PROTEZIONE CONTRO I FULMINI

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1 Studio di consulenza e progettazione Impianti Elettrici, Impianti Termotecnici e Prevenzione Incendi FAVARO dott. ing. GIANCARLO Via Bassanese, Crespignaga di Maser (TV) tel / fax Relazione Tecnica PROTEZIONE CONTRO I FULMINI VALUTAZIONE DEL RISCHIO E SCELTA DELLE MISURE DI PROTEZIONE SECONDO LA NORMA CEI Committente: CAMINETTI MONTEGRAPPA S.p.a. VIA ANNIBALE DA BASSANO, 7/9 - POVE DEL GRAPPA (VI) Struttura: AMPLIAMENTO STRUTTURA PRODUTTIVA VIA ANNIBALE DA BASSANO, 7/9 - POVE DEL GRAPPA (VI) Comune: POVE DEL GRAPPA (VI) Codice commessa: 2014_002_(A) Nome file: VRF01_14_002_(A) rev00.doc Data: 26 Giugno 2014 Il Tecnico Ing. Giancarlo Favaro F:\00ARC2014\2014_002 CAMINETTI MG AMPL\10 (A) PIE PRELIM\00 VRF\VRF01_14_002_(A) rev00.doc

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3 SOMMARIO SOMMARIO CONTENUTO DEL DOCUMENTO NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO TERMINI E DEFINIZIONI SPIEGAZIONE DEI TERMINI PROCEDURE PER LA GESTIONE DEL RISCHIO DETERMINAZIONE DELLE COMPONENTI DI RISCHIO INDIVIDUAZIONE DELLA STRUTTURA DA PROTEGGERE DATI INIZIALI CALCOLO DELLE AREE DI RACCOLTA DELLA STRUTTURA E DELLE LINEE ELETTRICHE ESTERNE VALUTAZIONE DEI RISCHI SCELTA DELLE MISURE DI PROTEZIONE CONCLUSIONI APPENDICI ALLEGATI...32 Pag. 3

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5 1. CONTENUTO DEL DOCUMENTO Questo documento contiene: - la relazione sulla valutazione dei rischi dovuti al fulmine; - il progetto di massima delle misure di protezione da adottare ove necessarie. 2. NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO Questo documento è stato elaborato con riferimento alle seguenti norme CEI: - CEI EN "Protezione contro i fulmini. Parte 1: Principi generali" Febbraio 2013; - CEI EN "Protezione contro i fulmini. Parte 2: Valutazione del rischio" Febbraio 2013; - CEI EN "Protezione contro i fulmini. Parte 3: Danno materiale alle strutture e pericolo per le persone" Febbraio 2013; - CEI EN "Protezione contro i fulmini. Parte 4: Impianti elettrici ed elettronici nelle strutture" Febbraio 2013; - CEI 81-3 : "Valori medi del numero dei fulmini a terra per anno e per chilometro quadrato dei Comuni d'italia, in ordine alfabetico." Maggio Pag. 5

6 3. TERMINI E DEFINIZIONI Struttura da proteggere struttura per cui è richiesta la protezione contro il fulmine in conformità alla Norma. NOTA La struttura da proteggere può essere una parte di una struttura più grande. Struttura con rischio di esplosione struttura che contiene materiali esplosivi solidi o zone pericolose come definite dalla Norma EN ed EN Strutture pericolose per l ambiente strutture che, in conseguenza di una fulminazione, possono dar luogo ad emissioni biologiche, chimiche e radioattive (come ad esempio impianti chimici, petrolchimici, nucleari, ecc.). Ambiente urbano area con un alta densità di edifici o di abitanti e con edifici alti NOTA Il Centro città è un esempio di ambiente urbano. Ambiente suburbano area con una densità media di edifici NOTA La Periferia è un esempio di ambiente suburbano. Ambiente rurale area con una bassa densità di edifici NOTA La Campagna è un esempio di ambiente rurale. Tensione nominale di tenuta ad impulso - Uw tensione di tenuta ad impulso assegnata dal costruttore ad un apparecchiatura o ad una parte di essa, per caratterizzare la capacità di tenuta del suo isolamento contro le sovratensioni NOTA Per gli scopi della Norma CEI EN 62305, si considera solo la tensione di tenuta fra conduttori attivi e terra. Impianto elettrico impianto comprendente componenti elettrici di energia a bassa tensione. Impianto elettronico Impianto comprendente componenti elettronici sensibili quali apparati per telecomunicazioni, calcolatori, impianti di controllo e misura, impianti radio, apparati elettronici di energia. Impianti interni impianti elettrici ed elettronici interni ad una struttura. Linea linea di energia o telecomunicazione connessa ad una struttura per cui è richiesta la protezione. Linea di telecomunicazione linea di trasmissione usata per far comunicare fra loro apparecchiature che possono essere ubicate in strutture separate, come ad esempio una linea dati o una linea telefonica. Pag. 6

