IMPIANTO DI PROTEZIONE CONTRO LE SCARICHE ATMOSFERICHE

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2 IMPIANTO DI PROTEZIONE CONTRO LE SCARICHE ATMOSFERICHE

3 1.1 - STRUTTURA DA PROTEGGERE Si tratta di un Edificio di Culto, ovvero di una Chiesa costruita in muratura, in grado di ospitare la presenza di 100 e/o più persone durante le celebrazioni più solenni. Inoltre, si ritiene quale Danno Medio Conseguente ad una scarica atmosferica che si abbatta su di esso un EVENTO DI ENTITA' SIGNIFICATIVA di ordine " MEDIO ".Infatti, vengono considerate le seguenti perdite e/o pericoli : *) Non Trascurabile Contenuto Storico / Artistico *) Presenza nella struttura di Materiali Combustibili *) Sicurezza delle persone presenti nella struttura *) Distanza dal più vicino Distretto dei Vigili del Fuoco Pertanto, risulta giustificata la realizzazione di una opportuna protezione secondo le Norme Vigenti. Secondo la Norma C.E.I 81-1 Appendice G.2 terza edizione l'edificio di Culto viene classificato come : "STRUTTURA ORDINARIA DI TIPO " C " o equivalente." Inoltre, ai fini dell'applicazione della Norma le Strutture Ordinarie sono classificate in funzione del RISCHIO D'INCENDIO. Infatti, quest'ultimo viene valutato (nelle condizioni più gravose) calcolando il CARICO SPECIFICO D'INCENDIO. Il calcolo viene condotto esaminando le utilizzazioni dei locali e dei piani secondo le dichiarazioni del proprietario del fabbricato stesso. Nel caso specifico ci limiteremo per semplicità e per motivi cautelativi a considerare la nostra struttura a RISCHIO D'INCENDIO di tipo ELEVATO e quindi con un: CARICO SPECIFICO D'INCENDIO maggiore di 45 (kg/m 2 ). Ne consegue l'esigenza di effettuare una Valutazione del Rischio IMPIANTO DI PROTEZIONE - Funzione L'impianto di Protezione Lightning Protection Systems (LPS) è realizzato con l'intento di impedire, entro i limiti previsti dalla Norma Cei 81-1 che il fenomeno della fulminazione comporti un Rischio Inaccettabile. Pertanto, l'obiettivo è quello di ridurre il Rischio R al di sotto di un livello massimo tollerabile Ra: R Ra Per la Valutazione del Rischio, ricorreremo all'applicazione della Norma C.E.I prima ediz. Fasc. 2924, la quale si propone come obiettivo quello di valutare il Rischio R di una struttura dovuto ai fulmini diretti e indiretti e di consentire, una volta fissato un valore limite del Rischio Ra ( Norma Cei

4 81-1 tab. F.1) di scegliere le misure di protezione più appropriate per ciascuna struttura. Tuttavia, per Strutture Ordinarie di caratteristiche tipiche ( Norma C.E.I 81-1 Appendice G.2 ) è possibile adottare la procedura semplificata prevista nell appendice G della stessa norma. Tale procedura può portare alla scelta di LPS con livello di protezione più elevato di quello definibile con la Norma C.E.I Procedendo, dunque, secondo la Norma C.E.I Appendice G avremo : Parametri e Definizioni : Nd = Numero probabile di Fulmini che in un anno colpiscono direttamente il Volume da Proteggere Nt = Numero di Fulmini a terra per anno e per chilometro quadrato Ad = Area di Raccolta (m 2 ) della Struttura Nd = Nt x Ad Ad = (C x A)10-6 A = Area di Raccolta (m 2 ) della Struttura Isolata Ovvero è l'area racchiusa tra la linea ottenuta dall'intersezione con la superficie del terreno considerato pianeggiante di una retta di pendenza 1/3 che tocca le parti superiori della struttura e ruoti intorno ad essa. C : Coefficiente Ambientale Nd = Nt x Ad = (C x A)10-6 ( fulmini / anno ) H2 3 h1 h1 3 h2 DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE AMBIENTALE C Disposizione Relativa della Struttura C Struttura situata in un area con presenza prevalente di strutture di altezza uguale o maggiore 0,25 Struttura situata in un area con presenza prevalente di strutture di altezza più bassa 0,5 Struttura isolata : NON esistono altre Strutture o oggetti entro una distanza 3H dalla struttura 1 Struttura isolata sulla cima di una collina o di una montagna 2

