Manuale Completo

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La differenza alle norme sostituite si trova soprattut-to anche nelle definizioni e nei termini diversi. Que-sto da osservare nell'applicazione della norma.

Con la nuova norma viene riportato il nuovo statodella tecnica nel campo della protezione contro ifulmini su base attuale europea. Le parti 3 e 4 dellaCEI EN 62305 sono le parti di norma che indicano ilmetodo di protezione con la scelta dei metodi e l'ap-plicazione delle protezioni. Le parti CEI EN 62305-1 e-2 invece sono le due norme che servono a definirese un impianto di protezione serva o meno, soprat-tutto con la seconda parte che descrive il metodoadatto per la valutazione del rischio.

CEI EN 62305-1 (CEI 81-10/1): Principi generaliQuesta parte contiene le informazioni relative alpericolo da fulmine, alle caratteristiche del fulmi-ne e ai parametri significativi per la simulazionedegli effetti prodotti dai fulmini. Inoltre viene for-nita una visione d'insieme sulla serie di norme CEIEN 62305. Vengono altres illustrati i procedimentie i principi di protezione che costituiscono la baseper le parti successive.

CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2): Valutazione del rischioLa valutazione del rischio secondo CEI EN 62305-2si basa su un'analisi dei rischi stessi al fine di stabi-lire per prima cosa la necessit di una protezionecontro i fulmini. Dopodich viene stabilita la misu-ra di protezione ottimale dal punto di vista tecnicoed economico. Infine viene determinato il rischioresiduo rimanente. Partendo dallo stato senza pro-

tezione dell'oggetto, il rischiorimanente viene continuamen-te ridotto finch non risultainferiore al rischio accettabile.

Questa procedura pu essereapplicata per la determinazio-ne semplice della classe di pro-tezione di un sistema di prote-zione contro i fulmini secondoCEI EN 62305-3, oppure per ladeterminazione di un sistemadi protezione complesso con-tro i campi elettromagneticiimpulsivi (LEMP) secondo CEIEN 62305-4.

1 Stato della tecnica per la costruzione di impianti di protezione contro i fulmini

1.1 Norme per l'installazioneFino al 31.01.2007 erano valide in Italia le norme CEI81-1 e 81-4, e la guida 81-8. Queste norme rispec-chiavano come contenuto a quanto era stato pubbli-cato dall'IEC, Comitato Tecnico 81 nel 2001. Dopotale anno i vari Comitati Nazionali hanno discusso,aggiunto e completato le suddette norme, presen-tando nuove bozze internazionali classificate IEC62305. All'inizio del 2006 le norme IEC sull'argomen-to Protezione contro i fulmini hanno pubblicato lanorma costituita dalle parti 1 fino a 4 della serie IEC62305. Quasi contemporaneamente sono state pub-blicate anche le norme europee EN 62305, parte 1fino a 4. Con data di pubblicazione 04-2006 il Comi-tato Tecnico del CEI, il CT 81 ha pubblicato la tradu-zione della norma con la dicitura CEI EN 62305, par-te 1 fino a 4 con classificazione CEI 81-10/1 fino 4.Queste nuove norme sono entrate in vigore con il06-2006.

Strutture in progettazione o in costruzione fino al31.01.2007 potevano ancora seguire la vecchia nor-ma, escluso strutture ospedaliere e quelle con peri-colo di esplosione, le quali dovevano fin dall'inizioseguire la progettazione secondo la nuova norma.

La classificazione come norma CEI EN 62305, CEI 81-10 con le parti 1 fino a 4 ha dimostrato che essa divisa nel suo contenuto in modo notevolmentediverso di quello delle norme vecchie. Con la suddivi-sione della norma in parti stata data una suddiviso-ne molto chiara sui contenuti degli argomenti trat-tati.

Classificazione Titolo

CEI EN 62305-1 Protezione contro i fulmini(CEI 81-10 Parte 1): 2006-06 Parte 1: Principi generali

CEI EN 62305-2 Protezione contro i fulmini(CEI 81-10 Parte 2): 2006-06 Parte 2: Valutazione del rischio

CEI EN 62305-3 Protezione contro i fulmini(CEI 81-10 Parte 3): 2006-06 Parte 3: Danno materiale alle strutture

e pericolo per le persone

CEI EN 62305-4 Protezione contro i fulmini(CEI 81-10 Parte 4): 2006-06 Parte 4: Impianti elettrici ed elettronici

nelle strutture

Tabella 1.1.1 Norme per la protezione contro i fulmini dal 01.06.2006

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CEI EN 62305-3 (CEI 81-10/3): Danno materiale allestrutture e pericolo per le personeQuesta parte tratta la protezione di edifici e perso-ne dai danni materiali e dal pericolo di morte, chepotrebbero essere causati dall'effetto della corren-te da fulmine oppure da scariche pericolose, inparticolare in caso di fulminazione diretta. Come misura di protezione viene usato un sistemaprotettivo composto da protezione esterna (capta-tore, dispositivo di discesa e impianto di messa aterra) e protezione interna (equipotenzializzazio-ne antifulmine e distanza di sicurezza). Il sistema diprotezione contro i fulmini viene definito attraver-so la sua classe di LPS, considerando che dalla clas-se di LPS I alla classe IV l'efficacia diminuisce. Laclasse di LPS necessaria viene stabilita mediantel'analisi del rischio secondo CEI EN 62305-2, sempreche non venga gi stabilita da un regolamentospecifico (ad esempio prescrizioni per l'edilizia).

CEI EN 62305-4 (CEI 81-10/4): Impianti elettrici edelettronici nelle struttureQuesta parte tratta la protezione di edifici conte-nenti sistemi elettrici ed elettronici dagli effetti deidisturbi elettromagnetici (LEMP) prodotti dai ful-mini. Prendendo come base le misure di protezio-ne secondo CEI EN 62305-3, attraverso queste nor-me vengono considerati anche gli effetti dei cam-pi elettrici ed elettromagnetici, di tensioni e cor-renti indotte, che possono essere provocati da ful-minazioni dirette o indirette.Il significato e la necessit di queste norme derivadall'utilizzo crescente di molteplici sistemi elettricied elettronici, raggruppabili genericamente sottoil termine di sistemi di comunicazione. Per la prote-zione dei sistemi di comunicazione, l'edificio vienesuddiviso in zone di protezione da fulmine (LPZ). Inquesto modo, le differenze da un luogo all'altro aseconda del numero, del tipo e della sensibilitdegli apparecchi elettrici ed elettronici potrannoessere presi in considerazione nella scelta dellemisure di protezione. Per ogni zona di protezioneda fulmine e con l'aiuto della valutazione delrischio secondo CEI EN 62305-2, vengono scelte lemisure di protezione in grado di offrire una prote-zione ottimale al minimo costo.Le norme CEI, CEI EN 62305 parti da 1 a 4, possonoessere applicate per la progettazione, installazio-ne, ispezione e manutenzione dei sistemi di prote-zione contro i fulmini per strutture, inclusi gliimpianti, gli oggetti e le persone che si trovanoall'interno delle strutture stesse.

1.2 Contratti d'opera Fondamentalmente l'imprenditore responsabileche la sua opera sia esente da difetti. Il punto decisi-vo della definizione che un'opera sia senza difetti, quella che essa sia stata prodotta in ottemperanzadelle riconosciute regole della tecnica. Le norme delcampo, come per esempio EN, CEI, DIN, VDE sonoutilizzate per dare vita alle riconosciute regole del-la tecnica. Se le norme sono rispettate, si pu ipo-tizzare che le opere siano esenti da difetti. Il signifi-cato pratico di una prova apparente sta nel fattoche, in caso di un'azione legale di un committente, ilquale si rivale di un'opera imperfetta o difettosa(per esempio nella messa in opera di un impiantoparafulmine) trova poche possibilit di avere ragio-ne, se il produttore pu provare che ha rispettato lenorme e le bozze di norma. In riferimento a questoeffetto le norme e le bozze di norma hanno lo stes-so valore. Queste supposizioni in merito alle normevalgono fino a quando la norma non viene abrogatao che venga dimostrato che concretamente essa nonsia pi allo stato dell'arte. Le norme CEI ed UNI nonpossono prescrivere in modo statico le riconosciuteregole della tecnica, perch le presupposizioni e lepossibilit delle tecniche cambiano continuamente.Nel momento in cui le norme vengono abrogate esostituite da nuove norme o bozze di norma, le stes-se sono loro quelle che rappresentano il nuovo statodell'arte.

Imprenditori e committenti di un'opera concordanoregolarmente, senza precisa indicazione, che l'operacorrisponda ai principi generali dello stato dell'arte.Se l'opera diverge in modo negativo dallo stato del-l'arte, allora imperfetta. Questo pu avere comeconseguenza che l'imprenditore, secondo le regoledella responsabilit della qualit di prodotto, possaessere chiamato in causa. Una responsabilit per undifetto di prodotto pu per solo essere attivata, sel'opera risultava difettosa gi al momento della con-segna. Circostanze sopraggiunte successivamente -come lo sviluppo dello stato dell'arte non possonofar diventare un prodotto in fase della consegna pri-vo di difetto, difettoso successivamente. Per la domanda di difettosit di una direzione lavori unicamente decisivo, lo stato dell'arte al momentodel collaudo.Visto che in futuro, per la fine dei lavori ed il collau-do di un impianto parafulmine, unicamente validala nuova norma per la protezione dalle scaricheatmosferiche, questi impianti andranno realizzati


secondo quest'ultima. Non sufficiente che la pre-stazione sia stata data in corrispondenza allo statodell'arte al momento della sua messa in opera, se trail contratto, la messa in opera ed il collaudo sono sta-te raggiunte nuove conoscenze tecniche e di conse-guenza cambiato lo stato dell'arte.Opere che sono state eseguite, quando erano validele vecchie norme e che sono gi state collaudate,non diventano difettose, anche se con le nuove nor-me attualizzate venisse richiesto uno standardmigliore.Impianti di protezione contro le scariche atmosferi-che, escluso gli impianti nucleari, sono sempre daadattare allo stato attuale dell'arte.Impianti gi esistenti che sono da verificare nell'am-bito dei controlli periodici, sono da verificare secon-do la norma in base alla quale sono stati eretti.

1.3 Norme di prodottoI materiali, componenti ed elementi dei sistemi diprotezione contro i fulmini devono essere proget-tati e testati per resistere alle probabili sollecita-zioni elettriche, meccaniche e chimiche chepotranno subire durante il loro utilizzo. Questoriguarda sia i componenti della protezione controi fulmini esterna che i componenti della protezio-ne contro i fulmini interna.

CEI EN 50164-1 (CEI 81-5): Prescrizioni per i compo-nenti di connessione

Questa norma descrive i metodi di prova per i com-ponenti di connessione utilizzati per i sistemi diprotezione contro i fulmini. Gli elementi che rien-trano in tale categoria sono:

morsetti

connettori

elementi di collegamento

elementi di ponticellamento

elementi di dilatazione

punti di misuraTutti i nostri morsetti e connet-tori soddisfano i requisiti di tale norma di pro-va.

EN 50164-2: Prescrizioni per i conduttori e i disperso-ri

Questa norma specifica i requisiti per conduttori,aste di captazione, aste di adduzione e dispersori.