7 Linea di energia linea elettrica di alimentazione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche di impianti interni, quale, ad esempio, una linea di distribuzione energia a bassa o alta tensione. Evento pericoloso fulmine sulla od in prossimità della struttura da proteggere, sulla od in prossimità di una linea connessa alla struttura da proteggere, che può causare danno. Fulmine su una struttura fulmine che colpisce una struttura da proteggere. Fulmine in prossimità di una struttura fulmine che colpisce tanto vicino ad una struttura da proteggere da essere in grado di generare sovratensioni pericolose. Fulmine su una linea fulmine che colpisce una linea connessa alla struttura da proteggere. Fulmine in prossimità di una linea fulmine che colpisce tanto vicino ad una linea connessa alla struttura da proteggere da essere in grado di generare sovratensioni pericolose. Numero di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione diretta della struttura - N D numero medio annuo atteso di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione diretta della struttura. Numero di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione diretta di una linea - N L numero medio annuo atteso di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione diretta di una linea. Numero di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione indiretta della struttura - N M numero medio annuo atteso di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione indiretta della struttura. Numero di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione indiretta di una linea - N I numero medio annuo atteso di eventi pericolosi dovuti alla fulminazione indiretta di una linea. Impulso elettromagnetico del fulmine - LEMP tutti gli effetti elettromagnetici della corrente di fulmine che possono generare impulsi e campi elettromagnetici mediante accoppiamento resistivo, induttivo e capacitivo. Impulso transitorio dovuto al LEMP che si manifesta come una sovratensione e/o una sovracorrente Nodo punto di una linea oltre il quale la propagazione di impulsi si assume trascurabile. NOTA Esempi di nodo sono la barra di distribuzione a valle di un trasformatore AT/BT su una linea di energia, un multiplexer o apparato xdsl su una linea di telecomunicazione. Pag. 7

8 Danno materiale danno ad una struttura (o a quanto in essa contenuto) o a un servizio causato dagli effetti meccanici, termici, chimici o esplosivi del fulmine. Danni ad esseri viventi danni, inclusa la perdita della vita, causati ad uomini o animali per elettrocuzione provocata dalle tensioni di contatto e di passo generate dal fulmine. Guasto di un impianto elettrico o elettronico avaria permanente di un impianto elettrico o elettronico dovuta al LEMP. Probabilità di danno - P probabilità che un evento pericoloso possa provocare danno alla struttura da proteggere od al suo contenuto. Perdita - L ammontare medio della perdita (uomini e beni) conseguente ad un determinato tipo di danno dovuto ad un evento pericoloso, riferito al valore complessivo (uomini e beni) della struttura da proteggere. Rischio - R valore della probabile perdita annua (uomini e beni) dovuta al fulmine, riferito al valore complessivo (uomini e beni) della struttura da proteggere. Componente di rischio - R rischio parziale dipendente dalla sorgente e dal tipo di danno. Rischio tollerabile - R T valore massimo del rischio che può essere tollerato nella struttura da proteggere. Zona di una struttura - Z S parte di una struttura con caratteristiche omogenee, in cui può essere usato un gruppo unico di parametri per la valutazione di una componente di rischio. Sezione di una linea - S L parte di una linea con caratteristiche omogenee, in cui può essere usato un gruppo unico di parametri per la valutazione di una componente di rischio. Zona di protezione - LPZ zona in cui è definito l ambiente elettromagnetico creato dal fulmine. NOTA I confini di zona di una LPZ non sono necessariamente costituiti da elementi fisici (es. pareti, pavimento e soffitto). Livello di protezione - LPL numero, associato ad un gruppo di valori dei parametri della corrente di fulmine, relativo alla probabilità che i correlati valori massimo e minimo di progetto non siano superati in natura. NOTA Il livello di protezione è usato per dimensionare le misure di protezione sulla base del corrispondente gruppo di parametri della corrente di fulmine. Pag. 8

9 Misure di protezione misure da adottare nell oggetto da proteggere per ridurre il rischio. Protezione contro il fulmine - LP sistema completo usato per la protezione contro il fulmine delle strutture, dei loro impianti interni, del loro contenuto e delle persone, costituito in generale da un LPS e dalle SPM. Impianto di protezione - LPS impianto completo usato per ridurre il danno materiale dovuto alla fulminazione diretta della struttura. NOTA É costituito da un impianto di protezione esterno e da un impianto di protezione interno Misure di protezione contro il LEMP - SPM misure usate per la protezione degli impianti interni contro gli effetti del LEMP. Schermo magnetico schermo metallico chiuso, continuo o a maglia, che racchiude la struttura da proteggere, o una parte di essa, usato per ridurre i guasti degli impianti elettrici ed elettronici. Cavo di protezione contro il fulmine cavo speciale con isolamento incrementato il cui schermo è in continuo contatto con il suolo sia direttamente che attraverso la guaina di plastica. Condotto per la protezione dei cavi contro il fulmine condotto per cavi avente bassa resistività ed in contatto con il suolo. Limitatore di sovratensione - SPD dispositivo che limita le sovratensioni e scarica le correnti impulsive. Contiene almeno un componente non lineare. Sistema di SPD gruppo di SPD adeguatamente scelto, coordinato ed installato per ridurre i guasti degli impianti elettrici ed elettronici. Interfacce di separazione dispositivi atti ad attenuare gli impulsi condotti sulle linee entranti in una LPZ. Collegamento equipotenziale - EB connessioni tra corpi metallici e l LPS, mediante connessione diretta o limitatore di sovratensione, per ridurre le differenze di potenziale dovute alle correnti di fulmine. Pag. 9

10 4. SPIEGAZIONE DEI TERMINI Sorgenti di danno La corrente di fulmine è la principale sorgente di danno. Le seguenti sorgenti sono distinte in base al punto d impatto del fulmine (vedere Tabella 1): S1: fulmine sulla struttura; S2: fulmine in prossimità della struttura; S3: fulmine su una linea; S4: fulmine in prossimità di una linea Tipo di danno Un fulmine può causare danni in funzione delle caratteristiche dell oggetto da proteggere; i più importanti sono: tipo di costruzione, tipo di servizio e misure di protezione adottate. Nelle pratiche applicazioni della determinazione del rischio è utile distinguere tra i tre tipi principali di danno che possono manifestarsi come conseguenza di una fulminazione. Esse sono le seguenti (Tabella 1): D1: danno ad esseri viventi per elettrocuzione; D2: danno materiale; D3: guasto di impianti elettrici ed elettronici. Il danno ad una struttura dovuto al fulmine può essere limitato ad una parte della struttura o estendersi all intera struttura. Esso può anche interessare le strutture vicine o l ambiente (per esempio emissioni chimiche o radioattive). Pag. 10