5 1.3 - CARATTERISTICHE DEL TERRITORIO Il Volume da Proteggere risiede in una zona le cui caratteristiche risultano le seguenti : -)Comune di... a cui corrisponde : Nt = 2,5 ( fulmini / anno ) -)L'allocazione della struttura è tale che al coefficiente ambientale corrisponde : C = 0,5 -)Terreno Argilloso con Resistività : ρ = 200 ( ohm m ) CALCOLO DELLA PROBABILITA' DI FULMINAZIONE La struttura è costituita da differenti corpi di fabbrica affiancati, ciascuno dei quali con una propria geometria per fornire all'intero complesso le necessarie funzioni e valenze architettoniche. Le differenti altezze costituiscono una particolarità importante nella definizione del calcolo di probabilità di fulminazione, che sarà condotto nel caso più sfavorevole. Consideriamo, quindi, a favore della sicurezza, l'altezza massima dell'edificio, ovvero quella corrispondente all'altezza del campanile: altezza campanile : hc = 16( m ) Il rettangolo che inscrive l'intera struttura, ha come dimensioni in pianta: larghezza : a = 18( m ) lunghezza : b = 20( m ) L'Area di Raccolta di una Struttura Parallelepipeda ISOLATA disposta su un terreno PIANEGGIANTE risulta: A = a x b + 6hc(a + b)+ 9 x 3,14 x (hc) 2 = 11242,56(m 2 ) Pertanto, l'area di Raccolta della Struttura è Ad = A x C = 5621,3(m 2 ) sicchè risulta : Nd = NtxAdx10-6 = 0, (fulmini/anno) VALUTAZIONE DEL RISCHIO ACCETTABILE La Norma CEI 81-1 definisce: Na = Frequenza Tollerabile di fulminazione; ovvero numero medio annuo massimo tollerabile di fulminazioni dirette che possono provocare danno alla struttura Nel caso specifico risulta: Struttura da proteggere: STRUTTURA ORDINARIA DI TIPO C Rischio di Incendio: ELEVATO risulta quindi:

6 Na = 0,01 (fulmini/anno) Dal confronto di Nd con Na avremo pertanto: Nd = 0,0141 > Na = 0,01 E necessario perciò realizzare sia l'impianto Base che quello Integrativo CATEGORIA DELL' IMPIANTO DI PROTEZIONE L'impianto di protezione deve essere realizzato in modo tale da avere un LIVELLO DI PROTEZIONE : P 100 x (1- Na/Nd) = 28,842 ( % ) secondo la Norma C.E.I il livello di protezione da adottare è quindi: Livello di Protezione Efficienza E (%) IMPIANTO DI PROTEZIONE Esso può essere del TIPO A MAGLIA NON DISTANZIATA DALL'EDIFICIO, per evidenti motivi architettonici e di opportunità realizzativa. Ebbene, in tal caso le dimensioni massime della magliatura e l'altezza massima del volume protetto saranno: ( Norma C.E.I. Art tab.3 ) Livello di Protezione Dmax (maglia) NON SUPERIORE (m) Altezza del Volume Protetto (m) La protezione si realizza allora con un Captatore a Maglia, appoggiato sulla superficie da proteggere, purchè soddisfi le seguenti condizioni : *) i captatori siano posizionati sulle linee di gronda del tetto, sulle sporgenze del tetto (es.: comignoli, abbaini, ecc...) e, se la pendenza del tetto è superiore a 10%, sulle linee di colmo del tetto *) le superfici laterali della struttura, al di sopra dell'altezza protetta, siano provviste di captatori *) la rete di captazione sia sistemata in modo che la corrente di fulmine incontri sempre almeno due percorsi metallici fino al dispersore

