Prima del collaudo del costruttore, i componenti metallici dell’impianto di protezione contro i fulmini che sono esposti alle intemperie, quali, ad esempio, morsetti, conduttori, aste di captazione o dispersori, devono essere sottoposti ad invecchiamento artificiale o condizionamento per dimostrare la loro idoneità per questo campo di applicazione.

Resistenza agli agenti atmosferici e alla corrosione

Secondo la norma IEC 60068-2-52 (EN 60068-2-52) e la norma ISO 6988 (EN ISO 6988), l’invecchiamento artificiale e il collaudo dei componenti metallici avviene in due fasi.

Fase 1: trattamento in nebbia salina

Questa prova è utilizzata per componenti o dispositivi progettati per resistere a un’atmosfera salina. L’apparecchiatura di prova (Figura 5.8.1) è costituita da una camera a nebbia salina dove i campioni vengono collaudati per più di tre giorni con indice di rigore 2. L’indice di rigore 2 comprende tre periodi di 2 ore ciascuno con soluzione di cloruro di sodio (NaCl) al 5% a una temperatura compresa tra 15 °C e 35 °C, seguiti da un periodo di conservazione in condizioni di umidità tra 20 e 22 ore ad un’umidità relativa del 93% e una temperatura di 40 °C.

Fase 2: trattamento in atmosfera sulfurea umida

Questa prova è un metodo per valutare la resistenza dei materiali o oggetti all’umidità condensata contenente biossido di zolfo. L’apparecchiatura di prova (Figura 5.8.2) è costituita da una camera di prova, dove i campioni vengono trattati con sette cicli di prova.

Ogni ciclo dura 24 ore ed è costituito da un periodo di riscaldamento di 8 ore ad una temperatura di 40 ± 3 °C in una atmosfera umida satura, seguito da un periodo di riposo di 16 ore. Dopo di che, l’atmosfera sulfurea umida viene sostituita. I componenti per uso all’esterno e i componenti da interrare vanno sottoposti ad invecchiamento/condizionamento. Tuttavia, per i componenti da interrare vanno considerati ulteriori requisiti e misure. In generale, morsetti o conduttori di alluminio non vanno interrati. Se dei morsetti o conduttori in acciaio inossidabile vanno interrati, devono essere in acciaio altolegato inossidabile, ad esempio StSt (V4A). Secondo la norma tedesca DIN VDE 0151, non è ammesso acciaio StSt (V2A). I componenti per uso al coperto, come le barre di collegamento equipotenziale, non devono essere sottoposti ad invecchiamento/ condizionamento. Lo stesso vale per i componenti che vanno annegati nel calcestruzzo. Questi componenti sono spesso in acciaio non zincato (nero).

Sistemi di captazione e aste di captazione

Generalmente, nei sistemi di captazione sono utilizzate aste di captazione con una lunghezza che va da 1 m (ad esempio quelle installate in basi in cemento su edifici con tetti piani) fino a 25 m (ad esempio nel caso di impianti di produzione di biogas). La norma IEC 62561-2 (EN 62561-2) specifica le combinazioni di materiali dei sistemi di captazione e delle calate, sia tra loro sia con le parti strutturali, le sezioni minime e i materiali ammissibili, comprese le loro proprietà elettriche e meccaniche. In caso di aste di captazione con altezze maggiori, la resistenza alla flessione dell’asta e la stabilità di sistemi completi (asta e treppiede) devono essere verificate con un calcolo statico. Le sezioni e i materiali sono scelti in base a questo calcolo. I requisitie i parametri di ventosità della zona costituiscono la base per il calcolo.

Collaudo dei componenti di collegamento

I componenti di collegamento, spesso indicati semplicemente come morsetti, sono utilizzati nei sistemi di protezione contro i fulmini per il collegamento dei conduttori (calate, captatori, dispersori) tra loro o con un impianto. A seconda del tipo di morsetto e il relativo materiale, sono possibili molte differenti combinazioni di morsetti. Esse variano a seconda del tipo di percorso del conduttore e le relative combinazioni di materiali. Il tipo di percorso del conduttore indica se il morsetto collega il conduttore (o i conduttori) in una disposizione a croce o parallela. Una corrente di fulmine provoca le forze elettrodinamiche e termiche che agiscono sul morsetto, il quale e devono sopportarli. Le forze risultanti dipendono molto dal tipo di percorso del conduttore e dal collegamento da fissare. La Tabella 5.8.1 riporta i materiali che possono essere combinati senza provocare corrosione di contatto. La combinazione di materiali diversi tra loro e le loro diverse resistenze meccaniche e proprietà termiche hanno effetti diversi per i componenti di collegamento quando sono sottoposti al passaggio di corrente. Questo diventa evidente specialmente nel caso dei collegamento di componenti in acciaio inossidabile (V4A) nei quali, quando sono percorsi dalla corrente di fulmine, si verificano alte temperature a causa della bassa conduttività. Pertanto, deve essere effettuato il collaudo in corrente di fulmine secondo la norma IEC 62561-1 (EN 62561-1) per tutti i morsetti. La procedura di collaudo è descritta di seguito, prendendo come esempio un morsetto MV. Per cominciare, si deve determinare quante combinazioni sono da collaudare. Il morsetto MV utilizzato è in acciaio inossidabile (V4A) e quindi può essere combinato con acciaio, alluminio, acciaio inossidabile (V4A) e conduttori di rame. Inoltre può essere collegato in croce o in parallelo; bisogna collaudare entrambe le disposizioni. Questo significa che ci sono otto possibili combinazioni di prova per il morsetto MV utilizzato (Figura 5.8.3 e Figura 5.8.4).

