ENTITÀ DEI DANNI IN DATA CENTER

La dimensione dei costi dovuti a guasti (Blackout) dei Data Center ha reso necessaria la conduzione di studi specifici inerenti a questa problematica. Negli Stati Uniti ed in Inghilterra è attiva da diversi anni la tabulazione a fini statistici di questi costi, che vengono generalmente espressi in Importo Perso per Record. Già nell’anno 2010 il Ponemon Institute del Michigan ha quantificato in € 215 la Perdita per Record. La Perdita complessiva in occasione dell’evento più negativo registrato è stata quantificata in € 625.000. Lo stesso Istituto, analizzando in dettaglio 51 casi di Blackout di Data Center di dimensioni medie attivi in 15 diversi settori tra i quali l'Industriale e il Terziario, ha riscontrato che in caso di downtime il tempo medio di ripristino è di circa 130 minuti con un costo all’Azienda che può arrivare a € 480.000 pari ad una perdita di 3.690 €/minuto.
Per Aziende che operano nel settore delle Telecomunicazioni e nell’e-commerce le perdite possono anche raggiungere gli 8.000 €/minuto. Queste cifre parlano da sole e spiegano chiaramente perché la protezione deve essere realizzata al massimo livello possibile e presa in seria considerazione sin dalla fase progettuale.

SORGENTI DEI DANNI

I fenomeni di fulminazione diretta sono le sorgenti principali di devastanti effetti distruttivi; le scariche indirette ed i disturbi elettromagnetici condotti in alta frequenza sono le sorgenti di numerosi danni la cui origine non è di facile identificazione, ma i cui effetti sono altrettanto terribili per impianti in cui la continuità d’esercizio è indispensabile. Tutti questi fenomeni devono essere opportunamente intercettati al fine di proteggere gli impianti collegati alla rete e garantirne così l’integrità e l’indispensabile continuità di esercizio. Tale aspetto è particolarmente rilevante quando le apparecchiature da proteggere sono server collocati all’interno di Data Center, CED, impianti di TLC o DCS per la supervisione e il controllo dei processi industriali dove la continuità di servizio e l’integrità dei dati sono elementi imprescindibili. Alla luce di tali problematiche è essenziale inserire in questi impianti dispositivi di protezione preposti non solo alla protezione dalle scariche dirette o indirette ma anche in grado di far fronte a tutte le tematiche di sicurezza e continuità d’esercizio che si possono manifestare in occasione di fine vita degli stessi o più semplicemente dovute al loro naturale degrado in occasione dell’attività che sono chiamati a svolgere. Per far questo occorre selezionare e installare SPD di prestazioni elevate in tutti i loro parametri. La sottovalutazione e banalizzazione del problema in questo caso può portare a eventi catastrofici. È una tematica che va assolutamente affrontata con ed esclusivamente specialisti della protezione dalle scariche atmosferiche e sovratensioni.

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PARAMETRI PER IL DIMENSIONAMENTO E LA SELEZIONE DEGLI SPD

Per meglio comprendere cosa s'intende con "elevato grado delle prestazioni" necessarie per queste apparecchiature di protezione dal LEMP (Impulso elettromagnetico del fulmine), dai disturbi elettromagnetici in alta frequenza e resistere alle sollecitazioni generate all'interno della stessa rete di alimentazione (quali sovratensioni di commutazione e sovratensioni temporanee TOV dovute a perdite di isolamento in impianti MT e BT) è fondamentale analizzare e valutare i seguenti parametri:

• ampiezza delle sovratensioni e sovracorrenti di origine atmosferica, commutazione e TOV;
• livelli di protezione nei confronti di varie ampiezze delle correnti impulsive e loro forme d'onda;
• tenuta alla corrente di corto circuito;
• caratteristica di comportamento alle sovratensioni temporanee U_TOV;
• tempo d’intervento;
• monitorizzazione progressiva del livello di degrado dell’SPD e conseguente segnalazione di allarme preventivo;

I sopraccitati punti vengono di seguito presi in considerazione individualmente.

SOVRATENSIONI E SOVRACORRENTI DI ORIGINE ATMOSFERICA E COMMUTAZIONE

Gli SPD, in funzione dei parametri della corrente del fulmine che sono chiamati a condurre a terra, sono provati e quindi classificati in modo diverso secondo la norma IEC 61643-01 (2024-12) e IEC 61643-11 (2025-06) che li suddivide come segue:

• SPD di Tipo 1: provati con la corrente impulsiva I_imp (10/350 μs);
• SPD di Tipo 2: provati con la corrente nominale di scarica I_n (8/20 μs);
• SPD di Tipo 3: provati con il generatore combinato che applica a vuoto una tensione U_oc (1,2/50 μs) ed in corto circuito una corrente presunta I_cw (8/20 μs);

SOVRATENSIONI TEMPORANEE TOV

Le sovratensioni temporanee, dette anche TOV, sono caratterizzate da due parametri: Tempo e Ampiezza. Il tempo dipende primariamente dal tipo di messa a terra del sistema di alimentazione (ciò include entrambi i sistemi, sia quello di media che quello di bassa tensione), mentre l’ampiezza U dipende dalla massima tensione continuativa del sistema di alimentazione di bassa tensione. È importante che la caratteristica di comportamento dell’SPD alle TOV sia quella di "tenuta" e non di semplice "sicurezza" che di fatto accetta il fine vita dello scaricatore di sovratensioni in tale occasione. Per far si che l'SPD superi indenne questi possibili guasti della rete, siano essi generati sul lato MT che BT, la Massima tensione Continuativa dell’SPD U_c deve essere di almeno 335 V per un sistema a 230/400 V ca.