11 Tipi di perdita Ciascun tipo di danno, solo o in combinazione con altri, può produrre diverse perdite conseguenti nell oggetto da proteggere. Il tipo di perdita che può verificarsi dipende dalle caratteristiche dell oggetto stesso ed al suo contenuto. I seguenti tipi di perdita devono essere presi in considerazione (Tab. 1): L1: perdita di vite umane; L2: perdita di servizio pubblico; L3: perdita di patrimonio culturale insostituibile; L4: perdita economica (struttura, contenuto e perdita di attività). Tabella 1 Sorgenti di danno, tipi di danno e tipi di perdita in funzione del punto d impatto Pag. 11

12 Rischio Studio FAVARO dott. ing. GIANCARLO Crespignaga di Maser (TV) tel fax Il rischio R è la misura della probabile perdita media annua. Per ciascun tipo di perdita che può verificarsi in una struttura o in servizio deve essere valutato il relativo rischio. I rischi da valutare in una struttura possono essere: - R 1 : rischio di perdita di vite umane (inclusi danni permanenti); - R 2 : rischio di perdita di servizio pubblico; - R 3 : rischio di perdita di patrimonio culturale insostituibile; - R 4 : rischio di perdita economica. Per valutare i rischi R devono essere definite e calcolate le relative componenti di rischio (rischi parziali dipendenti dalla sorgente e dal tipo di danno). Ciascun rischio R è la somma delle sue componenti di rischio. Nell effettuare la somma le componenti di rischio devono essere raggruppate secondo la sorgente di danno ed il tipo di danno. Componenti di rischio per una struttura dovute alla fulminazione diretta della struttura R A : componente relativa ai danni ad esseri viventi per elettrocuzione dovuta a tensioni di contatto e di passo all interno della struttura ed all esterno in zone fino a 3 m attorno alle calate. Possono verificarsi perdite di tipo L1 e, in strutture ad uso agricolo, anche di tipo L4 con possibile perdita di animali. NOTA: In particolari strutture le persone possono essere danneggiate da fulminazioni dirette (per esempio al livello più elevato di un parcheggio o di uno stadio). R B : componente relativa ai danni materiali causati da scariche pericolose all interno della struttura che innescano l incendio e l esplosione e che possono anche essere pericolose per l ambiente. Possono verificarsi tutti i tipi di perdita (L1, L2, L3 ed L4). R C : componente relativa al guasto di impianti interni causata dal LEMP. In tutti i casi possono verificarsi perdite di tipo L2 ed L4, unitamente al tipo L1 nel caso di strutture con rischio d esplosione e di ospedali o di altre strutture in cui il guasto degli impianti interni provoca immediato pericolo per la vita umana. Componente di rischio per una struttura dovuta a fulminazione in prossimità della struttura R M : componente relativa al guasto di impianti interni causata dal LEMP. In tutti i casi possono verificarsi perdite di tipo L2 ed L4, unitamente al tipo L1 nel caso di strutture con rischio d esplosione e di ospedali o di altre strutture in cui il guasto degli impianti interni provoca immediato pericolo per la vita umana. Pag. 12

13 Componente di rischio per una struttura dovuta a fulminazione diretta di un servizio connesso alla struttura R U : componente relativa al danni ad esseri viventi per elettrocuzione dovuta a tensioni di contato all interno della struttura. Possono verificarsi perdite di tipo L1 e, in caso di strutture ad uso agricolo, anche perdite di tipo L4 con possibile perdita di animali. R V : componente relativa ai danni materiali (incendio o esplosione innescati da scariche pericolose fra installazioni esterne e parti metalliche, generalmente nel punto d ingresso della linea nella struttura) dovuti alla corrente di fulmine trasmessa attraverso la linea entrante. Possono verificarsi tutti i tipi di perdita (L1, L2, L3 ed L4). R W : componente relativa al guasto di impianti interni causata da sovratensioni indotte sulla linea e trasmesse alla struttura. In tutti i casi possono verificarsi perdite di tipo L2 ed L4, unitamente al tipo L1 nel caso di strutture con rischio d esplosione e di ospedali o di altre strutture in cui il guasto degli impianti interni provoca immediato pericolo per la vita umana. NOTA 1: le linee da considerare in questa valutazione sono solo le linee entranti nella struttura. NOTA 2: le fulminazioni su o in prossimità di tubazioni non producono danno alla struttura a condizione che esse siano connesse alla barra equipotenziale della struttura. Se detta barra equipotenziale non è presente deve essere considerato anche questo pericolo. Componente di rischio per una struttura dovuta a fulminazione in prossimità di una linea connessa alla struttura R Z : componente relativa al guasto di impianti interni causata da sovratensioni indotte sulla linea e trasmesse alla struttura. In tutti i casi possono verificarsi perdite di tipo L2 ed L4, unitamente al tipo L1 nel caso di strutture con rischio d esplosione e di ospedali o di altre strutture in cui il guasto di impianti interni provoca immediato pericolo per la vita umana. NOTA 1: le linee da considerare in questa valutazione sono solo le linee entranti nella struttura. NOTA 2: le fulminazioni su o in prossimità di tubazioni non producono danno alla struttura a condizione che esse siano connesse alla barra equipotenziale della struttura. Se detta barra equipotenziale non è presente deve essere considerato anche questo pericolo. Pag. 13

