I sistemi di protezione contro i fulmini possono prevenire un evento naturale che genera una corrente elevata, compresa tra 2 e 200 kA, che colpisce tutti i sistemi elettronici entro un raggio di 2 chilometri dal fulmine. Pertanto, sistemi di protezione come parafulmini e gabbie di Faraday sono progettati per garantire la sicurezza degli edifici. Inoltre, questi sistemi proteggono anche da sovratensioni improvvise che possono verificarsi in pochi microsecondi e, se non controllate, possono causare gravi perdite di vite umane e danni materiali.

Cosa sono i sistemi di protezione contro i fulmini?

I sistemi di protezione contro i fulmini sono una soluzione ingegneristica integrata progettata per proteggere strutture e impianti dagli effetti fisici ed elettrici dei fulmini. Il loro scopo principale è prevenire perdite di vite umane e danni materiali, convogliando in modo sicuro l'energia del fulmine verso terra.

L'importanza dei sistemi di protezione contro i fulmini

Rispetto a disastri naturali come incendi, terremoti e inondazioni, fulmini e sovratensioni si verificano più frequentemente e quindi causano danni maggiori. Per questo motivo, dotare ogni edificio e impianto di sistemi di protezione contro i fulmini è di fondamentale importanza. Elementi di commutazione, armoniche e cadute di tensione causano danni economici significativi, proprio come i fulmini stessi. In particolare, a causa del campo magnetico e delle caratteristiche impulsive emesse durante un fulmine, quest'ultimo può penetrare negli impianti attraverso linee parallele. Pertanto, isolare il più possibile l'impulso è di fondamentale importanza.

È fondamentale che i sistemi di protezione contro i fulmini siano progettati e implementati da ingegneri esperti. Anche il più piccolo errore nell'implementazione del sistema può portare al fallimento dell'intero progetto. Pertanto, i sistemi di protezione contro i fulmini e di messa a terra devono essere installati da aziende specializzate.

Oggi, molte attività sociali come l'industria, il commercio, i servizi e l'assistenza sanitaria dipendono dal corretto funzionamento dei dispositivi elettrici ed elettronici. La causa più frequente di guasto del sistema sono le sovratensioni improvvise, che interrompono la trasmissione dei dati e causano danni alle apparecchiature. Le misurazioni effettuate prima e dopo l'installazione dei sistemi di protezione contro i fulmini sono essenziali per la loro corretta implementazione. I valori di resistenza ottenuti sono determinati secondo norme specifiche. L'obiettivo primario è dirigere la sovratensione in modo controllato. Inoltre, l'utilizzo di un dispositivo di collegamento a spinterometro è importante sia per la sicurezza delle persone che per quella dei sistemi elettronici.

Per prevenire danni ad apparecchiature sempre più sensibili, la perdita di dati critici e la protezione degli impianti grazie al progresso tecnologico, è necessaria l'implementazione completa dei quattro passaggi fondamentali di un sistema di protezione contro i fulmini. Questi passaggi sono:

• Sistema di messa a terra
• Sistema equipotenziale
• Sistema di protezione contro i fulmini esterno
• Sistema interno di protezione contro i fulmini

Questi sistemi sono elencati in questo modo ed è essenziale che lavorino insieme in modo integrato.

Sistemi di protezione contro i fulmini esterni

Sono progettati per catturare e trasmettere in sicurezza i fulmini al suolo. I sistemi più comunemente utilizzati includono:

Sistemi di protezione contro i fulmini

I sistemi di protezione contro i fulmini sono costituiti da tre componenti principali:

• Terminali d'aria (barre) : sporgenze verticali progettate per accogliere le scariche dei fulmini. Sono solitamente dotate di una sfera appuntita, liscia e levigata.
• Cavi conduttivi : si tratta di strutture pesanti che conducono la corrente dei fulmini dall'alto verso il basso. Corrono lungo i bordi del tetto e sono collegati al terreno in uno o più angoli sotto la struttura.
• Aste di messa a terra : si tratta di aste lunghe e spesse, inserite attorno alla struttura per la messa a terra. I cavi conduttivi sono collegati a queste aste per protezione.