EN 50164-3: Prescrizioni per gli spinterometri

Questa norma specifica le prescrizioni e le proveper gli spinterometri adatti ai sistemi di protezionecontro i fulmini. Gli spinterometri oggetto di que-sta norma sono adatti per il collegamento aldispersore dell'impianto di terra, sia per sistemielettrici sia per sistemi di telecomunicazione e perle installazioni di protezione catodica

CEI EN 61643-11 (CEI 37-8): Limitatori di sovratensio-ne connessi a sistemi di bassa tensione - Prescrizionee prove

In riferimento agli scaricatori e ai limitatori in Italianon esisteva alcuna norma. In passato, qualchedunosi riferiva in Italia alle IEC 99-1 e 99-4 (adesso CEI EN60099-1 e -4) che erano le vecchie norme per gli sca-ricatori MT ed AT. Gran parte degli utenti italiani edei fornitori, se volevano un prodotto a norma, siriferivano alle norme tedesche E DIN VDE 0675-6 ealle loro appendici. In queste norme gli scaricatorierano suddivisi nelle classi A, B, C e D, dove A era laclasse che definiva lo scaricatore per linea aerea.

Il 05-2002 stata pubblicata la prima norma euro-pea di prodotto EN 61643-11 per quanto riguardai requisiti e le prove dei dispositivi per protezioneda sovratensioni in impianti a bassa tensione. Dal01.04.2004 entrata in vigore la norma italiana CEIEN 61643-11 (CEI 37-8). Questa norma di prodotto il risultato di una standardizzazione internazio-nale nell'ambito delle organizzazioni IEC e CENE-LEC. I metodi di prova descritti al loro interno cor-rispondono in molti casi ai requisiti ed alle provedelle bozze di norma autorizzate E DIN VDE 0675parte 6, E DIN VDE 0675 parte 6/A1 e E DIN VDE0675 parte 6/A2; tuttavia, la norma CEI EN 61643-11 (CEI 37-8) introduce alcune novit anche perl'utente. Per il termine "dispositivo di protezioneda sovratensioni" in futuro verr anche nella lin-gua italiana utilizzata la sigla "SPD" (Surge Protec-tive Device). La caratteristica di classificazione per idispositivi SPD in futuro sar la classe di prova. Idispositivi destinati alla protezione da sovratensio-ni vengono ora differenziati in SPD-Tipo 1, SPD-Tipo 2 e SPD-Tipo 3. Nella tabella 1.1.3 vengonoelencate le correlazioni tra la vecchia classificazio-ne tedesca e la nuova classificazione europea/ita-liana secondo le norme di prodotto per i dispositi-vi destinati alla protezione da sovratensioni.


CEI EN 61643-21 (CEI 37-6): Dispositivi di protezionedagli impulsi collegati alle reti di telecomunicazio-ne e di trasmissione dei segnali - Prescrizioni diprestazione e metodi di prova

Questa norma descrive le prescrizioni di tipo pre-stazionale ed i metodi di prova per i dispositivi diprotezione dalle sovratensioni che vengono impie-gati per la protezione delle reti di telecomunica-zione e delle reti di trasmissione segnali, come adesempio:

reti dati

reti di trasmissione sonora

impianti di rivelazione pericoli

sistemi di automazione

CLC/TS 61643-22 (CEI 37-10): 2006-04Limitatori di sovratensioni di bassa tensione,Parte 22:La Specifica Tecnica europea tratta i limitatori disovratensioni (SPD) connessi alle reti di telecomuni-cazione e trasmissione dei segnali.La Specifica Tecnica ha lo scopo di fornire i principi sucui basarne la scelta, l'applicazione in esercizio, lacollocazione negli impianti e il coordinamento.

CEI EN 61663-1 (CEI 81-6)Protezione delle strutture contro i fulmini - Linee ditelecomunicazioneInstallazioni in fibra ottica

CEI EN 61663-2 (CEI 81-9)Protezione delle strutture contro i fulmini - Linee ditelecomunicazioneLinee in conduttori metallici

PRIME NORME ATTUALETEDESCHE (valido da 04.12.2004)

E DIN VDE 0675-6 CEI EN 61643-11E DIN VDE 0675-6/A1 (CEI 37-8)E DIN VDE 0675-6/A2

Scaricatoredi classe di prova B SPD-Tipo 1

Scaricatoredi classe di prova C SPD-Tipo 2

Scaricatoredi classe di prova D SPD-Tipo 3

Tabella 1.1.3 Classificazione dei dispositivi di protezione dallesovratensioni (SPD)

2.1 Scariche atmosferiche e propagazio-ne della corrente da fulmine

Ogni anno l'area della Repubblica Italiana mediamente colpita da oltre un milione di fulmini.Per una superficie di 301.336 km2, questo significauna densit media di fulmini al suolo di ca. tre sca-riche per km2 ogni anno. L'effettiva densit dei ful-mini dipende tuttavia in gran parte dalla confor-mazione geografica del terreno e pu esseredesunta, come primo orientamento, dai valorimedi dei fulmini a terra contenuti nella norma CEI81-3. Oggi in Italia possibile determinare il puntodi impatto di un fulmine con una precisione del-l'ordine di ca. 500 m grazie al sistema di rilevamen-to dei fulmini SIRF. A questo scopo, sul territorioitaliano sono distribuite sedici stazioni di misura-zione, sincronizzate una con l'altra attraverso ilsegnale orario ad alta precisione del Global Posi-tioning System (GPS). Queste stazioni di misurazio-ne registrano l'istante in cui l'onda elettromagne-tica della scarica del fulmine giunge in corrispon-denza del rispettivo ricevitore, e il punto di impat-to del fulmine viene calcolato in base alla differen-za dei diversi tempi di rilevamento dell'ondamagnetica registrati dai vari ricevitori ed alle con-seguenti differenze di durata dell'onda magneticaa partire dal punto di scarica del fulmine in corri-spondenza dei vari ricevitori. I dati cos rilevati ven-gono archiviati centralmente e messi a disposizio-ne dell'utente organizzati in diversi pacchetti.Ulteriori informazioni su questo servizio possonoessere reperite consultando il sito web www.fulmini.it. Presupposto per la formazione dei fenomeni tem-poraleschi il moto ascensionale delle masse d'ariacalda con un'umidit sufficientemente elevata.Questo moto pu avvenire con modalit diverse.Nei cosiddetti temporali di calore, il terreno si sur-riscalda localmente per via di un intenso irraggia-mento solare, cos gli strati d'aria pi vicini al suo-lo si scaldano e salgono verso l'alto. Nel caso ditemporali frontali, in seguito all'arrivo di un fron-te freddo, una massa di aria fredda si incunea sot-to l'aria calda e la obbliga a salire verso l'alto. Neitemporali orografici, invece, l'aria calda vicina alsuolo viene sollevata verso l'alto dalle correnticostrette ad innalzarsi quando incontrano un rilie-vo. Altri fattori fisici intensificano ulteriormente laspinta verso l'alto delle masse d'aria, formandocanali di correnti ascensionali con velocit verticalifino a 100 km/h che danno origine ai cumuli, densi

ammassi di nubi tipicamente di 5-12 km di altezzae 5-10 km di diametro. Per via dei processi di sepa-razione delle cariche elettrostatiche, come attritoe nebulizzazione, le gocce d'acqua e le particelle dighiaccio contenute nelle nubi si caricano elettrica-mente. Nella parte alta della nube temporalesca siaccumulano le particelle con carica positiva, nellaparte bassa quelle con carica negativa. Alla basedella nube si forma inoltre una piccola sacca dicariche positive che deve la sua origine all'effettocorona, un fenomeno per cui attorno ai corpiappuntiti situati a terra al di sotto della nube(piante, per esempio) si accumulano delle carichepositive che vengono poi trasportate verso l'altodal vento. Se, per via della densit di carica spaziale presente,in una cella temporalesca si vengono a creareintensit di campo locali dell'ordine di numerosecentinaia di kV/m, si producono delle scariche gui-da che precedono la scarica del fulmine vero e pro-prio. I fulmini nube-nube provocano una compen-sazione della differenza di potenziale tra i centridelle cariche positive e quelli delle cariche negati-ve all'interno delle nubi e non colpiscono diretta-mente alcun oggetto al suolo. Questi rappresenta-no tuttavia un pericolo per i sistemi elettrici edelettronici a causa dei campi elettromagneticiimpulsivi (LEMP) che essi irradiano e devono quin-di essere ugualmente presi in considerazione.

2 Parametri della corrente da fulmine


Figura 2.1.1 Fulmine discendente (nube-terra)

I fulmini che colpiscono il terreno producono unacompensazione della differenza di potenziale trale cariche elettriche delle nubi e le cariche al suolo.In particolare, si possono creare due tipi di fulmini:

fulmini discendenti (fulmini nube-terra)

fulmini ascendenti (fulmini terra-nube)

Nel caso dei fulmini discendenti, la scarica elettricaviene preceduta da scariche guida dirette verso ilbasso, cio da nube a terra: questo tipo di fulminesi verifica per lo pi su aree pianeggianti e in corri-spondenza di costruzioni basse. I fulmini nube-ter-ra sono riconoscibili dalle ramificazioni dirette ver-so terra (Figura. 2.1.1). Pi frequentemente, si veri-ficano fulmini discendenti negativi, nei quali dallanube temporalesca si spinge verso terra un canaledi cariche negative (scarica guida o leader) (Figura2.1.2) che aumenta con una velocit di circa 300km/h a "passi" di 10 m per volta intervallati dapause di alcune decine di s. Quando la scarica gui-da vicina al terreno (da qualche centinaio apoche decine di metri), il campo elettrico attornoalle parti del suolo che pi si trovano vicine allascarica guida (come alberi, colmi dei tetti) aumen-ta in modo tale da superare la rigidit dielettricadell'aria, per cui in questi punti parte una scaricaverso l'alto che incontra la scarica guida e d origi-ne alla scarica principale.