14 Composizione delle componenti di rischio relative ad una struttura Le componenti di rischio da considerare per ciascun tipo di perdita sono: R1: rischio di perdita di vita umana: R 1 = R A1 + R B1 + R (1) C1 + R (1) M1 + R U1 + R V1 + R (1) (1) W1 + R Z1 Nota (1): solo nel caso di strutture con rischio di esplosione e di ospedali con apparati elettrici salva vita o di altre strutture in cui guasti di impianti interni provocano immediato pericolo per la vita umana R2: rischio di perdita di servizio pubblico: R 2 = R B2 + R C2 + R M2 + R V2 + R W2 + R Z2 R3: rischio di perdita di patrimonio culturale insostituibile: R3 =R B3 + R V3 R4: rischio di perdita economica: Nota (2): solo in strutture in cui si può verificare la perdita di animali R 4 = R A4 (2) + R B4 + R C4 + R M4 + R U4 + R V4 + R W4 + R Z4 Le componenti di rischio corrispondenti a ciascun tipo di perdita sono correlati nella Tabella 2. Tabella 2 Componenti di rischio da considerare per ciascun tipo di perdita in una struttura Sorgente di danno Componente di rischio Rischio per ciascun tipo di perdita Fulminazione diretta della struttura S1 Fulminazione in prossimità della struttura S2 Fulminazione diretta di una linea entrante S3 Fulminazione in prossimità di una linea entrante S4 R A R B R C R M R U R V R W R Z R1 R2 R3 R4 * * (2) * * * * * (1) * * * * * (1) Solo nel caso di strutture con rischio di esplosione, di ospedali o di altre strutture, in cui guasti di impianti interni provocano immediato pericolo per la vita umana. (2) Soltanto in strutture ad uso agricolo in cui si può verificare la perdita di animali. * (1) * * * (2) * * * ** * (1) * * (1) * Pag. 14

15 Le caratteristiche della struttura e delle possibili misure di protezione che influenzano le componenti di rischio per una struttura sono riportate in Tabella 3. Tabella 3 Fattori che influenzano le componenti di rischio in una struttura Caratteristiche della struttura e degli impianti interni Misure di protezione Area di raccolta Resistività superficiale del suolo Resistività della pavimentazione Barriere, isolamento, cartelli ammonitori, equipotenzializzazione del suolo LPS Equipotenzializzazione con SPD Interfacce di separazione Sistema di SPD Schermatura locale Schermatura delle linee esterne Schermatura delle linee interne Cablaggio degli impianti interni Rete di equipotenzialità Misure antincendio Rischio d incendio Pericoli particolari Tensione di tenuta ad impulso (a) Solo per LPS esterni a maglia. (b) Dovuto alla presenza di connessioni equipotenziali. (c) Solo se esse appartengono all apparato. R A R B R C R M R U R V R W R Z (a) (b) (b) (c) (c) Pag. 15

16 5. PROCEDURE PER LA GESTIONE DEL RISCHIO Procedura di base La decisione di proteggere una struttura o un servizio contro il fulmine e la scelta delle misure di protezione devono essere effettuate come prescritto dalla CEI EN Deve essere applicata la seguente procedura: - identificazione della struttura da proteggere e delle sue caratteristiche; - identificazione di tutti i tipi di perdita nell oggetto e dei corrispondenti rischi R (R 1, R 2, R 3 ed R 4 ); - determinazione del rischio R per ciascun tipo di perdita; - valutazione della necessità della protezione effettuando il confronto tra i rischi R 1, R 2, R 3 con il rischio tollerabile R T ; - valutazione della convenienza economica della protezione effettuando il confronto tra il costo totale della perdita con e senza le misure di protezione. In questo caso deve essere effettuata la valutazione della componente di rischio R4 al fine di determinare detti costi. Struttura da considerare per la valutazione del rischio La struttura da considerare comprende: - la struttura stessa; - gli impianti nella struttura; - il contenuto della struttura; - le persone nella struttura e quelle nella fascia fino a 3 m all esterno della struttura; - l ambiente circostante interessato da un danno alla struttura. La protezione non comprende le linee esterne connesse alla struttura. NOTA La struttura da considerare può essere suddivisa in più zone. Rischio tollerabile R T L identificazione dei valori di rischio tollerabili R T è responsabilità delle autorità competenti. Valori rappresentativi di rischio tollerabile R T, quando il fulmine coinvolge la perdita di vite umane o perdite sociali o culturali, sono riportati nella Tabella 4. Tabella 4 Tipici valori di rischio tollerabile R T Tipo di perdita R T (anni -1 ) L1 Perdita di vite umane o danni permanenti 10-5 L2 Perdita di servizio pubblico 10-3 L3 Perdita di patrimonio culturale insostituibile 10-4 Per quanto riguarda la perdita economica (L4), in linea di principio l approccio è quello che prevede il confronto costo/beneficio. Pag. 16

