Sistema di protezione contro i fulmini: componenti, LPS e SPD

In questa pagina

Un sistema di protezione contro i fulmini (LPS) è un insieme coordinato di misure che gestisce quattro diversi problemi: dove colpisce un fulmine, come la corrente del fulmine viene condotta verso terra, come vengono limitate le pericolose differenze di potenziale e come le sovratensioni condotte o indotte vengono tenute lontane dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche.

I captatori, i conduttori di discesa, i sistemi di dispersione a terra, le misure di equipotenzialità e i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) svolgono quindi compiti diversi. Un captatore non è un LPS completo. Un dispersore non è un LPS completo. Un SPD non sostituisce inoltre la protezione strutturale contro i fulmini.

La domanda pratica non è “Quale singolo dispositivo ferma il fulmine?”. È:

A ogni percorso dalla struttura esposta all'interfaccia dell'apparecchiatura è stata assegnata una misura di protezione e verificata secondo le norme di progettazione applicabili?

Cos'è un sistema di protezione contro i fulmini?

Il Vocabolario Elettrotecnico Internazionale definisce un LPS come il sistema completo utilizzato per proteggere una struttura e il suo contenuto dagli effetti dei fulmini. In pratica, tale sistema completo può includere misure strutturali e interne selezionate attraverso una valutazione del rischio specifica per il progetto.

IEC 62305-1:2024 stabilisce i principi generali per la protezione delle strutture, dei loro impianti e contenuti, e delle persone. Separa le misure che affrontano i danni fisici e i rischi per la vita dalle misure che affrontano i guasti dei sistemi elettrici ed elettronici. Questa distinzione è importante perché condurre la corrente principale del fulmine in sicurezza attorno a un edificio non tiene automaticamente lontana la sovratensione transitoria da un quadro di controllo, una porta dati o un inverter.

Funzione di protezione	Misure tipiche	Problema principale affrontato	Non dimostra
Controllo del punto di impatto del fulmine	Aste di captazione, conduttori, maglie o pali selezionati dal progetto LPS	Fornisce punti di attacco previsti per un fulmine	Percorso sicuro della corrente, equipotenzialità o protezione delle apparecchiature
Conduzione della corrente di fulmine	Calate e relative connessioni	Trasporta la corrente di fulmine verso il sistema di dispersione a terra	Condizioni di tensione di contatto/passo accettabili o bassa tensione dell'apparecchiatura
Dispersore di terra	Elettrodi e sistemi di messa a terra interconnessi	Disperde la corrente e contribuisce a un riferimento comune	Che ogni servizio metallico sia collegato a terra o ogni cavo sia protetto contro le sovratensioni
Controllo della differenza di potenziale	Collegamento equipotenziale, separazione e interfacce appropriate	Riduce il rischio di scintille pericolose e scariche laterali	Che le linee di alimentazione e di segnale in ingresso abbiano un'adeguata limitazione dei transitori
Misure di protezione contro le sovratensioni	SPD coordinati, schermatura, instradamento, collegamento equipotenziale e progettazione delle zone protette	Riduce lo stress condotto e indotto che raggiunge i sistemi interni	Che la struttura sia protetta dagli effetti fisici di un fulmine diretto

Le cinque righe costituiscono una utile mappa ingegneristica, non cinque prodotti intercambiabili o un sostituto per una progettazione basata su standard.

Un concetto di protezione completo collega il percorso di scarica esterno al collegamento equipotenziale e alle interfacce del sistema elettrico che entrano nelle zone protette.

La protezione contro i fulmini opera attraverso cinque confini

Una revisione a livello di edificio diventa più chiara quando viene suddivisa in cinque confini. Ogni confine presenta una diversa modalità di guasto, fonte di prova e disciplina responsabile.

Limite	Domanda di progettazione	Prove tipiche	Condizione di arresto
1. Punto di impatto della scarica	Dove può colpire il fulmine e in che modo il sistema di intercettazione previsto coprirà la struttura?	Geometria dell'edificio, esposizione, valutazione del rischio, disegni di progetto del sistema di protezione contro i fulmini (LPS)	Nessuna progettazione strutturale LPS competente per un rischio identificato di fulminazione diretta
2. Percorso della corrente di fulmine	La corrente può viaggiare dal sistema di intercettazione verso terra attraverso percorsi continui e idonei?	Percorsi dei conduttori, dettagli di connessione, documentazione dei componenti, registri di ispezione	Percorso di corrente discontinuo, danneggiato o non verificato
3. Collegamento equipotenziale e separazione	Potrebbe svilupparsi una differenza di potenziale pericolosa tra l'LPS e le strutture metalliche o i servizi?	Piano di collegamento equipotenziale, valutazione della separazione, disegni di ingresso dei servizi	Scarica laterale non risolta o pericolo di tensione di contatto/passo
4. Ingresso di servizio	L'energia di sovratensione può entrare attraverso linee di alimentazione, dati, controllo, antenna o altre linee conduttive?	Inventario completo del servizio, disposizione della messa a terra, confini di zona, piano SPD	Un percorso di ingresso conduttivo è stato omesso dal concetto di protezione
5. Interfaccia apparecchiature	Lo stress residuo è compatibile con le apparecchiature collegate?	Informazioni sulla resistenza delle apparecchiature, dati di protezione SPD, percorsi dei conduttori installati, prove di coordinamento	Il livello di protezione o il coordinamento non possono essere dimostrati ai morsetti dell'apparecchiatura

