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Edifici intelligenti: sicurezza contro i fulmini e le sovratensioni transitorie

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Gli edifici intelligenti sono particolarmente vulnerabili agli effetti distruttivi dei temporali, a causa della grande varietà di sistemi automatici interconnessi (come illuminazione, controllo della temperatura, sistemi multimediali, telecomunicazioni, sicurezza, ecc.) Ther

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Gli edifici intelligenti sono particolarmente vulnerabili agli effetti distruttivi dei temporali, a causa della grande varietà di sistemi automatici interconnessi (come illuminazione, controllo della temperatura, sistemi multimediali, telecomunicazioni, sicurezza, ecc.) Pertanto, qualsiasi sovratensione che penetri nella struttura, non solo attraverso le linee di alimentazione, ma anche attraverso le linee dati, può causare danni a una moltitudine di apparecchiature elettroniche sensibili come computer, sistemi di allarme, trasduttori, controllori logici programmabili, apparecchiature audiovisive, ecc.

Gli edifici intelligenti si stanno diffondendo sempre di più grazie ai progressi tecnologici che massimizzano l'efficienza degli edifici e, inoltre, migliorano il comfort degli utenti, la produttività delle aziende in essi ospitate e, quindi, il loro valore complessivo. Tuttavia, a causa dei componenti in rete che si basano su una fornitura costante di energia e dati per il loro funzionamento e disponibilità continui, sono particolarmente vulnerabili ai fulmini e alle sovratensioni in generale. Un guasto alle apparecchiature in un edificio intelligente potrebbe far collassare tutti i sistemi interconnessi e portare gli edifici e gli ambienti di lavoro al collasso, con i relativi costi.

La National Fire Protection Association (NFPA) nel suo standard di sicurezza 2020 per l'installazione di sistemi di protezione dai fulmini1 contiene un allegato dedicato agli edifici intelligenti. Distingue tra due tipi di installazioni: sale di apparecchiature o sale di controllo e apparecchiature distribuite (controllo distribuito). Il primo tipo include generalmente computer/server, controllori logici programmabili, controlli di allarme, apparecchiature di telecomunicazione e simili. Questa norma NFPA sottolinea che è essenziale applicare il concetto di zona di protezione contro i fulmini a queste sale di controllo, in particolare, per garantire un collegamento equipotenziale che mantenga le terre alla stessa tensione, in modo da evitare che correnti dannose passino attraverso le apparecchiature sensibili.

Le apparecchiature distribuite consistono tipicamente in controllori comandati a distanza, relè, interruttori con motore o illuminazione, sensori, telecamere, computer e ingressi di controllo, tra gli altri. La NFPA si concentra sulla protezione del controllo distribuito per mezzo di scaricatori di sovratensione installati all'ingresso/uscita dell'alimentazione degli edifici intelligenti, così come al passaggio tra le zone equipotenziali di protezione dai fulmini. A questo proposito, sottolinea che le apparecchiature più colpite da sovratensioni transitorie sono le telecamere, i motori che azionano le porte di accesso e le pompe, poiché di solito si trovano lontano dalla struttura, ma hanno il loro ingresso di alimentazione e segnale.

Tuttavia, oltre ai collegamenti equipotenziali e agli scaricatori di sovratensione, gli edifici devono avere un'adeguata protezione esterna contro i fulmini. Per la protezione di una struttura critica come un edificio intelligente, Aplicaciones Tecnológicas ha lo SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR, un sistema avanzato di protezione dai fulmini che comprende un parafulmine con dispositivo Early Streamer Emission (ESE), il DAT CONTROLER® REMOTE e il monitoraggio remoto tramite l'Internet of Things (IoT). I sensori intelligenti dello SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR monitorano i parametri chiave dell'impianto di protezione dai fulmini come lo stato di funzionamento del dispositivo ESE, la continuità della calata e la resistenza di terra. Inoltre, questo innovativo LPS (sistema di protezione dai fulmini) fornisce anche informazioni (numero e caratteristiche) degli impatti intercettati dal parafulmine con il dispositivo Early Streamer Emission.