17 Specifica procedura per valutare la necessità della protezione In conformità con la CEI EN , nella valutazione della necessità della protezione contro il fulmine di un oggetto devono essere considerati i rischi R 1, R 2, R 3. Per ciascun rischio considerato devono essere effettuati i seguenti passi: - identificazione delle componenti R che contribuiscono al rischio; - calcolo della componente di rischio identificata R ; - calcolo del rischio totale R; - identificazione del rischio tollerabile R T ; - confronto del rischio R con quello tollerabile R T. Se R <= R T la protezione contro il fulmine non é necessaria. Se R > R T devono essere adottate misure di protezione al fine di rendere R <= R T per tutti i rischi a cui è interessata la struttura. Vedi figura 1 Procedura per valutare la convenienza economica della protezione Oltre alla necessità della protezione contro il fulmine di una struttura o di un servizio, può essere utile valutare i benefici economici conseguenti alla messa in opera di misure di protezione atte a ridurre la perdita economica L4. La valutazione della componente di rischio R 4 per una struttura permette all utilizzatore di comparare i costi della perdita economica con e senza le misure di protezione. La procedura per accertare la convenienza economica richiede: - identificazione delle componenti R che costituiscono il rischio R4 per una struttura; - il calcolo della componente di rischio identificata R in assenza di misure di protezione nuove od addizionali; - il calcolo del costo annuo della perdita dovuta a ciascuna componente di rischio R ; - il calcolo del costo annuo C L della perdita totale in assenza della misure di protezione; - adozione delle misure di protezione scelte; - il calcolo della componente di rischio R in presenza delle misure di protezione scelte; - il calcolo del costo annuo della perdita residua dovuta a ciascuna componente di rischio R nella struttura o servizio protetto; - il calcolo del totale costo annuale C RL della perdita residua in presenza delle misure di protezione scelte; - il calcolo del costo annuo C PM delle misure di protezione scelte; - confronto dei costi. Se C L < C RL + C PM, la protezione contro il fulmine può essere ritenuta non conveniente. Se C L > C RL + C PM, la protezione contro il fulmine può consentire risparmi nell arco di vita della struttura. Pag. 17

18 Figura 1 Procedura per la valutazione della necessità o meno della protezione e per la scelta delle misure di protezione Individuazione della struttura da proteggere Individuazione dei tipi di perdita relativi alla struttura da proteggere Per ciascun tipo di perdita, individuazione e calcolo delle componenti di rischio R A, R B, R C, R M, R U, R V, R W, R Z R>R T NO Struttura protetta SI E installato l LPS? SI Sono installate SPM? SI Calcolare nuovi valori delle componenti di rischio NO R A + R B + R U+ R V >R T (a) NO NO SI Installare un tipo adeguato di LPS Installazione di adeguate SPM Installazione di altre misure di protezione Nota (a): se R A + R B < R T non è necessario un LPS completo; in questo caso sono sufficienti SPD conformi alla norma CEI-EN Pag. 18

19 Misure di protezione Le misure di protezione sono mirate a ridurre il rischio secondo il tipo di danno. Le misure di protezione devono essere considerate efficaci solo se esse sono conformi alle prescrizioni delle relative norme: - CEI EN per la protezione contro i danni agli esseri viventi ed i danni materiali nella struttura; - CEI EN per la protezione contro i guasti negli impianti elettrici ed elettronici. Scelta delle misure di protezione La scelta delle misure di protezione più adatte deve essere effettuata dal progettista in funzione del peso di ciascuna componente di rischio nel rischio totale R ed in funzione degli aspetti tecnici ed economici delle diverse misure di protezione. Devono essere identificati i parametri critici al fine di determinare la misura di protezione più efficace per la riduzione del rischio R. Per ciascun tipo di perdita vi è una varietà di misure di protezione che, singolarmente o in combinazione tra loro, possono realizzare la condizione R <= R T. La soluzione da adottare deve essere scelta tenendo conto degli aspetti tecnici ed economici. Una procedura semplificata per la scelta delle misure di protezione è illustrata nel diagramma di flusso riportato in Fig. 1. In ogni caso l installatore o il progettista dovrebbe identificare le componenti di rischio più critiche e ridurle tenendo in considerazione anche gli aspetti economici. Pag. 19

20 6. DETERMINAZIONE DELLE COMPONENTI DI RISCHIO Equazioni di base Ciascuna componente di rischio può essere calcolata mediante la seguente equazione generale: R = N x P x L Il numero N di eventi pericolosi dipende dalla densità di fulmini al suolo (N G ) e dalle caratteristiche geometriche della struttura da proteggere, dai suoi dintorni, dalla linee connesse e dal suolo. La probabilità di danno P dipende dalla caratteristiche della struttura da proteggere, delle linee connesse e dalle misure di protezione adottate. La perdita conseguente L dipende dall uso a cui la struttura è destinata, la presenza di persone, il tipo di servizio pubblico, il valore dei beni danneggiati e dalle misure di protezione adottate per limitare l ammontare della perdita. Sintesi delle componenti di rischio per una struttura Le componenti di rischio per le strutture sono sintetizzate nella tabella seguente Sorgente di danno Danno D1 Danno ad esseri viventi per elettrocuzione D2 Danno materiale D3 Guasti negli impianti elettrici ed elettronici S1 Fulmine sulla struttura R A = N D x P A x L A R B = N D x P B x L B S2 Fulmine in prossimità della struttura S3 Fulmine su una linea entrante R U = (N L + N DJ ) * P U * L U R V = (N L + N DJ ) * P V * L V R C = N D x P C x L C R M = N M x P M x L M R W = (N L + N DJ ) * P W * L W S4 Fulmine in prossimità di una linea entrante R Z = N I x P Z x L Z Pag. 20

