DEHN - Sicurezza Pianificata

Il concetto di protezione da fulminazione a zone

Le interruzioni di servizio degli impianti e sistemi elettrici sono estremamente fastidiose per i gestori di tali sistemi: ciò che si desidera è che le apparecchiature funzionino senza disturbi nell' "esercizio normale", così come in caso di temporali. I rapporti delle compagnie di assicurazione riguardanti i danni indicano chiaramente che sia nel settore privato (Figura 1), sia negli impianti utilizzati industrialmente (Figura 2) esiste la necessità di migliorare la situazione. Con un concetto di protezione completo questo obiettivo può essere raggiunto. Il concetto di protezione da fulminazione a zone consente al progettista, all'impiantista e al gestore di pianificare, attuare e controllare adeguate misure di sicurezza. In questo modo tutti gli apparecchi, gli impianti e i sistemi interessati possono essere protetti con affidabilità e con una spesa economicamente sostenibile.

Figura 1: Danni all'elettronica nel gennaio 2001, analisi su 7370 casi di danni (Fonte:Württembergische Versicherung AG)	Figura 2: Cause dei danni in media nell'ultimo anno (Fonte: Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V., Berlino 2001)

Le fonti dei disturbi

Le sovratensioni che vengono a instaurarsi in seguito a un temporale sono causate dalla fulminazione diretta/in prossimità o a distanza.

er fulminazione diretta o prossima si intende la caduta di un fulmine sull'impianto di protezione antifulmini di un edificio, nelle sue immediate vicinanze o nei sistemi che penetrano all'interno dell'edificio e sono conduttori di elettricità (per es. linee di alimentazione in bassa tensione, linee di telecomunicazione e di comando, ...). Le correnti e le tensioni impulsive che ne derivano, così come il rispettivo campo elettromagnetico (LEMP), per via della loro ampiezza e del loro contenuto di energia rappresentano una minaccia considerevole per il sistema da proteggere. In caso di fulminazione diretta o in prossimità le sovratensioni sono provocate dalla caduta di tensione nella resistenza impulsiva di terra e dal conseguente aumento di potenziale dell'edificio rispetto all'ambiente circostante: questo rappresenta la sollecitazione più intensa a cui sono sottoposti gli impianti elettrici degli edifici.

I parametri caratteristici della corrente impulsiva che attraversa l'impianto (valore di cresta, velocità di salita della corrente, carica, energia specifica) sono descrivibili con la forma d'onda di una corrente impulsiva di 10/350 µs e, nella normativa internazionale, europea e nazionale, definiscono la corrente di prova utilizzata per i componenti e le apparecchiature di protezione dalla fulminazione diretta.

Oltre alla caduta di tensione nella resistenza impulsiva di terra, per via dell'effetto induttivo del campo elettromagnetico del fulmine, si vengono a creare sovratensioni nell'impianto elettrico dell'edificio e nei sistemi e apparecchi ad esso collegati. L'energia di queste sovratensioni indotte e delle correnti impulsive che ne derivano è notevolmente ridotta rispetto alla corrente impulsiva di fulminazione diretta e pertanto viene definita con l'onda della corrente impulsiva di 8/20 µs. I componenti e gli apparecchi che non devono condurre le correnti provocate dalla fulminazione diretta vengono quindi testati con correnti impulsive di forma d'onda 8/20 µs.

La filosofia della protezione

Per fulminazione a distanza si intende la caduta di un fulmine a una considerevole distanza dall'oggetto da proteggere, sulla rete di linee aeree in media tensione o nelle immediate vicinanze di queste, oppure la scarica di un fulmine da nube a nube.

Analogamente alle sovratensioni induttive, le conseguenze della fulminazione a distanza sull'impianto elettrico di un edificio vengono controllate con apparecchi e componenti dimensionati sull'onda di corrente impulsiva 8/20 µs. Le sovratensioni provocate da manovre di commutazione (SEMP) si vengono a creare, per esempio, attraverso:

• La disinserzione di carichi induttivi (es. trasformatori, bobine di induttanza, motori),
• L'innesco e l'interruzione di archi voltaici (come nel caso di saldatrici ad arco)

