Fulmini e Gabbia di Faraday – LPS – SPD – Studio e Approfondimento per la STAZIONE RADIO

Fulmini e Gabbia di FaradayLPS – SPD – Studio e Approfondimento per la STAZIONE RADIO

Gli acronimi usati :

  • LPSLightning Protection System, esterno o impianto di protezione contro le scariche atmosferiche dirette (gabbia di Faraday o Parafulmine)
  • SPD Scaricatori di Sovratensione, SPD acronimo di Surge Protective Device)
Salve a tutti ( anche a quelli che visitano il mio blog, anonimamente con la VPN dagli U.S.A.). Visto che nell’ultimo periodo mi sono occupato, pubblicando diversi articoli, delle sovratensioni, delle fulminazioni dirette e indirette, degli scaricatori con spinterometri, alcune mappe in tempo reale dei fulmini che cadono a terra, ecc., così è nata la necessità di approfondire gli argomenti relativi alla fulminazione diretta, la caduta dei fulmini.
Se l’edificio è dotato di impianto parafulmine (LPS Lightning Protection System, esterno o impianto di protezione contro le scariche atmosferiche dirette), oppure ne è sporvvisto, forse, vedremo successivamente!
Le statistiche parlano che nei nostri edifici moderni, nessuna fulminazione diretta sugli edifici, ha creato problemi alle persone che erano presenti all’interno dell’edificio, parlo al chiuso, in ufficio, dentro casa, per intenderci. Perché?
Perchè, è come stare all’interno di un’auto, che ha tutta la struttura che ci circonda, in metallo o come stare in un aereo e venire colpito da un fulmine, è la Gabbia di Faraday che ci protegge.
L’auto ci protegge dalle scariche elettriche, non è una simulazione!
Aereo colpito da un fulmine, immagine reale,vera.
Ecco un tetto costruito in cemento armato con la costruzione “involontaria” di una vera Gabbia di Faraday. Vero!.
Progetto di un edificio in cemento armato, più gabbie di Faraday, che si vanno a formare per la natura stesso del cemento armato con ferri.
Le mie antenne sul tetto in cemento armato (vero!) del fabbricato dove abito.

Cosi ho pensato alla mia stazione radio con le antenne esterne sul tetto e mi sono chiesto, ma se sono in stazione radio e cade un fulmine sulle antenne cosa succede? Analisi;

  1. Le antenne hanno tutte la messa a terra che è separata e solo per la stazione radio e scende direttamente a terra, in terreno umido e rivolto a nord
  2. Le linee di antenna si chiudono tutte sui balun con le spire che cortocircuitano la linea di discesa dell’antenna verso gli apparati (tutte le antenne hanno un balun)
  3. Tutti i cavi coassiali di antenna convergono su un morsetto equipotenziale di terra
  4. Di recente ho anche aggiunto uno spinterometro al commutatore di antenna
  5. tutti gli apparati sono collegati alla messa terra tramite il morsetto equipotenziale
Il sottotetto dov’è la mia stazione radio, ha la sua struttura in cemento armato. Poiché le strutture in cemento armato costituiscono, in generale, una gabbia di Faraday, che, notoriamente, annulla il campo elettrico al suo interno, ciò non consente alle cariche elettriche atmosferiche di penetrare all’interno del fabbricato e qundi sono al sicuro, come si è al sicuro in auto o in aereo, altre gabbie di Faraday.
 
Copertura di un edificio, in evidenza il ferro utilizzato, che poi sarà ricoperto con il cemento che maschera il ferro presente al suo interno. Ma allora il problema qual’è?
Sia che l’edificio è dotato di impianto parafulmine LPS (Lightning Protection System o di una gabbia di Farady contro le scariche atmosferiche dirette) oppure no,  il fulmine viene scaricato a terra portando in tensione l’impianto di terra e tutto ciò a cui esso è collegato. Con la fulminazione diretta si verifica sia l’accoppiamento induttivo, per esempio tra la calata di terra e una conduttura che scorre parallela ad essa, che l’accoppiamento resistivo per esempio tra la calata di terra e la tubatura del gas.
Le sovratensioni che nascono per accoppiamento resistivo possono generare scariche pericolose perché contengono energia sufficiente ad innescare un incendio o distruggere le apparecchiature.
L’accoppiamento resistivo tra le parti conduttrici determina inoltre la nascita di tensioni pericolose di passo e di contatto.
Le tensioni di passo hanno andamento decrescente e sono pericolose sia per gli esseri umani che per gli animali.
Quindi nello stesso momento viene generata tanta energia indotta che si riversa in tutte le parti metalliche del fabbricato, per cui avremo delle sovratensioni pericolose che si propagheranno in modo particolare sull’impianto elettrico e su tutto ciò che conduce elettricità.
Quali soluzioni adottare?

