Sistema di protezione contro i sovraccarichi (protezione dai fulmini): schema integrato di protezione esterna e interna

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​1. Contesto e obiettivi della soluzione​

L'attività dei fulmini rappresenta un fattore significativo che minaccia la sicurezza degli edifici, del personale e delle apparecchiature interne. I colpi di fulmine generano correnti dirette ad alta intensità e sovratensioni transitorie. Queste possono non solo causare danni agli edifici e la distruzione fisica delle apparecchiature, ma penetrare anche attraverso linee metalliche come linee di alimentazione e linee di segnale, portando a malfunzionamenti delle apparecchiature elettroniche, perdita di dati e persino a disastri secondari come incendi. Questa soluzione mira a stabilire un sistema di protezione complessivo composto da un Sistema Esterno di Protezione dai Fulmini (ELPS) e Dispositivi di Protezione contro le Sovratensioni (SPD), intercettando, guidando, scaricando ed limitando efficacemente l'energia dei fulmini per massimizzare la sicurezza strutturale dell'edificio e garantire la continuità e la stabilità delle operazioni interne delle apparecchiature e dei sistemi.

​2. Panoramica sui componenti del Sistema di Protezione dai Fulmini (LPS)​

Un Sistema Integrato di Protezione dai Fulmini (LPS) efficace comprende due componenti fondamentali indispensabili e reciprocamente rafforzanti:

• ​Sistema Esterno di Protezione dai Fulmini (ELPS):​​ Progettato principalmente per difendersi dai colpi di fulmine diretti.
• ​Sistema Interno di Protezione dai Fulmini (Sistema di Protezione contro le Sovratensioni, SPD):​​ Progettato principalmente per difendersi dalle sovratensioni transitorie (impulsi) causate dal Pulso Elettromagnetico dei Fulmini (LEMP) che entrano nelle apparecchiature attraverso le linee.

​3. Schema di Installazione dei Parafuoco Esterni (Protezione contro i Colpi Diretti)​​

• ​Funzione Principale:​​ Interceptar i colpi di fulmine diretti e condurre in modo sicuro la corrente di fulmine massiva nel terreno, prevenendo i danni fisici (come penetrazione, incendio, danni strutturali) che un colpo diretto può infliggere alla struttura stessa dell'edificio.
• ​Componenti Chiave:​​
• ​Sistema di Terminazione Aerea (Parafulmini/graticci/reti):​​ Installato sul tetto o nei punti più alti dell'edificio per attrarre e ricevere i colpi di fulmine. Scegliere il tipo appropriato (ad esempio, parafulmine, graticcio, rete) e la disposizione in base alla forma e all'area dell'edificio, assicurando che la copertura di protezione soddisfi i requisiti del principio del "metodo della sfera rotolante".
• ​Conduttori di Discendenza:​​ Utilizzati per condurre la corrente di fulmine dal sistema di terminazione aerea al sistema di terminazione a terra. Dovrebbero essere tracciati attraverso i percorsi più corti e rettilinei, con una quantità sufficiente e una distribuzione uniforme (spaziatura conforme alle normative). I materiali sono tipicamente acciaio zinco-laminato o rotondo. Evitare l'installazione vicino ai percorsi comuni del personale o applicare misure di protezione isolanti.
• ​Sistema di Terminazione a Terra:​​ Scarica la corrente di fulmine nel terreno. È il nucleo e la base del sistema di protezione; la sua qualità (valore di resistenza a terra) è cruciale. Di solito consiste in elettrodi a terra (barre verticali, conduttori orizzontali) e conduttori di collegamento. Utilizzare materiali resistenti alla corrosione (ad esempio, acciaio zinco-laminato, rame), assicurare una profondità di seppellimento sufficiente e formare un anello di equipotenziale efficace (terra di fondazione) intorno all'edificio. La resistenza a terra dovrebbe essere minimizzata (generalmente richiesta ≤10Ω, requisiti specifici secondo le normative pertinenti).
• ​Posizioni di Installazione:​​
• I punti più alti del tetto dell'edificio e le posizioni vulnerabili ai colpi (angoli, grondaie, parapetti, bocchette, camini, ecc.).
• Strutture speciali (ad esempio, torri, antenne, supporti per pannelli solari) richiedono considerazioni individuali o integrate.
• ​Punti Chiave dello Schema:​​
• ​Conformità alle Normative:​​ Aderire rigorosamente alle normative nazionali e settoriali di progettazione della protezione dai fulmini (ad esempio, GB 50057 "Codice di progettazione per la protezione dai fulmini degli edifici", equivalente alla serie IEC 62305).
• ​Qualità dei Materiali:​​ Utilizzare materiali di alta qualità e resistenti alla corrosione conformi alle normative.
• ​Equipotenziale Bonding:​​ Tutti i componenti metallici (ad esempio, tubi, involucri delle apparecchiature, tetti metallici, strutture d'acciaio) devono essere affidabilmente collegati al conduttore di discendenza più vicino o al sistema di terminazione a terra per prevenire i guizzi laterali.
• ​Distanze di Separazione Sicure:​​ Assicurare distanze di separazione sicure adeguate tra le terminazioni aeree e la struttura, e tra i conduttori di discendenza e i servizi/tubazioni.
• ​Connessioni Affidabili:​​ Tutti i punti di connessione devono essere robusti (saldati o con morsetti approvati) per garantire una buona continuità elettrica.