Applicazione della gabbia di Faraday

Le gabbie di Faraday sono preferite per proteggere strutture basse, soprattutto quelle prive di edifici alti o sporgenze taglienti. Questo sistema sfrutta una combinazione di design a rete e un metodo per creare un angolo di protezione.

Le caratteristiche principali del sistema sono le seguenti:

• La distanza di visione varia tra 5 e 20 metri, a seconda dell'attività richiesta.
• La distanza tra due conduttori di discesa è regolata tra 10 e 20 metri, a seconda del livello di protezione.
• La maggior parte della corrente del fulmine viene trasmessa attraverso i conduttori e i sistemi di messa a terra più vicini al punto di impatto.

Inoltre, la struttura a gabbia di Faraday riduce significativamente il campo elettromagnetico al suo interno, proteggendo i sistemi elettronici dagli effetti magnetici dei fulmini. Inoltre, poiché le correnti dei fulmini sono separate in più conduttori, la protezione è più affidabile.

È importante sottolineare che i sistemi di protezione contro i fulmini esterni devono essere supportati da un collegamento equipotenziale e da un sistema di scaricatori di sovratensione a bassa tensione per funzionare efficacemente. Questa integrazione aumenta la capacità di protezione del sistema e crea una struttura più affidabile.

Sistemi di protezione interna contro i fulmini

Un fulmine che colpisce un sistema di protezione contro i fulmini esterno può essere assorbito al massimo dal terreno fino al 50%. Pertanto, i sistemi di protezione contro i fulmini interni sono indispensabili per la sicurezza elettrica degli edifici. Inoltre, i sistemi di protezione contro i fulmini interni proteggono gli impianti elettrici e i dispositivi collegati da sovracorrenti e sovratensioni improvvise. Questi sistemi sono costituiti da moduli di protezione di Classe B, C e D.

Affinché tutti questi sistemi funzionino efficacemente, è necessario un sistema di messa a terra conforme alla norma IEC 62305. Pertanto, la resistenza di messa a terra deve essere ridotta all'ordine di 5 ohm e il sistema deve essere supportato da un collegamento equipotenziale.

Protezione da sovratensione

I sistemi di protezione interna contro i fulmini proteggono dalle sovratensioni dirette verso i sistemi all'interno di un edificio grazie all'accoppiamento induttivo-capacitivo e alle differenze di potenziale. In particolare, anche un fulmine che cade a 2 km di distanza da un edificio può potenzialmente creare lo stesso effetto.

I sistemi di protezione contro le sovratensioni sono classificati come segue:

• Classe B (Tipo 1) : utilizzati nei quadri di ingresso principali, questi sistemi sono progettati per limitare gli effetti dei fulmini ad alta energia.
• Classe C (Tipo 2) : utilizzati nei sottoquadri, questi sistemi proteggono le apparecchiature dalle sovratensioni che si verificano nella rete.
• Classe D (Tipo 3) : Sviluppati per la protezione di dispositivi elettronici sensibili, questi sistemi forniscono protezione diretta al dispositivo stesso.

Sicurezza dei dispositivi elettronici

I sistemi di protezione contro i fulmini sono di grande importanza anche per la protezione dei dispositivi elettronici. Molti componenti utilizzati oggi nei settori commerciale e industriale contengono circuiti elettronici sensibili. Pertanto, necessitano di protezione da correnti che vanno da 30.000 a 300.000 ampere generate durante le scariche elettriche.

Moduli appositamente progettati vengono utilizzati per proteggere le stazioni trasmittenti e riceventi, in particolare quelle appartenenti ai sistemi di comunicazione. Inoltre, nelle applicazioni in cui la trasmissione del segnale avviene tramite cavo coassiale, come computer, sistemi di elaborazione dati o sistemi video, sono preferibili moduli adattatori con connettori di Classe D per prevenire danni ai dispositivi causati da sovratensioni provenienti dalle linee di segnale.

Inoltre, i sistemi di protezione da sovratensioni sono importanti per proteggere i dispositivi elettronici utilizzati nelle case. Questi sistemi forniscono protezione da pericoli quali sovratensioni di breve durata, armoniche, aumenti e diminuzioni di tensione provenienti dalla rete elettrica.

