Sono noti i guasti che le scariche atmosferiche producono sui materiali elettrici ed elettronici, e come il problema di proteggere le apparecchiature sia piuttosto complesso, dato che riferendosi ad esempio all’impianto di un generico utente, si avranno apparecchiature collegate a varie linee di servizio qualità rete luce, la Telecom e ad altre linee di servizio, abbreviazione ’linee’
|
E’ stato osservato che nell’atto della scarica le correnti elettriche attraversano i circuiti elettronici distruggendoli per seguire la via di migliore conduzione verso i telai di massa delle apparecchiature, per scaricarsi a terra nel modo più diretto possibile. Per esaminare il comportamento del fenomeno e quindi gli effetti che la caduta di un fulmine può causare sulle apparecchiature, che genericamente diremo utenze, consideriamo due aspetti limiti; nel primo caso si pensi ad un fulmine che cade proprio sullo stabile in cui esiste un impianto di utenze, nel secondo caso invece che il fulmine cade in una zona lontana che pero e attraversata dalla linee collegate all’impianto da proteggere. Nel primo caso si può ritenere che per un tempo pari a circa un millisecondo il fulmine comunichi alle strutture dell’edificio una corrente elettrica talmente grande che, per quanto I’edificio ed il suolo sottostante siano collegati con la massa terrestre verso cui si dirigono le correnti elettriche, la caduta di potenziale sulla resistenza fisica che collega la struttura dell’edificio alla massa terrestre sia dell’ordine di alcune decine di migliaia di volt. L’impianto quindi in quel millesimo di secondo andrà soggetto ad una serie di fenomeni che conviene osservare con I’aiuto della figura n.16 |
La massa del fabbricato divenuta conduttrice a causa dell’elevato valore delle tensioni applicate presenterà valori di potenziale assai diversi da punto a punto delle sue strutture a causa della sua resistività e dell’elevato valore delle correnti in gioco. Le utenze e le loro linee interne di collegamento, rappresentati in fig 16 con i simboli A, B,C, D, ecc, verranno a trovarsi a valori di potenziale istantaneo molto diversi tra di loro.
Tutte le linee interne di collegamento tra le varie utenze, esempio le linee di rete, saranno inoltre sede di elevate tensioni indotte dall’enorme campo elettromagnetico provocato dalla scarica del fulmine, si può immaginare infatti che I’arco voltaico prodotto dal fulmine quale linea conduttrice rappresenti I’antenna trasmittente. Si può ritenere che le correnti elettriche relative risultino dalla somma di tali potenziali Le tensioni e relative correnti in gioco più dannose, sono da considerarsi quelle che si manifestano tra le utenze e le loro linee di alimentazione esterne .Infatti tali linee poiché provengono da lontano ove sono collegate alle relative centrali, restano sostanzialmente ancorate al potenziale di terra, e pertanto devono sostenere la massima parte della scarica, che in mancanza di protezione sarà comunicata specialmente dai circuiti interni all’utenza. Si può osservare che se I’edificio é dotato di un efficace impianto parafulmine “Gabbia di Faraday” nel migliore dei casi saranno ridotte a zero le correnti di conduzione tra le utenze, perché potrà verificarsi che manifestandosi il fulmine I’edificio si mantiene allo stesso potenziale in tutti i suoi punti, ma resteranno inalterati i potenziali indotti dal campo irradiato dal fulmine ed il salto di potenziale relativo alle linee di alimentazione rete e telefonicaPer quanto riguarda il fenomeno della presenza delle sovratensioni dannose condotte sulle linee di rete é molto espressiva la foto n.1 pubblicata a cura della General Electric USA .Si tratta del rilievo oscillografico della tensione di rete eseguita nell’arco di 24 ore. Si osserva che appaiono ripetutamente extra tensioni di ampiezza perfino tripla rispetto alla normale tensione di rete, che é rappresentata dalla fascia bianca centrale, di ampiezza minore, simmetrica rispetto al valore zero della ordinata. Si deve rilevare un equivoco che può nascere dal constatare come attualmente quasi tutte le macchine elettroniche di ufficio specie quelle computerizzate dispongono di un dispositivo di filtro all’ingresso della presa di rete, tale dispositivo non può essere confuso con i dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche dato che si tratta di filtri per il blocco nei due versi di entrata e di uscita delle correnti ad alta frequenza prodotte ad esempio da trasmettitori radio tv ecc., che altrimenti sarebbero sicura causa di malfunzionamenti. Si deve anche rilevare come per quanto esposto di nessuna efficacia sono da ritenersi le protezioni contro le scariche atmosferiche che sono inserite nelle prese multiple di derivazione oggi in commercio che fanno riferimento al filo neutro, perché anche tale conduttore va soggetto alle stesse sovratensioni dovute alle scariche atmosferiche.