I fulmini discendenti positivi possono invece avereorigine da un accumulo di cariche positive allabase della nube temporalesca (Figura 2.1.3). Perquanto riguarda la polarit, si ha un 90% circa difulmini negativi contro un 10% di fulmini positivi:questa ripartizione dipende dalla conformazionegeografica del terreno.In corrispondenza di oggetti al suolo esposti e dialtezza considerevole (come pali di antenne radio,torri per telecomunicazioni, campanili di chiese) oin corrispondenza delle vette di montagne, si pos-sono verificare fulmini ascendenti (fulmini terra-nube), riconoscibili dalle ramificazioni della scaricaprincipale rivolte verso l'alto (Figura 2.1.4). Nelcaso di un fulmine ascendente l'elevata intensit di


Leader

Figura 2.1.2 Meccanismo di scarica di un fulmine discendente negativo (fulmine nube-terra)

Leader

Figura 2.1.3 Meccanismo di scarica di un fulmine discendente positivo (fulmine nube-terra)

Figura 2.1.4 Fulmine ascendente (terra-nube)

campo necessaria per dare origine ad una scaricaguida o leader non viene raggiunta all'interno del-la nube, ma determinata dalla distorsione delcampo elettrico in corrispondenza dell'oggettoesposto e del conseguente aumento di intensit dicampo. A partire da questo punto al suolo, la scari-ca guida si spinge verso la nube portando con s ilsuo accumulo di cariche elettriche. I fulmini ascendenti si verificano sia con polaritnegativa (Figura 2.1.5), sia con polarit positiva(Figura 2.1.6). Poich nei fulmini ascendenti le sca-riche guida si instaurano a partire da oggetti alsuolo molto isolati verso le nubi, gli oggetti dinotevole altezza possono essere interessati pi vol-te dalla scarica di un fulmine nel corso di un tem-porale.Per quanto riguarda gli oggetti colpiti da un fulmi-ne, i fulmini discendenti (nube-terra) comportanouna sollecitazione maggiore rispetto ai fulminiascendenti (terra-nube). Alla base dei calcoli dellemisure di protezione contro i fulmini vengono per-tanto considerati i parametri dei fulmini discen-denti.A seconda del tipo, ogni fulmine composto dauno o pi fulmini parziali. Si distinguono correntiimpulsive di durata inferiore a 2 ms e correnti dilunga durata superiori a 2 ms. Altre caratteristichedistintive dei fulmini parziali sono la polarit(negativa o positiva) e la posizione temporale nel-

l'ambito della scarica del fulmine (primo fulmineparziale, fulmine parziale susseguente o sovrappo-sto). Le combinazioni possibili di fulmini parzialisono illustrate nella figura 2.1.7 per quanto riguar-da i fulmini discendenti e nella figura 2.1.8 per ifulmini ascendenti.

Le correnti da fulmine composte da correnti impul-sive e da correnti di lunga durata sono correntiimpresse, cio gli oggetti colpiti non esercitanoalcun effetto di ritorno sulle correnti da fulmine.Nei percorsi delle correnti da fulmine indicati nellefigure 2.1.7 e 2.1.8 vengono indicati quattro para-metri di effetto significativi per la tecnica dellaprotezione contro i fulmini:

ampiezza della corrente da fulmine I;

carica della corrente da fulmine Qfulmine, compo-sta dalla carica della corrente impulsiva Qimp edalla carica della corrente di lunga durata Qlungo;

energia specifica W/R della corrente da fulmine;

ripidit di/dt del fronte d'onda della correnteda fulmine.

Nei capitoli seguenti verranno descritti gli effettidei singoli parametri e il modo in cui tali parametriinfluenzano il dimensionamento degli impianti diprotezione contro i fulmini.


Leader

Figura 2.1.5 Meccanismo di scarica di un fulmine ascendente negativo (fulmine terra-nube)

Leader

Figura 2.1.6 Meccanismo di scarica di un fulmine ascendente positivo (fulmine terra-nube)


I

Primo colpo breve

Positivo o negativo t

-I

Colpi brevi susseguenti

Negativo t

I

Colpo lungo


I

Negativo t

Figura 2.1.7 Possibili componenti di un fulmine discendente

I

Colpo lungo


I

Colpo breve


Primo colpo lungo

Colpi brevisovrapposti

I


Colpo lungo singolo

I

Negativo t

I

Colpi brevi susseguenti

Negativo t

Figura 2.1.8 Possibili componenti di un fulmine ascendente

2.2 Ampiezza della corrente da fulmine

Le correnti da fulmine sono correnti indipendentidal carico, cio una scarica del fulmine pu essereconsiderata come una fonte di corrente pressochideale. Se una corrente elettrica di questo tiposcorre attraverso parti conduttrici, in base all'in-tensit della corrente e all'impedenza della parteconduttrice attraversata dalla corrente, si avr unacaduta di tensione sulla parte conduttrice stessa.Nel caso pi semplice questa condizione pu esse-re descritta con la legge di Ohm:

Se una corrente si forma in un unico punto su unasuperficie conduttrice omogenea, si crea il cosid-detto gradiente di potenziale. Questo effetto siverifica anche in caso di fulmine in una zona di ter-ra omogenea (Figura 2.2.1). Se si trovano degliesseri viventi (persone o animali) all'interno delgradiente di potenziale, si forma una tensione dipasso, che pu avere come conseguenza una scos-sa elettrica pericolosa (Figura 2.2.2). Pi la condut-tivit del terreno alta, pi piatto risulter il gra-diente di potenziale. Il rischio di pericolose tensio-ni di passo diminuisce conseguentemente.Se il fulmine colpisce un edificio, che gi provvi-sto di impianto di protezione contro i fulmini, lacorrente da fulmine che si scarica attraverso l'im-pianto di messa a terra dell'edificio provoca unacaduta di tensione sulla resistenza RE dell'impiantodi messa a terra dell'edificio (Figura 2.2.3). Finchtutti gli elementi conduttori all'interno dell'edifi-cio che si possono toccare cos come tutti gli ele-menti conduttori introdotti dall'esterno nell'edifi-cio vengono mantenuti allo stesso potenziale, nonesiste alcuna possibilit di pericolo per personeall'interno dell'edificio. Perci necessario esegui-re l'equipotenzializzazione di tutte le parti con-


Potenziale relativo alpunto di riferimento

r Distanza dalpunto dimpatto

Figura 2.2.1 Distribuzione di potenziale in caso di abbattimento delfulmine su un terreno omogeneo

Figura 2.2.2 Animali morti in seguito a folgorazione da tensione dipasso

Captatore

Calata

Impianto di terra conresistenza di terra RE

Dispersoredistante

Corrente impulsiva da fulmine

Tempo

Corr

ente

Figura 2.2.3 Aumento di potenziale dell'impianto di messa a terra diun edificio rispetto al potenziale di riferimento di terraattraverso il valore di cresta della corrente di fulmina-zione

U I R=

duttrici che si possono toccare, presenti all'internodell'edificio. Se questo viene trascurato, esiste ilrischio di pericolose tensioni di contatto in caso difulminazione. L'aumento di potenziale dell'impianto di messa aterra causato dalla corrente da fulmine pu rap-presentare un pericolo per gli impianti elettrici(Figura 2.2.4). Nell'esempio illustrato, la terrad'esercizio della rete di alimentazione a bassa ten-sione si trova fuori dal gradiente di potenziale cau-sato dalla corrente da fulmine. In questo modo ilpotenziale della terra d'esercizio, in caso di fulmi-nazione dell'edificio non identico al potenzialedi terra dell'impianto utilizzatore all'interno del-l'edificio. Nell'esempio raffigurato, la differenza di 1000 kV. Questo rappresenta un pericolo perl'isolamento dell'impianto elettrico e degli appa-recchi elettrici ad esso collegati.

2.3 Pendenza della corrente da fulmine

La pendenza dell'aumento di corrente da fulminei/t, che diventa effettiva durante l'intervallo dt,determina l'altezza delle tensioni indotte elettro-magneticamente. Tali tensioni vengono indotte intutti i circuiti di conduttori aperti o chiusi, che si

trovano nelle vicinanze di conduttori attraversatidalla corrente da fulmine. La figura 2.3.1 mostradelle possibili configurazioni di circuiti di condut-tori, all'interno dei quali possono essere indottedelle tensioni attraverso le correnti da fulmine. Latensione rettangolare U indotta durante l'interval-lo t in un circuito di conduttore :

M mutua induttanza del circuito

i/t pendenza dell'aumento di corrente da ful-mine

Come gi descritto, le scariche dei fulmini sonocomposte da un certo numero di colpi. A secondadel momento in cui si verificano, all'interno di unascarica del fulmine si distinguono la prima corren-te impulsiva e le correnti impulsive susseguenti. Ladifferenza principale tra i due tipi di correnteimpulsiva che nel fulmine guida, poich neces-saria la creazione di un canale del fulmine, pre-sente una pendenza della corrente da fulminemeno ripida che nel colpo susseguente, che invecetrova un canale gi completamente conduttore.


Distanza r

1000 kV

UE

L1 L2 L3 PEN

RE = 10 UE

I = 100 kAStazione di trasformazione

RB

Figura 2.2.4 Messa in pericolo di impianti elettrici attraverso l'au-mento di potenziale dell'impianto di messa a terra

100% Corrente da fulmine90%

10%

Fronte d'onda T1

U

T1

Tensione rettangolare indotta

t

t

Corr

ente

Tens

ione

s 3

s2

s 1 / T1

1

2

3

Struttura Calata

1 Cappio nella calatacon possibile distanzadi innesco s1

2 Spira formata da cala-ta e conduttorenell'installazione conpossibile distanza diinnesco s2

3 Spira di installazionecon possibile distanzadi innesco s3

Figura 2.3.1 Tensione rettangolare indotta in circuiti attraverso laripidit i/t della corrente da fulminazione

U M i t= /


Per la stima della massima tensione indotta in cir-cuiti di conduttori viene perci utilizzata la pen-denza di salita della corrente da fulmine del fulmi-ne susseguente. Un esempio di stima della tensione indotta in uncircuito di conduttore raffigurato in figura 2.3.2.

2.4 Carica della corrente da fulmine

La carica Qfulmine della corrente di fulminazione composta dalla carica prodotta dalla correnteimpulsiva Qimp e dalla carica prodotta dalla corren-te di lunga durata Qlungo. La carica

della corrente di fulminazione determinante perla conversione di energia direttamente sul puntodi abbattimento di un fulmine e in tutti gli altri

punti in cui la corrente da fulmine sotto forma diarco elettrico prosegue oltre un tratto di isolamen-to. L'energia W trasformata alla base dell'arcoelettrico risulta essere il prodotto della carica Q edella caduta di tensione anodica/catodica UA,K, convalori micrometrici (Figura 2.4.1). Il valore UA,K in media di alcune decine di V ed influenzato dal flusso e dalla forma della corrente:

Q carica della corrente di fulminazione

UA,K caduta di tensione anodica/catodica

La carica della corrente da fulmine provoca dellefusioni sui componenti del sistema di protezionecontro i fulmini che vengono colpiti direttamentedal fulmine. Ma anche per la sollecitazione deglispinterometri di sezionamento e di dispositivi diprotezione da sovratensioni basati su tecnologiaspinterometrica la carica determinante. Recenti ricerche hanno dimostrato che soprattuttola carica prolungata Qlungo della corrente di lungadurata a causa dell'azione prolungata dell'arcoelettrico in grado di fondere o fare evaporaregrossi volumi di materiale. Un confronto deglieffetti prodotti dalla carica impulsiva Qimp e dallacarica di lunga durata Qlungo raffigurato nellefigure 2.4.2 e 2.4.3.

W Q UA K= ,

Q idt=

10

1

0.1

0.01

0.001

0.1 10-3

0.01 10-3

0.1 0.3 1 3 10 30

i t

1

1

a

a

U

s

s (m)

a = 10 m

a = 3 m

a = 1 m

a = 0,1 m

a = 0,3 ma = 0,03 ma = 0,01 m

Esempio di calcolocon una spira dinstallazione (p. es. impianto dallarme)

Dal diagramma risulta per M2 4,8 HU = 4,8 150 = 720 kV

M2 (H)

a

s

10 m

it

kAs

3 m

150

(richiesta elevata)

Figura 2.3.2 Esempio di calcolo per tensioni quadrate indotte in spire a forma quadrata

Metallo fuso

Corrente dafulmine

Punta di captazione

Colpo lungo

tempo

tempo

Corr

ente

Corr

ente

Figura 2.4.1 Conversione di energia nel punto di abbattimento del ful-mine attraverso la carica della corrente di fulminazione

2.5 Energia specificaL'energia specifica W/R di una corrente impulsiva l'energia che la corrente impulsiva produce su unaresistenza di 1. Questa conversione di energia data dall'integrale del quadrato della correnteimpulsiva sul tempo per la durata della correnteimpulsiva:

L'energia specifica viene perci spesso chiamataimpulso quadrato di corrente. Tale energia determinante per il riscaldamento dei conduttoriattraversati dalla corrente impulsiva da fulmine,cos come per l'effetto della forza esercitata suiconduttori attraversati dalla corrente impulsiva dafulmine (Figura 2.5.1).