21 Suddivisione di una struttura in zone Per valutare ciascuna componente di rischio, una struttura può essere suddivisa in zone avente caratteristiche omogenee. Le zone sono definite principalmente da: - tipo di suolo o di pavimentazione; - compartimentazione antincendio; - schermi locali. Ulteriori zone possono essere definite in funzione di: - disposizione degli impianti interni; - misure di protezione esistenti o previste; - valori delle perdite. Suddivisione di una linea in sezioni Nella valutazione delle componenti di rischio dovute a fulmini su una linea o nelle sue vicinanze, la linea può essere suddivisa in sezioni. Tuttavia una linea può essere, od essere assunta, come un unica sezione. Pag. 21

22 Studio FAVARO dott. ing. GIANCARLO Crespignaga di Maser (TV) tel fax INDIVIDUAZIONE DELLA STRUTTURA DA PROTEGGERE L 'individuazione della struttura da proteggere è essenziale per definire le dimensioni e le caratteristiche da utilizzare per la valutazione dell'area di raccolta. La struttura che si vuole proteggere coincide con un intero edificio a sé stante, fisicamente separato da altre costruzioni. Pertanto, ai sensi dell'art. A della Norma CEI EN , le dimensioni e le caratteristiche della struttura da considerare sono quelle dell'edificio stesso. Figura A.4 Struttura da considerare per la valutazione dell area di raccolta Ad Pag. 22

23 8. DATI INIZIALI 7.1 Densità annua di fulmini a terra Come rilevabile dalla norma CEI 81-3, la densità annua di fulmini a terra per kilometro quadrato nel comune di POVE DEL GRAPPA in cui è ubicata la struttura vale: N t = 4,0 fulmini/km² anno 7.2 Dati relativi alla struttura La pianta della struttura è riportata nel disegno (Allegato Disegno della struttura). La destinazione d'uso prevalente della struttura è: industriale In relazione anche alla sua destinazione d uso, la struttura può essere soggetta a: - perdita di vite umane In accordo con la norma CEI EN per valutare la necessità della protezione contro il fulmine, deve pertanto essere calcolato: - rischio R1; Le valutazioni di natura economica, volte ad accertare la convenienza dell adozione delle misure di protezione, non sono state condotte perché espressamente non richieste dal Committente. 7.3 Dati relativi alle linee elettriche esterne La struttura è servita dalle seguenti linee elettriche: - Linea di energia: ENERGIA ELETTRICA - Linea di segnale: TELEFONICA Le caratteristiche delle linee elettriche sono riportate nell'appendice Caratteristiche delle linee elettriche. 7.4 Definizione e caratteristiche delle zone Tenuto conto di: - compartimenti antincendio esistenti e/o che sarebbe opportuno realizzare; - eventuali locali già protetti (e/o che sarebbe opportuno proteggere specificamente) contro il LEMP (impulso elettromagnetico); - i tipi di superficie del suolo all'esterno della struttura, i tipi di pavimentazione interni ad essa e l'eventuale presenza di persone; - le altre caratteristiche della struttura e, in particolare il lay-out degli impianti interni e le misure di protezione esistenti; sono state definite le seguenti zone: Z1: INTERNA Z2: ESTERNA Le caratteristiche delle zone, i valori medi delle perdite, i tipi di rischio presenti e le relative componenti sono riportate nell'appendice Caratteristiche delle Zone. Pag. 23

24 9. CALCOLO DELLE AREE DI RACCOLTA DELLA STRUTTURA E DELLE LINEE ELETTRICHE ESTERNE L'area di raccolta AD dei fulmini diretti sulla struttura è stata valutata graficamente secondo il metodo indicato nella norma CEI EN , art. A.2, ed è riportata nel disegno (Allegato Grafico area di raccolta AD). L'area di raccolta AM dei fulmini a terra vicino alla struttura, che ne possono danneggiare gli impianti interni per sovratensioni indotte, è stata valutata graficamente secondo il metodo indicato nella norma CEI EN , art. A.3, ed è riportata nel disegno (Allegato Grafico area di raccolta AM). Le aree di raccolta AL e AI di ciascuna linea elettrica esterna sono state valutate analiticamente come indicato nella norma CEI EN , art. A.4 e A.5. I valori delle aree di raccolta (A) e i relativi numeri di eventi pericolosi all anno (N) sono riportati nell'appendice Aree di raccolta e numero annuo di eventi pericolosi. I valori delle probabilità di danno (P) per il calcolo delle varie componenti di rischio considerate sono riportate nell'appendice Valori delle probabilità P per la struttura non protetta. Figura A.1 Area di raccolta Ad di una struttura Pag. 24

25 10. VALUTAZIONE DEI RISCHI 9.1 Rischio R1: perdita di vite umane Calcolo del rischio R1 I valori delle componenti ed il valore del rischio R1 sono di seguito indicati. Z1: INTERNA RA: 2,18E-06 RB: 4,36E-07 RU(IMPIANTO ELETTRICO): 2,72E-06 RV(IMPIANTO ELETTRICO): 5,44E-07 RU(IMPIANTO TELEFONICO): 4,00E-06 RV(IMPIANTO TELEFONICO): 8,00E-07 Totale: 1,07E-05 Z2: ESTERNA RA: 2,18E-09 Totale: 2,18E-09 Valore totale del rischio R1 per la struttura: 1,07E Analisi del rischio R1 Il rischio complessivo R1 = 1,07E-05 è maggiore di quello tollerato RT = 1E-05, occorre adottare idonee misure di protezione per ridurlo. La composizione delle componenti che concorrono a formare il rischio R1, espressi in percentuale del valore di R1 per la struttura, è di seguito indicata. Z1 - INTERNA RD = 24,4894 % RI = 75,4902 % Totale = 99,9796 % RS = 83,3163 % RF = 16,6633 % RO = 0 % Totale = 99,9796 % Z2 - ESTERNA RD = 0,0204 % RI = 0 % Totale = 0,0204 % RS = 0,0204 % RF = 0 % RO = 0 % Totale = 0,0204 % Pag. 25

