Lightning rod (Italiano)

Fulmine arresterEdit

Un parafulmine è un dispositivo utilizzato su sistemi elettrici e sistemi di telecomunicazione per proteggere l’isolamento e conduttori del sistema dagli effetti dannosi dei fulmini. Il tipico parafulmine ha un terminale ad alta tensione e un terminale di terra.

In telegrafia e telefonia, un parafulmine è un dispositivo posizionato dove i fili entrano in una struttura, al fine di prevenire danni agli strumenti elettronici all’interno e garantire la sicurezza degli individui vicino alle strutture., Versioni più piccole di parafulmini, chiamati anche limitatori di sovratensione, sono dispositivi che sono collegati tra ogni conduttore elettrico in un sistema di alimentazione o di comunicazione, e la terra. Aiutano a prevenire il flusso delle normali correnti di alimentazione o di segnale a terra, ma forniscono un percorso su cui scorre la corrente del fulmine ad alta tensione, bypassando l’apparecchiatura collegata. Gli scaricatori vengono utilizzati per limitare l’aumento di tensione quando una linea di comunicazione o di alimentazione viene colpita da un fulmine o è vicina a un fulmine.,

Protezione dei sistemi di distribuzione elettricamodifica

Nei sistemi di trasmissione elettrica aerea, uno o due fili di terra più leggeri possono essere montati sulla parte superiore dei piloni, pali o torri non specificamente utilizzati per inviare elettricità attraverso la rete. Questi conduttori, spesso indicati come fili” statici”,” pilota “o” scudo”, sono progettati per essere il punto di terminazione del fulmine invece delle linee ad alta tensione stesse. Questi conduttori hanno lo scopo di proteggere i conduttori di potenza primaria da fulmini.,

Questi conduttori sono legati alla terra attraverso la struttura metallica di un palo o di una torre, o da elettrodi di terra aggiuntivi installati a intervalli regolari lungo la linea. Come regola generale, le linee elettriche aeree con tensioni inferiori a 50 kV non hanno un conduttore “statico”, ma la maggior parte delle linee che trasportano più di 50 kV lo fanno. Il cavo conduttore di terra può anche supportare cavi in fibra ottica per la trasmissione dei dati.

Le linee più vecchie possono utilizzare scaricatori di sovratensione che isolano le linee conduttrici dal legame diretto con la terra e possono essere utilizzate come linee di comunicazione a bassa tensione., Se la tensione supera una certa soglia, ad esempio durante una terminazione del fulmine al conduttore, “salta” gli isolanti e passa a terra.

La protezione delle sottostazioni elettriche è tanto varia quanto i parafulmini stessi, ed è spesso di proprietà dell’azienda elettrica.

Protezione contro i fulmini dei radiatorimodifica

I radiatori dell’albero radio possono essere isolati da terra da uno spark gap alla base. Quando un fulmine colpisce l’albero, salta questa lacuna., Una piccola induttività nella linea di alimentazione tra l’albero e l’unità di sintonizzazione (di solito un avvolgimento) limita l’aumento di tensione, proteggendo il trasmettitore da tensioni pericolosamente elevate.Il trasmettitore deve essere dotato di un dispositivo per monitorare le proprietà elettriche dell’antenna. Questo è molto importante, poiché una carica potrebbe rimanere dopo un fulmine, danneggiando il divario o gli isolanti.

Il dispositivo di monitoraggio spegne il trasmettitore quando l’antenna mostra un comportamento errato, ad esempio a causa di una carica elettrica indesiderata., Quando il trasmettitore è spento, queste cariche si dissipano. Il dispositivo di monitoraggio effettua diversi tentativi di riaccendere. Se dopo diversi tentativi l’antenna continua a mostrare un comportamento improprio, forse a causa di danni strutturali, il trasmettitore rimane spento.

Parafulmini e messa a terra precautionsEdit

Idealmente, la parte sotterranea del gruppo dovrebbe risiedere in un’area di elevata conduttività del terreno. Se il cavo sotterraneo è in grado di resistere bene alla corrosione, può essere coperto di sale per migliorare la sua connessione elettrica con il terreno., Mentre la resistenza elettrica del parafulmine tra il terminale dell’aria e la Terra è di notevole preoccupazione, la reattanza induttiva del conduttore potrebbe essere più importante. Per questo motivo, il percorso del conduttore verso il basso è mantenuto corto e tutte le curve hanno un raggio ampio. Se queste misure non sono prese, la corrente del fulmine può arco sopra un’ostruzione resistiva o reattiva che incontra nel conduttore., Per lo meno, la corrente dell’arco danneggerà il parafulmine e può facilmente trovare un altro percorso conduttivo, come il cablaggio dell’edificio o l’impianto idraulico, e causare incendi o altri disastri. I sistemi di messa a terra senza bassa resistività al suolo possono ancora essere efficaci nel proteggere una struttura dai danni dei fulmini., Quando il terreno a terra ha una scarsa conduttività, è molto superficiale o inesistente, un sistema di messa a terra può essere aumentato aggiungendo barre di terra, conduttore di contrappeso (anello di terra), radiali di cavi che si proiettano lontano dall’edificio o barre d’armatura di un edificio in calcestruzzo possono essere utilizzate per un conduttore di terra (Ufer ground). Queste aggiunte, pur non riducendo la resistenza del sistema in alcuni casi, consentiranno il del fulmine nella terra senza danneggiare la struttura.,