Per l'energia W convertita in un conduttore conuna resistenza R vale:

R resistenza in corrente continua del condutto-re (dipendente dalla temperatura)

W/R energia specifica

Il calcolo del riscaldamento di conduttori attraver-sati da corrente di fulmine pu diventare necessa-rio quando durante la progettazione e l'installa-zione di sistemi di protezione contro i fulminidevono essere considerati i rischi relativi alla prote-zione delle persone, al pericolo di incendio e diesplosione. Nel calcolo si parte dal presuppostoche l'energia termica totale viene creata dalla resi-stenza ohmica dei componenti del sistema di pro-


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Acciaio zincato100 kA (10/350 s)

Rame100 kA (10/350 s)

Figura 2.4.2 Effetti dell'arco elettrico della corrente impulsiva da ful-mine su superficie metallica

Figura 2.4.3 Perforazione di lamiere prodotte dall'azione di archielettrici di corrente a lunga durata

10,00 mm

Alluminiod = 0,5 mm; 200 A, 350 ms

10,00 mm

Ramed = 0,5 mm; 200 A, 180 ms

10,00 mm

Acciaiod = 0,5 mm; 200 A, 100 ms

10,00 mm

Acciaio inossidabiled = 0,5 mm; 200 A, 90 ms

10,00 mm

Acciaio zincatod = 0,5 mm; 200 A, 100 ms

Energiaspecifica W/R

Forza suiconduttoriparalleli

Riscaldamento Corrente di fulmine

Tempo

Energiaspecifica

Forza

Figura 2.5.1 Effetti del riscaldamento e della forza prodotti dallener-gia specifica della corrente da fulmine

W i dt/ = R 2

W R i dt R= = / W R2


tezione contro i fulmini. Inoltre si presuppone che,a causa della brevit del processo, non sar possibi-le alcuno scambio di calore con l'ambiente circo-stante. Nella tabella 2.5.1 sono elencati gli aumen-ti di temperatura di diversi materiali impiegati perla protezione contro i fulmini e le loro sezioni infunzione dell'energia specifica.Le forze elettrodinamiche F generate da una cor-rente i in un conduttore con un percorso lungo eparallelo di lunghezza l e distanza d (Figura 2.5.2)si possono approssimativamente calcolare conl'equazione seguente:

F(t) forza elettrodinamica

i corrente

0 costante di campo magnetico in aria (4 10-7H/m)

l lunghezza del conduttore

d distanza tra i conduttori posizionati in parallelo

L'effetto della forza sui due conduttori attrattivoin caso di direzione di corrente uguale, mentre incaso di direzione di corrente opposta, repulsivo.Tale effetto direttamente proporzionale al pro-dotto delle correnti nei conduttori ed inversa-mente proporzionale alla distanza tra i conduttori.Ma anche nel caso di un solo conduttore piegato siverifica un effetto di forza sul conduttore stesso. Intale caso la forza sar proporzionale al quadratodella corrente nel conduttore piegato.L'energia specifica della corrente impulsiva deter-mina cos la sollecitazione che causa una deforma-zione reversibile o irreversibile dei componenti edel sistema di protezione contro i fulmini. Questieffetti vengono presi in considerazione durante glisvolgimenti delle prove previste dalle norme diprodotto relative ai requisiti degli elementi di con-nessione per sistemi di protezione contro i fulmini.

2.6 Assegnazione di parametri dellacorrente da fulmine ai livelli diprotezione

Per poter definire il fulmine come una grandezzaperturbatrice, vengono fissati dei livelli di prote-zione da I a IV. Per ogni livello di protezione necessario definire una serie di:

valori massimi (criteri di dimensionamento uti-lizzati per impostare i componenti della prote-zione contro i fulmini in modo che soddisfino irequisiti richiesti) e

valori minimi (criteri di intercettazione neces-sari per poter determinare le zone protette conuna sufficiente sicurezza in caso di abbattimen-to di un fulmine (raggio della sfera rotolante)

I

d

F

i i

F

i i

Figura 2.5.2 Effetto della forza elettrodinamica tra conduttori paralle-li

Tabella 2.5.1 Aumento della temperatura T in K di diversi mate-riali conduttori

4 10 16 25 50 100Sezione[mm2]

AlluminioW/R [MJ/]

AcciaioW/R [MJ/]

RameW/R [MJ/]

AcciaioinossidabileW/R [MJ/]

Mat

eria

le

2,5 564 146 52 12 3

5,6 454 132 28 7

10 283 52 12

2,5 1120 211 37 9

5,6 913 96 20

10 211 37

2,5 169 56 22 5 1

5,6 542 143 51 12 3

10 309 98 22 5

2,5 940 190 45

5,6 460 100

10 940 190

F t i t( ) ( )= / / l d0 22

Le tabelle 2.6.1 e 2.6.2 indicano l'assegnazione deilivelli di protezione ai valori massimi e minimi deiparametri di protezione contro i fulmini.


Tabella 2.6.1 Valori limite dei parametri di protezione contro i ful-mini e rispettive probabilit

Livello diprotezione

Massimovalore dellacorrente di

picco

Probabilit che iparametri della

corrente dafulmine effettiva

sianoinferiore

ai valori massimidella corrente

da fulmine

I

II

III

IV

200 kA

150 kA

100 kA

100 kA

99 %

98 %

97 %

97 %

Valori massimi(criteri di dimensionamento)

Tabella 2.6.2 Valori limite dei parametri di protezione contro i ful-mini e rispettive probabilit

Livello diprotezione

Minimovalore dellacorrente di

picco

Probabilit che iparametri della

corrente dafulmine effettiva

sianosuperiori

ai valori minimidella corrente da

fulmine

Raggiodellasfera

rotolante

I

II

III

IV

3 kA

5 kA

10 kA

16 kA

99 %

97 %

91 %

84 %

20 m

30 m

45 m

60 m

Valori minimi(criteri di intercettazione)

3.1 Necessit dell'impianto LPS -situazione normativa

L'impianto di protezione contro i fulmini LPS ha ilcompito di proteggere edifici dalle fulminazionidirette e di conseguenza da un eventuale incendioo dalle conseguenze della corrente da fulmineimpressa (fulmine senza innesco).Quando disposizioni nazionali come leggi, decretiecc. o normative lo richiedono, devono essereinstallate delle misure di protezione contro i fulmi-ni.Quando queste prescrizioni non contengono alcu-na specificazione sui dettagli delle misure di prote-zione contro i fulmini, si consiglia di installarealmeno un LPS di classe III secondo CEI EN 62305-3(CEI 81-10 parte 3).

Altrimenti la necessit della protezione e la sceltadelle rispettive misure di protezione dovrebberoessere calcolate tramite una valutazione delrischio.La valutazione del rischio viene descritta nella nor-ma CEI EN 62305-2 (CEI 81-10 parte 2) (vedi capitolo 3.2.1).

Per la locazione, il tipo di costruzione o la tipologiadella struttura una fulminazione pu avere dellegravissime conseguenze.

Impianto LPS sempre necessarioStrutture nelle quali da prevedere comunque unsistema di protezione contro i fulmini, anche senon esplicitamente richiesto dalle disposizioni legislative, ma consigliato, sono:

1 Luoghi di pubblico spettacolo con palcosce-nico oppure tribune coperte per eventi ospettacoli cinematografici, se le aree appar-tenenti hanno, singolarmente o complessiva-mente, una capacit di oltre 100 persone;

2 Luoghi di pubblico spettacolo dove le areeappartenenti hanno, singolarmente o com-plessivamente, una capacit di oltre 200 per-sone; per scuole, musei e strutture simili que-sta raccomandazione riguarda soltanto i ser-vizi tecnici nelle sale per riunioni con oltre200 persone e le rispettive vie di fuga;

3 Strutture commerciali e una superficie calpe-stabile con pi di 2000 m2;

4 Centri commerciali contenenti diversi servizicollegati direttamente o tramite vie di fuga

dove la superficie singola inferiore ai2000 m2, quella complessiva comunque supe-ra i 2000 m2;

5 Centri di esposizione le quali aree, singolar-mente o complessivamente, hanno unasuperficie oltre i 2000 m2;

6 Alberghi con oltre 400 ospiti oppure pi di 60posti letto;

7 Grattacieli;

8 Ospedali oppure altre strutture con analogatipologia;

9 Autorimesse e autosili di medie e grandidimensioni;

10 Strutture:

10.1 contenenti esplosivi, come fabbriche dimunizioni, depositi di munizioni o esplosivi,

10.2 come stabilimenti/officine di produzione conluoghi a rischio di esplosione, come fabbri-che di vernici, impianti chimici, ampi depositicon liquidi infiammabili o serbatoi per gas,

10.3 con elevato rischio d'incendio, come grandi stabilimenti per la lavorazione del

legno,

edifici con copertura in materiale facil-mente combustibile, come anche

depositi o stabilimenti con elevato caricod'incendio,

10.4 per un elevato numero di persone come scuole,

case di riposo e collegi per bambini,

caserme,

prigioni

e stazioni ferroviarie,

10.5 patrimonio culturale, come

edifici di valore storico,

musei ed archivi,

10.6 le quali sovrastano significamente le struttu-re circostanti, come

alte ciminiere,

torri ed

edifici alti.


3 Progettazione di un impianto di protezione contro i fulmini

Il seguente elenco d una panoramica dei princi-pi generali validi in Italia, che hanno come conte-nuto la necessit, l'esecuzione e la verifica degliimpianti di protezione contro i fulmini.

Norme per gli impianti di protezione contro i ful-mini:

CEI EN 62305-1CEI 81-10/1: 2006-04Protezione contro i fulminiParte 1: Principi generali

Contiene i principi generali per la protezione con-tro i fulmini delle persone e delle strutture con illoro contenuto e gli impianti in essi presenti, non-ch per i loro servizi entranti.

CEI EN 62305-2CEI 81-10/2: 2006-04Protezione contro i fulminiParte 2: Valutazione del rischio

Valutazione del rischio per le strutture.Questa norma applicabile alla valutazione delrischio dovuto a fulmine a terra in una struttura oin un servizio.

CEI EN 62305-3CEI 81-10/3: 2006-04Protezione contro i fulminiParte 3: Danno materiale alle strutture e pericolo

per le persone

Contiene informazioni sulla progettazione, realiz-zione, verifica e manutenzione delle misure di pro-tezione contro i fulmini per le strutture.

