PROTEZIONE COMPLETA CONTRO I FULMINI DEGLI EDIFICI

Il moderno sistema di protezione contro i fulmini si basa su una strategia integrata definita dallo standard internazionale IEC 62305, implementato in Ucraina come ДСТУ EN 62305 (tutte le parti). Questo standard tratta quattro aspetti principali: principi generali (parte 1), gestione del rischio (parte 2), danni fisici agli edifici e pericolo per la vita (parte 3) ed impianti elettrici ed elettronici negli edifici (parte 4). La scelta del livello di protezione contro i fulmini (LPL – Lightning Protection Level) è il primo passo, determinato sulla base dell’analisi del rischio. I livelli LPL variano da I a IV, dove LPL I garantisce il livello di protezione più elevato (coefficiente di efficacia > 98%), mentre LPL IV quello minimo (coefficiente di efficacia > 80%).

La determinazione dell’LPL si basa su fattori quali il tipo di edificio, la sua destinazione d’uso, l’ubicazione, le conseguenze di un fulmine (perdita di vite umane, danni al patrimonio culturale, perdita di servizi pubblici, perdite economiche). Ogni LPL corrisponde a determinati parametri della corrente impulsiva del fulmine (ad esempio, per LPL I il valore di picco della corrente del primo impulso è 200 kA, mentre per LPL IV è 100 kA) e richiede soluzioni tecniche adeguate. Le zone di protezione contro i fulmini (LPZ – Lightning Protection Zones) sono un concetto chiave della ДСТУ EN 62305-4. Si classificano come: LPZ 0A (zona non protetta dal fulmine diretto), LPZ 0B (protetta dal fulmine diretto, ma esposta alla corrente totale del fulmine che attraversa il sistema di protezione esterna), LPZ 1 (zona in cui le correnti da fulmine sono limitate) e le LPZ successive, dove l’effetto del campo elettromagnetico e delle correnti è ulteriormente ridotto. Ogni zona richiede misure specifiche di protezione interna contro i fulmini, in particolare l’installazione di dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) dei tipi appropriati. Il rispetto di questi standard garantisce la massima affidabilità e sicurezza degli impianti tecnologici.

Per una progettazione efficace è di importanza critica calcolare con precisione il livello di protezione necessario. Ad esempio, per edifici ad alto rischio, come ospedali o data center, si applica generalmente LPL I o II, che richiede l’uso di captatori con massima efficacia e un sistema SPD multilivello. Per gli edifici residenziali è generalmente sufficiente LPL III o IV. È importante anche valutare i rischi legati al territorio, alla frequenza dell’attività temporalesca e alla presenza nelle vicinanze di strutture alte che possono fungere da captatori naturali. Un’analisi dettagliata di questi fattori consente di ottimizzare il costo del sistema senza comprometterne l’efficacia.

Errori Tipici nella Costruzione e nella Progettazione dei Sistemi di Protezione contro i Fulmini

Ignorare o interpretare erroneamente i requisiti normativi della ДСТУ EN 62305 è uno degli errori più comuni nella progettazione e nel montaggio dei sistemi di protezione contro i fulmini. Ad esempio, una scelta errata dei materiali per i conduttori di discesa o i dispersori può ridurre significativamente l’efficacia del sistema. L’uso di conduttori sottili, con sezione inadeguata, può causarne il surriscaldamento e la rottura durante una scarica temporalesca. Un altro errore critico è la messa a terra insufficiente o la sua assenza, che rende impossibile lo scarico sicuro della corrente del fulmine nel terreno. Secondo la ДСТУ EN 62305-3, la resistenza del dispersore non deve superare 10 Ω per la maggior parte degli edifici, e 4 Ω per le strutture particolarmente critiche. Anche il posizionamento errato dei captatori o dei conduttori di discesa, che non tiene conto delle caratteristiche architettoniche dell’edificio e della sua altezza, rende il sistema inefficace.

