Sovratensioni, le prescrizioni normative

Da un punto di vista teorico, la protezione ideale contro i fulmini sarebbe quella di racchiudere un edificio entro uno schermo metallico perfettamente continuo, di adeguato spessore e messo a terra. Il tutto completato da un’appropriata connessione delle linee entranti nelle struttura nel punto di ingresso nello schermo stesso. Ciò eviterebbe la penetrazione delle correnti di fulmine e dei relativi campi elettromagnetici nella struttura da proteggere ed eviterebbe dannosi effetti termici ed elettrodinamici, nonché il verificarsi di pericolose scariche distruttive e sovratensioni negli impianti interni.

Una simile soluzione, per ragioni pratiche ed economiche, viene adottata solo per installazioni particolari, come le polveriere o i depositi di carburante.

Non potendo realizzare una protezione con adeguate caratteristiche in termini di continuità e spessore, le correnti di fulmine possono di oltrepassare lo schermo, causando danni materiali e pericolo per gli esseri viventi, oltre a guasti negli impianti interni.

Le misure di protezione, adottate per ridurre detti danni e le conseguenti perdite, devono essere progettate con riferimento all’insieme di parametri della corrente di fulmine contro la quale è richiesta la protezione, ovvero il cosiddetto “Livello di protezione contro il fulmine”.

LPL - Livelli di protezione contro il fulmine

Per questa ragione, come si legge nel capitolo 8.2 - Livelli di protezione contro il fulmine (LPL) della CEI EN 62305 (febbraio 2013), sono previsti “quattro livelli di protezione (da I a IV). Per ciascun LPL è quindi fissato un insieme di parametri, minimi e massimi, della corrente di fulmine”. In particolare, viene evidenziato nella norma, “la protezione contro fulmini i cui parametri minimi e massimi della corrente superino quelli relativi all’LPL I richiedono misure di protezione più efficaci che possono essere individuate ed installate con criteri individuali”. Allo stesso modo “la probabilità di accadimento di un fulmine i cui parametri minimi e massimi della corrente superino quelli relativi all’ LPL I è inferiore al 2 %”.

“I valori massimi dei parametri della corrente di fulmine relativi all’LPL I presentano una probabilità di non essere superati pari al 99 %. In accordo con il rapporto tra le polarità assunto, i valori riportati per i fulmini positivi presentano una probabilità di non essere superati pari al 10% mentre quelli riportati per i fulmini negativi presentano una probabilità di non essere superati pari all’1%.

I valori massimi dei parametri della corrente di fulmine relativi all’LPL I sono ridotti al 75% per l’LPL II e al 50% per l’LPL III e IV (lineare per I, Q e di/dt, quadratico per W/R). Rimane invariato il parametro tempo.

Per aiutare a dimensionare correttamente l'impianto di protezione, la norma propone una tabella (Tab. 3) in cui sono riportati i valori massimi dei parametri delle correnti di fulmine per i diversi LPL (sezione dei conduttori, spessore delle guaine metalliche, caratteristiche degli SPD, distanze di isolamento per evitare scariche pericolose). L'allegato D, invece, definisce i parametri di prova nelle simulazioni degli effetti del fulmine sui componenti.

I valori minimi dell’ampiezza della corrente di fulmine per i diversi LPL sono utilizzati per determinare il raggio della sfera rotolante che delimita la zona LPZ in cui è impedita la penetrazione del fulmine.

I valori minimi dei parametri della corrente di fulmine ed i relativi raggi della sfera rotolante (riassunti in un'apposita tabella) sono infine impiegati per il posizionamento degli sistema di captatori e per definire la zona di protezione LPZ

La norma specifica, comunque, che “Le misure di protezione specificate nella CEI EN 62305-3 ed CEI EN 62305-4 sono efficaci contro i fulmini i cui parametri di corrente siano nel campo di variazione definito dal LPL assunto nel progetto. L’efficienza delle misure di protezione è perciò assunta uguale alla probabilità con cui i parametri della corrente di fulmine stanno entro detto campo. Per parametri al di fuori di detto campo rimane un residuo rischio di danno”.

LPZ - Zone di protezione contro il fulmine

Le misure di protezione - quali LPS, funi di guardia, schermature e SPD, determinano le zone di protezione (LPZ). Una LPZ a valle di misure di protezione è caratterizzate da una significativa riduzione del LEMP in confronto con l’LPZ a monte.

In funzione della severità degli effetti dovuti al fulmine sono definite le seguenti zone di protezione (LPZ) :

• LPZ 0A: zona dove il pericolo è dovuto alla fulminazione diretta e dall’esposizione al totale campo elettro magnetico. Gli impianti interni possono essere soggetti alla corrente di fulmine (totale o parziale);
• LPZ 0B: zona protetta contro la fulminazione diretta, ma dove il pericolo è l’esposizione al totale campo elettro magnetico. Gli impianti interni possono essere soggetti a frazioni della corrente di fulmine;
• LPZ 1: zona in cui la corrente è limitata dalla suddivisione della corrente di fulmine e dalla presenza di interfacce di separazione e/o SPD al confine della zona stessa. Schermi locali possono attenuare il campo elettromagnetico associato alle correnti di fulmine;
• LPZ 2…n zona in cui la corrente è ulteriormente limitata dalla suddivisione della corrente di fulmine e dalla presenza di interfacce di separazione e/o di ulteriori SPD ai confini delle diverse zone. Schermi locali addizionali possono essere utilizzati per attenuare ulteriormente il campo elettromagnetico.

Come regola generale per la protezione, la struttura da proteggere deve essere all’interno di una LPZ in cui le caratteristiche del campo elettromagnetico siano compatibili con la capacità della struttura stessa di resistere alle sollecitazioni che possono dare luogo al danno indesiderato (danno materiale, guasto di impianti elettrici ed elettronici dovuti a sovratensioni).

Protezione per limitare i danni

Le strutture da proteggere devono essere all’interno di una zona LPZ 0B o di rango superiore.

Ciò è ottenuto mediante un impianto di protezione contro il fulmine (LPS). Un LPS è costituito da un impianto di protezione interno e da uno esterno. Le funzioni di un impianto di protezione esterno sono:

• intercettare il fulmine sulla struttura (mediante il sistema di captatori)
• condurre a terra in modo sicuro le correnti di fulmine (mediante il sistema di calate)
• disperdere le correnti sopraccitate nel suolo (mediante il sistema di dispersori).

La funzione di un impianto di protezione interno è quella di prevenire scariche pericolose all’interno della struttura utilizzando collegamenti equipotenziali o rispettando la distanza di sicurezza, s, (e quindi realizzando un isolamento elettrico) tra i componenti dell’LPS e gli altri elementi conduttori interni alla struttura.

Sono definiti, mediante un insieme di regole costruttive, quattro tipi di LPS (I, II, III e IV) basati sui corrispondenti LPL. Ciascun insieme comprende regole di costruzione dipendenti dal LPL (es.: raggio della sfera rotolante, larghezza delle maglie, ecc.) e regole di costruzione indipendenti dal LPL (es.: sezioni, materiali, ecc.).

Se la resistività superficiale del suolo all’esterno della struttura e del pavimento interno alla struttura stessa sono ridotte il pericolo di danno agli esseri viventi per le tensioni di contatto e di passo può essere ridotto:

• esternamente alla struttura, mediante l’isolamento delle masse, l’equipotenzializzazione realizzata con un dispersore magliato, barriere e cartelli ammonitori;
• internamente alla struttura, mediante l’equipotenzializzazione delle linee nel punto di ingresso nella struttura.

L’LPS deve essere conforme ai requisiti della CEI EN 62305-3.