7 *) i captatori seguano, per quanto possibile, percorsi rettilinei. Inoltre, essendo il tipo di protezione realizzato a Maglia, il numero minimo di Calate da installare lungo il perimetro della struttura è pari a: n o Calate minime = PARAMETRI CARATTERISTICI DELL'IMPIANTO DI PROTEZIONE Nel nostro caso specifico, trattandosi di struttura ordinaria in base alla Norma CEI 81-1, essa indica come VALORI LIMITI di parametri oltre i quali si possono avere DANNI ALLA STRUTTURA quelli in tabella sotto riportata:

8 Categoria Impianto Livello di Protezione Impianto P% Minima Corrente di Fulmine Imin Massima Corrente di Fulmine Imax Pendenza Massima della Corrente (di/dt)max Carica Totale Associata al Fulmine Qtot Carica Impulsiva Associata al Fulmine Qimp Energia Specifica del Fulmine Esp Efficienza Captazione Ec Efficienza Dimens Ed (KA) (KA) (KA/us) (C) (C) (KJ/Ohm) ,85 0,95

9 ne risulta : Probabilità di NON intercettazione 1 Ec % Probabilità che un fulmine intercettato provochi danno 1 Ed % 15,0% 5,0% IMPIANTO DI PROTEZIONE BASE Esso è costituito da: *) ORGANI DI CAPTAZIONE *) ORGANI DI DISCESA *) DISPERSORE Analizziamoli separatamente. 1.9a - ORGANI DI CAPTAZIONE Innanzi tutto, si precisa che l'edificio in esame è realizzato con TETTO NON METALLICO, ma bensì con tegolame tradizionale. I Captatori sono costituiti da PIATTINA DI ACCIAIO ZINCATO 30 X 3(mm)e disposti: *) sulle linee di gronda del tetto e/o sulle sporgenze del tetto (es.: comignoli, abbaini, ecc...) e, se la pendenza del tetto è superiore a 10 %, sulle linee di colmo del tetto *) sulle superfici laterali della struttura e lì dove si supera l'altezza del volume protetto(vedi tab.cap.1.7) Altezza del Volume Protetto = 60(m) Inoltre, la rete di Captazione è disposta in modo che: *) nessun Corpo Metallico contenuto nella Struttura da proteggere sporga al di fuori del Volume protetto dai Captatori nelle strutture con rischio di esplosione *) il lato di magliatura della rete di captazione NON sia maggiore del valore : Dmax (maglia ) 20(m) *) la rete di captazione sia sistemata in modo che la corrente di fulmine incontri sempre almeno due percorsi metallici fino al dispersore

10 *) i captatori seguano, per quanto possibile, percorsi rettilinei. La bandella è appoggiata sulla copertura e fissata lungo il contorno; le sue dimensioni minime sono riportate nella tabella seguente : DIMENSIONI MINIME PER CAPTATORI E CALATE MATERIALE TIPO DI ELETTRODO Acciaio Zincato a caldo Alluminio in lega Rame NASTRO Spessore (mm) Sezione (mm 2 ) TONDINO o Conduttore Sezione (mm 2 ) massiccio CONDUTTORE CORDATO Sezione (mm 2 )

11 Categoria Valori dell'angolo di protezione ALFA in funzione dell'altezza del captatore al di sopra dell'area Impianto da proteggere per i diversi livelli di protezione Altezza del Captatore ( m )

12 Angolo di Protezione ALFA ( Livello di Protezione 1 Livello di Protezione 2 Livello di Protezione 3 Livello di Protezione Altezza del Captatore (m)