26 dove: - RD = RA + RB + RC - RI = RM + RU + RV+ RW + RZ - RS = RA + RU - RF = RB + RV - RO = RM + RC + RW + RZ essendo: - RD il rischio dovuto alla fulminazione diretta della struttura - RI il rischio dovuto alla fulminazione indiretta della struttura - RS il rischio connesso alla perdita di esseri viventi - RF il rischio connesso al danno fisico - RO il rischio connesso all avaria degli impianti interni. I dati sopra indicati, evidenziano che il rischio R1 per la struttura si verifica essenzialmente nelle seguenti zone: Z1 - INTERNA (99,9796 %) - in gran parte per perdita di esseri viventi - a causa principalmente della fulminazione indiretta della struttura - il contributo principale al valore del rischio R1 nella zona è dato dalle seguenti componenti di rischio: RA = 20,4120 % Perdita di vite umane per fulminazione diretta della struttura RU (IMPIANTO ELETTRICO) = 25,4682 % Perdita di vite umane per fulminazione diretta della linea RU (IMPIANTO TELEFONICO) = 37,4532 % Perdita di vite umane per fulminazione diretta della linea Pag. 26

27 11. SCELTA DELLE MISURE DI PROTEZIONE Per ridurre il rischio R1 a valori non superiori a quello tollerabile RT = 1E-05, è necessario agire sulle componenti con valori di rischio più elevato adottando una o più delle possibili misure di protezione seguenti: Tenuto conto della fattibilità tecnica, in relazione anche ai vincoli da rispettare, per la protezione della struttura in esame sono state scelte le misure di protezione seguenti: - Sulla Linea L1 - ENERGIA ELETTRICA: - SPD arrivo linea - livello: II - Sulla Linea L2 - TELEFONICA: - SPD arrivo linea - livello: II Non è stata effettuata l'analisi relativa al rischio R4, poiché il committente ha espressamente rinunciato a far valutare l'opportunità, dal punto di vista economico, di installare misure di protezione finalizzate a ridurre l'entità di eventuali danni dovuti ai fulmini. L adozione di queste misure di protezione modifica i parametri e le componenti di rischio. I valori dei parametri per la struttura protetta sono di seguito indicati. Zona Z1: INTERNA PA = 1,00E+00 PB = 1,0 PC (IMPIANTO ELETTRICO) = 1,00E+00 PC (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PC = 1,00E+00 PM (IMPIANTO ELETTRICO) = 1,60E-01 PM (IMPIANTO TELEFONICO) = 4,44E-01 PM = 5,33E-01 PU (IMPIANTO ELETTRICO) = * PV (IMPIANTO ELETTRICO) = * PW (IMPIANTO ELETTRICO) = * PZ (IMPIANTO ELETTRICO) = * PU (IMPIANTO TELEFONICO) = 2,00E-02 PV (IMPIANTO TELEFONICO) = 2,00E-02 PW (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PZ (IMPIANTO TELEFONICO) = 5,00E-01 rt = 0,01 rp = 0,5 rf = 0,01 h = 2 Pag. 27

28 Zona Z2: ESTERNA PA = 1,00E+00 PB = 1,0 PC = 0,00E+00 PM = 1,00E+00 rt = 0,00001 rp = 1 rf = 0 h = 1 (*) Nel caso di linee con caratteristiche non uniformi lungo il percorso, la probabilità è relativa ad ogni tratto di linea. Vedasi in proposito l'appendice Caratteristiche delle linee elettriche. Rischio R1: perdita di vite umane I valori delle componenti di rischio per la struttura protetta sono di seguito indicati. Z1: INTERNA RA: 2,18E-06 RB: 4,36E-07 RU(IMPIANTO ELETTRICO): 5,44E-08 RV(IMPIANTO ELETTRICO): 1,09E-08 RU(IMPIANTO TELEFONICO): 8,00E-08 RV(IMPIANTO TELEFONICO): 1,60E-08 Totale: 2,78E-06 Z2: ESTERNA RA: 2,18E-09 Totale: 2,18E-09 Valore totale del rischio R1 per la struttura: 2,78E CONCLUSIONI A seguito dell'adozione delle misure di protezione (che devono essere correttamente dimensionate) vale quanto segue. Rischi che non superano il valore tollerabile: R1 SECONDO LA NORMA CEI EN LA STRUTTURA E' PROTETTA CONTRO LE FULMINAZIONI. In forza della legge 1/3/1968 n.186 che individua nelle Norme CEI la regola dell'arte, si può ritenere assolto ogni obbligo giuridico, anche specifico, che richieda la protezione contro le scariche atmosferiche. Crespignaga di Maser, 26 Giugno 2014 il Tecnico Ing. Giancarlo Favaro Pag. 28