CEI EN 62305-4CEI 81-10/4: 2006-04Protezione contro i fulminiParte 4: Impianti elettrici ed elettronici nelle

strutture

Contiene informazioni sulla progettazione, realiz-zazione, manutenzione, verifica periodica, manu-tenzione e sulle prove dei sistemi di protezionecontro gli effetti LEMP per strutture contenentiimpianti elettrici e particolarmente sistemi elettro-nici sensibili (concetto di protezione a zone)

CEI 81-3: 1999-05Questa norma riporta il valore medio del numerodi fulmini a terra per anno e per chilometro qua-drato dei comuni d'Italia in ordine alfabetico. Ivalori indicati sono necessari ai fini della valutazio-ne del rischio e della esecuzione della protezionecontro i fulmini di una struttura.

CEI EN 50164-1CEI 81-5: 2000-01Componenti per la protezione contro i fulminiParte 1: Prescrizioni per i componenti di

connessione

Sono definite le prescrizioni per i componenti diconnessione metallici, come connettori, compo-nenti di connessione, ponticellamento e dilatazio-ne, nonch punti di misura per i sistemi di prote-zione contro i fulmini.

EN 50164-2: 2007-03Componenti per la protezione contro i fulminiParte 2: Prescrizioni per i conduttori e i dispersori

In questa norma sono descritti p. es. le dimensionie le tolleranze per conduttori metallici e dispersorinonch prescrizioni per le prove dei valori elettricie meccanici dei materiali.

CEI CLC/TR 50469CEI 81-11: 2006-03Impianti di protezione contro i fulminiSegni grafici

Riporta i segni grafici da utilizzare negli schemirelativi alla progettazione degli impianti di prote-zione contro i fulmini.

Norme specifiche per gli impianti di terra:

CEI 64-12: 1998-02Guida per l'esecuzione dell'impianto di terra negliedifici per uso residenziale e terziario

La guida d indicazioni per la disposizione e esecu-zione dei dispersori di fondazione con alcuni esem-pi pratici. Spiega i metodi per evitare o diminuirela corrosione dei dispersori e con i dispersori di altriimpianti installati.



CEI EN 50162CEI 9-89: 2005-11Protezione contro la corrosione da correnti vagan-ti causate dai sistemi elettrici a corrente continua-Vengono stabiliti i principi generali da adottareper minimizzare gli effetti della corrosione da cor-renti vaganti su strutture interrate o immerse inacqua e la scelta di misure adeguate per la prote-zione.

CEI 11-1: 2000-01Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV incorrente alternata

Nel capitolo 7.5 e nell'allegato H sono descritte lemisure di protezione contro i fulmini e le sovraten-sioni.

CEI 11-37: 2003-07Guida per l'esecuzione degli impianti di terra neisistemi utilizzatori di energia alimentati a tensionemaggiore di 1 kV

Nel capitolo 5 di questa norma sono indicati i van-taggi di un collegamento totale di tutti gli impian-ti di terra della rete che si pu assimilare ad unaprestazione di mutuo soccorso non solo per le ful-minazioni dirette dei sostegni, ma anche per le ful-minazioni molto pi frequenti delle linee.

Norme speciali per la protezione interna contro ifulmini e le sovratensioni, sistema equipotenziale

Nella serie normativa CEI 64-8 sono da osservare leseguenti parti:

CEI 64-8/1: 2004-06Impianti elettrici utilizzatori a tensione non supe-riore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V incorrente continuaParte 1: Oggetto, scopo e principi fondamentaliCapitolo 131.7: dalla norma viene richiesta la pro-tezione delle persone e delle cose contro le conse-guenze dannose di sovratensioni derivanti p. es. dafenomeni atmosferici (fulmini) e sovratensioni dimanovra.

CEI 64-8/4: 2007-01Impianti elettrici utilizzatori a tensione non supe-riore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V incorrente continuaParte 4: Prescrizioni per la sicurezza

Nel capitolo 410 della norma sono descritte lemisure per la protezione contro i contatti indiretti(collegamento equipotenziale)

CEI 64-8/4: 2007-01Impianti elettrici utilizzatori a tensione non supe-riore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V incorrente continuaParte 4: Prescrizioni per la sicurezzaSezione 443: Protezione contro le sovratensioni di

origine atmosferica o dovute amanovra

In questa sezione definita la tensione di tenutaall'impulso per le categorie di tenuta all'impulso I a IV. Questi valori sono la base per l'impiego deidispositivi di protezione secondo CEI EN 61643-11:2004-02 Limitatori di sovratensione di bassa tensio-ne.

CEI 64-8/5: 2007-01Impianti elettrici utilizzatori a tensione non supe-riore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V incorrente continuaParte 5: Scelta ed installazione dei componenti

elettrici

Contiene le disposizioni per la realizzazione delsistema di messa a terra nonch i provvedimentiper il sistema equipotenziale (collegamento equi-potenziale, collegamento equipotenziale supple-mentare).

CEI 64-8/7: 2007-01Impianti elettrici utilizzatori a tensione non supe-riore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V incorrente continuaParte 7: Ambienti ed applicazioni particolariSezione 712: Sistemi fotovoltaici solari di alimen-

tazione Protezione contro le sovratensioni di origine atmo-sferica o dovute a manovra.Indica le misure necessarie per ridurre l'effetto del-le sovratensioni indotte dai fulmini e mostra deglischemi di inserzione per i dispositivi di protezionecontro le sovratensioni.

IEC 60364-5-53: 2002-06 (TC 64)Impianti elettrici utilizzatori in edificiParte 5-53: Scelta ed installazione dei compo-

nenti elettrici - Dispositivi di prote-zione, di sezionamento e di com-mando.

Sezione 534: Dispositivi di protezione contro lesovratensioni.

In questa norma sono descritte le modalit per l'in-stallazione dei dispositivi di protezione dalle sovra-tensioni della classe di prova I, II e III in concordan-za con la protezione contro i contatti indirettinegli impianti elettrici utilizzatori a bassa tensio-ne.

CEI EN 6100-4-5CEI 110-30: 1997-06Compatibilit elettromagnetica (EMC)Parte 4: Tecniche di prova e di impulsoSezione 5: Prova di immunit ad impulso

La norma si riferisce ai requisiti minimi di immuni-t alle sovratensioni derivanti da transitori di com-mutazioni oppure da fulmini, per apparecchiatureelettriche ed elettroniche.

CEI EN 60664-1CEI 109-1: 2004-01Coordinamento dell'isolamento per le apparec-chiature nei sistemi a bassa tensioneParte 1: Principi, prescrizioni e prove

Definisce le distanze di isolamento e comprende imetodi di prova dielettrici relativi al coordinamen-to dell'isolamento. Questi valori sono la base perl'utilizzo di dispositivi di protezione dalle sovraten-sioni.

Particolarmente per sistemi elettronici come tele-visione, radiofonia, tecnologia dell'informazione(impianti di telecomunicazione)

CEI EN 50310CEI 306-4: 2006-06Applicazione della connessione equipotenziale edella messa a terra in edifici contenenti apparec-chiature per la tecnologia dell'informazioneLa norma tratta la connessione equipotenziale e lamessa a terra negli edifici nei quali sono installateapparecchiature per la tecnica dellinformazione.Fa riferimento alle prestazioni di sicurezza, di fun-

zionalit e di compatibilit elettromagnetica e dun aiuto all'individuazione del miglior sistema dimessa a terra e di connessione equipotenziale perle esigenze della tecnologia dell'informazione

CEI EN 61643-21CEI 37-6: 2003-01Dispositivi di protezione dagli impulsi a bassa ten-sioneParte 21: Dispositivi di protezione dagli impulsi

collegati alle reti di telecomunicazione edi trasmissione dei segnali - Prescrizioni emetodi di prova

CEI CLC/TS 61643-12CEI 37-11: 2006-11Limitatori di sovratensione di bassa tensioneParte 12: Limitatori di sovratensioni connessi a

sistemi di bassa tensione - Scelta e princi-pi applicativi

La specifica tecnica ha lo scopo di guidare gli utiliz-zatori dei limitatori di sovratensione nella loroscelta e i principi applicativi su cui basarla utiliz-zando anche l'analisi del rischio.

CEI CLC/TS 61643-22CEI 37-10: 2006-06Limitatori di sovratensione di bassa tensioneParte 22: limitatori di sovratensioni connessi alle

reti di telecomunicazione e di trasmissio-ne dei segnali - Scelta e principi applica-tivi

La specifica tecnica tratta i limitatori di sovraten-sione (SPD) connessi alle reti di telecomunicazionee trasmissione dei segnali, con lo scopo di fornire iprincipi su cui basarne la scelta, l'applicazione inesercizio, la collocazione negli impianti e il coordi-namento.

CEI EN 60728-11CEI 100-126: 2005-09Impianti di distribuzione via cavo per segnali tele-visivi, sonori e servizi interattiviParte 11: Sicurezza

Questa parte descrive i requisiti di sicurezza appli-cabili agli impianti di ricezione TV e radio e atte-nenti alla protezione dalle sovratensioni e dallescariche atmosferiche del sistema d'antenna trami-te dispositivo di captazione LPS e della succesivadistribuzione via cavo con SPD.


CEI EN 61663-1CEI 81-6: 2000-05Protezione contro i fulmini delle strutture - Lineedi telecomunicazioneParte 1: Installazioni in fibra ottica

La norma descrive un metodo per calcolare ilnumero dei possibili guasti e per selezionare lemisure di protezione applicabili e indica un affida-bile risultato degli eventi dannosi. Tiene contoper soltanto dei guasti primari (interruzione delservizio), ma non dei guasti secondari (danneggia-mento della guaina del cavo, perforazione).

CEI EN 61663-2CEI 81-9: 2003-09Protezione delle strutture contro i fulmini - Lineedi telecomunicazioneParte 2: Linee in conduttori metallici

La norma riguarda soltanto la protezione contro ifulmini delle linee di telecomunicazione e trasmis-sione di segnali con conduttori metallici che sonoinstallati all'esterno degli edifici (p. es. reti diaccesso, linee tra edifici).

Impianti particolari

CEI EN 61173CEI 82-4: 1998-04Protezione contro le sovratensioni dei sistemifotovoltaici per la produzione di energia

La norma fornisce una guida sulla protezione con-tro le sovratensioni per sistemi fotovoltaici, sia iso-lati che connessi in rete. Aiuta a identificare le fon-ti di pericolo derivanti da sovratensioni e fulmina-zioni e definisce i tipi di protezione quali sistemi dicaptazione dei fulmini (LPS) e dispositivi di prote-zione (SPD).

CEI EN 60079-14CEI 31-33: 2004-05Costruzionie elettriche per atmosfere esplosiveper la presenza di gasParte 14: Impianti elettrici nei luoghi con pericolo

di esplosione per la presenza di gas(diversi dalle miniere).Nel capitolo 6.5 viene precisato, chedevono essere osservati gli effetti dallescariche di fulmini.

Nel capitolo 12.3 sono definiti dei dettagli diimpianti per le zone con rischio di esplosione 0.Per tutte le zone con rischio di esplosione vienerichiesto un ampio sistema di connessione equipo-tenziale.

CEI EN 50281-1-2CEI 31-36: 1999-09Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive perla presenza di polvere combustibileParte 1-2:Costruzioni elettriche protette da custo-

die - Scelta, installazione e manutenzio-ne.