Un sistema di SPD realizzato in conformità alla norma.  In particolare l’impianto di protezione LPS (Lighting Protection System) “ è l’impianto completo usato per ridurre il danno materiale dovuto alla fulminazione diretta della struttura”, mentre il Limitatore di sovratensioni SPD (Surge Protective Device) è il “dispositivo per limitare le sovratensioni e deviare le sovracorrenti, verso terra”.

I limitatori di sovratensione SPD “hanno lo scopo di evitare il danneggiamento di circuiti e di apparati causati da sovratensioni di origine esterna (fulminazioni) e di origine interna (manovre o interventi di dispositivi di protezione)”.
Ricordando che “le sovratensioni dovute a fulminazioni sono le più gravose”.
In particolare gli SPD vanno scelti a seconda:
– “del loro punto di installazione nell’impianto e della relativa corrente di scarica;
– della tensione di tenuta ad impulso delle apparecchiature da proteggere e della distanza esistente tra queste e l’SPD che deve essere inferiore alla distanza di protezione determinata da fenomeni di oscillazione e induzione”.
E “poiché le sovratensioni più frequenti e pericolose sono quelle verso terra , gli SPD vanno installati tra conduttori attivi e terra”.Altre misure di protezione integrative possono essere:

– “misure per ridurre le probabilità di danno (incremento della resistività superficiale del suolo nella fascia di 3 m intorno alla struttura; incremento della resistività superficiale dei pavimenti interni della struttura; schermatura totale o parziale della struttura; schermatura dei circuiti interni alla struttura; idonea distribuzione del cablaggio dei circuiti interni alla struttura; uso di apparecchiature con tensione di tenuta ad impulso elevata; schermatura delle linee elettriche entranti).

73 da Antonio IU8CRI.

Articoli di riferimento del blog:

FULMINAZIONE DIRETTA E INDIRETTA – STUDIO DELLE SOVRATENSIONI

Messa a Terra Stazione Radio e Mappa caduta Fulmini

COSTRUIRE UNO SCARICATORE DI TIPO 1 CON SPINTEROMETRO PER STAZIONE RADIO – Aggiornato

COSTRUZIONE SCARICATORE SOVRATENSIONI TIPO 2 PER STAZIONE RADIO

COSTRUZIONE DI UNA SEMPLICE PROTEZIONE SOVRATENSIONE DI TIPO 3 in una spina

COMMUTATORE D’ANTENNA CON SCARICATORE A GAS – FASE 1

Pubblico questo mio approfondimento, relativamente alla protezione da sovratensioni esclusivamente per condividere le mie sperimentazioni e soluzioni che ho adottato per mio uso e consumo e non vuole essere, ne una guida, ne un riferimento per la realizzazione in proprio di scaricatori di sovratensione o di apparecchi simili. Ciascuno dei lettori potrà utilizzare come meglio crede le mie sperimentazione, ma a suo rischio e pericolo, sollevando il sottoscritto autore dell’articolo da qualunque responsabilità. Trattandosi di realizzazioni di apparati sperimentali che ho già realizzato o realizzerò successivamente alla pubblicazione del presente articolo, non sono apparati destinati all’uso in private abitazioni o in altri ambienti di lavoro, ma esclusivamente ad uso didattico-sperimentale.

Precedente Network per fulmini e temporali in tempo reale con suoni e sensori Successivo Sezione Ari Milano - Serata a tema: La messa a terra delle antenne