La verifica delle misure di protezione contro i fulmini

La verifica delle strutture e dei componenti esterni

Questi componenti sono distinti in tre parti:

– i captatori, soggetti a sopportare l’impatto del fulmine;

– le calate destinate a convogliare a terra le correnti di fulmine e a sopportare le sollecitazioni elettrodinamiche;

– il dispersore  destinato a disperdere nel terreno le correnti di fulmine e a mantenere basse le tensioni impulsive.

Si deve ricordare che, con la sola eccezione del captatore, per il quale si considera la concentrazione del fulmine in un solo punto di impatto (situazione più gravosa), nelle calate e nel dispersore le correnti si dividono in una o più parti, secondo regole complesse non trattate dalla nuova Guida.

Con riferimento alla figura 4, i componenti destinati alla captazione della corrente di fulmine devono essere dimensionati in modo da non subire danni di tipo termico o elettrodinamico che sono sempre funzione della corrente di fulmine.Tale corrente può assumere valori estremamente variabili che vanno da oltre 200 kA a poche migliaia di ampere.

Con riferimento alla figura 5 nelle calate possono verificarsi rotture per effetti elettrodinamici dovuti alla repulsione fra correnti controverse e alla attrazione fra correnti equiverse.

Si ricorda che la forza elettrodinamica è direttamente proporzionale al quadrato della corrente e inversamente proporzionale alla distanza  tra i conduttori paralleli, secondo una relazione del tipo F = 2 x 10^-7 i² l/d. Trattandosi di correnti dell’ordine del centinaio di kA, con distanze dell’ordine di qualche decimetro si hanno forze di un certo rilievo  che possono sfilare cavi dai morsetti,  aprire o incurvare cappi o curve.

Il dispersore deve essere unico e integrato con quello dell’impianto di terra per la protezione contro i contatti indiretti.

Si deve tener presente che la  dispersione delle correnti di fulmine,  che sono di tipo impulsivo a rampa ripida, richiede provvedimenti di simmetrizzazione delle correnti disperse nel terreno  e perciò non è in genere sufficiente il criterio ordinario basato sulla riduzione della resistenza ma va dimensionato con il diagramma riportato in figura 6.

Le normativa vigente prevede a tale scopo due tipi di dispersore:

– tipo A: ad elementi singoli,

– tipo B: ad anello.

L’area racchiusa dall’anello deve essere tale  che l’area circolare equivalente abbia raggio non inferiore alla lunghezza determinata con il diagramma. L’anello deve essere interrato per almeno l’80% del perimetro. Tutti gli elementi da interrare devono avere dimensioni non inferiori a quelle indicate  nelle tabelle riportata nella stessa figura 6.

I limitatori di sovratensioni

La funzione di gran lunga più importante dei limitatori  rimane la protezione contro le sovratensioni impulsive degli apparecchi sensibili. In questo caso sono da considerare solo i tipi adatti alla protezione contro le i sovratensioni  di origine atmosferica. Questi limitatori presentano importanti semplificazioni rispetto agli ordinari, essendo necessaria la limitazione della tensione residua (il fulmine dura pochi micro secondi). Il principio di funzionamento è abbastanza intuitivo; si tratta di  una resistenza il cui valore varia in funzione inversa alla tensione applicata:

– fino alla tensione di innesco la resistenza è elevatissima e lo scaricatore si comporta come un isolatore;

– superata la tensione di innesco si ha una repentina diminuzione della resistenza e lo scaricatore si comporta come un conduttore di resistenza trascurabile.

Durante la scarica la resistenza però non è nulla ma dà luogo a una tensione residua caratteristica che risulta applicata al componente  ma che, come detto, nel caso del parafulmine non ha effetti negativi.

Con riferimento alla figura 7, i tipi adatti impiegati contro i fulmini sono tre:

1. gli spinterometri basano il loro principio di funzionamento su celle di soppressione deion; sono caratterizzati da elevatissime correnti di scarica (anche 100 kA).

2. i varistori sono costituiti da resistenze di ossido di zinco e possono scaricare correnti fino a qualche migliaio di ampere

3. i soppressori sono speciali diodo di Zener, che sfruttano l’effetto valanga. e possono scaricare qualche centinaio di ampere.