Protezioni Elettriche per Centralini IPIl problema delle scariche di extracorrente dovute a fenomeni atmosferici è un fenomeno che si sta acutizzando negli ultimi anni. Questo tipo di eventi è sempre più frequente in quanto gli apparati elettronici presenti nelle aziende e nelle abitazioni si sono moltiplicati e sono molto più delicati e suscettibili di danneggiamento rispetto ai classici apparati elettrici presenti nelle aziende e nelle case fino alla fine degli anni ’90.

Quando accade un evento di questo tipo, il cliente oltre a subire un danno economico, deve anche gestire i fermi tecnici produttivi dovuti al danneggiamento degli apparati elettronici (Router, Gateway, Switch, Server, PC, ecc.).

Nel caso più specifico dei Centralini IP e dei sistemi di Comunicazione Unificata è sempre indispensabile che la linea dati e gli apparati attivi rimangano in funzione. Questa considerazione è valida soprattutto per i PBX On Premise ma vale anche per i PBX in Cloud. In entrambi i casi è necessario che gli apparati destinati al routing e networking rimangano attivi e vengano salvaguardati al fine di mantenere il servizio attivo.

Sono in molti a sottovalutare o non prendere seriamente in considerazione l’implementazione/mantenimento di protezioni idonee a salvaguardare elettricamente le proprie infrastrutture hardware. A fronte di un mancato investimento di poche centinaia di euro, capita frequentemente di trovarsi con i sistemi strategici di telecomunicazione non più funzionanti . Il fermo tecnico per la sostituzione degli apparati danneggiati, da scariche atmosferiche o sbalzi di tensione, comportano un danno economico complessivo molto superiore al risparmio ottenuto omettendo le idonee protezioni. Al costo per la sostituzione degli apparati si sommano il danno economico dovuto all’impossibilità di fare e ricevere chiamate.

Se correttamente installati e dimensionati, gli scaricatori di sovratensione SPD, Soccorritori UPS, Filtri di rete Ethernet e  Filtri Telefonici/XDSL, possono fornire una sostanziale protezione per i Centralini Telefonici  e i Sistemi di UC.

Gli scaricatori di rete SPD (Surge Protection Device)

Gli scaricatori di rete SPD (Surge Protection Device) sono meccanismi che permettono di salvaguardare tutte le nostre apparecchiature dalle sovratensioni. Possiamo semplificare vedendo lo scaricatore come un contenitore con collegamento L-PE  (Linea/Messa a Terra) con un’impedenza (Z) infinita  per non alterare il funzionamento dell’impianto. Quando si presenta una sovratensione, questa fa diminuire l’impedenza Z agli estremi dello scaricatore assorbendo la corrente generata mantenendo però la tensione costante per non danneggiare le apparecchiature poste a valle.

Esistono diverse tipologie di SPD a seconda del tipo di impianto:

  • A Innesco Il dispositivo genera un arco elettrico tra due elettrodi distanziati in aria. Buona affidabilità, isolamento ed elevate correnti di scarica
  • A Limitazione Varistori ceramici o ossido di zinco che mantengono costante la tensione durante l’assorbimento della scarica elettrica. Tempi di intervento molto ridotti.
  • Combinato: Utilizzo dei due precedenti sistemi in maniera combinata

La tipologia e l’installazione deve essere demandata all’installatore elettrico che, verificato il tipo di impianto, dimensiona correttamente l’accessorio/i da installare in campo. Potrebbe essere necessario installare più scaricatori distribuiti all’interno dell’impianto. Partendo dal contatore, passando dal quadretto elettrico di zona e fino ad arrivare in prossimità del singolo apparato elettronico collegato alla rete elettrica. Questo perché in alcune situazioni non è garantito che il singolo SPD posto a monte dell’impianto riesca a scaricare completamente la sovratensione. Si rende quindi è necessario proteggere ulteriormente le connessioni periferiche.  Un buon dimensionamento di questo dispositivo riduce notevolmente possibili danneggiamenti degli apparati elettronici in campo.

Un dimensionamento e installazione NON corretta può rendere lo scaricatore di sovratensione completamente inutile.

Il Gruppo di continuità – UPS (Uninterruptible Power Supply)

Il gruppo di continuità – UPS (Uninterruptible Power Supply), opportunamente dimensionato offre una buona protezione agli sbalzi di tensione, alle micro interruzioni di corrente e alla mancanza di alimentazione di rete dovuta a guasti. L’UPS è un apparato atto a mantenere attive e proteggere le apparecchiature strategiche necessarie ad espletare determinati servizi. Generalmente non funziona come scaricatore di sovracorrente ma agisce come filtro, intervenendo in caso di mancata alimentazione elettrica per mantenere in attività gli apparati, evitando situazioni repentine di ON/OFF e riavvii incompleti della rete elettrica. Questo ultimo tipo di episodi si verificano quando il manutentore della rete elettrica/gestore del servizio esegue delle operazioni di ripristino che comportano un ripetuto tentativo di riarmo/disarmo dell’alimentazione elettrica. Questa specifica casistica può, oltre che danneggiare la sezione di alimentazione dell’apparato elettronico, anche corrompere il bootloader e il firmware rendendo i dispositivi inutilizzabili e non riparabili. Al fine di mantenere un buon grado di efficienza sugli apparati UPS  è necessario verificare e nel caso sostituire periodicamente (controllo da eseguire ogni 2 anni circa) le batterie tampone (normalmente al piombo). Apparati UPS più avanzati ed evoluti possono integrare anche filtri di rete ethernet e di linea telefonica, essere controllati e monitorati tramite rete LAN o USB ed integrare batterie con un ciclo di vita molto più lungo.