In conformità con la norma IEC 62561-1 (EN 62561-1), ciascuna di queste combinazioni deve essere collaudata con tre adatte disposizioni di prova. Ciò significa che bisogna collaudare 24 esemplari di questo morsetto MV per coprire la gamma completa. Ogni campione viene montato con un’adeguata coppia di serraggio in conformità con i requisiti normativi ed è sottoposto ad invecchiamento artificiale in nebbia salina e atmosfera sulfurea umida come descritto sopra. Per il successivo collaudo elettrico, i campioni vengono fissati su una piastra isolata (Figura 5.8.5).

Ogni campione è sottoposto a tre impulsi di corrente di fulmine da 50 kA (impiego normale) e 100 kA (impiego pesante) e con forma d’onda di 10/350 μs. Dopo questo prova con il carico della corrente di fulmine, i campioni non devono mostrare segni di danneggiamento. La resistenza di contatto (misurata sopra la fascetta) non deve superare 1 mΩ in caso di morsetti in alluminio, rame o acciaio fascette e 2,5 mΩ in caso di morsetti in acciaio inossidabile. Inoltre, la coppia di allentamento deve ancora essere garantita. Viene preparato un rapporto di collaudo del costruttore per ogni prova combinata, che è disponibile su richiesta presso il costruttore, o una relazione meno dettagliate che può essere scaricata da internet (ad esempio www.dehn-international.com > Dati del prodotto).

Per gli installatori dei sistemi di protezione contro i fulmini, ciò significa che i componenti di collegamento vanno selezionati in funzione dell’impiego (H, pesante o N, normale) atteso nel luogo di installazione. Di conseguenza, ad esempio, per un’asta di captazione (che sopporta tutta la corrente di fulmine) bisogna scegliere un morsetto per impiego pesante H (100 kA), mentre, ad esempio, in una maglia o in un ingresso verso terra (dove la corrente è già divisa) bisogna scegliere un morsetto per impiego normale N (50 kA).

Requisiti per conduttori

La norma IEC 62561-2 (EN 62561-2) precisa anche i requisiti specifici per i conduttori (dispersori e calate o, per esempio, dispersori ad anello), ad esempio:

• proprietà meccaniche (resistenza alla trazione e allungamento minimo),
• proprietà elettriche (resistività massima) e
• proprietà di protezione contro la corrosione (invecchiamento artificiale come descritto prima).

La Figura 5.8.6 mostra la disposizione di prova per collaudare la resistenza alla trazione dei conduttori a sezione circolare (ad esempio, di alluminio). La qualità del rivestimento, così come lo spessore minimo e l’adesione al materiale di base sono importanti e devono essere collaudati in particolare se il rivestimento è realizzato in materiali come l’acciaio galvanizzato (Fe/tZn). Inoltre, il materiale conduttore deve essere facile da trattare durante l’installazione dei sistemi di protezione contro i fulmini. Fili o nastri, per esempio, dovrebbero essere facili da raddrizzare per mezzo di un drizzafili (con pulegge di guida) o per torsione. Questi requisiti normativi costituiscono caratteristiche importanti del prodotto che devono essere documentate. Queste informazioni possono essere trovate nelle specifiche tecniche fornite dal costruttore.

Dispersori e picchetti

La norma IEC 62561-2 (EN 62561-2) descrive i requisiti per i dispersori. Questi requisiti includono materiale, configurazione, dimensioni minime, nonché proprietà meccaniche ed elettriche. I giunti di collegamento tra le singole aste sono i punti deboli dei dispersori. Per questo motivo, la norma IEC 62561-2 (EN 62561-2) richiede ulteriori prove meccaniche ed elettriche per testare la qualità di questi giunti di collegamento. La configurazione di prova comprende un supporto e una piastra di acciaio (zona di impatto). Un campione costituito da due sezioni dell’asta con una lunghezza di 500 mm ciascuno viene inserito nel supporto. Per ogni tipo di dispersore sono necessari tre campioni. L’estremità superiore del provino viene colpito con un percussore a vibrazione per una durata di due minuti. La frequenza del percussore deve essere 2000 ± 1000 min-1 e l’energia di ogni impatto deve essere di 50 ± 10 [Nm].