29 13. APPENDICI APPENDICE - Caratteristiche della struttura Dimensioni: vedi disegno Coefficiente di posizione: in area con oggetti di altezza uguale o inferiore (CD = 0,5) Schermo esterno alla struttura: assente Densità di fulmini a terra (fulmini/km² anno) Nt = 4 APPENDICE - Caratteristiche delle linee elettriche Caratteristiche della linea: ENERGIA ELETTRICA Tipo di linea: energia La linea ha caratteristiche variabili lungo il percorso; essa pertanto è stata divisa in sezioni, ciascuna con caratteristiche uniformi. Sezione 1 Tratto di linea interrata Lunghezza (m) L = 200 Resistività (ohm x m) ρ = 400 Coefficiente ambientale (CE): suburbano Sezione 2 Trasformatore MT/BT Sezione 3 Tratto di linea aerea Lunghezza (m) L = 1200 Coefficiente ambientale (CE): suburbano Caratteristiche della linea: TELEFONICA La linea ha caratteristiche uniformi lungo l'intero percorso Tipo di linea: segnale - interrata Lunghezza (m) L = 1000 Resistività (ohm x m) ρ = 400 Coefficiente ambientale (CE): suburbano APPENDICE - Caratteristiche delle zone Caratteristiche della zona: INTERNA Tipo di zona: interna Tipo di pavimentazione: cemento (rt = 0,01) Rischio di incendio: ordinario (rf = 0,01) Pericoli particolari: ridotto rischio di panico (h = 2) Protezioni antincendio: manuali (rp = 0,5) Schermatura di zona: assente Protezioni contro le tensioni di contatto e di passo: nessuna Pag. 29

30 Impianto interno: IMPIANTO ELETTRICO Alimentato dalla linea ENERGIA ELETTRICA Tipo di circuito: Cond. attivi e PE su percorsi diversi (spire fino a 50 m²) (Ks3 = 1) Tensione di tenuta: 2,5 kv Sistema di SPD - livello: Assente (PSPD =1) Impianto interno: IMPIANTO TELEFONICO Alimentato dalla linea TELEFONICA Tipo di circuito: Cond. attivi e PE su percorsi diversi (spire fino a 50 m²) (Ks3 = 1) Tensione di tenuta: 1,5 kv Sistema di SPD - livello: Assente (PSPD =1) Valori medi delle perdite per la zona: INTERNA Rischio 1 Numero di persone nella zona: 30 Numero totale di persone nella struttura: 30 Tempo per il quale le persone sono presenti nella struttura (ore all'anno): 8760 Perdita per tensioni di contatto e di passo (relativa a R1) LA = LU = 1,00E-04 Perdita per danno fisico (relativa a R1) LB = LV = 2,00E-05 Rischi e componenti di rischio presenti nella zona: INTERNA Rischio 1: Ra Rb Ru Rv Caratteristiche della zona: ESTERNA Tipo di zona: esterna Tipo di suolo: asfalto (rt = 0,00001) Protezioni contro le tensioni di contatto e di passo: nessuna Valori medi delle perdite per la zona: ESTERNA Numero di persone nella zona: 10 Numero totale di persone nella struttura: 10 Tempo per il quale le persone sono presenti nella struttura (ore all'anno): 8760 Perdita per tensioni di contatto e di passo (relativa a R1) LA = 1,00E-07 Rischi e componenti di rischio presenti nella zona: ESTERNA Rischio 1: Ra APPENDICE - Aree di raccolta e numero annuo di eventi pericolosi. Struttura Area di raccolta per fulminazione diretta della struttura AD = 1,09E-02 km² Area di raccolta per fulminazione indiretta della struttura AM = 4,58E-01 km² Numero di eventi pericolosi per fulminazione diretta della struttura ND = 2,18E-02 Numero di eventi pericolosi per fulminazione indiretta della struttura NM = 1,83E+00 Pag. 30

31 Linee elettriche Area di raccolta per fulminazione diretta (AL) e indiretta (AI) delle linee: ENERGIA ELETTRICA AL = 0, km² AI = 5, km² TELEFONICA AL = 0, km² AI = 4, km² Numero di eventi pericolosi per fulminazione diretta (NL) e indiretta (NI) delle linee: ENERGIA ELETTRICA NL = 0, NI = 2, TELEFONICA NL = 0, NI = 4, APPENDICE - Valori delle probabilità P per la struttura non protetta Zona Z1: INTERNA PA = 1,00E+00 PB = 1,0 PC (IMPIANTO ELETTRICO) = 1,00E+00 PC (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PC = 1,00E+00 PM (IMPIANTO ELETTRICO) = 1,60E-01 PM (IMPIANTO TELEFONICO) = 4,44E-01 PM = 5,33E-01 PU (IMPIANTO ELETTRICO) = * PV (IMPIANTO ELETTRICO) = * PW (IMPIANTO ELETTRICO) = * PZ (IMPIANTO ELETTRICO) = * PU (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PV (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PW (IMPIANTO TELEFONICO) = 1,00E+00 PZ (IMPIANTO TELEFONICO) = 5,00E-01 Zona Z2: ESTERNA PA = 1,00E+00 PB = 1,0 PC = 0,00E+00 PM = 1,00E+00 (*) Nel caso di linee con caratteristiche non uniformi lungo il percorso, la probabilità è relativa ad ogni tratto di linea. Vedasi in proposito l'appendice Caratteristiche delle linee elettriche. Pag. 31

32 14. ALLEGATI Fanno parte integrante della presente relazione gli allegati di seguito indicati: Allegato A - Disegno della pianta della struttura Allegato B - Disegno area di raccolta Ad Allegato C - Disegno area di raccolta Am Crespignaga di Maser, 26 Giugno 2014 il Tecnico Ing. Giancarlo Favaro Pag. 32

33 Allegato - Disegno della struttura H max = 10 m Pag. 33

34 Allegato - Area di raccolta per fulminazione diretta AD Area di raccolta AD (km²) = 1,09E-02 Pag. 34

35 Allegato - Area di raccolta per fulminazione indiretta AM Area di raccolta AM (km²) = 4,58E-01 Pag. 35

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