L’apparato UPS funziona sostanzialmente su tre stadi ben distinti:

  • Un convertitore AC/DC che trasforma la tensione in alternata all’ ingresso dell’apparato, mediante un raddrizzatore e un filtro, in tensione continua.
  • Un sistema di batterie (singolo o multiplo) per immagazzinare la carica fornita dal convertitore AC/DC. Il numero di batterie presenti all’interno dell’apparato aumenteranno in relazione alla potenza fprnita e della durata nel tempo delle stesse, durante il loro intervento.
  • Un convertitore DC/AC detto anche Inverter che preleva energia dal raddrizzatore o dal pacco batteria (nel caso di mancanza di tensione sulla rete elettrica) per alimentare il carico collegato (es. Router , PC, apparati attivi in genere)

Possiamo distinguere due tipologie di UPS: On-line e Off-line

  • On-Line: Eliminano i disturbi presenti sulla rete elettrica, mantenendo tensione e frequenza inalterate e stabili, grazie alla doppia conversione AC/DC e viceversa. I convertitori sono sempre attivi. Parte integrante degli UPS di questo tipo è il Bypass automatico o manuale.
    Nella modalità automatica la gestione è completamente gestita dall’apparato senza “buchi “ di tensione, di norma effettuato tramite SCR. Questa modalità è vantaggiosa in caso di guasto dell’UPS o di problemi sul carico (sovraccarico o cortocircuito).
    Nella modalità manuale è possibile disattivare l’UPS (per manutenzione in caso di guasto) senza spegnere il carico a valle che risulta collegato direttamente alla rete elettrica. In questo caso il carico non è protetto ma è solo alimentato. Questi tipi di UPS risultano più performanti ma allo stesso tempo più costosi.
  • Off-Line: Intervengono con un leggero ritardo dopo il black-out, generando un “buco” di tensione in uscita verso il carico nell’ordine di qualche millisecondo. Questa situazione viene gestita tramite dei condensatori sulla sezione di uscita che mantengono attivo il carico per la frazione di tempo necessari ad attivare l’inverter (che in condizioni normali rimane spento).Questi tipi di UPS sono più economici ed utilizzati normalmente per singoli apparati che richiedono un assorbimento limitato (PC, Router, Appliance).

Dimensionamento UPS

Per conoscere la potenza “attiva” di carico per dimensionare l’UPS è necessario sommare la potenza assorbita da ogni singola apparecchiatura che intendiamo proteggere. Generalmente i valori di potenza dei vari apparati elettronici è espresso in Watt o viene indicata la corrente di assorbimento in Ampere (A) . In questo caso è sufficiente moltiplicare questo valore per il valore della tensione nominale. P(Watt) = V x I

Es. V-Tensione nominale 230Volt, I-Corrente assorbita 2,5 A, P =230×2.5 = 575Watt

Normalmente il valore degli UPS è espresso in Volt-Ampere (VA) ed è un valore di potenza”apparente”che non tiene conto dello sfasamento.
Per ottenere il valore di riferimento di potenza in VA dell’UPS sarà sufficiente dividere il valore espresso in Watt (dato dalla somma delle potenze da gestire come carico) per il valore di cosφ (il valore medio di riferimento è 0.7 per gli apparecchi informatici).  Il valore di cosφ è un valore di sfasamento tra tensione e corrente.

In questo caso 575Watt / cosφ 0.7 = 820VA

Il risultato è il valore minimo indicativo di VA riportato in targa dell’UPS per gestire il carico nel caso non fosse indicato esplicitamente il valore di riferimento in Watt.

La comunità europea ha introdotto delle normative per la sicurezza e la tutela del consumatore. Per quanto riguarda le apparecchiature elettriche, e quindi anche gli UPS, vale la normativa En 50091, la cui osservanza é garantita dal marchio “CE”. Essa impone di utilizzare un valore di cosφ convenzionale uguale a 0.7 per tutte le apparecchiature.

La potenza “Attiva” (in Watt) è quindi, se si rispettano le normative, circa 0,7 volte la potenza “Apparente” (VA).