Si dimentica spesso la necessità di un’adeguata protezione dalle sovratensioni impulsive (SPD), il che porta al danneggiamento degli impianti elettrici interni e delle apparecchiature. Il mancato rispetto delle distanze di sicurezza tra i componenti del sistema di protezione contro i fulmini e le parti metalliche dell’edificio, nonché le apparecchiature sensibili, può causare pericolose scintille e sovratensioni. Un altro errore comune è l’assenza di controlli e manutenzione regolari del sistema di protezione contro i fulmini. Secondo la ДСТУ EN 62305-3, le ispezioni visive del sistema di protezione esterna devono essere effettuate annualmente, mentre la misurazione completa della resistenza di terra almeno una volta ogni 5 anni. Ignorare questi requisiti riduce significativamente l’affidabilità del sistema e può portare a gravi conseguenze durante un temporale. È importante anche prestare attenzione al coordinamento tra i diversi tipi di SPD per garantire una protezione coordinata, compito spesso complesso per i non professionisti.

Il sistema di protezione esterna contro i fulmini (LPS – Lightning Protection System) è destinato a intercettare il fulmine diretto e a scaricarne in modo sicuro la corrente a terra, riducendo al minimo il rischio di danni all’edificio stesso. È composto da tre componenti principali: il captatore, i conduttori di discesa e il dispersore. I captatori possono essere di diversi tipi, a seconda dell’architettura dell’edificio e dei requisiti LPL. I più diffusi sono i captatori ad asta, installati nei punti più alti della struttura. La loro altezza e posizione sono calcolate con il metodo dell’angolo di protezione o il metodo della sfera rotolante, secondo la ДСТУ EN 62305-3.

Per grandi superfici di copertura o forme architettoniche complesse si utilizzano spesso captatori a fune (conduttori tesi) o captatori a maglia (rete di protezione contro i fulmini che copre l’intera superficie del tetto). La rete deve avere una determinata dimensione delle maglie, che dipende dall’LPL: per LPL I – 5×5 m, LPL II – 10×10 m, LPL III – 15×15 m, LPL IV – 20×20 m. I conduttori di discesa (downconductors) servono a condurre la corrente del fulmine dal captatore al dispersore. Vengono posati lungo le pareti esterne dell’edificio, prevalentemente sugli angoli, e devono avere una resistenza minima e il massimo numero di percorsi paralleli per la distribuzione della corrente. Secondo la ДСТУ EN 62305-3, la sezione minima del conduttore di discesa in rame è di 16 mm², in acciaio zincato di 50 mm². Il numero di conduttori di discesa è determinato dal perimetro dell’edificio: un conduttore ogni 10-20 metri di perimetro, a seconda dell’LPL e dell’altezza della struttura.

Il dispersore (earthing system) garantisce la dispersione sicura della corrente del fulmine nel terreno. Può essere realizzato sotto forma di elettrodi verticali (picchetti), conduttori orizzontali o una loro combinazione. Per raggiungere la resistenza di terra necessaria (< 10 Ω o < 4 Ω per gli edifici critici), i dispersori devono essere sufficientemente lunghi e posizionati in un terreno con conducibilità adeguata. In molti casi si utilizza un dispersore di fondazione (fondazione in calcestruzzo armata con ferri d’armatura in acciaio), che garantisce un’ampia superficie di contatto con il terreno. Tutti i collegamenti del sistema devono essere affidabili, resistenti alla corrosione ed elettricamente conduttivi, spesso mediante appositi morsetti o saldatura. Il controllo regolare dell’integrità e della resistenza di terra è una procedura obbligatoria per garantire l’affidabilità del sistema.

La protezione interna contro i fulmini, realizzata mediante dispositivi di protezione da sovratensione (SPD – Surge Protective Devices), è di importanza critica per preservare la funzionalità degli impianti elettrici ed elettronici dell’edificio. Un fulmine diretto sul sistema LPS esterno o anche una scarica ravvicinata può causare significative sovratensioni impulsive nella rete di alimentazione e nelle linee di comunicazione, danneggiando apparecchiature sensibili come computer, sistemi ‘smart home’, televisori e altri elettrodomestici.