Se i giunti di collegamento superano il collaudo senza difetti visibili, sono sottoposti ad invecchiamento artificiale in nebbia salina e atmosfera sulfurea umida. Poi ogni giunto viene sottoposto a tre scariche di corrente impulsiva da 50 e 100 kA con forma d’onda di 10/350 μs. La resistenza di contatto dei picchetti di dispersione in acciaio inossidabile (misurata sopra il collegamento) non deve superare i 2,5 mΩ.

Per verificare se il giunto è ancora saldamente collegato dopo essere stato sottoposto a questa scarica di corrente, la forza di accoppiamento viene controllata per mezzo di una macchina per la prova di trazione.

Componenti in vetroresina per gli impianti di protezione contro i fulmini

Oggigiorno, sui tetti dei grandi edifici per uffici o fabbricati industriali sono spesso installate delle strutture come cupole, antenne, sistemi di aria condizionata, insegne pubblicitarie, sirene, ecc.. Queste strutture montate sul tetto sono di solito azionate elettricamente o hanno un collegamento conduttivo all’interno dell’edificio. Secondo lo stato attuale della tecnologia di protezione contro i fulmini, queste costruzioni sul tetto vengono protette da fulminazione diretta con un impianto di captazione isolato. In questo modo si impedisce la penetrazione nell’edificio delle correnti di fulmine parziali.

Impianti di captazione isolati

I sistemi di captazione possono essere installati su una base di supporto in calcestruzzo o su un treppiede (senza ulteriore fissaggio meccanico). Se l’altezza dei captatori è compresa tra 2,5 m e 3,0 m, devono essere installati in una base in cemento e fissati meccanicamente all’oggetto da proteggere con distanziatori in materiale isolante (tratto isolato in vetroresina) a causa del carico di vento.

Se non vengono adottate ulteriori misure, le elevate tensioni impulsive provocano scariche elettriche sulle superfici dei materiali isolanti. Questo effetto è noto anche come scarica di superficie. Se viene superata la tensione di innesco della scarica di superficie, si verifica una scarica superficiale che può facilmente creare archi elettrici della lunghezza di diversi metri verso le parti collegate a massa. Questa scarica elettrica indesiderata verso gli impianti in metallo, o sull’oggetto da proteggere o entro di esso, si può evitare se viene mantenuta la necessaria distanza di sicurezza calcolata in conformità alla norma IEC 62305-3 (EN 62305-3). In generale, la distanza di sicurezza si calcola come segue:

s = Distanza di sicurezza
k_i = Fattore che dipende dalla classe di protezione contro i fulmini scelta
k_c = Fattore che dipende dalla distribuzione di corrente
k_m = Fattore che dipende dal materiale dell’isolamento elettrico
l = Lunghezza, lungo l’organo di captazione o della calata, dal punto nel quale deve essere calcolata la distanza di sicurezza, fino al successivo nodo equipotenziale.

Si vede che distanza di sicurezza dipende dalla lunghezza del conduttore, dal livello di protezione contro i fulmini, dalla distribuzione della corrente di fulmine verso le calate e dal materiale isolante nel tratto isolato. In aggiunta ai fattori k_i , k_c e alla lunghezza l va considerato anche il fattore k_m. I valori di k_m sono stati sufficientemente definiti e collaudati per materiali solidi e aria.

I distanziatori DEHNiso e i tubi di sostegno DEHNiso Combi sono stati sufficientemente collaudati nei confronti delle tensioni impulsive; è stato loro attribuito il fattore k_m pari a 0,7 da usare per il calcolo della distanza di sicurezza. Pertanto, nel calcolo della necessaria distanza di sicurezza per l’oggetto che interessa (aria o materiale solido in conformità con la norma), si può considerare il fattore k_m pari a 0,7. La distanza calcolata deve essere inferiore o uguale alla distanza di sicurezza del prodotto utilizzato per prevenire le scariche elettriche, come mostrato nella Figura 5.8.7, per non compromettere il funzionamento dell’intero sistema di protezione dai fulmini. Se la distanza di sicurezza è stata calcolata correttamente e i componenti necessari sono correttamente selezionati e installati, può essere messo in opera per la struttura un efficace sistema di protezione contro i fulmini isolata. Per poter installare un sistema di protezione contro i fulmini funzionale, bisogna usare componenti collaudati in conformità con la normativa. Gli installatori dei sistemi di protezione contro i fulmini devono selezionare i componenti secondo le prescrizioni valide nel luogo di installazione e installarli correttamente. In aggiunta ai requisiti meccanici, bisogna considerare e rispettare i criteri elettrici delle più recenti tecnologie per la protezione contro i fulmini. Questo vale anche per i componenti in vetroresina usati per gli impianti di protezione contro i fulmini. In aggiunta alle norme descritte prima, sono già state pubblicate delle norme internazionali per i componenti, ad esempio per i punti di sezionamento o le staffe portafilo.