{{{sourceTextContent.title}}}

Rilevamento dei temporali a scopo preventivo: Condizioni di rischio di scarico

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Rilevamento dei temporali a scopo preventivo: Condizioni di rischio di scarico

{{{sourceTextContent.description}}}

Il fulmine è un fenomeno naturale che può verificarsi con un'alta frequenza in qualsiasi momento dell'anno ed è soggetto a incertezza statistica: non è possibile determinare dove e quando si verificherà un fulmine isolato. Per questo motivo, i sistemi di rilevamento delle tempeste non possono prevedere con precisione la posizione e i tempi di una particolare scarica1, ma possono determinare le condizioni di rischio di scarica in base alla distanza di precedenti fulmini (rilevatori di campo elettromagnetico) o alla variazione del campo elettrostatico atmosferico (sensori di campo elettrostatico).

Anche se la formazione dei temporali non può essere evitata, la rilevazione precoce permette di minimizzare i rischi derivanti da un eventuale fulmine e di evitare danni alle persone, fornendo informazioni per la corretta gestione delle misure preventive temporanee. A tal fine, è necessario che questi rilevatori siano in grado di valutare le condizioni di rischio di scarica. Di seguito verrà descritto in dettaglio come i diversi tipi di rilevatori di tempeste disponibili determinano le condizioni di rischio di scarica.

Tipi di rivelatori di temporali: sistemi basati su campi elettromagnetici vs. sistemi basati su campi elettrostatici

I rilevatori di temporali esistenti o utilizzano le radiazioni elettromagnetiche dei fulmini per localizzarli una volta che sono stati colpiti, o misurano il campo elettrostatico ambientale che è l'indicatore diretto del rischio di scarica del fulmine.

I rivelatori basati sul campo elettromagnetico considerano il rischio di fulmini in base alla distanza dei fulmini precedenti dalla zona da proteggere. Infatti, possono rilevare i fulmini solo una volta che si sono verificati e presumono non solo che ci saranno più fulmini, ma anche che i fulmini saranno più vicini all'obiettivo.

La misurazione effettiva del campo elettrostatico permette di determinare le condizioni di rischio di scarica

A differenza dei rivelatori basati sul campo elettromagnetico, i sensori di campo elettrostatico si basano sulla misurazione del campo elettrostatico atmosferico. Questo campo sulla superficie terrestre può variare per molte ragioni (ad esempio altitudine, latitudine, temperatura, inquinamento, velocità del vento, umidità, radiazione solare, ecc), ma è generalmente intorno a +100-150 V/m in condizioni di bel tempo senza nuvole. Durante il bel tempo, c'è un equilibrio nell'atmosfera tra cariche positive e negative, dove la terra è di solito più carica negativamente dell'aria e degli elementi sopra la terra2. Quando si formano le nuvole temporalesche, si verifica una polarizzazione delle cariche elettriche, in modo che la parte inferiore delle nuvole è caricata negativamente (nella maggior parte dei casi), inducendo una carica positiva sulla terra e gli elementi sopra di essa. Il campo elettrico che si forma in queste circostanze può raggiungere decine di kV. Così, sebbene l'aria sia un isolante elettrico quasi perfetto in buone condizioni atmosferiche, quando si genera un campo elettrico sufficientemente alto, si ionizza e diventa un mezzo conduttore attraverso il quale circola la carica accumulata nelle nuvole3.

Pertanto, quando si passa da condizioni di bel tempo a condizioni temporalesche, c'è una variazione del campo elettrico atmosferico (da +100-150 V/m a decine di kV/m), che permette di avvisare della formazione o dell'avvicinamento di tempeste nella zona da proteggere con sufficiente anticipo per attuare le misure preventive necessarie. Questa elevazione del campo elettrostatico può essere prodotta dalla formazione di temporali nella zona, così come dal passaggio di nubi temporalesche che non implicano necessariamente scariche nell'ambiente4: perché si verifichi una scarica di fulmini, è condizione necessaria ma non sufficiente che il campo elettrostatico atmosferico sia molto elevato. Pertanto, ci saranno momenti in cui il sistema darà un allarme estremo e non si verificherà una scarica di fulmini. Tuttavia, il fatto che non si verifichi una scarica non significa che il rischio di un fulmine non fosse reale. Alla fine, è impossibile prevedere dove e quando un particolare fulmine si verificherà; l'unica cosa che può essere determinata sono le condizioni di rischio di scarica.