Secondo la ДСТУ EN 62305-4, gli SPD si classificano in tre tipi principali, che garantiscono una protezione a gradini: Type 1, Type 2 e Type 3. Gli SPD Type 1 vengono installati all’ingresso dell’alimentazione elettrica dell’edificio, generalmente nel quadro elettrico generale (QE generale), al confine tra LPZ 0A e LPZ 1. Sono destinati a scaricare parte della corrente diretta del fulmine o degli impulsi potenti che si generano in caso di fulmine diretto sul sistema LPS esterno. La loro capacità di scarica della corrente da fulmine (Iimp) è generalmente compresa tra 12.5 kA e 50 kA per polo, indicatore chiave per garantire una protezione affidabile nella prima fase.

Gli SPD Type 2 vengono montati nei quadri elettrici secondari, al confine tra LPZ 1 e LPZ 2, per la protezione dalle sovratensioni residue che hanno attraversato l’SPD Type 1, nonché dalle sovratensioni causate da processi di commutazione all’interno della rete. La loro capacità di scarica nominale (In) è generalmente compresa tra 5 kA e 20 kA per polo. Infine, gli SPD Type 3 vengono installati direttamente vicino alle apparecchiature sensibili, al confine tra LPZ 2 e LPZ 3, garantendo una protezione fine dagli impulsi a bassa energia. Questi dispositivi possono essere integrati nelle prese o nei filtri di rete. È importante il coordinamento tra i diversi tipi di SPD: devono essere collegati in serie rispettando le distanze appropriate tra loro (generalmente almeno 10 m di conduttore o l’uso di appositi elementi di disaccoppiamento), affinché ogni SPD successivo possa intervenire efficacemente dopo quello precedente, garantendo una protezione a cascata. La scelta e il montaggio corretti degli SPD garantiscono il funzionamento stabile degli impianti tecnologici anche in caso di intense scariche temporalesche.

La progettazione del sistema di protezione contro i fulmini in Ucraina è un processo responsabile, regolato da una serie di documenti normativi, i principali dei quali sono la ДБН В.2.5-27:2006 ‘Misure di protezione elettrica. Messa a terra, messa a neutro’ (per quanto riguarda la messa a terra) e le parti implementate in Ucraina dello standard internazionale ДСТУ EN 62305. Queste norme stabiliscono requisiti chiari per il calcolo, la scelta dei componenti e il montaggio dei sistemi di protezione contro i fulmini, garantendone l’efficacia e l’affidabilità.

Il primo passo nella progettazione è la valutazione del rischio secondo la ДСТУ EN 62305-2, che tiene conto del tipo di edificio, delle sue dimensioni, della destinazione d’uso, della presenza di materiali esplosivi o infiammabili, nonché del numero medio annuo di giorni di temporale nella regione (per l’Ucraina è di circa 80-100 giorni all’anno, a seconda dell’oblast). Sulla base di questa valutazione si determina il livello di protezione contro i fulmini necessario (LPL I-IV). Per LPL I il rischio di fulminazione deve essere ridotto al minimo, mentre per LPL IV è ammesso un livello maggiore di rischio residuo. Ad esempio, per i beni del patrimonio culturale o le infrastrutture critiche si applica LPL I o II, che garantisce il massimo grado di protezione. Per i normali edifici residenziali è generalmente sufficiente LPL III o IV.

Successivamente si procede alla scelta e alla disposizione dei captatori. A tal fine si utilizzano metodi come il metodo dell’angolo di protezione (per forme di tetto semplici) e il metodo della sfera rotolante (per forme architettoniche complesse). Il raggio della sfera rotolante dipende dall’LPL: per LPL I – 20 m, LPL II – 30 m, LPL III – 45 m, LPL IV – 60 m. Dopo aver determinato la posizione dei captatori, si progettano i conduttori di discesa, che devono garantire diversi percorsi paralleli verso il dispersore, per minimizzare le tensioni induttive e distribuire la corrente del fulmine. Il numero di conduttori di discesa viene calcolato in base all’LPL e al perimetro dell’edificio, in modo che la distanza tra essi non superi 10 m per LPL I, 15 m per LPL II, 20 m per LPL III e 25 m per LPL IV. Il dispersore è progettato in modo che la sua resistenza non superi i valori normativi, generalmente non più di 10 Ω per la maggior parte degli edifici. Per la fondazione in Ucraina si utilizza spesso un dispersore ad anello in acciaio zincato. Tutte le strutture metalliche dell’edificio che potrebbero essere colpite dal fulmine devono essere integrate nel sistema di terra tramite il collettore principale di terra (CPT). Una progettazione integrata che tenga conto di tutti questi aspetti è garanzia di un sistema di protezione contro i fulmini affidabile e sicuro.