Viceversa, la potenza “Apparente”, se vengono rispettate le normative, è 1,4 volte (1/0,7) maggiore della potenza “Attiva”

Il cosφ

Il cosφ misura un fenomeno che si manifesta quando i carichi non sono puramente resistivi ma includono anche avvolgimenti elettrici o condensatori. Tali carichi immagazzinano l’energia sotto forma di campi magnetici  e la restituiscono ciclicamente ad ogni semionda alla rete elettrica, senza realmente “consumarla”. Una parte della corrente quindi transita “avanti e indietro” ma non contribuisce realmente al consumo “reale” in Watt. Ecco perché il consumo “reale” è sempre inferiore al valore in VA indicato.

Lo “sfasamento tra tensione e corrente” che si genera viene espresso dal valore detto cosφ (coseno trigonometrico dell’angolo tra i vettori di tensione e corrente).

Il cosφ può variare tra 0 e 1. Nel caso dei sistemi informatici viene generalmente inteso convenzionalmente con valore 0,7.

Se la tensione cresce, l’avvolgimento si oppone inizialmente al passaggio della corrente, per creare intorno a sé un campo magnetico. La corrente cresce sì, ma con un certo ritardo. In altri termini, se si applica una tensione alternata  ai capi di un trasformatore, la tensione può raggiungere il massimo, ma la corrente essere ancora vicina allo zero, crescendo poi quando la tensione ha già cominciato a decrescere. Al decrescere della tensione il campo magnetico si riduce a zero, “ri-tramutandosi” in corrente. La corrente continua a fluire ancora un poco anche se la tensione è già arrivata a zero. In altri termini, la corrente varia sì sinusoidalmente, ma in RITARDO (sfasamento) rispetto la sinusoide della tensione.

Il cosφ è pari a 1 quando tensione e corrente NON sono sfasate, per scendere in prossimità dello zero quando sono sfasate al massimo (tensione massima e corrente nulla).

I Filtri di rete Ethernet

I Filtri di rete Ethernet garantiscono invece un buon livello di protezione contro le scariche elettrostatiche che si possono generare durante i temporali e iniettate sulla rete Ethernet danneggiando schede di rete e apparati elettronici collegati tramite porte LAN/WAN. Le sovratensioni possono causare problemi su larga scala e persino generare perdite di dati. Il dispositivo, opportunamente installato, filtra e trasferisce a terra queste scariche evitando il danneggiamento dell’hardware connesso in rete. Viene sovente utilizzato in sistemi con antenne Wifi Indoor/Outdoor, Ponti Radio e Alimentazioni di apparati tramite PoE o come protezione aggiuntiva sulla rete interna. Molti prodotti sul mercato hanno connessione passante con elevata larghezza di banda e presa RJ45 fino a 10 Giga e quindi facilmente installabile senza creare problemi di performance alla rete Ethernet a patto di acquistare prodotti di buona qualità. I filtri possono essere singoli o modulari per coprire differenti esigenze e dimensioni dell’infrastruttura.
Molto importante! Il morsetto di terra, del filtro, deve essere collegato alla terra dell’impianto elettrico. La protezione risulta tanto più efficace quanto minore è la resistenza dell’impianto di terra: è necessario che tale impianto sia conforme alle norme CEI 64-8/5.

I Filtri  Telefonici/XDSL

I Filtri  Telefonici/XDSL sono quelli più sottovalutati in fase di implementazione dei sistemi UC, soprattutto dagli installatori che provengono dall’area informatica. Il cablaggio (classico doppino telefonico) che dalla centrale arriva all’ingresso del nostro Router/PBX non è assolutamente immune da scariche elettriche…anzi! I Dispositivi di protezione per Linee Telefoniche/XDSL devono essere impiegati per proteggere,dalle sovratensioni e dai disturbi presenti sulla linea telefonica, le apparecchiature elettroniche (tipo Centralini PBX, Interfaccie, ecc.) collegate. Ci sono anche dispositivi con presente un filtro XDSL con uscita dedicata. Le protezioni vanno inserite non solo sulle linee principali ma anche sulle linee derivate che prevedono un percorso esterno al fabbricato o linee alle quali siano collegati apparecchi con alimentazione a 230 Volt.

Molto importante! Il morsetto di terra, delle Protezioni per linee telefoniche, deve essere collegato alla terra dell’impianto elettrico. La protezione risulta tanto più efficace quanto minore è la resistenza dell’impianto di terra: è necessario che tale impianto sia conforme alle norme CEI 64-8/5.
Non tutti i filtri sono affidabili allo stesso modo. Il consiglio è quello di utilizzare brand storici (un po’ più costosi ma sicuramente più affidabili) che forniscono prodotti con un buon isolamento e bassissima attenuazione, protezione PTC (protezione termica). Questi ultimi, una volta installati, non richiedono alcuna operazione da parte dell’utilizzatore. Ci sono filtri con linea singola o multilinea a seconda dell’esigenza installativa.
Una buona protezione a monte del vostro sistema telefonico/XDSL garantirà affidabilità e sicurezza sulle vostre infrastrutture UC e, più in generale, sull’intera infrastruttura IT.