​4. Schema di Installazione dei Parafuoco Interni (SPD) (Protezione contro le Impennate dei Fulmini)​​

• ​Funzione Principale:​​ Limitare le sovratensioni transitorie (impennate) indotte dai fulmini che entrano attraverso linee di alimentazione, linee di segnale, linee di comunicazione, ecc., clandestinamente a un livello sicuro che le apparecchiature possono sopportare, prevenendo danni da sovratensione/sovracorrente.
• ​Componenti Chiave: Dispositivo di Protezione contro le Sovratensioni (SPD),​​ anche noto come soppressore di impulsi o parafuoco:
• ​Supressore di Tensione Transitoria (TVS):​​ Spesso utilizzato per la protezione di apparecchiature delicate o linee di segnale.
• ​Protettore contro le Sovratensioni:​​ Termine generale che include varie tecnologie (ad esempio, Varistori a Ossido Metallico MOV, Tubi a Discesa di Gas GDT, protettori a stato solido).
• ​SPD di Alimentazione:​​ Installato a vari livelli del sistema di distribuzione dell'alimentazione (distribuzione principale, sottodistribuzione, davanti alle apparecchiature terminali).
• ​SPD per Segnali/Dati:​​ Installato alle porte di ingresso per linee telefoniche, linee di rete (ad esempio, RJ45), cavi coassiali (ad esempio, video CCTV, segnali satellitari), linee di controllo, ecc.
• ​Collegamento a Terra:​​ Gli SPD devono essere ben collegati a terra attraverso un percorso a bassa impedenza per scaricare efficacemente le correnti di impulso. I conduttori di terra dovrebbero essere il più possibile corti, rettilinei e spessi ("Principio Corto-Rettilineo-Spesso").
• ​Posizioni e Livelli di Installazione (Protezione Stagionata - Coordinazione):​​
• ​Prima Protezione (Classe I / Tipo 1 SPD):​​
• ​Posizione:​​ Pannello di Distribuzione Principale dell'Edificio/Ingresso Principale (tipicamente al confine LPZ 0A/0B → LPZ 1).
• ​Funzione:​​ Scarica la maggior parte dell'energia massiva (onda 10/350μs) dai colpi diretti o vicini, limitando la tensione residua a un livello inferiore. Tipicamente utilizza SPD a scintilla di alta capacità di scarica. Richiede un collegamento a terra altamente affidabile.
• ​Seconda Protezione (Classe II / Tipo 2 SPD):​​
• ​Posizione:​​ Quadri di Distribuzione a Piano, Pannelli di Distribuzione Area, Quadro Principale all'interno delle Stanze delle Apparecchiature (al confine LPZ 1 → LPZ 2).
• ​Funzione:​​ Ulteriormente limita le tensioni di impulso residue passate dal primo livello e le sovratensioni causate da operazioni di commutazione interne (onda 8/20μs), fornendo protezione zonale alle apparecchiature. Tipicamente utilizza SPD a limitazione di tensione (ad esempio, basati su MOV).
• ​Terza Protezione (Classe III / Tipo 3 SPD / Protezione al Punto di Uso):​​
• ​Posizione:​​ Immediatamente prima delle apparecchiature, all'interno di prese di corrente/blocchi di prese, o circuiti interni delle apparecchiature (al confine LPZ 2 → LPZ 3).
