Protezione contro le sovratensioni: cosa bisogna notare?

Una protezione efficace contro le sovratensioni non si limita semplicemente all'installazione. Deve essere adattato individualmente al sistema da proteggere e alle condizioni ambientali prevalenti sul posto. Per questo motivo il design e il concept devono essere coerenti. Ciò significa che è necessario tenere conto di molti dettagli, dall'esame delle norme e delle prescrizioni fino alla classificazione in base alla zona di protezione dai fulmini.

Standard di protezione da fulmini e sovratensioni

Le norme nazionali e internazionali forniscono una guida per stabilire un concetto di protezione contro i fulmini e le sovratensioni, nonché per la progettazione dei singoli dispositivi di protezione.

Protezione contro i fulmini secondo IEC 62305:

Parte 1: Caratteristiche dei fulmini

Nella Parte 1 della presente norma [1] vengono prese in considerazione le proprietà caratteristiche dei fulmini, la probabilità che si verifichino e il potenziale pericolo.

Parte 2: Analisi del rischio

L'analisi del rischio secondo la Parte 2 della presente norma [2] descrive un processo con il quale, innanzitutto, si analizza la necessità di protezione contro i fulmini per un sistema fisico. Vengono prese in considerazione diverse fonti di danno, ad es. un fulmine diretto nell'edificio, così come i tipi di danno che ne derivano:

• Impatto sulla salute o perdita di vite umane

• Perdita di servizi tecnici per il pubblico

• Perdita di oggetti insostituibili di significato culturale

• Perdite finanziarie

I vantaggi finanziari vengono determinati come segue: come si rapporta il costo totale annuo per un sistema di protezione contro i fulmini rispetto ai costi di potenziali danni senza sistema di protezione? La valutazione dei costi si basa sulle spese sostenute per la progettazione, il montaggio e la manutenzione del sistema di protezione contro i fulmini.

Parti 3 e 4: aiuti alla pianificazione e specifiche

Se la valutazione del rischio determina che la protezione contro i fulmini è necessaria ed economicamente vantaggiosa, allora il tipo e la portata delle misure specifiche di protezione possono essere pianificati sulla base delle Parti 3 [3] e 4 [4] della presente norma. Il livello di protezione contro i fulmini determinato dalla gestione del rischio è decisivo per determinare il tipo e la portata delle misure.

Per le strutture fisiche che richiedono un livello di sicurezza estremamente elevato, quasi tutti gli attacchi devono essere catturati e portati via in sicurezza. Per i sistemi in cui è accettabile un rischio residuo più elevato, i colpi con ampiezze inferiori non vengono catturati.

Protezione contro le sovratensioni secondo IEC 60364-4-44

Questa norma [5] descrive le condizioni in cui i dispositivi di protezione contro le sovratensioni devono essere utilizzati nei sistemi a bassa tensione per proteggere l'impianto elettrico dalle sovratensioni. Il campo di applicazione è quindi limitato alle sovratensioni causate da influssi atmosferici o come conseguenza di procedure di commutazione trasmesse dal sistema di alimentazione. Non vengono considerate le fulminazioni dirette in un sistema strutturale, ma solo le fulminazioni all'interno o in prossimità delle linee di alimentazione.

Allo stesso modo, i sistemi strutturali con rischio di esplosione nonché le applicazioni strutturali che potrebbero causare danni all’ambiente (ad esempio, impianti petrolchimici o centrali nucleari) non sono inclusi nell’applicazione della norma. Per questi processi deve essere utilizzata esclusivamente la norma sui fulmini IEC 62305.

I dispositivi di protezione contro le sovratensioni dovrebbero essere utilizzati se la sovratensione transitoria potrebbe avere effetti su quanto segue:

• Vite umane, ad esempio sistemi di sicurezza, ospedali

• Istituzioni pubbliche e culturali, ad esempio perdita di servizi pubblici, centri IT, musei

• Attività industriali o commerciali, ad esempio alberghi, banche, sistemi produttivi, aziende agricole.

Misure e dispositivi di protezione di base

Per proteggere in modo coerente un sistema strutturale dai fulmini e dalle sovratensioni, sono necessarie diverse misure di protezione o dispositivi adattati tra loro. Un’ampia divisione può essere fatta come segue:

• Protezione esterna contro i fulmini

• Protezione antifulmine interna

• Messa a terra e collegamento equipotenziale

• Sistema SPD coordinato

Protezione antifulmine esterna

La protezione antifulmine esterna (Fig. 15) ha lo scopo di deviare i fulmini che si avvicinano all'oggetto da proteggere e di trasmettere la corrente del fulmine dal punto in cui colpisce a terra. Pertanto nessun danno può essere causato da effetti termici, magnetici o elettrici. La protezione esterna contro i fulmini è sistematica: è costituita dall'aerotermo, dagli scaricatori e dal sistema di messa a terra.