Il montaggio del sistema di protezione contro i fulmini richiede un’elevata qualificazione e il rigoroso rispetto dei requisiti tecnologici stabiliti dalla ДСТУ EN 62305-3. Dalla qualità dei lavori di montaggio dipende direttamente l’affidabilità e la durabilità dell’intero sistema. La prima fase è l’installazione dei captatori. Devono essere saldamente fissati al tetto dell’edificio mediante appositi supporti, che garantiscono l’altezza necessaria e la resistenza ai carichi del vento. Per i captatori ad asta si utilizzano pali in acciaio zincato o altri sostegni resistenti. Nel montaggio di captatori a maglia o a fune, è importante garantire una copertura uniforme dell’intera superficie del tetto e una corretta tensione per evitare cedimenti.

Successivamente si posano i conduttori di discesa. Devono essere fissati alle pareti dell’edificio mediante appositi morsetti, mantenendo una distanza dalla superficie della parete (generalmente non inferiore a 10 cm) per evitare danni alla facciata e prevenire pericolose scariche a scintilla. Ogni conduttore di discesa deve avere un morsetto di ispezione, che permette di scollegare il dispersore per effettuare le misurazioni della resistenza. I collegamenti tra i componenti (captatori-conduttori di discesa, conduttori di discesa-dispersori) devono essere meccanicamente resistenti e avere una bassa resistenza elettrica. Si raccomanda di utilizzare saldatura, connessioni a compressione o speciali morsetti a bullone con rivestimento anticorrosivo. Le connessioni saldate a stagno non sono raccomandate a causa della loro insufficiente resistenza meccanica e della tendenza a rompersi con correnti da fulmine elevate.

Il dispersore viene installato nel terreno. Può trattarsi dell’infissione verticale di picchetti o della posa di conduttori orizzontali. La profondità di posa dei dispersori orizzontali deve essere di almeno 0.5-0.8 metri, per garantire una resistenza di terra stabile indipendentemente dalle oscillazioni stagionali dell’umidità del suolo. Dopo il montaggio dell’intero sistema si effettuano le misurazioni obbligatorie della resistenza del dispersore e la verifica dell’integrità di tutti i collegamenti. L’esercizio del sistema di protezione contro i fulmini prevede controlli regolari: le ispezioni visive dei componenti devono essere effettuate annualmente, mentre la misurazione completa della resistenza di terra almeno una volta ogni 5 anni. Per gli edifici con requisiti di affidabilità elevati, ad esempio per gli edifici in legno lamellare, questi controlli possono essere più frequenti. Queste misure garantiscono un funzionamento ininterrotto e la massima efficacia del sistema per tutta la sua vita utile.

La scelta di componenti e nodi di fissaggio di qualità è fondamentale per garantire la durabilità e l’affidabilità del sistema di protezione contro i fulmini. Secondo la ДСТУ EN 62305-3, tutti gli elementi del sistema devono essere realizzati con materiali ad alta conducibilità elettrica, resistenza alla corrosione e sufficiente resistenza meccanica. I principali materiali utilizzati per captatori, conduttori di discesa e dispersori sono rame, acciaio zincato e acciaio inossidabile.

Il rame (sezione da 16 mm²) è la scelta ottimale grazie alla sua elevata conducibilità elettrica e all’eccellente resistenza alla corrosione. È ideale per tutti gli elementi, ma il suo costo è il più elevato. L’acciaio zincato (sezione da 50 mm² per i conduttori di discesa) è un’opzione economicamente vantaggiosa, che garantisce una buona conducibilità elettrica e protezione dalla corrosione grazie al rivestimento di zinco. Tuttavia, la sua resistenza alla corrosione è limitata, specialmente in ambienti aggressivi. L’acciaio inossidabile (sezione da 50 mm²) combina elevata resistenza meccanica, eccellente resistenza alla corrosione e aspetto estetico, il che lo rende ideale per le parti visibili del sistema, dove sono importanti la durabilità e l’aspetto esteriore.