LIVELLO DI PROTEZIONE

Il livello di protezione offerto dal sistema di SPD va coordinato con la tensione d’isolamento all'impulso delle apparecchiature da proteggere, detto anche livello di resistibilità. Il livello di protezione in funzione dell’immunità dell’utilizzatore, detto anche livello di immunità, va coordinato con la tensione impulsiva che determina malfunzionamenti, errori o guasti dell’apparecchiatura da proteggere. Anche in questo caso la verifica viene condotta con l’utilizzo del generatore alla corrente impulsiva minima di I_imp 25kA (10/350 μs) e U_p ≤1250 V.

I parametri qualificanti relativi al livello di protezione devono essere valutati alla Corrente Nominale I_n non minore di 60 kA (8/20 μs) con U_p ≤1700 V, alla Corrente Impulsiva I_imp non minore di 25 kA 10/350 μs con U_p ≤1250V e al basso valore di corrente di cresta di 1 kA con U_p ≤750V. Rispettando questi valori le apparecchiature sensibili rispettose dei livelli di resistibilità e immunità previsti dalle Norme specifiche sono usualmente protette.

TENUTA ALLA CORRENTE DI CORTO CIRCUITO

L’SPD, durante la funzione di protezione dalle sovratensioni è attraversato anche dalla corrente di corto circuito. L'SPD deve prevenire la circolazione della corrente seguente di rete (NFC - No Follow Current) affinchè non si degradi durante la sua normale attività di protezione. Il valore della massima Corrente di Corto Circuito nel punto d'installazione degli scaricatori I_sccr dipende dall’impianto ma generalmente in questa applicazione non supera i 50 kA eff.

TEMPO D’INTERVENTO

Il tempo d’intervento dell’SPD è trascurato dalla norma di prodotto IEC 61643-11 Ed. 2 (2025-06). Tuttavia, i tempi di danneggiamento dei semiconduttori presenti nelle apparecchiature elettroniche fanno sì che esso costituisca un aspetto non secondario. Le sovratensioni impulsive che si manifestano nell’impianto sono nell’ordine dei μs, i tempi d’intervento degli SPD sono nell’ordine dei ns, i tempi di danneggiamento di alcuni semiconduttori sono nell’ordine dei ps. Questa semplice considerazione ci porta ad asserire che maggiore è la velocità dell’SPD nello svolgere la funzione di protezione, migliore è la sua prestazione. Un buon valore del tempo d’intervento per quest’applicazione è ≤ 25 ns.

INDICAZIONE PROGRESSIVA DELL’INDICATORE DI STATO DELL’SPD

L’attività di verifica dell’impianto di protezione contro le sovratensioni e fulmini, come richiesto dalla Guida CEI 81-2 (2013-02) è essenziale non solo per il rispetto normativo ma soprattutto per garantire la continuità d’esercizio e la prevenzione di possibili effetti catastrofici già più volte evidenziati. Questa funzione è visualizzata localmente dal cambio di colore della finestra dell'indicatore di stato. Il passaggio dal colore iniziale verde (piene prestazioni) a quello totalmente giallo (prestazioni minime) avviene in modo progressivo. Il colore in tal modo indica le effettive prestazioni residue dello scaricatore, informazione completa e necessaria rispetto alla semplice segnalazione di raggiunto fine vita.
Il successivo passaggio, dal colore giallo a quello rosso, indica il raggiunto fine vita dello scaricatore.
Il Vantaggio dell’indicazione progressiva della riduzione delle prestazioni dello scaricatore consente di ottimizzare la decisione relativa alla sua sostituzione da parte del personale addetto alla manutenzione. Gli scaricatori devono essere dotati del contatto in scambio per la segnalazione remota di allarme. È veramente importante che il contatto venga attivato quando le prestazioni sono ridotte al minimo (bandierina totalmente gialla) e non quando lo scaricatore ha raggiunto il fine vita (bandierina rossa). L'allarme remoto è quindi di tipo preventivo, lo scaricatore è ancora attivo e in grado di proteggere seppur con prestazioni minime.

IMPIEGO DEGLI SCARICATORI IN AMBIENTI CON ELEVATO INQUINAMENTO CONDUTTIVO (PD3)

Le apparecchiature elettriche ed elettroniche in un Data Center sono primariamente all’interno di ambienti condizionati in temperatura. Spesso però ci si dimentica che proprio gli impianti di condizionamento aria (UTA) sono principalmente all’aperto e generalmente in copertura. Le Unità di Trattamento Aria UTA, che in un Data Center svolgono una funzione essenziale, sono soggette alla naturale formazione di condensa e quindi soggette a inquinamento conduttivo. Anche gli SPD devono essere valutati per la loro capacità di resistere a queste severe condizioni ambientali. È necessario imporre requisiti stringenti nei confronti dell’inquinamento conduttivo. Il Pollution Degree 3 che di fatto rappresenta il grado massimo applicabile soddisfa questa necessità. Le normali distanze d’isolamento interne allo scaricatore così come la capacità di resistere alla tracciatura dell’arco elettrico da parte dei materiali isolanti, nel lungo termine, si sono rilevate inadeguate. Il Pollution Degree 3, è bene che sia considerato per tensioni sino a 500 V ca, in grado cioè di coprire la tensione concatenata e la sua oscillazione massima che può variare da Paese in Paese tra il 10 e il 15%. In sintonia con l’attenzione all'operatività in ambienti “critici” anche la massima temperatura di lavoro è bene che soddisfi la classificazione di Temperature Extended Range.

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