Protezione antifulmine interna

Il sistema interno di protezione contro i fulmini dovrebbe impedire la formazione di pericolose scintille all'interno del sistema. Le scintille possono essere causate dalla corrente del fulmine nel sistema di protezione antifulmine esterno o in altre parti conduttrici della struttura.

Il sistema di protezione contro i fulmini interno è costituito dal collegamento equipotenziale e dall'isolamento elettrico dei sistemi di protezione dai fulmini esterni.

L'equipotenzialità di protezione contro i fulmini è una combinazione di misure che evitano differenze di potenziale. Collegano principalmente il sistema di protezione contro i fulmini a installazioni metalliche, sistemi interni, nonché sistemi elettrici ed elettronici all'interno del sistema. Ciò avviene tramite linee equipotenziali, dispositivi di protezione contro le sovratensioni o spinterometri sezionatori.

Messa a terra e collegamento equipotenziale

Il sistema di messa a terra ha lo scopo di distribuire e scaricare a terra la corrente di fulmine catturata. In questo caso il tipo di sistema di messa a terra è più importante della resistenza di terra. La corrente del fulmine è un impulso molto breve che si comporta come una corrente ad alta frequenza. È importante anche un collegamento equipotenziale efficace. Il collegamento equipotenziale collega tra loro tutte le parti elettricamente conduttrici tramite conduttori – i conduttori attivi sono protetti da dispositivi di protezione contro le sovratensioni. In questo modo, essoprotegge da tutti i tipi di accoppiamenti.

Sistema SPD coordinato

Per sistema SPD coordinato si intende un sistema multilivello di dispositivi di protezione contro le sovratensioni coordinati tra loro.

Si consigliano i seguenti passaggi per ottenere un sistema SPD ad alte prestazioni.

• Dividere il sistema strutturale in zone di protezione dai fulmini

• Integrare tutte le linee che attraversano zone diverse nell'equipotenzialità locale utilizzando idonei SPD

• Coordinare diverse tipologie di SPD: i dispositivi devono indirizzarsi tra loro in modo selettivo per evitare il sovraccarico dei singoli componenti

• Utilizzare linee di alimentazione corte per il collegamento in parallelo degli SPD tra conduttori attivi e collegamento equipotenziale

• Posare separatamente le linee protette e quelle non protette

• Solo apparecchiature di terra tramite il rispettivo SPD (consigliato)

Zone di protezione contro i fulmini

La decisione su dove installare i dispositivi di protezione contro le sovratensioni all'interno di un sistema strutturale si basa sul concetto di zona di protezione contro i fulmini spiegato nella Parte 4 della norma sulla protezione contro i fulmini IEC 62305 [4].

Divide i sistemi strutturali in zone di protezione dai fulmini (LPZ) e lo fa dall'esterno verso l'interno con livelli di protezione dai fulmini decrescenti. Nelle zone esterne possono essere utilizzati solo mezzi resistenti. Tuttavia, nelle zone interne, possono essere utilizzate anche apparecchiature sensibili. Le singole zone sono caratterizzate e denominate come segue:

LPZ 0A

Area non protetta all'esterno di un edificio in cui sono possibili fulmini diretti. Accoppiamento diretto delle correnti di fulmine in linee, campo magnetico non attenuato del fulmine

LPZ 0B

Area esterna all'edificio protetta dalla fulminazione diretta tramite aerotermo. Il campo magnetico non attenuato del fulmine ha indotto solo correnti transitorie sulle linee.

LPZ1

Area all'interno dell'edificio che può essere ancora soggetta a sovratensioni o correnti transitorie ad alta energia e a forti campi elettromagnetici

LPZ2

Area all'interno di un edificio che può essere ancora soggetta a sovratensioni o correnti impulsive e a campi elettromagnetici già notevolmente indeboliti.

LPZ3

Area all'interno dell'edificio che può essere esposta solo a sovratensioni o correnti di spunto estremamente basse o quasi assenti e a campi elettromagnetici molto deboli o inesistenti.

Tutte le linee che attraversano le zone devono utilizzare dispositivi di protezione contro le sovratensioni coordinati. I loro valori di potenza si basano sulla classe di protezione da raggiungere, che viene determinata in base alle disposizioni di legge o mediante l'analisi dei rischi. Quando si tratta di scegliere i dispositivi di protezione contro le sovratensioni, utilizzare la norma come base, partendo dal presupposto che 50% della corrente del fulmine verrà scaricata a terra. L'altro 50% della corrente del fulmine viene diretto all'impianto elettrico tramite la rete principaleequipotenziale e da lì deve essere condotto lontano dal sistema SPD.