Un punto importante è che un sistema di protezione contro i fulmini esterno da solo non sarà sufficiente. Un fulmine può danneggiare tutti i dispositivi entro un raggio di 2 km dopo essere caduto. Pertanto, è necessario utilizzare anche un sistema di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione.  

Selezione dei sistemi di protezione contro i fulmini

Si tratta di un processo ingegneristico che richiede un'attenta pianificazione in base alle caratteristiche e ai fattori di rischio della struttura. Durante questo processo, è necessario tenere conto delle caratteristiche strutturali dell'edificio, delle condizioni geografiche e dei fattori di costo.

Sistemi in base alla tipologia di edificio

I sistemi di protezione contro i fulmini variano a seconda della tipologia di edificio. Edifici che immagazzinano materiali esplosivi e infiammabili, teatri, scuole, ospedali, banche, hotel ed edifici pubblici richiedono sistemi di protezione speciali. Inoltre, strutture critiche come centrali elettriche, centri di distribuzione idrica e stazioni di servizio necessitano anch'esse di misure di protezione speciali.

Per ogni edificio, è necessario selezionare sistemi conformi alle norme TS 622, TS IEC 61024 e al Regolamento sulla protezione antincendio degli edifici. Inoltre, è necessario integrare sistemi di protezione contro i fulmini esterni e interni in base ai risultati dell'analisi dei rischi dell'edificio.

L'influenza delle condizioni geografiche

Le caratteristiche dei fulmini della regione giocano un ruolo importante nella scelta del sistema. Quando si conduce un'analisi del rischio, è necessario tenere conto dei dati meteorologici e delle condizioni ambientali.

Effetti dei danni causati dai fulmini

Ogni anno in tutto il mondo si verificano milioni di fulmini, provocando danni ingenti. Gli effetti di questi danni possono essere analizzati in tre ambiti principali.

Rischi per la sicurezza della vita

I fulmini possono avere conseguenze fatali per la salute umana. In caso di fulmini diretti, possono causare arresto respiratorio e cardiaco. Inoltre, i fulmini possono provocare gravi ustioni, danni ai nervi e problemi neurologici permanenti.

Danni al sistema elettronico

I fulmini causano danni ingenti ai sistemi elettronici. In particolare, un singolo fulmine può colpire tutti i dispositivi elettronici entro un raggio di 2 km. Questi effetti includono:

• Danni agli alimentatori
• I sistemi di automazione sono disattivati.
• Guasti che si verificano nelle linee di comunicazione e dati.
• Malfunzionamenti che si verificano nei sistemi di telecamere e interruttori.

Perdite economiche

L'impatto economico dei danni causati dai fulmini è piuttosto esteso. In particolare, i danni agli impianti di produzione di energia elettrica comportano le seguenti conseguenze:

• Perdita di reddito derivante dall'interruzione della produzione.
• Perdite nei sistemi di alimentazione in loco
• Guasti nei sistemi di dati
• Danni fisici alle attrezzature sul campo.

Inoltre, i fulmini comportano rischi di incendio ed esplosione. Ciò può comportare maggiori perdite economiche, soprattutto negli impianti contenenti materiali infiammabili ed esplosivi. Inoltre, gli effetti del campo elettromagnetico derivanti dai fulmini possono causare danni indiretti agli impianti. I costi di riparazione per questi danni possono essere piuttosto elevati.

Il ruolo critico della messa a terra nei sistemi di protezione contro i fulmini

Esiste uno stretto legame tra la messa a terra e la protezione dai fulmini per la sicurezza degli impianti elettrici. Un sistema di messa a terra protegge edifici e apparecchiature elettroniche riducendo gli effetti dei fulmini.

Requisiti di messa a terra di base

La messa a terra di base è il metodo più fondamentale applicato nelle installazioni in cui scorrono forti correnti e potenzia l'effetto dell'equalizzazione del potenziale. Per questo sistema sono stati determinati i seguenti requisiti tecnici:

• Utilizzo di nastro zincato (lunghezza minima 20-30 metri)
• Il diametro delle barre conduttive deve essere compreso tra 12,5 mm e 40 mm.
• La resistenza di messa a terra deve essere mantenuta bassa.