L'aumento del campo elettrostatico è una condizione necessaria ma non sufficiente per il verificarsi di fulmini nei temporali: anche se alla fine non si verifica un fulmine, il rischio sarà sempre reale ed elevato

Allo stesso modo, quando il temporale si allontana o si dissipa, i rilevatori basati sul campo elettrostatico sono gli unici in grado (secondo la norma IEC 62793:20201) di misurare la variazione del campo elettrostatico, avvertendo che non c'è più il rischio di fulmini. I sensori elettromagnetici, invece, basano il loro avvertimento senza rischio su un conto alla rovescia dall'ultimo fulmine (da nuvola a nuvola o da nuvola a terra) in una determinata zona. Quando si raggiunge un tempo predeterminato (di solito 30 minuti, anche se nel settore dell'energia eolica può essere di 1-2 ore) senza che venga rilevata alcuna scarica nella zona da proteggere, essi considerano che non c'è più un rischio e che la zona può tornare alla normalità. Tuttavia, questo tempo può essere insufficiente se una scarica si verifica subito dopo che è stato dato l'allarme senza rischio, mettendo in pericolo vite umane. Non bisogna dimenticare che la US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) indica che la maggior parte degli incidenti dovuti a fulmini avvengono all'inizio o alla fine dei temporali5.

D'altra parte, può anche accadere che i tempi di inattività siano eccessivi, con conseguenti costi elevati per il cliente. Una conoscenza precisa e affidabile delle condizioni meteorologiche è quindi necessaria sia per proteggere le persone che per evitare inutili interruzioni del lavoro. Un rilevatore di tempeste basato sul campo elettrostatico permette una corretta gestione dei rischi, garantendo la sicurezza dei lavoratori e allo stesso tempo una maggiore efficienza operativa.

I rilevatori di tempeste basati sul campo elettromagnetico impostano l'avviso di via libera con un conto alla rovescia di un tempo predeterminato dall'ultima scarica registrata nell'area definita. Questo tempo può essere insufficiente o eccessivo perché non si basa su un parametro oggettivo.

Rilevamento delle tempeste con ATSTORM®, il meglio delle due tecnologie

ATSTORM® è un sistema di allarme locale per la prevenzione del rischio temporali, sviluppato e brevettato da Aplicaciones Tecnológicas. Grazie al sensore elettrostatico, è in grado di rilevare tutte le fasi dell'evoluzione di un temporale. ATSTORM® è in grado di rilevare le variazioni del campo elettrico dei temporali che si formano sopra l'obiettivo e/o delle tempeste elettriche attive fino a un raggio di 20 km. Nel caso di temporali che si formano direttamente sull'obiettivo o che si avvicinano senza produrre alcuna scarica, i rilevatori basati unicamente sul campo elettromagnetico non avvertono del rischio e non sono quindi sempre adatti a fini preventivi.

La misurazione del campo elettrostatico è l'unico criterio oggettivo che determina le condizioni di rischio di scarica, in modo che i sensori di campo elettrostatico possano emettere un avviso di tempesta e anche un avviso di ritorno alla normalità.

ATSTORM® incorpora anche un sensore elettromagnetico come backup per monitorare l'avvicinamento della tempesta fino a un raggio di 40 chilometri. In questo modo, l'area di monitoraggio è estesa e si può definire uno stato di preallarme per tempeste attive lontane che si avvicinano all'obiettivo da proteggere.

Puoi scaricare l'articolo completo qui.

Per ulteriori informazioni sulle condizioni di rischio di scarico determinate dal rilevatore di tempeste ATSTORM®, potete contattarci a questo link.

Riferimenti

Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). IEC 62793:2020 Protezione contro i fulmini - Sistemi di allarme per temporali. Standard internazionale (2020).

Wahlin, L. Elettrostatica atmosferica. (John Wiley & Sons, Ltd, 1989).

Henderson, T. Elettricità statica - Lezione 4 - Campi elettrici - Fulmini. The Physics Classroom https://www.physicsclassroom.com/class/estatics/Lesson-4/Lightning.

Martinez-Lozano, M. Medición del campo eléctrico atmosférico en la ciudad de León. Establecimiento de límites para prevención ante la ocurrencia de descargas atmosféricas. (2014) doi:10.13140/2.1.3635.2323.

Servizio meteorologico nazionale NOAA. Panoramica: Lightning Safety. https://www.weather.gov/safety/lightning-safety-overview.