Devono essere prese ulteriori precauzioni per evitare lampi laterali tra oggetti conduttivi sulla o nella struttura e il sistema di protezione contro i fulmini. L’ondata di corrente del fulmine attraverso un conduttore di protezione contro i fulmini creerà una differenza di tensione tra esso e qualsiasi oggetto conduttivo che si trova vicino ad esso. Questa differenza di tensione può essere abbastanza grande da causare un pericoloso flash laterale (scintilla) tra i due che può causare danni significativi, specialmente sulle strutture che ospitano materiali infiammabili o esplosivi., Il modo più efficace per prevenire questo potenziale danno è quello di garantire la continuità elettrica tra il sistema di protezione contro i fulmini e qualsiasi oggetto suscettibile di un flash laterale. Un legame efficace consentirà al potenziale di tensione dei due oggetti di salire e scendere contemporaneamente, eliminando così qualsiasi rischio di flash laterale.

Sistema di protezione contro i fulmini designEdit

Materiale considerevole viene utilizzato per creare sistemi di protezione contro i fulmini, quindi è prudente considerare attentamente dove un terminale aereo fornirà la massima protezione., La comprensione storica del fulmine, dalle dichiarazioni fatte da Ben Franklin, presumeva che ogni parafulmine proteggesse un cono di 45 gradi. Ciò è risultato insoddisfacente per la protezione delle strutture più alte, in quanto è possibile che un fulmine colpisca il lato di un edificio.

Un sistema di modellazione basato su una migliore comprensione del targeting di terminazione del fulmine, chiamato Metodo Rolling Sphere, è stato sviluppato dal dr Tibor Horváth. È diventato lo standard con cui sono installati i tradizionali sistemi di Rod Franklin. Per capire questo richiede la conoscenza di come il fulmine ‘si muove’., Come il leader passo di un fulmine salta verso il suolo, passi verso gli oggetti a terra più vicino al suo percorso. La distanza massima che ogni passo può percorrere è chiamata distanza critica ed è proporzionale alla corrente elettrica. È probabile che gli oggetti vengano colpiti se sono più vicini al leader di questa distanza critica. È pratica standard approssimare il raggio della sfera a 46 m vicino al suolo.

È improbabile che un oggetto al di fuori della distanza critica venga colpito dal leader se c’è un oggetto solidamente radicato all’interno della distanza critica., Le posizioni considerate sicure dai fulmini possono essere determinate immaginando i potenziali percorsi di un leader come una sfera che viaggia dalla nuvola al suolo. Per la protezione contro i fulmini, è sufficiente considerare tutte le sfere possibili in quanto toccano potenziali punti di attacco. Per determinare i punti di attacco, considera una sfera che rotola sul terreno. Ad ogni punto, viene simulata una potenziale posizione di leader. Il fulmine è più probabile che colpisca dove la sfera tocca il suolo. I punti che la sfera non può rotolare e toccare sono più sicuri dai fulmini., I parafulmini devono essere posizionati dove impediranno alla sfera di toccare una struttura. Un punto debole nella maggior parte dei sistemi di deviazione del fulmine è nel trasporto dello scarico catturato dal parafulmine a terra, però. Parafulmini sono tipicamente installati intorno al perimetro di tetti piani, o lungo i picchi di tetti inclinati ad intervalli di 6,1 m o 7,6 m, a seconda dell’altezza dell’asta., Quando un tetto piano ha dimensioni superiori a 15 m per 15 m, ulteriori terminali d’aria saranno installati al centro del tetto ad intervalli di 15 m o meno in un modello a griglia rettangolare.

Estremità arrotondate contro appuntitemodifica

La forma ottimale per la punta di un parafulmine è stata controversa fin dal xviii secolo., Durante il periodo di confronto politico tra la Gran Bretagna e le sue colonie americane, gli scienziati britannici sostenevano che un parafulmine avrebbe dovuto avere una palla alla sua estremità, mentre gli scienziati americani sostenevano che ci dovrebbe essere un punto. A partire dal 2003, la controversia non era stata completamente resolved.It è difficile risolvere la controversia perché esperimenti controllati adeguati sono quasi impossibili, ma il lavoro svolto da Charles B. Moore, et al., nel 2000 ha gettato un po ‘ di luce sulla questione, trovando che moderatamente arrotondato o blunt-punta parafulmini agiscono come recettori sciopero marginalmente migliori., Di conseguenza, barre con punta tonda sono installati sulla maggior parte dei nuovi sistemi negli Stati Uniti, anche se la maggior parte dei sistemi esistenti hanno ancora aste a punta. Secondo lo studio,

