Esiste il pericolo di scariche incontrollate tra i componenti della protezione contro i fulmini esterna e gli impianti metallici ed elettrici all’interno dell’edificio, se la distanza tra l’impianto di captazione o le calate e le installazioni metalliche ed elettriche all’interno di una struttura da proteggere è insufficiente.
Le installazioni metalliche, ad esempio i condotti dell’acqua, aria condizionata o elettrici, producono delle spire induttive nell’edificio, nelle quali (a causa del campo magnetico rapidamente variabile provocato dal fulmine) possono essere indotte delle tensioni impulsive. Va quindi evitato che queste tensioni impulsive provochino scariche incontrollate, che potrebbero anche causare incendi. Una scarica, ad esempio su conduttori elettrici, potrebbe causare grossi danni alle installazioni e ai carichi connessi. La Figura 5.6.1 illustra il principio della distanza di sicurezza.
La formula per il calcolo della distanza di sicurezza è difficile nell’applicazione a livello pratico. La formula è la seguente:

dove

Coefficiente k_i

Il coefficiente k_i (fattore di induzione) della relativa classe di protezione indica il pericolo costituito dalla ripidità del fronte di salita della corrente. Dipende dalla classe di protezione LPS ed è specificato nella Tabella 10 della norma IEC 62305-3 (EN 62305-3) standard (Tabella 5.6.1).

Fattore del materiale k_m

Il fattore del materiale k_m considera le caratteristiche isolanti dell’ambiente circostante. Per questo calcolo le caratteristiche isolanti dell’aria si assumono unitarie (fattore 1). Tutti gli altri materiali solidi che vengono utilizzati nell’edilizia (ad esempio muratura, legno, ecc.) hanno proprietà isolanti pari alla metà rispetto all’aria. Di questo bisogna tenere conto per aste di captazione montate sul tetto. Come mostrato nella Figura 5.6.2, il materiale solido (k_m = 0,5) si trova tra la base dell’asta di captazione e la struttura montata sul tetto, mentre un’intercapedine d’aria (k_m = 1) si trova tra il bordo superiore della struttura montata sul tetto e l’asta di captazione.
Poiché la norma non specifica fattori del materiale diversi da k_m = 0,5 e 1, valori diversi vanno verificati mediante prove o calcoli. Per la vetroresina utilizzata nei prodotti DEHN per i sistemi di captazione isolati viene indicato il fattore di 0,7 (distanziatore DEHNiso, DEHNiso Combi). Tale fattore può essere impiegato nel calcolo come gli altri fattori di materiale.
Secondo l’integrazione 1 della norma tedesca DIN EN 62305-3, si può calcolare il fattore k_m per strati di mattoni. Tale fattore k_m considera gli spessori del materiale e le sue proprietà isolanti (Figura 5.6.3). Si utilizza la seguente formula per calcolare il fattore k_m:

dove

Per una parete come da Figura 5.6.3, il fattore del materiale k_{m total} si calcola come segue:

k_{m total} = 0,573

Tuttavia, in caso di muratura a più strati, si utilizzano di solito degli elementi di collegamento tra i diversi materiali (ad esempio calcestruzzo, clinker, sistema composito per l’isolamento termico) (Figura 5.6.4). Pertanto non si può presumere che esista un’intercapedine d’aria tra i due materiali. Il fattore del materiale totale per questa configurazione è di conseguenza inferiore:

k_{m total} = 0,427

In generale, si consiglia di assumere il caso peggiore e di utilizzare un fattore materiale pari a k_m = 0,5.

Lunghezza l

La lunghezza l (Figura 5.6.4) è la lunghezza effettiva lungo il sistema di captazione o calata, dal punto in cui viene definita la distanza di sicurezza al successivo livello di collegamento equipotenziale antifulmine (potenziale zero) o al sistema dei dispersori.
Ogni struttura con una equipotenzialità antifulmine ha, in prossimità della superficie del terreno, un livello equipotenziale del dispersore di fondazione o di terra. Questa superficie rappresenta la quota di riferimento per la determinazione della distanza l.
Se è necessario creare un livello di collegamento equipotenziale antifulmine, in caso di edifici alti, deve essere stabilito un collegamento equipotenziale antifulmine per tutte le linee elettriche ed elettroniche e tutti gli impianti metallici, in caso di altezza ad esempio di 20 m. In questo caso devono essere utilizzati dispositivi di protezione da sovratensione Tipo I per definire un collegamento equipotenziale antifulmine a questa altezza.
Nel caso di edifici alti, la superficie equipotenziale del sistema dei dispersori di fondazione va anch’essa presa in considerazione come punto di riferimento per determinare la lunghezza l. Gli edifici alti rendono più difficile mantenere le necessarie distanze di isolamento.