13 1.9b - ORGANI DI DISCESA Le calate, del tipo normale, sono costituite da : CORDE di ACCIAIO ZINCATO da 75 (mm 2 ). Aumentando il numero di Calate diminuisce la frazione di corrente di fulmine che le percorre. Questo è un bene, perché diminuisce anche la tensione indotta nei corpi metallici e il conseguente pericolo di Scariche Laterali; inoltre, se esse sono disposte anche in modo simmetrico, si ha una ulteriore riduzione del campo elettromagnetico all'interno del volume stesso con conseguente riduzione dei disturbi da essi prodotti. Le calate abbiano la minima lunghezza possibile e siano posizionate per quanto possibile vicino a ciascun angolo della struttura. I percorsi prescelti siano il più possibile distanti da porte e finestre e siano di tipo rettilineo; bisogna evitare in ogni caso la formazione di cappi. INTENSITA' DELLA CORRENTE DI FULMINE dove : If = (Z x I)/(n1 Z + Z1) ( KA ) Z è la resistenza di terra equivalente (ohm) del dispersore Z1 è la resistenza di terra equivalente (ohm)dei corpi metallici o delle linee esterne n1 è il numero totale dei corpi metallici e delle linee esterne (entranti nella struttura ) I è la corrente max di fulmine (KA) relativa al livello di protezione considerato. Resistività del Terreno ρ (ohm m) Z1 (ohm) Resistenza di Terra Equivalente Z (ohm) riferita ai livelli di protezione ne consegue che nel nostro caso: Z1 = 13 (ohm) Z = 6 (ohm) Pertanto, in relazione alla geometria dell'impianto di protezione si determina n1 : numero totale dei corpi metallici e delle linee esterne entranti nella struttura che nel nostro caso supporremo pari a : n1 = 10

14 sicchè : If = 8,22 ( KA ) 1.9c - DISPERSORE Il Dispersore dell'impianto sarà del tipo ad Anello Normale. Per individuare, tuttavia, la sua tipologia occorre valutare il valore di Re, Raggio del cerchio equivalente all'area Ae relativa alla superficie in pianta della chiesa, la categoria dell'impianto e il valore della dimensione minima L1 in funzione della resistività ρ del terreno. L'area della struttura risulta: quindi : Ae = a x b = 280 (m 2 ) Re = Ae / 3,14 = 9,44 (m) Inoltre, essendo la resistività del terreno ρ = 200 ( ohm m ) Categoria Impianto Lunghezza minima degli elementi del dispersore L1 (m) Resistività del terreno : ρ (ohm m)

15 90 Lunghezza minima degli elementi del dispersore L1 (m) Lunghezza minima L1 (m) Livello di Protezione 1 Livello di Protezione 2 Livello di Protezione 3 Livello di Protezione Resistività del terreno ρ (ohm m)

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17 Pertanto, risulta : L1 = 5 ( m ) e quindi confrontando tale valore con Re si ottiene: Re > L1 si può adottare allora un DISPERSORE di TIPO ad ANELLO CHIUSO INTERRATO per almeno l'80 % della sua lunghezza. Il Dispersore è costituito da una corda di rame nuda da 50 (mm 2 ), interrata a 0,5 (m) di profondità. Il collegamento con le Calate, che sono di materiale diverso, è effettuato con morsetti di sezionamento in cassette incassate a parete a 0,5 (m) dal terreno per evitare fenomeni di corrosione. Il numero minimo dei picchetti è 2 (essendo due il numero minimo di calate per un sistema di protezione di tipo a Maglia come nel nostro caso). La lunghezza minima dei picchetti è : L = 0,5 L DISTANZE DI SICUREZZA Bisogna rispettare le " DISTANZE DI SICUREZZA " per : *) ORGANI DI CAPTAZIONE *) ORGANI DI DISCESA Analizziamoli separatamente : DISTANZE DI SICUREZZA PER GLI ORGANI DI CAPTAZIONE La Distanza di Sicurezza tra Captatore e Corpi Metallici presenti nella struttura da proteggere, al di sotto della quale occorre il Collegamento Equipotenziale, è valutata in relazione al tipo d impianto che nel nostro caso è : Categoria Impianto : 4 d > 0,07 ( D + (L-D)/ N ) D = la maggiore, tra le due dimensioni della maglia (per captatori a maglia ) L = la lunghezza dei conduttori della maglia compreso le calate. N = il numero dei conduttori della maglia DISTANZE DI SICUREZZA PER GLI ORGANI DI DISCESA La Corrente di Fulmine che passa nella Calata, e precisamente la sua pendenza massima (di/dt)max che rappresenta il Fronte d'onda della corrente stessa, permette la determinazione della DISTANZA di SICUREZZA delle calate dai corpi metallici (o dagli impianti elettrici ). La Norma CEI 81-1 specifica che: la DISTANZA DI SEPARAZIONE " d " tra le calate da un lato e i CORPI METALLICI e gli IMPIANTI INTERNI alla struttura da proteggere dall'altro lato, NON deve essere inferiore alla DISTANZA DI SICUREZZA " s " : d s