LA PROTEZIONE PR -IDA 12 PER IMPIANTI Dl SICUREZZA
Presso i laboratori dell’Istituto Superiore PT, in sede di esame di omologazioni sono state eseguite una serie di prove fisiche atte ad evidenziare le caratteristiche di funzionamento del dispositivo. Dato che tutte le protezioni PROSTAB 2000 sono basate sullo stesso schema di funzionamento, i risultati delle prove eseguite sulla protezione PR-IDA 12 sono valide per I’intera gamma . Grazie all’impiego di idonei generatori di impulsi e di oscilloscopio di misura a traccia memorizzabile la protezione PR-IDA12 é stata sottoposta a prove di tenuta di impulsi elettrici sia tipo standard secondo le norme internazionali CCIR per gli apparati di telecomunicazioni, sia di tipo distruttivo al fine di stabilire i limiti di potenza sostenuta I generatore di impulsi standard eé il tipo marca Hafely da 360 Joule , 6500 volt, impulso triangolare, tempo di salita compreso tra 0,5 e 100 microsecondi, tempo di discesa pari a circa 700 microsecondi. I risultati delle prove sono visibili nelle foto riportate;
fig. 1
Nella foto n.1 si osserva che la tensione di uscita dal dispositivo si mantiene pari al livello massimo consentito dal varistore, trattandosi di protezione di linea a bassa tensione, circa 50 volt in questo caso, per la durata di circa 350 microsecondi, in tale istante, le condizioni fisiche operate dal tipo di impulso e dallo spazio tra le punte, e dalla ionizzazione dell’aria ivi compresa, sono tali che ha luogo la migliore dispersione dell’energia posseduta dall’impulso di prova: tratto 1-2, ove il potenziale di tale impulso e completamente posto a zero volt. Successivamente, punto 2 I’arco accenna a spegnersi, la tensione a risalire, ma si manifesta di nuovo I’arco voltaico a potenza ridotta, in seguito alla riduzione della potenza dell’impulso che infatti termina al punto n.3
fig. 2
Nella foto n.2 si può osservare I’effetto di numerose prove ripetute sullo stesso dispositivo, in questa si vede più marcatamente I’effetto di pendenza in discesa dell’impulso di prova, che però il generatore non trasmette con caratteristiche di assoluta identità temporale . Nelle foto n.1 e n.2 risulta comunque evidente I’effetto di protezione riguardo all’impulso di tipo standard. La protezione PR-IDA-12 e stata sottoposta a prove distruttive con impulsi elettrici ottenuti da uno speciale generatore capace di fornire scariche caratteristiche fino a 10 mila ampere a 6500 volt. L’impulso di uscita in questo caso presenta caratteristiche diverse, come e visibile nel diagramma n. 1. Per potenze cosi elevate il ritardo all’innesco dell’arco voltaico risulta dell’ordine del microsecondo invece dei 350 microsecondi del caso precedente, inoltre non si manifestano le irregolarità visibili nelle foto n.1, 2, infatti in questo caso, la potenza dell’impulso e talmente elevata che I’arco voltaico non ha più la capacita di condurre a zero il potenziale dell’impulso, la tensione di uscita pero e limitata al livello stabilito dal varistore che in questo compie anche la funzione di rifinitura di protezione dato che la potenza maggiore e dispersa dalle punte nel modo suddetto. Per quanto riguarda la protezione sulla linea a 220 volt è stato ripetutamente verificato che ponendo la protezione sotto tensione stabile a 220 ca, grazie al fatto che l’aria ionizzata può essere espulsa violentemente dal calore sviluppato dall’arco, l’impulso di prova applicato in parallelo, non provoca l’innesco stabile ad opera della tensione di rete.
fig.
3