le alculazioni delle forze relative dei campi elettrici sopra aste affilate e smussate esposte allo stesso modo mostrano che mentre i campi sono molto più forti sulla punta di un’asta affilata prima di qualsiasi emissione, diminuiscono più rapidamente con la distanza., Di conseguenza, a pochi centimetri sopra la punta di un’asta smussata di 20 mm di diametro, la forza del campo è maggiore rispetto a un’asta altrimenti simile e più nitida della stessa altezza. Poiché l’intensità di campo sulla punta di un’asta affilata tende ad essere limitata dalla facile formazione di ioni nell’aria circostante, le forze di campo su aste smussate possono essere molto più forti di quelle a distanze superiori a 1 cm su quelle più nitide.,
I risultati di questo studio suggeriscono che le barre di metallo moderatamente smussate (con l’altezza della punta e il raggio di curvatura della punta di circa 680:1) sono recettori di fulmini migliori rispetto alle aste più nitide o molto smussate.

Inoltre, l’altezza del parafulmine rispetto alla struttura da proteggere e la Terra stessa avrà un effetto.,

Teoria del trasferimento di caricamodifica

La teoria del trasferimento di carica afferma che un fulmine a una struttura protetta può essere prevenuto riducendo il potenziale elettrico tra la struttura protetta e la nube temporalesca. Questo viene fatto trasferendo la carica elettrica (ad esempio dalla Terra vicina al cielo o viceversa). Il trasferimento della carica elettrica dalla Terra al cielo avviene installando prodotti ingegnerizzati composti da molti punti sopra la struttura., Si nota che gli oggetti appuntiti trasferiranno effettivamente la carica nell’atmosfera circostante e che una considerevole corrente elettrica può essere misurata attraverso i conduttori mentre la ionizzazione si verifica nel punto in cui è presente un campo elettrico, come accade quando le nuvole temporalesche sono in testa.

Negli Stati Uniti, la National Fire Protection Association (NFPA) attualmente non approva un dispositivo in grado di prevenire o ridurre i fulmini., Il NFPA Standards Council, a seguito di una richiesta di un progetto per affrontare i sistemi di Dissipation Array e i sistemi di trasferimento di carica, ha negato la richiesta di iniziare a formare standard su tale tecnologia (sebbene il Consiglio non abbia precluso lo sviluppo futuro di standard dopo che sono state presentate fonti affidabili che dimostrano la validità della tecnologia e della scienza di base).

Early streamer emission (ESE) theoryEdit

La teoria delle prime emissioni di streamer propone che se un parafulmine ha un meccanismo che produce ionizzazione vicino alla sua punta, allora la sua area di cattura del fulmine è notevolmente aumentata. Inizialmente, piccole quantità di isotopi radioattivi (radio-226 o americio-241) sono stati utilizzati come fonti di ionizzazione tra il 1930 e il 1980, successivamente sostituiti con vari dispositivi elettrici ed elettronici., Secondo un primo brevetto, poiché i potenziali di terra della maggior parte dei parafulmini sono elevati, la distanza del percorso dalla sorgente al punto di terra elevato sarà più breve, creando un campo più forte (misurato in volt per unità di distanza) e quella struttura sarà più soggetta a ionizzazione e rottura.

AFNOR, l’ente nazionale di normazione francese, ha emesso uno standard, NF C 17-102, che copre questa tecnologia. L’NFPA ha anche esaminato l’argomento e c’è stata una proposta di emettere uno standard simile negli Stati Uniti., Inizialmente, un gruppo di terze parti indipendente dalla NFPA ha dichiarato che” la tecnologia di protezione contro i fulmini sembra essere tecnicamente valida “e che esiste una”base teorica adeguata per il concetto e il design del terminale aereo da un punto di vista fisico”.) Lo stesso pannello ha anche concluso che ” il sistema di protezione contro i fulmini raccomandato non è mai stato convalidato scientificamente o tecnicamente e i terminali Franklin rod air non sono stati convalidati in test sul campo in condizioni di temporale.,”

In risposta, l’American Geophysical Union ha concluso che ” egli Bryan Panel ha esaminato essenzialmente nessuno degli studi e della letteratura sull’efficacia e la base scientifica dei sistemi di protezione contro i fulmini tradizionali ed è stato errato nella sua conclusione che non vi era alcuna base per lo standard.”AGU non ha tentato di valutare l’efficacia di eventuali modifiche proposte ai sistemi tradizionali nella sua relazione., L’NFPA ha ritirato la sua proposta bozza di edizione dello standard 781 a causa della mancanza di prove di una maggiore efficacia dei primi sistemi di protezione basati sulle emissioni di Streamer rispetto ai terminali aerei convenzionali.

I membri del Comitato scientifico della Conferenza internazionale sulla protezione contro i fulmini (ICLP) hanno rilasciato una dichiarazione congiunta che dichiara la loro opposizione alla tecnologia di emissione di Streamer precoce. ICLP gestisce una pagina web con informazioni relative a ESE e tecnologie correlate., Tuttavia, il numero di edifici e strutture dotate di sistemi di protezione contro i fulmini ESE è in crescita, così come il numero di produttori di terminali aerei ESE provenienti da Europa, Americhe, Medio Oriente, Russia, Cina, Corea del Sud, paesi ASEAN e Australia.