18 con : d = ( (Ki x Kc) / Km ) x L ( m ) dove : Ki : coefficiente che varia con l'ampiezza e Forma d'onda della Corrente di Fulmine e quindi con la Categoria dell'impianto di Protezione. km : coefficiente che dipende dalla natura del Dielettrico kc : coefficiente che tiene conto della Ripartizione della Corrente di Fulmine circolante su ogni calata ed, inoltre, della posizione geometrica delle calate e dei conduttori di interconnessione ad anello e del tipo di Captatore. L : è la distanza ( m ) lungo la Calata fra il punto in cui si intende Verificare la Distanza di separazione e la più vicina Connessione Equipotenziale fra le parti interessate Valori del Coefficiente Ki Livello di ki Protezione 1 0,1 2 0, ,05 4 0,05 Valori del Coefficiente Km Materiale km Isolante Aria Muratura 1 0,5 L'installazione di un maggior numero di calate, o la presenza di più anelli di interconnessione migliora la ripartizione della corrente e permette di ridurre la distanza di sicurezza PROVVEDIMENTI CONTRO LE TENSIONI DI CONTATTO E DI PASSO I provvedimenti contro la TENSIONE di CONTATTO consistono in: *) isolare la calata con una guaina o tubo di PVC minimo di 3 (mm) *) oppure impedire l'avvicinamento delle persone a meno di 20 (cm) dalla calata *) aumentare la resistività superficiale al di sopra dei limiti prefissati (vedi tabelle) asfaltando la zona interessata. Resistività superficiale del suolo al di sotto della quale occorrono provvedimento contro le tensioni di contatto DISPERSORE Resistività di TIPO Superficiale del suolo ρs (ohm m) A 1250 x Kc B 400 x Kc x Z - 250

19 CATEGORIA IMPIANTO Valori della resistenza equivalente di terra del dispersore Z (ohm) Resistività del terreno : ρ (ohm m) kc : coefficiente che tiene conto della Ripartizione della Corrente di Fulmine circolante su ogni calata ed, inoltre, della posizione geometrica delle calate e dei conduttori di interconnessione ad anello e del tipo di Captatore. Kc = 1/ 2n + 0,1\ + 0,2 3 cs / h x 6 cd / cs dove: n = è il numero di calate (n > 2) cs ; cd = sono le distanze (m) delle calate adiacenti a quella considerata h = è la distanza (m) tra due anelli di interconnessione delle calate. Sulle Calate, all'esterno della struttura, in particolari condizioni si dovrà rispettare la distanza di sicurezza per evitare tensioni di contatto a persone che transitano in prossimità di calate: d 0,2 L L d D 2,5 + 0,2 L Altezza persona 2,5 (m)

20 Se si considera a favore della sicurezza che tutta la corrente passi in un'unica calata, allora vale Kc = 1 DISPERSORE di TIPO B CATEGORIA IMPIANTO Resistività superficiale del suolo al di sotto della quale occorre adottare provvedimenti di protezione contro tensione di contatto in funzione del livello di protezione per Kc=0,3 Resistività del terreno ρ (ohm m) I provvedimenti contro la TENSIONE di PASSO consistono in: *) ostacolare la permanenza delle persone entro un raggio di 5 (m) di distanza dalla calata all'esterno della struttura *) oppure, installare una rete conduttrice interrata con dimensioni minime di 5 (m) di lato, posta all'interno e all'esterno per dispersore di tipo A e solo all'esterno per quello di tipo B *) oppure, aumentare la resistività superficiale al di sopra dei limiti prefissati (vedi tabelle) asfaltando la zona interessata ρs = 140 x Kc x Z