Per garantire la disponibilità dei sistemi di distribuzione dell'energia e dei sistemi informatici anche in caso di fulminazione diretta è necessario integrare nell'impianto di protezione antifulmini dell'edificio ulteriori misure per la protezione dalle sovratensioni dei sistemi elettrici ed elettronici. E’ molto importante che vengano prese in considerazione tutte le fonti di sovratensioni. In questo contesto viene applicato il concetto di protezione da fulminazione a zone definito nella norma IEC 62305-4 (DIN V VDE V 0185-4). L'edificio viene così diviso in zone con diverso livello di pericolosità e sulla base di queste zone è possibile definire le misure di protezione necessarie, in particolare gli apparecchi e i componenti per la protezione dai fulmini e dalle sovratensioni. Un concetto di protezione da fulminazione a zone nel rispetto della compatibilità elettromagnetica (EMC) contempla la protezione antifulmini esterna (completa di dispositivo di captazione, dispersione e messa a terra), l'equipotenzialità, la schermatura dei locali e la protezione da sovratensioni per la rete di distribuzione dell'energia e la rete informatica. Per la determinazione delle zone di protezione valgono le definizioni riportate nella Tabella 1.

Protezione LEMP degli impianti degli edifici contenenti sistemi elettrici ed elettronici secondo IEC 62305-4 (DIN V VDE 0185-4)
Zona di protezione da fulminazione	Descrizione
LPZ 0A	Esposta al pericolo di fulminazione diretta, di correnti impulsive di valore max pari a quello della corrente da fulmine e ai rischi determinati dall'intero campo elettromagnetico del fulmine.
LPZ 0B	Protetta dalla fulminazione diretta. Esposta al pericolo di correnti impulsive di valore max pari a quello delle correnti parziali da fulmine e ai rischi determinati dall'intero campo elettromagnetico del fulmine.
LPZ 1	Correnti impulsive ulteriormente attenuate dalla ripartizione delle correnti e da SPD installati nei punti di passaggio da una zona all'altra. Il campo elettromagnetico del fulmine è per lo più attenuato dalla schermatura delle stanze.
LPZ 2	Correnti impulsive ulteriormente attenuate dalla ripartizione delle correnti e da SPD installati nei punti di passaggio da una zona all'altra. Il campo elettromagnetico del fulmine è per lo più attenuato dalla schermatura delle stanze.

Tabella 1: Definizione delle zone di protezione da fulminazione

In base ai requisiti che devono possedere e ai carichi a cui sono sottoposti nel luogo in cui vengono installati, gli apparecchi di protezione da sovratensioni si suddividono in scaricatori di correnti da fulmine, scaricatori di sovratensioni e scaricatori combinati. I requisiti più elevati per quanto riguarda la capacità di scarica sono richiesti agli scaricatori di correnti da fulmine e agli scaricatori combinati, che realizzano il punto di transizione dalla zona di protezione 0A alla zona 1 oppure dalla zona 0_A alla zona 2.

Questi scaricatori devono essere in grado di condurre più volte correnti di fulminazione parziali di forma d'onda 10/350 µs senza provocare distruzioni, in modo da evitare la penetrazione nell'impianto elettrico di un edificio di correnti parziali di fulminazione distruttive. Per la protezione dalle sovratensioni, nel punto di transizione tra la zona di protezione da fulminazione 0B e la zona 1 o in corrispondenza dello scaricatore di correnti di fulminazione a valle del punto di passaggio dalla zona di protezione 1 alla zona 2 e superiori vengono installati scaricatori di sovratensioni. Il loro compito consiste sia nell'attenuare ulteriormente le grandezze residue provenienti dai livelli di protezione a monte, sia nel limitare le sovratensioni indotte nell'impianto o che vengono ad instaurarsi al suo interno.

Queste misure di protezione contro i fulmini e le sovratensioni da adottare nei punti di transizione tra le varie zone di protezione da fulminazione valgono sia per il sistema di distribuzione dell'energia, sia per il sistema informatico. Grazie al complesso delle misure previste dal concetto di protezione da fulminazione a zone nel rispetto della compatibilità elettromagnetica (EMC) è possibile ottenere la costante disponibilità dei sistemi di una moderna infrastruttura.

Equipotenzialità antifulmine Scaricatore per corrente di fulmine (SPD Tipo 1)	Equipotenzialità locale Limitatore di sovratensione (SPD Tipo 2, SPD Tipo 3)
Equipotenzialità antifulmine Scaricatore per corrente di fulmine	Equipotenzialità locale Limitatore di sovratensione