Questo modello a cinque confini previene un errore di ambito comune. Un progetto può avere terminali aerei sul tetto visibili, ma omettere la protezione delle linee di segnale. Un altro può avere un grande SPD nel quadro principale, ma nessun LPS esterno, anche se la valutazione del rischio ne richiede uno. Un terzo può averli entrambi, ma un collegamento equipotenziale scadente o un servizio conduttivo non protetto possono creare un ponte tra i due sistemi.

Il sistema è completo solo quando ogni confine ha una misura assegnata, un responsabile delle evidenze e un registro di verifica.

L'LPS esterno e la protezione interna hanno compiti diversi

LPS esterno: intercettare e condurre

L'LPS esterno affronta l'interazione fisica tra il fulmine e la struttura. Il suo sistema di captazione è posizionato utilizzando un metodo di progettazione accettato per la geometria dell'edificio e la classe di protezione richiesta. I conduttori di discesa collegano tale rete di intercettazione al sistema di dispersione verso terra attraverso percorsi di corrente deliberati.

IEC 62305-3:2024 copre la protezione delle strutture contro i danni fisici mediante un LPS e la protezione delle persone contro le tensioni di contatto e di passo in prossimità di un LPS. Copre inoltre i confini di progettazione, installazione, ispezione e manutenzione. La disposizione esatta del sistema di captazione, le dimensioni dei conduttori, la spaziatura, la distanza di separazione e la progettazione del sistema di dispersione verso terra rimangono un lavoro ingegneristico specifico del progetto; non dovrebbero essere tratti da un diagramma generico di un blog.

Protezione contro i fulmini interna: controllo delle differenze di potenziale

Quando scorre la corrente di fulmine, diverse parti dell'edificio possono raggiungere potenziali differenti. Possono verificarsi scariche pericolose tra l'LPS e l'acciaio strutturale, le tubazioni, le passerelle portacavi, gli impianti elettrici o altri sistemi conduttivi.

La protezione contro i fulmini interna utilizza il collegamento equipotenziale e, ove richiesto dal progetto, la separazione elettrica o altre interfacce appropriate. La messa a terra e il collegamento equipotenziale sono correlati ma non sinonimi: un dispersore di terra da solo non garantisce che tutte le parti conduttive rilevanti rimangano a potenziali adeguatamente coordinati durante un impulso.

Misure di protezione contro le sovratensioni: proteggere i sistemi interni

I sistemi elettrici ed elettronici possono essere sollecitati anche quando il percorso esterno della corrente funziona correttamente. L'impulso elettromagnetico da fulmine (LEMP), la corrente condotta sui servizi in ingresso e l'accoppiamento elettromagnetico possono tutti produrre tensioni transitorie all'interno di una struttura.

IEC 62305-4:2024 copre le misure di protezione contro le sovratensioni per i sistemi elettrici ed elettronici all'interno delle strutture. Queste misure possono includere SPD coordinati, collegamento equipotenziale, schermatura, instradamento delle linee e concetti di zona di protezione. La combinazione corretta dipende dalla valutazione del rischio, dall'ambiente elettromagnetico, dall'installazione e dall'apparecchiatura da proteggere.

Come gli effetti dei fulmini raggiungono le apparecchiature elettriche

Tre percorsi dovrebbero essere mantenuti separati durante la revisione del progetto:

Percorso della corrente continua: il fulmine colpisce la struttura o l'LPS esterno e la corrente fluisce attraverso i conduttori progettati e il sistema di messa a terra.
Percorso di sovratensione condotta: un transitorio entra o esce attraverso linee di alimentazione, telecomunicazioni, antenna, controllo o altri servizi metallici.
Percorso indotto o accoppiato: il campo elettromagnetico in rapida variazione crea tensione in anelli di cablaggio, sistemi di cavi o interfacce di apparecchiature vicine.