CEI EN 61400-2CEI 88-2: 1997-08Sistemi di generazione a turbina eolicaParte 2: Sicurezza degli aerogeneratori di piccola

tagliaRiguarda la sicurezza, la garanzia della qualit e l'integrit tecnica relativa ai sistemi che generanocorrente ad una tensione a 1000 V c.a. o 1500 V c.c.

IEC/TR 61400-24: 2002-07Sistemi di generazione a turbina eolicaParte 24: Protezione contro i fulmini

Identifica i problemi generici della protezione con-tro i fulmini dei generatori a turbina eolica. Descri-ve metodi appropriati per la valutazione delrischio e metodi di protezione contro i fulmini peri generatori a turbina eolica.

Informazioni sulle norme sono reperibili al seguen-te indirizzo: www.ceiweb.it


3.2 Valutazione del rischio e sceltadei componenti di protezione

3.2.1 Valutazione del rischioUna valutazione del rischio previdente implica ilcalcolo dei rischi per l'azienda. Fornisce degli ele-menti che permettono di prendere le decisioniopportune al fine di limitare tali rischi e rende tra-sparente quali rischi devono essere coperti da assi-curazioni. Nell'ambito della gestione delle assicu-razioni, tuttavia, deve essere considerato che perraggiungere determinati obiettivi, le assicurazioninon sono sempre appropriate (ad esempio per ilmantenimento della capacit operativa). Le proba-bilit che si avverino determinati rischi non posso-no essere modificate attraverso le assicurazioni. Per le aziende che lavorano con grandi impiantielettronici oppure forniscono servizi (e questeoggigiorno costituiscono la maggioranza), deveessere considerato in particolare anche il rischioderivante da fulminazione. Occorre osservare cheil danno causato dalla non-disponibilit di impian-ti elettronici, della produzione e dei servizi oltrealla perdita di dati, spesso supera di molto il dannomateriale di determinati impianti. Nella protezione contro i fulmini il pensiero inno-vativo relativo ai rischi di danno sta lentamenteguadagnando importanza. Le analisi dei rischihanno come obiettivo l'oggettivazione e la quanti-ficazione del pericolo al quale sono esposti gli edi-fici e i loro contenuti in caso di una fulminazionediretta e indiretta. Le ripercussioni di questa nuovamentalt di pensiero risultavano dapprima nellanorma sperimentale CEI 81-4.La norma sperimentale stata sostituita dalla nuo-va norma CEI EN 62305-2 classificazione CEI 81-10/2. La nuova norma la conversionenazionale dello standard internazionale IEC 62305-2:2006 ovvero la Norma Europea EN 62305-2: 2006.

L'analisi del rischio definita nella CEI EN 62305-2(CEI 81-10/2) garantisce che possa essere elaboratoun progetto di protezione contro i fulmini com-prensibile per tutte le parti coinvolte che sia otti-male dal punto di vista tecnico ed economico.Cio, che con una spesa il pi possibile contenuta,possa essere garantita la protezione necessaria. Lemisure di protezione che scaturiscono dall'analisidel rischio vengono quindi descritte in dettaglionelle altre parti della norma appartenente allanuova serie normativa CEI EN 62305.

3.2.2 Basi per la valutazione del rischioIl rischio R per un danno da fulminazione risulta ingenerale, secondo la norma CEI EN 62305-2 (CEI81-10/2), dalla relazione:

dove:

N numero di eventi pericolosi, significa numerodei fulmini a terra sull'area in questionequanti fulmini si abbattono all'anno sullasuperficie da valutare?;

P probabilit di danno: con quale probabilit unfulmine causa un determinato danno?;

L la perdita, che significa la valutazione quanti-tativa dei danni: quali effetti, ammontare,entit, conseguenze ha un determinato dan-no?.

Il compito della valutazione del rischio comprendequindi la determinazione dei tre parametri N, P e Lper tutte le componenti di rischio rilevanti. Nel con-tempo devono essere individuati e stabiliti numero-si parametri singoli. Tramite un confronto tra ilrischio R individuato in questo modo e il rischioaccettabile RT, possono in seguito essere espressedelle affermazioni sui requisiti e il dimensionamen-to delle misure di protezione contro i fulmini.Un'eccezione costituisce la valutazione delle perdi-te economiche. Per questo tipo di danno l'entitdelle misure di protezione deve essere giustificataunicamente sotto l'aspetto tecnico economico. Inquesto caso non esiste un rischio accettabile RT mauna procedura per la valutazione della convenien-za economica della protezione.

3.2.3 Frequenza delle fulminazioneVengono distinte le seguenti frequenze di fulmi-nazione che possono interessare una struttura:

ND numero di eventi pericolosi per fulminazionediretta della struttura;

NM numero di eventi pericolosi per fulminazionein prossimit della struttura con effettomagnetico;

NL numero di eventi pericolosi per fulminazionesul servizio entrante dall'esterno;

NI numero di eventi pericolosi per fulminazionein prossimit del servizio.

R N P= L



Figura 3.2.3.1 Densit di fulmini al suolo in Italia (Guida CEI 81-3:1999)

Fulmini nube-terra per anno e per km2

1,52,54,0


Ubicazione relativa della struttura Cd

Oggetto circondato da oggetti di altezza pi elevata o da alberi 0,25

Oggetto circondato da oggetti o alberi di altezza uguale o inferiore 0,5

Oggetto isolato: nessun altro oggetto nelle vicinanze (entro 3H) 1

Oggetto isolato sulla cima di una collina o di una montagna 2

Tabella 3.2.3.1 Coefficiente di posizione Cd

Il calcolo del numero annuo di eventi pericolosi descritto dettagliatamente nell'allegato A dellaCEI EN 62305-2. Per prima cosa si parte dalla densi-t di fulmini al suolo Ng (numero dei fulmini perkm2 per anno) della zona in cui ubicato l'oggettoda proteggere. I valori locali della densit dei ful-mini sono riportati nella Guida CEI 81-3: 1999-05Valori medi del numero dei fulmini a terra peranno e per chilometro quadrato dei Comuni d'Ita-lia, in ordine alfabetico. A causa del periodo diregistrazione relativamente breve e dell'efficienzainizialmente limitata viene consigliato di applicareun fattore di sicurezza del 25 % sui valori indicati.

Per la frequenza di fulmini diretti ND sulla struttu-ra, viene utilizzata la seguente relazione:

Ad l'area di raccolta di una struttura isolata interreno pianeggiante (Figura 3.2.3.2), Cd il coeffi-ciente di posizione, con il quale viene consideratol'effetto dell'ambiente (costruzioni, terreno, alberiecc.) (Tabella 3.2.3.1). Il calcolo di ND corrispondealla procedura gi nota dalla CEI 81-4.In modo simile possibile calcolare la frequenzadelle fulminazioni nelle vicinanze NM:

Am l'area di raccolta che si ottiene tracciandointorno alla struttura una linea ad una distanza di250 m (Figura 3.2.3.3). Dalla superficie cos defini-ta, viene di seguito dedotta l'area di raccolta equi-valente valutata con il coefficiente ambientale AdCd. All'interno della struttura, le fulminazioni nel-l'area Am causano quindi esclusivamente sovraten-sioni da induzione magnetica sulle spire di installa-zione.

La frequenza di fulminazioni dirette su un serviziodi alimentazione entrante NL risulta da:

L'area di raccolta dei fulmini su un servizio Al(Figura 3.2.3.3) dipende dal tipo di linea (lineaaerea, cavo interrato) e dalla lunghezza LC del con-duttore, in caso di cavi interrati dalla resistivit delterreno , mentre per le linee aeree dipende dal-l'altezza da terra del conduttore HC (Tabella3.2.3.2). Se la lunghezza del conduttore non notaoppure risulta troppo impegnativo individuarla,pu essere inserito il valore worst-case di LC = 1000m.

HC altezza (m) da terra dei conduttori di linea;

resistenza specifica (m) del terreno, nel qualeo sul quale stato posato la linea, fino ad unvalore massimo di = 500m;

N N A C CL g l e t= 10-6

N N AM g m= 10-6

N N A CD g d d= 10-6

Tabella 3.2.3.2 Area di raccolta Al e Ai in m2

Linea aerea Cavo interrato

Al

Ai

L H H HC a b C +( ) 3 6 1000 LC

L H HC a b +( ) 3 25 LC


LC lunghezza (m) della linea, misurata dalla strut-tura fino al primo nodo di distribuzione / il primo punto nel quale sono installati disposi-tivi di protezione da sovratensione, fino aduna lunghezza massima di 1000 m;

H altezza (m) della struttura;

Hb altezza (m) della struttura;

Ha altezza (m) della struttura connessa all'estre-mit della linea.

Se all'interno dell'area AI non si trova un condutto-re di bassa tensione, bens una linea di media ten-sione, l'ampiezza delle sovratensioni in ingressoalla struttura sar ridotta dal presente trasforma-tore MT/BT. In questi casi occorre considerare unfattore di correzione Ct = 0,2. Il fattore di correzio-ne Ce (coefficiente ambientale) infine, dipendedalla densit di costruzione (Tabella 3.2.3.4).

Il numero di eventi pericolosi sul servizio NL deveessere individuato singolarmente per ogni servizioentrante alla struttura. Le fulminazioni sull'area AIsolitamente causano nella struttura in esame una

scarica di elevata energia che pu causare unincendio, un'esplosione, una reazione meccanica ochimica. La frequenza NL non comprende quindi lesovratensioni pure con conseguenti disturbi o gua-sti sui sistemi elettrici ed elettronici, ma piuttostoeffetti meccanici e termici in caso di fulminazione.

Le sovratensioni sui servizi entranti vengono deter-minati dal numero di fulminazione in prossimit diun servizio entrante NI:

L'area Ai (Figura 3.2.3.3) dipende anche in questocaso dal tipo di conduttore (linea aerea, cavo inter-rato), dalla lunghezza LC della linea, in caso di caviinterrati dalla resistivit del terreno , mentre perlinee aeree dipende dall'altezza da terra del con-duttore HC (Tabella 3.2.3.3). Nel caso estremo(worst-case) valgono le stesse assunzioni. L'area diraccolta Ai di solito nettamente pi grande

N N A C Cl g i t e=

10 6

3HW

L

H1:3

250 m

L

W

3Hb

3Ha

L a

WaLinealato b

Lc

2 .Di

Linealato a

Hb

Am

Ad

Al Ha

Aa

Ai

Figura 3.2.3.2 Area di raccolta Ad dei fulminidiretti su una struttura isolata

Figura 3.2.3.3 Area di raccolta Ad, Am, Al, Ai dei fulmini in prossimit di una struttura

Ambiente Ce

Urbano con edifici alti (altezza maggiore di 20 m) 0

Urbano (altezza degli edifici compresa tra 10 m e 20 m) 0,1

Suburbano (altezza degli edifici minore di 10 m) 0,5

Rurale 1

Tabella 3.2.3.4 Coefficiente ambientale Ce


Caratteristiche della struttura Classe dellLPS PB

Struttura non protetta con LPS 1

Struttura protetta con LPS IV 0,2

III 0,1

II 0,05

Struttura con sistema di captazione conforme ad un LPS di Classe I e con uno schermo 0,01metallico continuo o organi di discesa costituiti dai ferri darmatura del calcestruzzo

I 0,02

Struttura con copertura metallica od organi di captazione, eventualmentecomprendenti componenti naturali, atti a garantire una completa protezione contro 0,001la fulminazione diretta di ogni installazione sulla copertura e con organi di discesacostituiti dai ferri darmatura del calcestruzzo

Tabella 3.2.4.1 Probabilit di danno PB per la definizione delle misure di protezione contro i danni materiali

rispetto a AI. In questo modo si tiene conto del fat-to che le sovratensioni che causano dei disturbi oguasti ai sistemi elettrici ed elettronici possonoessere provocate anche da fulminazioni distantidalla linea.