L'elettrodo di messa a terra delle fondamenta deve essere realizzato come un anello chiuso e posizionato nelle fondamenta delle pareti esterne dell'edificio. Inoltre, negli edifici di grandi dimensioni, l'elettrodo di messa a terra delle fondamenta deve essere suddiviso in sezioni di 20x20 metri.

Sistema di collegamento equipotenziale

Il sistema di collegamento equipotenziale garantisce la sicurezza impedendo che si verifichino differenze di tensione tra due punti qualsiasi all'interno dell'impianto. I punti che devono essere collegati a questo sistema sono i seguenti:

• Elettrodo di messa a terra del sistema di comunicazione
• Messa a terra delle fondamenta dell'edificio
• Tubi dell'acqua realizzati in materiale conduttivo.
• Impianto di riscaldamento centralizzato
• Installazione dell'antenna
• Dispositivi di protezione da sovratensione

In particolare, tutte le parti metalliche delle strutture in acciaio devono essere collegate a terra per ottenere un buon effetto di messa a terra. Inoltre, è importante ricordare che i sistemi di messa a terra possono deteriorarsi o perdere la loro efficacia nel tempo.

Utilizzando una polvere che riduce la resistenza di messa a terra , è possibile mantenere la resistenza raggiunta per tutta la vita utile del sistema. Questo materiale offre una soluzione ideale per terreni con scarsa conduttività e aumenta la resistenza al gelo di circa il 10%.

I sistemi di protezione contro i fulmini sono considerati una parte indispensabile degli edifici moderni. La loro importanza è ulteriormente aumentata, soprattutto con l'uso diffuso e la maggiore precisione dei sistemi elettronici. La progettazione e l'implementazione integrate di sistemi esterni, interni, di messa a terra e di collegamento equipotenziale sono essenziali. Investire in sistemi di protezione contro i fulmini è fondamentale per prevenire potenziali perdite di vite umane e danni materiali. Pertanto, è opportuno consultare ingegneri esperti durante le fasi di progettazione e installazione e non trascurare la manutenzione e le ispezioni regolari. Inoltre, i sistemi devono essere mantenuti aggiornati seguendo i progressi tecnologici.

Domande frequenti

Perché sono importanti i sistemi di protezione contro i fulmini?

I sistemi di protezione contro i fulmini sono di fondamentale importanza per prevenire perdite di vite umane e danni materiali. Questi sistemi garantiscono la sicurezza degli edifici e dei loro occupanti prevenendo incendi, interruzioni di corrente e danni alle apparecchiature elettroniche che possono derivare dai fulmini.

Quali sono i componenti di base dei sistemi di protezione contro i fulmini?

I sistemi di protezione contro i fulmini sono in genere costituiti da tre componenti principali: un sistema di terminali aerei (cattura dei fulmini), un sistema di calate e un sistema di messa a terra. Questi componenti lavorano insieme per convogliare in modo sicuro l'energia dei fulmini verso terra.

Qual è la differenza tra un parafulmine e una gabbia di Faraday?

Un parafulmine è un'asta appuntita, solitamente posizionata nel punto più alto di una struttura, che ha lo scopo di catturare i fulmini in un unico punto. Una gabbia di Faraday, invece, è un sistema a maglie conduttive che circonda completamente la struttura e fornisce una protezione più completa distribuendo l'energia del fulmine su tutta la superficie dell'edificio.

Perché sono necessari sistemi interni di protezione contro i fulmini?

I sistemi di protezione contro i fulmini interni proteggono i dispositivi elettronici e gli impianti elettrici all'interno di un edificio da sovratensioni e sovracorrenti. Questi sistemi prevengono danni ai sistemi interni causati da energia che i sistemi di protezione contro i fulmini esterni non sono in grado di catturare o trasmettere.

Con quale frequenza è necessario sottoporre a manutenzione i sistemi di protezione contro i fulmini?

Si raccomanda di ispezionare e sottoporre a manutenzione regolarmente i sistemi di protezione contro i fulmini, almeno una volta all'anno. Tuttavia, questo intervallo di tempo può variare a seconda delle condizioni climatiche e della frequenza dei fulmini nella regione in cui si trova il sistema. Una manutenzione regolare è fondamentale per preservare l'efficacia e l'affidabilità del sistema.