La presenza di alimentazione sotterranea non elimina automaticamente tutta l'esposizione legata ai fulmini. Né un LPS esterno elimina la necessità di esaminare le linee in ingresso. Al contrario, un SPD collegato a un quadro di distribuzione non può intercettare un colpo sul tetto né sostituire il percorso strutturale della corrente.

Per la questione più specifica di cosa un SPD può e non può fare, utilizzare la guida VIOX I dispositivi di protezione dalle sovratensioni proteggono dai fulmini?.

La valutazione del rischio precede la selezione dei componenti

Non tutti gli edifici richiedono le stesse misure di protezione o lo stesso livello di protezione contro i fulmini. La decisione dipende dalla struttura, dall'ubicazione, dall'occupazione, dai servizi, dal contenuto, dalle conseguenze dei danni e dalle normative applicabili.

IEC 62305-2:2024 fornisce una procedura per valutare il rischio di fulminazione e selezionare le misure che riducono il rischio valutato a un livello tollerabile o inferiore. Un elenco generico di prodotti non può sostituire tale processo.

Prima di specificare i componenti, raccogliere almeno:

piante dell'edificio, prospetti, materiali da costruzione e apparecchiature sul tetto;
informazioni sull'esposizione geografica e ambientale utilizzate dal metodo applicabile;
input relativi a occupazione, sicurezza delle persone, continuità, incendio e conseguenze sui beni;
tutte le utenze metalliche in entrata e in uscita;
disegni esistenti di LPS, messa a terra e collegamento equipotenziale;
informazioni sulla tensione del sistema elettrico, sulla disposizione di messa a terra e sulla corrente di guasto presunta;
posizioni delle apparecchiature sensibili e informazioni disponibili sulla tenuta all'impulso;
adozione nazionale applicabile di IEC 62305, NFPA 780, UL 96A o altre normative locali;
registri esistenti di ispezione, modifica e manutenzione.

Se questi dati di ingresso mancano, selezionare una disposizione dei captatori o un SPD basandosi solo sui valori da catalogo è prematuro.

LPZ spiega dove cambia il compito di protezione

Il concetto di zona di protezione contro i fulmini (LPZ) tratta l'edificio come una serie di ambienti elettromagnetici anziché come un unico spazio protetto uniforme. L'esposizione cambia man mano che una linea o un oggetto attraversa una zona esterna verso zone interne sempre più protette.

Al confine di una zona, i progettisti si pongono le seguenti domande:

La corrente diretta del fulmine o una parte di essa può attraversare questo confine?
Quali linee di alimentazione, dati, segnale, antenna o controllo lo attraversano?
Come vengono collegati a terra i servizi conduttivi al confine?
Quali correnti di sovratensione e sollecitazioni di tensione possono rimanere?
Quale livello di tenuta è richiesto dalle apparecchiature nella zona successiva?

Un SPD viene quindi selezionato per il compito assegnato a quel confine e coordinato con le misure a monte e a valle. Il diagramma è un'architettura concettuale, non un'istruzione universale secondo cui ogni progetto necessita esattamente di tre dispositivi.

Ogni servizio conduttivo che attraversa il confine di una zona protetta deve essere preso in considerazione; proteggere solo i conduttori di potenza può lasciare aperto un altro percorso di ingresso.

La guida VIOX su SPD di tipo 1, tipo 2 e tipo 3 spiega i loro diversi compiti di prova. Il separato guida al coordinamento degli SPD spiega perché posizionare diversi tipi in sequenza non dimostra di per sé il coordinamento di tensione, energia, distanza o guasto.

Dove si inseriscono gli SPD—e dove non si inseriscono

Gli SPD limitano la tensione transitoria e deviano la corrente di sovratensione nelle loro condizioni dichiarate. Nel quadro IEC, i requisiti di prodotto e i metodi di prova degli SPD AC a bassa tensione sono coperti da IEC 61643-11:2025, Mentre IEC 61643-12:2020 tratta i principi di selezione e applicazione, inclusi posizione e coordinamento.

Una specifica di SPD deve comunque corrispondere a:

l'applicazione AC, DC, fotovoltaica o su linea di segnale;
tensione di sistema e condizioni operative continue massime;
disposizione di messa a terra e modalità di protezione richieste;
il carico impulsivo previsto al confine dell'installazione;
obiettivo di protezione dalla tensione presso l'apparecchiatura;
condizioni di cortocircuito e di protezione di backup richiesta;
instradamento dei conduttori e lunghezza della connessione;
evidenza del coordinamento a monte/a valle;
norme nazionali e istruzioni precise del produttore.

