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Fulmini e rischio di sovratensioni

Specialmente in estate, quando i temporali sono più frequenti, aumentano le probabilità di subire danni causati da sovratensioni generate dalla corrente di un fulmine.
Ma cos’è un fulmine, che rischi si corrono e come proteggersi?

Cos’è un fulmine

fulmini sono scariche elettriche che si possono verificare durante l’attività temporalesca. All’interno delle nubi, generalmente cumulonembi, avviene una separazione di cariche di polarità opposta. Nel momento in cui l’intensità del campo elettrico supera il valore di rigidità dielettrica dell’aria, viene generata la scarica elettrica. Le sovratensioni di origine atmosferica possono essere di due tipi:

  1. condotte, quando i fulmini colpiscono direttamente una linea elettrica
  2. indotte, quando i fulmini cadono in prossimità di un edificio o di una linea

Non tutti i fulmini sono uguali

I fulmini più visibili sono di certo quelli fra nuvola e suolo, ma si possono anche osservare fulmini fra due nuvole o addirittura scariche all’interno della stessa nuvola.

Per classificare un fulmine, è necessario tenere in considerazione da dove ha inizio la scarica e qual è la sua polarità. Si ottengono così 3 tipi di fulmini diversi:

  • Fulmine discendente negativo (nube-terra): la scarica pilota parte dall’alto e ha carica negativa. Il primo colpo di fulmine sarà caratterizzato da una corrente con valori compresi fra i 2÷200 kA. Generalmente, in seguito alla prima scarica, essendo il canale ionizzato ormai “aperto”, le successive sono caratterizzate da un minor contributo energetico.
  • Fulmine discendente positivo: la scarica pilota parte dall’alto e ha carica positiva. I fulmini positivi si originano dalle cariche positive posizionate sulla sommità della nuvola. I cumulonembi, sviluppandosi ad altezze elevate, fanno sì che i fulmini positivi siano contraddistinti da un canale di scarica molto lungo, che rende più difficile il passaggio di altra corrente e quindi il generarsi di scariche successive.
  • Fulmine ascendente: la scarica pilota parte dal basso. In particolare il canale di origine può derivare da strutture naturali come alberi, ma anche da strutture artificiali come tralicci, entrambi caratterizzati da un’altezza elevata. Cosi come per i fulmini discendenti negativi, una volta ionizzato il canale, saranno possibili scariche successive di pari intensità.

Tipi di fulminazione

Fulminazione diretta dell’edificio. Se l’edificio è dotato di impianto parafulmine, il fulmine viene scaricato a terra portando in tensione l’impianto di terra e tutto ciò a cui esso è collegato.

Fulminazione diretta dell'edificio
Fulminazione diretta dell’edificio

Fulminazione indiretta dell’edificio. Le sovratensioni sono generate dal campo magnetico associato alla corrente di fulmine che si concatena alle parti metalliche conduttrici dell’edificio.

Fulminazione indiretta dell'edificio
Fulminazione indiretta dell’edificio

Fulminazione diretta della linea. La corrente di fulmine viene partizionata in parti uguali nei due sensi, passa attraverso il trasformatore MT/BT e genera delle sovratensioni su tutto ciò che è collegato verso terra.

Fulminazione diretta della linea
Fulminazione diretta della linea

Fulminazione indiretta sulla linea. Le sovratensioni indotte, che hanno ampiezza variabile tra 3÷5 kV, non hanno energia sufficiente per innescare l’incendio, ma possono distruggere le apparecchiature.

Fulminazione indiretta sulla linea
Fulminazione indiretta sulla linea

I rischi

I rischi che possono derivare dai fulmini e dalle sovratensioni di origine atmosferica sono molteplici e di gravità diverse. In ordine crescente si può incorrere in danni come:

  • Danneggiamento di un’attrezzatura, con la conseguenza di un fermo macchina.
  • Danneggiamento completo o parziale di un impianto elettrico.
  • Incendio di edifici, con il rischio di perdita di opere di valore e rischio per la sicurezza delle persone.
  • Morte di persone.

Le tecnologie attualmente in uso possiedono un proprio livello di immunità alle sovratensioni.

Livelli di immunità, tensione di tenuta
Figura 1

Come mostra la Figura 1, finché la sovratensione rimane al di sotto del livello di immunità, il funzionamento dell’apparecchio non viene compromesso. Il problema si presenta nel momento in cui la sovratensione supera questo livello: se di poco, possono verificarsi solo malfunzionamenti dell’apparecchiatura, se lo supera per valori superiori o ripetitivi, l’apparecchiatura potrebbe subire una riduzione della sua vita utile, mentre il superamento eccessivo del livello può causare un guasto permanente.

L’aspetto economico legato al guasto di un’apparecchiatura non va sottovalutato. Oltre al costo per la sostituzione, è importante considerare anche i danni economici causati dai relativi disservizi, nonché il rischio di incorrere in conseguenze ben più gravi come la morte, l’incendio di edifici con la perdita di opere di valore o il fermo macchina di una linea di montaggio.

Proteggersi con gli scaricatori di sovratensione

A tutela dei dispositivi elettronici e al fine di garantire la sicurezza delle persone, dei beni e di migliorare prestazioni e affidabilità degli impianti elettrici domestici, la norma Norma CEI 64/8 con la Variante 3, in vigore dal 1 settembre 2011, prevede l’installazione di scaricatori di sovratensione (SPD Surge Protection Device) anche nel quadro principale delle unità residenziali.

Gli SPD infatti rappresentano la soluzione ideale per  proteggesi dal rischio di sovratensioni: di rapida applicazione e diffusione, rispetto ad altri sistemi di protezione alle sovratensioni sono economici, possono essere aggiunti in un impianto preesistente e funzionano perfettamente se scelti e installati correttamente. Il loro compito è quello di proteggere persone e apparecchiature dalle sovratensioni che possono nascere sulla linea elettrica e che possono avere effetto disastroso.

Gli SPD possono essere visti come degli interruttori posti in parallelo alla linea elettrica da proteggere: alla tensione nominale (es. 230 V) sono degli interruttori aperti, presentano ai capi un’elevata impedenza (teoricamente infinita) che, in presenza di una sovratensione, passa rapidamente a valori bassissimi (teoricamente Ohm), chiudendo l’interruttore, cortocircuitando e drenando verso terra la sovratensione proteggendo così la linea in cui sono inseriti. Terminata la sovratensione, la loro impedenza aumenta altrettanto rapidamente e tornano ad essere un interruttore aperto.

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Category: Switch to the future

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5 comments

  1. buongiorno,
    ho un impianto dati con scaricatori sulla linea principale e le apparecchiature sotto gruppo UPS. Dopo l’arrivo di diversi fulmini gli switch (posti in colonnine isolate e sotto gruppo) si sono riavviati e qualcuno si è bruciato. A valle dell’impianto ho deggli access point per aree pubbliche e telecamere. Come posso proteggere l’impianto da queste cause?Grazie

    1. Buongiorno Fabio,
      per poter rispondere alla sua domanda è necessario approfondire alcuni aspetti tecnici. Per questo motivo ho girato la sua richiesta all’Ing. Andrea Colombo – product manager per gli SPD, che la contatterà personalmente.
      A presto!

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Article by: Emanuela De Palo