• ​Funzione:​​ Clampe la sovratensione residua (onda combinata) alle porte delle apparecchiature, fornendo protezione finale fine. Criticamente importante per apparecchiature elettroniche sensibili (ad esempio, server, workstation, PLC, dispositivi medici, apparecchiature di comunicazione). Anche utilizzato alle entrate delle linee di segnale.
• ​Punti Chiave dello Schema:​​
• ​Coordinazione:​​ Gli SPD a diversi livelli devono raggiungere la coordinazione di energia e tensione (utilizzando elementi di accoppiamento/isolamento tra i livelli o le caratteristiche di decoupling intrinseche degli SPD), assicurando che l'energia venga scaricata progressivamente e la tensione ridotta gradualmente. Ciò evita che gli SPD a livello inferiore falliscano a causa di eccessiva energia.
• ​Qualità del Collegamento a Terra:​​ Il collegamento a terra efficace degli SPD è cruciale per l'efficacia dell'intero schema. I conduttori di terra dovrebbero idealmente essere più corti di 0,5 metri, con una sezione trasversale sufficiente (secondo la classe e la posizione degli SPD, tipicamente ≥6-25mm² di rame flessibile).
• ​Conformità all'Installazione:​​ Installare secondo le istruzioni del prodotto SPD e le normative pertinenti, assicurando la corretta connessione di fase e terra.
• ​Equipotenziale Bonding:​​ Collegare armadi metallici, rack, cavi, ecc., per creare un effetto "gabbia di Faraday", minimizzando le differenze di potenziale interne.
• ​Manutenzione Regolare:​​ Gli SPD sono spesso dispositivi "sacrificali" che richiedono ispezioni regolari (indicatore visivo di stato, monitoraggio remoto di allarme) e test. Gli SPD danneggiati devono essere sostituiti prontamente.

​5. Benefici e Valore dell'Implementazione della Soluzione Completiva​

• ​Protezione Completa:​​ Il sistema esterno protegge dai colpi diretti; il sistema interno protegge dalle impennate indotte (LEMP), formando una catena di protezione completa.
• ​Sicurezza Massimizzata:​​ Protegge la struttura dell'edificio, la vita umana e i preziosi asset di apparecchiature elettriche/elettroniche dai danni.
• ​Garanzia della Continuità Operativa:​​ Riduce il rischio di guasti delle apparecchiature, tempi morti del sistema e perdita di dati causati dai fulmini, migliorando la affidabilità del sistema e la continuità aziendale.
• ​Riduzione del Costo Totale di Possesso:​​ L'investimento preventivo è significativamente conveniente rispetto ai costi diretti dei danni causati dai fulmini (sostituzione delle apparecchiature) e ai costi indiretti (interruzione della produzione, perdita di dati, impatto sulla reputazione).
• ​Conformità Normativa:​​ Soddisfa i requisiti normativi nazionali di sicurezza degli edifici, sicurezza elettrica e protezione dai fulmini.