Coefficiente di partizione k_c

Il fattore k_c considera la distribuzione di corrente nelle calate del sistema di protezione contro i fulmini. La normativa indica diverse formule per il calcolo di k_c. Per essere in grado di raggiungere delle distanze di isolamento per edifici alti che siano realizzabili in pratica, si consiglia di installare dei conduttori ad anello. Questa interconnessione permette di raggiungere un bilanciamento del flusso di corrente, che riduce la distanza di sicurezza necessaria.
La differenza di potenziale tra gli impianti dell’edificio e le calate è pari a zero in prossimità della superficie del terreno e cresce in relazione con l’altezza. Questo gradiente di potenziale può essere rappresentato come un cono rovesciato (Figura 5.6.1). Da questo si evince che la distanza di sicurezza da rispettare è massima in cima a un edificio o sul tetto e diminuisce in direzione del sistema dei dispersori. Ciò significa che la distanza tra le calate deve essere calcolata più volte con una diversa lunghezza l.

Il calcolo del coefficiente di partizione k_c si rivela spesso difficile a causa delle diverse strutture.

Coefficiente di partizione k_c, singola asta di captazione

Se viene installato un solo palo di captazione, per esempio, accanto all’edificio, la corrente totale passa attraverso questa asta di captazione e la calata. Il fattore k_c è quindi pari a 1 e la corrente non può dividersi. Perciò è spesso difficile mantenere la distanza di sicurezza. Nella Figura 5.6.5, ciò si può ottenere se il palo di captazione (ad esempio un palo antifulmine telescopico) è installato lontano dall’edificio.

Coefficiente di ripartizione k_c, approccio semplificato

Per valutare facilmente e rapidamente k_c, il valore può essere desunto in base al numero di calate, come mostrato nella Tabella 5.6.2. Si può usare l’approccio semplificato solo se la maggiore dimensione orizzontale della struttura (lunghezza o larghezza) non supera quattro volte l’altezza.

I valori di k_c si applicano ai dispersori di tipo B. Si possono usare questi valori anche per dispersori tipo A, se le resistenze di terra dei dispersori vicini non differiscono di più di un fattore 2. Tuttavia, se le resistenze di terra dei singoli dispersori differiscono di un fattore superiore a 2, va considerato k_c = 1.

Coefficiente di partizione k_c, due aste di captazione/calate collegate

Se sono presenti due aste o pali di captazione, la corrente può dividersi tra due percorsi (Figura 5.6.6). Tuttavia la corrente non si divide esattamente a metà tra i due percorsi (50% e 50%) a causa della loro diversa lunghezza (impedenza), in quanto il fulmine non colpisce sempre esattamente al centro del sistema (stessa impedenza), ma può anche colpire qualsiasi punto del sistema di captazione. La seguente formula per il calcolo del fattore k_c prende in considerazione il caso peggiore:

dove

In questo calcolo si assume un sistema di captazione tipo B. Se sono installati solo dispersori di tipo A, essi vanno interconnessi.

L’esempio seguente mostra il calcolo del coefficiente per un tetto spiovente con due calate (Figura 5.6.7). Se sono installati solo dispersori di tipo A e di tipo B (dispersori ad anello o di fondazione):

Coefficiente di partizione k_c e distanza di sicurezza in caso di un tetto a doppia falda o tetto piano con ≥ 4 calate

La disposizione delle calate illustrata nella Figura 5.6.7 non dovrebbe essere più applicata neppure su una casa unifamiliare. Il coefficiente di partizione k_c è significativamente migliore utilizzando due ulteriori calate, ossia un totale di quattro calate (Figura 5.6.8). Per il calcolo viene utilizzata la seguente formula:

dove

Risultato: k_c ≈ 0.51

L’equazione è un’approssimazione per strutture spaziali e per n ≥ 4. I valori di h e c sono ipotizzati fino a 20 m a una distanza di 3 m. Se sono installate delle calate interne non si deve considerare il numero n.
Nel caso di strutture con tetto piano, il coefficiente di partizione k_c viene calcolato come segue. In questo caso si presuppone un sistema con dispersori tipo A e B (Figura 5.6.9):

dove

Le distanze tra le calate sono basate sulla classe di LPS (Tabella 6 della norma IEC 62305-3 (EN 62305-3). Uno scostamento di +/- 20% è accettabile. Quindi la distanza c definisce la massima distanza tra calate simmetriche.