Gli SPD non correggono l'assenza di un LPS strutturale, una rete di collegamento equipotenziale inadeguata, una sovratensione prolungata, un normale sovraccarico o un cortocircuito. Inoltre, non garantiscono la sopravvivenza delle apparecchiature in caso di qualsiasi evento di fulminazione.

La sola protezione dell'alimentazione potrebbe essere incompleta quando linee dati o di controllo entrano nella stessa apparecchiatura. Il guida alla selezione dei protettori da sovratensione per segnali copre gli ingressi di interfaccia, segnale, messa a terra e installazione per tali circuiti.

Mappa degli standard: Regole di sistema e regole di prodotto

Documento	Ambito primario in questa decisione	Non utilizzarlo come
IEC 62305-1:2024	Principi generali e quadro complessivo della protezione contro i fulmini	Una certificazione di prodotto per un componente SPD o LPS
IEC 62305-2:2024	Gestione del rischio di fulminazione specifica per la struttura	Un'affermazione universale secondo cui ogni edificio necessita dello stesso LPS
IEC 62305-3:2024	Danni fisici, pericolo per la vita e misure di LPS strutturale	Uno standard di prova per prodotti SPD a bassa tensione
IEC 62305-4:2024	Misure di protezione contro le sovratensioni per sistemi elettrici/elettronici interni	Una scheda tecnica di un SPD autonomo o uno schema di posizionamento universale
IEC 61643-11:2025	Requisiti e metodi di prova per SPD AC a bassa tensione	Prova che un LPS completo installato sia progettato correttamente
IEC 61643-12:2020	Principi di selezione e applicazione di SPD AC a bassa tensione	Certificazione di un modello di prodotto specifico
NFPA 780 / UL 96A	Quadri normativi per l'installazione di LPS strutturali in Nord America, soggetti ad adozione e contesto del progetto	Un sostituto per il codice elettrico applicabile o per la documentazione di certificazione del prodotto

Il Guida agli standard VIOX IEC 61643 fornisce la mappatura più approfondita tra prodotto e standard. Nei lavori in Nord America, devono essere confermati l'edizione applicabile, il codice adottato, i requisiti di certificazione e l'autorità competente. La Guida all'applicazione della protezione contro i fulmini UL allo stesso modo enfatizza la progettazione completa del sistema, il collegamento equipotenziale, gli standard applicabili e l'ispezione, piuttosto che trattare un componente come un'installazione completa.

Lista di controllo per la consegna del progetto

Utilizzare questa lista di controllo per mantenere chiare le responsabilità e le prove.

Per il progettista o lo specialista LPS

valutazione del rischio e misure di protezione richieste;
copertura del sistema di captazione e metodo di fissaggio strutturale;
percorsi della corrente di fulmine e progettazione del sistema di dispersione a terra;
valutazione del collegamento equipotenziale e della distanza di separazione;
considerazioni su tensioni di contatto, di passo e scintille pericolose;
coordinamento con le apparecchiature sul tetto e i servizi in ingresso;
requisiti di ispezione e manutenzione secondo lo standard adottato.

Per il progettista elettrico o il costruttore di quadri

schema unifilare e configurazione di messa a terra;
tutti gli ingressi di alimentazione, dati, controllo, antenna e comunicazione;
LPZ o confini di protezione equivalenti;
obiettivi di tenuta delle apparecchiature;
condizioni di cortocircuito presunto presso le posizioni degli SPD;
percorsi dei conduttori installati e vincoli di connessione;
coordinamento tra i percorsi di protezione dell'alimentazione e del segnale.

Per il fornitore di SPD

tipo di sistema e tensione nominale/massima continua;
classe di prova o Tipo di SPD richiesto e capacità di scarica impulsiva;
modalità di protezione e configurazione di messa a terra;
livello di protezione di tensione richiesto o obiettivo dell'apparecchiatura;
dichiarazioni della corrente di scarica necessarie per il confine;
requisiti di cortocircuito e protezione di backup;
indicazione di stato, segnalazione remota, involucro ed esigenze di sostituzione;
documentazione esatta richiesta per il mercato di destinazione.

VIOX fornisce la parte SPD di un progetto di protezione contro fulmini e sovratensioni. Ingegneri e acquirenti tecnici possono esaminare la Gamma di SPD VIOX dopo che i confini del sistema e le prove richieste sono stati definiti, o contattare [email protected] con gli input elettrici di cui sopra. La progettazione, l'installazione e la verifica dell'LPS strutturale devono rimanere di competenza di specialisti che operano secondo gli standard di progetto applicabili e le normative locali.

Spiegazione del sistema di protezione contro i fulmini: LPS esterno, collegamento equipotenziale e SPD