I nodi di fissaggio e i connettori sono elementi chiave che garantiscono l’integrità meccanica ed elettrica del sistema. Devono essere realizzati con gli stessi materiali dei conduttori principali, oppure con materiali compatibili dal punto di vista elettrochimico, per evitare la corrosione galvanica. Morsetti, supporti per i conduttori di discesa e fissaggi per i captatori devono resistere a carichi del vento significativi e garantire un contatto affidabile. Per i collegamenti ‘conduttore-conduttore’ e ‘conduttore-dispersore’ si utilizzano speciali morsetti a bullone, manicotti a compressione o saldatura. Per garantire la tenuta e una protezione aggiuntiva dalla corrosione si possono utilizzare speciali compound o guaine termorestringenti. È importante anche tenere conto delle dilatazioni termiche dei materiali, specialmente per i conduttori di discesa lunghi, utilizzando compensatori.

Tutti i componenti devono possedere certificati di conformità agli standard ucraini e internazionali. Ad esempio, per gli SPD è obbligatoria la conformità alla ДСТУ EN 61643-11. La non conformità dei componenti ai requisiti degli standard può portarne alla rapida usura, alla riduzione dell’efficacia del sistema e alla creazione di rischi aggiuntivi. Investire in materiali di qualità e in un montaggio professionale è garanzia di un funzionamento affidabile e ininterrotto del sistema di protezione contro i fulmini per decenni.

Gli edifici moderni sono sempre più dotati di impianti tecnologici complessi, inclusi automazione e ‘smart home’, il che li rende estremamente vulnerabili alle sovratensioni impulsive causate dai fulmini. Pertanto, l’integrazione della protezione contro i fulmini con questi sistemi non è semplicemente auspicabile, ma una condizione obbligatoria per garantirne il funzionamento ininterrotto e affidabile. Gli impianti tecnologici, come ventilazione, riscaldamento, illuminazione, sistemi di sicurezza e multimedia, contengono numerosi componenti elettronici, microcontrollori e sensori, facilmente danneggiabili anche da scariche temporalesche lontane.

Un aspetto chiave dell’integrazione è un sistema di protezione interna contro i fulmini correttamente progettato, con SPD di diversi tipi (Type 1, 2, 3), che devono essere installati su tutte le linee di alimentazione e trasmissione dati che entrano nell’edificio o collegano diverse LPZ. Ciò include linee di alimentazione, cavi Ethernet, linee telefoniche, cavi antenna e bus dati dei sistemi ‘smart home’ (KNX, LonWorks, Modbus, ecc.). Per ciascuna di queste linee è necessario prevedere un SPD adeguato, che protegga le apparecchiature sensibili dalle sovratensioni impulsive. È importante anche il concetto di schermatura dei cavi e l’uso di cavi di rete schermati (STP o FTP) per i sistemi di trasmissione dati che attraversano diverse LPZ.

Particolare attenzione va dedicata alla messa a terra di tutte le parti metalliche degli impianti tecnologici, come i condotti metallici del sistema di ventilazione, le tubazioni dell’acqua e del riscaldamento, i cavidotti. Tutti devono essere collegati al collettore principale di terra dell’edificio, rispettando i principi di equipotenzialità definiti dalla ДБН e dalla ДСТУ EN 62305-3. Ciò previene l’insorgere di pericolose differenze di potenziale tra i diversi elementi metallici durante una scarica temporalesca. Per le ‘smart home’, dove è elevata la densità di apparecchiature elettroniche, si raccomanda di creare zone schermate locali all’interno delle LPZ, il che riduce ulteriormente il rischio di esposizione ai campi elettromagnetici. Controlli regolari del funzionamento degli SPD e dell’integrità della messa a terra sono obbligatori per garantire l’affidabilità a lungo termine di tutti i sistemi integrati, che garantiscono comfort e sicurezza agli utenti.