I fattori di correzione Ct e Ce corrispondono ai fat-tori gi sopra nominati. La frequenza Nl da veri-ficare singolarmente per il servizio entrante nellastruttura.

3.2.4 Probabilit di dannoIl parametro "probabilit di danno" indica conquale probabilit una possibile fulminazione pucausare un determinato danno. Si ipotizza quindi l'abbattimento di un fulminenell'area interessata; il valore della probabilit didanno potr in tal caso essere al massimo 1.Vengono distinti i seguenti 8 tipi di probabilit didanno:

PA scossa elettrica su esseri viventi attraverso ful-minazione diretta sulla struttura;

PB incendio, esplosione, effetto meccanico e chi-mico attraverso fulminazione diretta sullastruttura;

PC guasti a sistemi elettrici/elettronici per fulmi-nazione diretta sulla struttura;

PM guasti a sistemi elettrici/elettronici per fulmi-nazione al suolo in prossimit della struttura;

PU scossa elettrica su esseri viventi per fulminazio-ne diretta su un servizio connesso;

PV incendio, esplosione, effetto meccanico e chi-mico attraverso fulminazione diretta su un ser-vizio connesso;

PW guasti a sistemi elettrici/elettronici attraversofulminazione diretta su un servizio entrante;

PZ guasti a sistemi elettrici/elettronici per fulmi-nazione in prossimit del servizio entrante.

Le probabilit di danno sono descritte dettagliata-mente nell'allegato B della CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2). Possono essere dedotte direttamente dalletabelle oppure risultano dalla funzione di unacombinazione di ulteriori fattori. Non avviene pila suddivisione in semplici fattori di probabilit e diriduzione, come nella norma sperimentale CEI 81-4.

Alcuni fattori di riduzione adesso vengono attri-buiti piuttosto all'allegato C come perdita (prima:componenti di rischio). I valori per entrambi i parametri risultano dalletabelle 3.2.4.1 e 3.2.4.2. Bisogna osservare che pos-sono variare anche altri valori, se si basano su ricer-che o valutazioni dettagliate.

3.2.5 Tipi di danno e perditaA seconda della costruzione, dell'utilizzo e del tipodi struttura, i tipi di danno rilevanti possono esseremolto diversi. La norma CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2) distingue i quattro seguenti tipi di perdite:

L1 perdita di vite umane (lesione oppure morte dipersone);

L2 perdita di servizio pubblico;

L3 perdita di patrimonio culturale insostituibile;

L4 perdita economica (struttura e suo contenuto,servizio e perdita attivit).

I citati tipi di perdita possono essere provocati dadiversi tipi di danno. I tipi di danno, in una relazio-ne causale, costituiscono nel senso vero la causa,i tipi di perdita l'effetto (Tabella 3.2.5.1). I possi-bili tipi danno per un determinato tipo di perditapossono essere molteplici. Devono quindi esseredefiniti prima i tipi di perdita rilevanti per undeterminato oggetto. Di seguito potranno esserestabiliti i tipi di danno.

3.2.6 Fattore di perditaSe un determinato danno si verificato in unastruttura, allora deve essere determinato il suoeffetto. Ad esempio, un guasto o un danno ad unimpianto di elaborazione dati (tipo di perdita L4:perdite economiche) pu avere conseguenze mol-to diverse. Nel caso in cui non vengano persi datiimportanti per l'azienda, rivendicabile tutt'al piil danno hardware che ammonter ad alcunemigliaia di Euro. Se invece tutta l'attivit del-

l'azienda si basa sulla continua disponibilit delsistema di elaborazione dati (Call-Center, banca,automazione industriale), al danno hardware com-plessivo si aggiunger anche un danno conseguen-te molto pi elevato (insoddisfazione dei clienti,perdita di clienti, operazioni commerciali mancate,perdita di produzione, ecc.).Per la valutazione degli effetti dei danni viene uti-lizzato il fattore di perdita L. Il fattore di perdita viene principalmente suddivisoin:

Lt perdita per danni ad esseri viventi di seguito atensioni di contatto e di passo;

Lf perdita per danni materiali in una struttura;

Lo perdita per guasto di impianti elettrici ed elet-tronici interni.

A seconda del tipo di perdita rilevante, verrannovalutati l'entit del danno, l'importo del danno ole conseguenze. Nell'allegato C della CEI EN 62305-2(CEI 81-10/2) sono indicate le basi di calcolo delleperdite per quattro tipi di perdita. Spesso un utiliz-zo di tali equazioni risulta molto impegnativo. Percasi abituali vengono perci proposti nell'allegatoC anche dei valori medi per il fattore di perdita L infunzione al relativo tipo di danno.Ulteriormente ai fattori di perdita l'allegato C trat-ta anche quattro fattori di riduzione rx e un fattore d'incremento hz.

ra coefficiente di riduzione della perdita di viteumane per gli effetti delle tensioni di contattoe di passo associato al tipo di superficie delsuolo;


LPL PSPD

Sistema di SPD coordinati assente 1

III IV 0,03

II 0,02

I 0,01

SPD aventi caratteristiche migliori rispetto ai requisiti richiesti per lLPL I 0,005 - 0,001(attitudine a sopportare correnti pi elevate, livello di protezione inferiore, ecc.)

Tabella 3.2.4.2 Probabilit di guasto PSPD per la definizione delle misure di protezione - dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD),subordinato al livello di protezione LPL


Punto dimpatto Sorgentedi danno

Tipo di danno Tipo di perditaEsempio

Fulmine sulla struttura S1 D1

D2

D3

L1, L4b

L1, L2, L3, L4

L1a, L2, L4

Fulmine in prossimitdella struttura

S2 D3 L1a, L2, L4

Fulmine su un servizioentrante

S3 D1

D2

D3

L1, L4b

L1, L2, L3, L4

L1a, L2, L4

Fulmine in prossimitdi un servizio entrante

S4 D3 L1a, L2, L4

a Solo nel caso di strutture con rischio di esplosione, di ospedali o altre strutture in cui guasti di impianti interni provocano immediato pericolo per la vita umana.b Nel caso di strutture ad uso agricolo (perdita di animali).

Sorgente di danno in riferimento al punto di impattoS1 fulminazione diretta sulla struttura;S2 fulminazione a terra in prossimit della struttura;S3 fulminazione diretta su un servizio entrante;S4 fulminazione a terra in prossimit di un servizio entrante.

Tipo di dannoD1 danno agli esseri viventi per shock elettrico dovuto alle tensioni di contatto e di passo;D2 fuoco, esplosione, azioni meccaniche e chimiche per effetti fisici della scarica atmosferica;D3 guasti di sistemi elettrici ed elettronici per sovratensioni.

Tipo di perditaL1 danni alle persone o perdite di vite umane;L2 perdita di servizio pubblico;L3 perdita di patrimonio culturale insostituibile;L4 perdita economica (struttura e suo contenuto, servizio e perdita attivit).

Struttura

Tabella 3.2.5.1 Tipi di danno e tipi di perdita subordinati al punto d'impatto del fulmine

ru coefficiente di riduzione della perdita di viteumane per gli effetti delle tensioni di contattoe di passo associato al tipo di pavimentazione;

rp coefficiente di riduzione per la diminuzionedelle perdite correlato alle misure atte a ridur-re le conseguenze di un incendio;

rf coefficiente di riduzione della perdita dovutoal danno materiale dipendente dal rischio d'in-cendio della struttura;

hz coefficiente di incremento del valore della per-dita dovuta a danno materiale in presenza dicondizioni di pericolo particolari (p. es. panico,pericolo per l'ambiente o le strutture circo-stanti).

3.2.7 Componenti di rischio rilevanti dovutea fulminazioni diverse

Tra il tipo del danno, il tipo di perdita e le compo-nenti di rischio rilevanti risultanti esiste una strettarelazione. Per prima cosa verr illustrata la dipen-

denza dal punto di abbattimento del fulmine e lecomponenti di rischio risultanti.Se il fulmine si abbatte direttamente su una strut-tura, si verificano le seguenti componenti di rischio(Tabella 3.2.7.1):

RA componente relativa ad esseri viventi per ten-sioni di contatto e di passo in caso di fulmina-zione diretta;

RB componente relativa ai danni materiali causatida scariche pericolose all'interno della struttu-ra in caso di fulminazione diretta;

RC componente relativa al guasto di impiantiinterni su sistemi elettrici ed elettronici a causadi sovratensioni dovute a fulminazione diret-ta.

Se il fulmine si abbatte nelle vicinanze della strut-tura al suolo oppure su una costruzione vicina, siverifica la seguente componente di rischio:

RM componente relativa al guasto di impiantiinterni su sistemi elettrici ed elettronici a causa


Sorgente di danno

Tipo di danno

S1

Fulminazionediretta sullastruttura

S2

Fulminazionein prossimitdella struttura

S3

Fulminazionediretta sul servi-zio entrante

S4

Fulminazionein prossimit delservizio entrante

Diretta Indiretta

Fulminazione (riferita alla struttura)

D1

Shock elettrico diesseri viventi

D2

Incendio, explosione,effetti meccanici echimici

D3

Guasti disistemi elettricied elettronici

RA = ND PA ra LtRU = (NL + NDA)

PU ra Lt

RC = ND PC Lo RM = NM PM Lo

Rs = RA + RU

Rf = RB + RV

Ro = RC + RM+ RW + RZ

Rd = RA + RB + RC Ri = RM + RU + RV + RW + RZ

RB = ND PB r h rf Lf

RV = (NL + NDA) PV r h rf Lf

RW = (NL + NDA) PW Lo

RZ = (NI NL) PZ Lo

Tabella 3.2.7.1 Alle componenti di rischio RU, RV e RW oltre al numero di eventi pericolosi per fulminazione diretta sul servizio NL si aggiungeanche il numero di eventi pericolosi per fulminazioni dirette sulla struttura connessa NDa (vedi Figura 3.2.3.3). Per la compo-nente di rischio RZ il numero di eventi pericolosi per fulminazioni in prossimit del servizio NI deve essere per ridotto per ilnumero di eventi pericolosi per fulminazione diretta sul servizio NL.

di sovratensioni dovute a fulminazione inprossimit della struttura.

Se il fulmine si abbatte direttamente su una lineaconnessa alla struttura, si verificano le seguenticomponenti di rischio:

RU componente relativa ad esseri viventi per ten-sioni di contatto all'interno della strutturadovute alla corrente da fulmine che fluisceattraverso la linea entrante nella struttura;

RV componente relativa ai danni materiali perscariche pericolose nella struttura dovuti allacorrente da fulmine trasmessa attraverso il ser-vizio entrante;

RW componente relativa al guasto di sistemi elet-trici ed elettronici interni causato da sovraten-sioni dovute a fulminazione diretta sul servizioentrante.