Approccio dettagliato per la determinazione della distanza di sicurezza s

Oltre alle possibilità sopra descritte per la determinazione del coefficiente di partizione k_c e la distanza di sicurezza, può essere utilizzato un metodo di calcolo più dettagliato. Nel caso di edifici con un sistema di protezione contro i fulmini a maglie interconnesse, la corrente si suddivide in parti uguali a causa dell’elevato numero di percorsi formati dai conduttori sul tetto piano e dalle calate. Per cui la distanza di sicurezza viene influenzata positivamente. Se sul tetto di un edificio viene installata una struttura, come mostrato in Figura 5.6.10, il metodo di calcolo dettagliato permette di calcolare la distanza di sicurezza s con la massima precisione possibile. Viene usata la seguente formula di calcolo:

dove

I valori di k_c dipendono dal numero dei percorsi della corrente. Di conseguenza, si applica quanto segue:

• k_c = 1 dal punto più prossimo al primo nodo.

Tra il primo nodo e il nodo successivo, k_c2 dipende dal numero dei conduttori:

• k_c = 0.5 in caso di due conduttori
• k_c = 0.33 in caso di tre conduttori
• k_c = 0.25 in caso di quattro conduttori

Per ogni nodo in più, il valore precedente di k_c viene dimezzato. Il valore minimo di k_c non deve essere inferiore a 1/numero di calate.
Esempio: per illustrare il calcolo, viene trattata la distanza di sicurezza s per un tetto piano con una struttura montata sul tetto.
Un sistema di condizionamento dell’aria è stato installato sul tetto di un edificio (Figura 5.6.11 e Figura 5.6.12) in classe LPS II.

Dati dell’edificio:

• LPS II
• fattore di induzione k_i: 0,06
• lunghezza 60 m
• larghezza 60 m
• altezza 7 m
• numero delle calate: 24
• valore minimo di k_c (1/numero di calate) k_cmin = 0,042
• sistema di dispersori di fondazione tipo B: -1,0 m

Il sistema di condizionamento dell’aria deve essere situato nel volume protetto (LPZ 0B) grazie a due aste di captazione disposte in diagonale. La distanza di sicurezza deve essere determinata alla base dell’asta di captazione. Si formano percorsi di corrente con conduttori di lunghezze differenti a causa della dimensione ridotta delle maglie sulla superficie del tetto. Inoltre la corrente si divide lungo i nodi:

• 1. Base dell’asta di captazione (due conduttori)
  k_c1 = 0,5 con una lunghezza del conduttore l₁ di 8,0 m
• 2. Nodo 1 (due conduttori)
  k_c2 = 0,25 con una lunghezza del conduttore l₂ di 4,0 m
• 3. Nodo 2 (due conduttori)
  k_c3 = 0,125 con una lunghezza del conduttore l₃ di 10,0 m
• 4. Nodo 3 (tre conduttori)
  k_c4 = 0,063 con una lunghezza del conduttore l₄ di 10,0 m
• 5. Nodo 4 (tre conduttori)
  k_c5 = 0,042 con una lunghezza del conduttore l₅ di 8,0 m

La distanza di sicurezza si calcola come segue:

s = 0,87 per materiale solido

Bisogna mantenere una distanza di sicurezza pari a 0,87 m (materiale solido) alla base del sistema di condizionamento dell’aria.

Determinazione del livello di potenziale zero

Per il calcolo della distanza di sicurezza è importante determinare il livello di potenziale zero. Il livello di potenziale zero degli edifici si trova alla stessa altezza della fondazione o del dispersore ad anello. Pertanto la definizione del livello di potenziale zero è decisiva per la distanza di sicurezza s.
Negli edifici con una parete e il soffitto armati, interconnessi in modo tale che siano in grado di trasportare la corrente di fulmine, questi si possono utilizzare come un sistema di calata. Pertanto, non occorre mantenere delle distanze di isolamento a causa del potenziale costante. Tuttavia, le superfici dei tetti sono tipicamente coperte con isolanti e membrane dove sono installati i sistemi di captazione a maglie. Tali sistemi di captazione a maglie sono collegati all’armatura in prossimità del parapetto del tetto. In caso di un fulmine, vanno mantenute le distanze di isolamento tra maglie e calate. Pertanto si consiglia di installare conduttori isolati che consentono di mantenere le distanze di isolamento.
Nel caso di edifici realizzati con un telaio in acciaio e un tetto in metallo, si può supporre che il livello di potenziale zero sia pari all’altezza dell’edificio. Le distanze necessarie devono essere mantenute.

In generale vanno rispettati i requisiti della norma IEC 62305-3 (EN 62305-3). Lo strumento Distanza del software di supporto DEHN consente di calcolare facilmente la distanza di sicurezza in base all’analisi dei nodi come descritto al precedente punto 3.3.2.1.