. L’installazione coordinata di SPD in cascata, una corretta messa a terra e l’aderenza alle norme CEI sono azioni chiave per progettisti e utenti.
Investire nella protezione contro le sovratensioni significa investire in tranquillità. Dalla tutela degli elettrodomestici al prevenire incendi, tali sistemi salvaguardano patrimonio e sicurezza. È quindi consigliabile rivolgersi a professionisti per verificare la conformità dell’impianto e la presenza dei dispositivi necessari. Al minimo indizio di problemi di tensione (luci che variano d’intensità, apparecchi che si guastano senza motivo), è importante intervenire. Con le giuste misure preventive, le sovratensioni resteranno semplici episodi e non emergenze elettriche.