Se il fulmine si abbatte infine al suolo in prossimi-t di una linea entrante nella struttura, si verificala seguente componente di rischio:

RZ componente relativa al guasto di sistemi elet-trici ed elettronici interni a causa di sovraten-sioni indotte sulla linea e trasmesse alla strut-tura.

Le otto componenti di rischio complessive (che inlinea di massima devono essere individuate separa-tamente per ogni tipo di perdita) possono oraessere combinate secondo due diversi criteri:il luogo di abbattimento e il tipo di danno.

Se di interesse la combinazione relativa al luogodi abbattimento del fulmine, e quindi l'analisi del-la tabella 3.2.7.1 a colonne, risulta il rischio:

in caso di fulminazione diretta sulla struttura:

in caso di fulminazione indiretta in prossimitdella struttura:

Se invece si desidera analizzare il tipo di danno, irischi si possono comporre nel modo seguente:

per danni ad esseri viventi dovuti a tensionipericolose di contatto e di passo:

per danni materiali dovuti a incendio, esplo-sione, azione meccanica e chimica per effettomeccanico e termico da fulminazione:

per guasti di sistemi elettrici ed elettronicidovuti a sovratensioni:

3.2.8 Rischio accettabile per danni da fulmi-nazione

Per la decisione sulla scelta delle misure di prote-zione contro i fulmini occorre verificare se il rischioR, verificato per i tipi di perdita rilevanti, supera ilvalore di rischio ammissibile RT (quindi ancora tol-lerabile) o no. Questo vale per soltanto per i tretipi di perdita L1 - L3, che sono di cosiddetto inte-resse pubblico, dove per una struttura sufficiente-mente protetta contro i fulmini vale:

R rappresenta la somma di tutti i componenti dirischio riferite ad un determinato tipo di perdita L1 - L3:

La CEI EN 62305-2 indica dei valori massimi tollera-bili RT per questi tre tipi di perdita (Tabella 3.2.8.1).

R RV=

R RT

R R R R RO C M W Z= + + +

R R Rf B V= +

R R RS A U= +

R R R R R Ri M U V W Z= + + + +

R R R Rd A B C= + +



3.2.9 Scelta delle misure di protezione con-tro i fulmini

Le misure di protezione contro i fulmini devonoportare alla limitazione del rischio R a valori infe-riori al rischio tollerabile RT. Attraverso il calcolodettagliato dei rischi rilevanti per un determinatotipo di struttura, cio con la suddivisione in singo-

le componenti di rischio RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW eRZ, la scelta delle misure di protezione contro i ful-mini pu essere eseguita in modo estremamentepreciso.Il diagramma di flusso indica la procedura secondoCEI EN 62305-2 (Figura 3.2.9.1). Se si presume che ilrischio calcolato R supera il rischio tollerabile RT,

Tabella 3.2.8.1 Tipici valori di rischio tollerabile RT

Tipi di perdita RT

L1 perdita di vite umane (lesione o morte di persone) 10-5/anno

L2 perdita di servizio pubblico 10-3/anno

L3 perdita di patrimonio culturale insostituibile 10-3/anno

Figura 3.2.9.1 Diagramma a flusso per la scelta delle misure di protezione per i tipi di perdita L1 ... L3

Identificare la struttura da proteggere

Identificare i tipi di perdita relativi allastruttura

Per ciascun tipo di perditaidentificare e calcolare le componenti di rischio

RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW, RZ

R > RTStrutturaprotetta

No

No

S

installatolLPMS ?

S

No

RB > RT

S

Installare un tipoadeguato di

LPS

Installare un tipoadeguato di

LPMS

Installarealtre

misure di protezione

No

S

Calcolare nuovivalori delle

componenti di rischio

installatolLPS ?

da verificare se il rischio per danni materiali dovu-to alla fulminazione diretta nella struttura RB,supera il rischio tollerabile RT. In caso affermativodeve essere installato un sistema di protezionecontro i fulmini completo con un'adeguata prote-zione interna ed esterna. Se RB sufficientementeridotto, nel secondo passo viene controllato se ilrischio dovuto all'impulso elettromagnetico da ful-mine (LEMP) pu essere ridotto sufficientementetramite ulteriori misure di protezione.Seguendo la procedura indicata nella figura3.2.9.1 possono quindi essere scelte le misure diprotezione per la riduzione delle componenti dirischio che presentano dei valori relativamentealti, cio misure di protezione di un'efficacia relati-vamente elevata nel caso analizzato.

3.2.10 Perdite economiche / redditivit dellemisure di protezione

Per alcune strutture rilevante il tipo di perdita L4:perdite economiche rilevante. In questi casi nonsi pu calcolare con il rischio tollerabile RT. inve-ce da valutare se le misure di protezione sono giu-stificabili dal punto di vista economico. Valori asso-luti come un definito rischio tollerabile RT, nonsono dei criteri di paragone, bens valori relativi:diverse varianti di misure di protezione della strut-tura vengono paragonate fra di loro e la variante

ottimale verr realizzata, cio quella con i pi bas-si costi delle perdite per il pericolo da fulminazio-ne rimanenti. Si possono e si dovrebbero quindi,analizzare diverse varianti di protezione.La procedura fondamentale indicata nella figura3.2.10.1, la figura 3.2.10.2 raffigura il diagrammadi flusso pertinente secondo CEI EN 62305-2. Que-sto nuovo metodo inizialmente apre sicuramentenuove discussioni nel settore, premettendo che giprima della progettazione vera e propria dellemisure di protezioni contro i fulmini sono possibilidelle valutazioni (indicative) dei costi.Una dettagliata e attualizzata banca dati in questicasi pu dare degli ottimi servizi. Nelle strutture, oltre al tipo di perdita L4, di solitosono rilevanti anche uno o pi degli altri tipi diperdita L1L3. In questi casi da proseguire inizial-mente con la procedura dimostrata in figura3.2.9.1, questo significa che il rischio R per i tipi diperdita L1L3 deve essere inferiore al rischio tolle-rabile RT. Se questa situazione data, in un secon-do passo viene controllata l'utilit delle misure diprotezione pianificate secondo la figura 3.2.10.1 efigura 3.2.10.2. Anche qui ci sono nuovamente diverse possibilitnelle varianti di protezione, dove infine dovrebbeessere realizzata quella pi economica, per sem-pre a condizione che per tutti i rilevanti tipi di per-dita di interesse pubblico L1 L3 valga: R < RT.


Costi annuali delleperdite per ilpericolo da

fulminazione


fulminazione

Ammontaredelle misure di

protezione


fulminazione

Ammontaredelle misure di

protezione

Varianteeconomicaconveniente

Costi annuali

Misura di protezioneSenzamisure di protezione

Conmisure di protezione

variante 1

Conmisure di protezione

variante 2

Cost

i com

ples

sivi

Perdita annuale per fulminazione

Ammontare delle perdite x numero medio annuodi eventi pericolosi

Compresi:Ammontare della perdita: costi del ripristinopi costi consecutivi (p. es. fermo produzione,perdita di dati)

Probabilit di perdita: relativa alle misure diprotezione

Costi annuali delle misure di protezione

Ammortamento, manutenzione, interessi (annuali)

Figura 3.2.10.1 Procedimento principale per la sola valutazione economica e il calcolo dei costi annuali


3.2.11 Differenze fondamentali della CEI EN 62305-2:2006 (CEI 81-10/2) allaCEI 81-4:1996

Se si paragonano le quattro parti della serie di Nor-me CEI EN 62305:2006-04 (CEI 81-10) con le prece-denti Norme CEI 81-1, 4, e 8, la parte 2 (valutazio-ne del rischio) presenta le pi grandi novit emodifiche. Questo deriva in particolare dalleseguenti circostanze:

Qui non sono descritte delle misure di prote-zione, nelle quali delle varianti significativesono da implementare soltanto con grandedifficolt.

Sono definite piuttosto delle procedure di cal-colo, come equazioni, parametri e i loro valori,nelle quali sono possibili delle modificazioni inmodo molto facile.

Per questa parte normativa, particolarmentein confronto alla CEI 81-4 e 8, finora esistevanodelle esperienze limitate, cos che da questaparte erano da aspettarsi gli adeguamenti pisignificativi.

Invariato resta intanto il procedimento generaleper la valutazione del rischio. Il rischio, cio le sin-

gole componenti di rischio risultano tuttora comeprodotto di:

numero annuo dei fulmini N (eventi pericolo-si), dove si fanno in particolare dei calcoli sullearee di raccolta equivalenti (allegato A);

una probabilit di danno P, con la quale unafulminazione provoca un determinato danno(incendio, sovratensione, ecc.) (allegato B);

un fattore di perdita L, il quale descrive il tipo,l'entit e in alcuni casi le conseguenze del dan-no (allegato C).

In parte nelle equazioni sono stati adeguati soltan-to alcuni parametri, ovvero i loro valori, in parte icalcoli sono stati modificati totalmente, cos chenon sempre possibile un confronto dei risultatiparziali tra norma vecchia CEI 81-4 e nuovaCEI 81-10 parte 2, bens soltanto un paragone deirisultati finali di un determinato progetto. Datoche l'utente per effettua raramente il calcolo del-la valutazione del rischio manualmente, ma piut-tosto con l'aiuto di un software, non se ne accorge-r nemmeno di tante variazioni. Le variazionidiventano per evidenti dal fatto che sono staticambiati i simboli per alcuni parametri, altri para-metri non vengono pi esaminati e ancora altriparametri sono totalmente nuovi.

Se viene confrontata la nuova CEI 81-10/2 con lavecchia CEI 81-4, si possono riassumere leseguenti modifiche:

I calcoli del numero degli eventi NX, secondol'allegato A, sono stati cambiati solo legger-mente.

I calcoli e rispettivamente le definizioni delleprobabilit di danno PX nell'allegato B hannosubito cambiamenti sostanziali. Adesso i valoririsultano direttamente da tabelle (PA, PB, PC),dalla comparazione di due valori che possonoessere estratti direttamente dalle tabelle (PU,PV, PW, PZ), e solo in un unico caso, per ricavareil valore dalla tabella, deve essere effettuatauna moltiplicazione di quattro parametri (PM).Il calcolo della probabilit di danno tramitealcune semplici probabilit basilari P e fattoridi riduzione k, conosciuto dalla vecchia CEI81-4, sostituito.

I danni medi X vengono cambiati nell'allegatoC in perdite (meglio: fattori di perdita) LX. Le

Calcolare tutte le componenti dirischio RX relative ad R4

Calcolare il costo annuale CLdella perdita totale ed il costo CRLdella perdita residua in presenza

delle misure di protezione

Calcolare il costo annuale CPMdelle misure di protezione scelte

CPM + CRL > CLNon conveniente

adottare misuredi protezione

S

No

conveniente adottaremisure di protezione

Figura 3.2.10.2 Diagramma a flusso per la scelta delle misure di protezione per le perdite economiche

equazioni per il calcolo dei fattori di perdita LXe anche i valori tipici di questi fattori di perdi-ta, nella maggior parte, restarono per inva-riati. Nell'allegato C si trovano adesso peranche alcuni fattori di riduzione rX per misuredi protezione che finora erano utilizzati per ilcalco

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