Nel seguito, le misure coperte nell'allegato Smart Buildings dello standard NFPA, cioè i collegamenti equipotenziali e gli scaricatori di sovratensione, saranno discussi più in dettaglio.

Zone equipotenziali di protezione contro i fulmini negli edifici intelligenti

Il concetto generale di protezione per le strutture intelligenti è una protezione concentrica che stabilisce zone di protezione dai fulmini (LPZ) successive. Queste zone saranno determinate dall'equipotenzializzazione e dalla protezione dalle sovratensioni, tecniche di protezione dai fulmini raccomandate specialmente per gli edifici intelligenti nella norma NFPA.

Le LPZ, secondo la norma UNE-EN 62305-1, sono zone in cui sono definite determinate condizioni elettromagnetiche2. Ognuna di queste zone dovrebbe funzionare come una singola unità equipotenziale. Questo si ottiene collegando tutte le superfici metalliche con i conduttori di terra. In questo modo, il flusso di corrente da un luogo esterno alla LPZ è impedito, sia da guasti esterni nei sistemi AC o DC o dall'introduzione di corrente da fulmine nell'edificio. Inoltre, il collegamento equipotenziale degli elementi metallici riduce i disturbi del campo elettromagnetico e i pericoli associati. In Aplicaciones Tecnológicas S.A. abbiamo il materiale adeguato per garantire il collegamento equipotenziale della LPZ degli edifici intelligenti.

Si raccomanda inoltre che l'ingresso del segnale e dell'alimentazione alla struttura o alla LPZ in questione avvenga attraverso un unico punto, preferibilmente vicino al punto di messa a terra. Questo favorisce l'installazione di scaricatori di sovratensioni, accorcia la lunghezza del conduttore di terra (che a sua volta riduce l'impedenza e le differenze di tensione) e facilita l'implementazione della messa a terra equipotenziale che riduce la probabilità di percorsi di terra indesiderati. In ogni caso, per evitare sovratensioni, ogni zona deve essere protetta da dispositivi adeguati su tutte le linee che entrano o escono da essa.

Protezione dalle sovratensioni transitorie

Le sovratensioni sono picchi di tensione di brevissima durata che vengono introdotti nelle apparecchiature attraverso le linee di alimentazione elettrica, telefonica, televisiva o dati. Il danno che le sovratensioni possono causare in ogni LPZ è diverso, quindi la protezione deve essere basata sul rischio presente e sulla capacità di resistenza alle sovratensioni delle apparecchiature da installare in quella zona. La protezione dalle sovratensioni aiuta a mantenere la continuità del servizio e a ridurre la probabilità di incidenti di sicurezza a un livello accettabile per le persone e le cose.

Gli scaricatori di sovratensione sono installati all'ingresso/uscita di corrente nelle transizioni da una zona all'altra e sulle apparecchiature sensibili all'interno delle LPZ equipotenziali. Le particolarità delle apparecchiature collegate ad ogni linea devono essere prese in considerazione per ottimizzare la scelta degli scaricatori di sovratensione. Generalmente, un unico scaricatore di sovratensione commerciale non soddisfa tutte le caratteristiche di corrente di scarica e di tensione residua richieste. Maggiore è la capacità di trasporto di corrente del dispositivo, maggiore è la tensione residua. Pertanto, sono necessari diversi scaricatori di sovratensione ben coordinati, cioè che agiscano in fasi con diversi stadi di protezione sequenziali in modo che siano in grado di resistere alle correnti associate al fulmine e di lasciare una tensione residua che non sia dannosa per le apparecchiature installate.

La prima o forte protezione contro le sovratensioni transitorie protegge dagli effetti dei fulmini diretti. Questi elementi sono costituiti da spinterometri, scaricatori a gas o varistori che sono caratterizzati dal fatto che rimangono completamente aperti durante la corrente normale. Se la tensione di rottura viene superata, vanno in cortocircuito e deviano l'intera corrente verso terra. Quando l'alta tensione scompare, i componenti tornano allo stato di riposo e riaprono il circuito. La serie ATSHIELD di protezioni contro le sovratensioni transitorie della Aplicaciones Tecnológicas S.A. combina elementi robusti con componenti limitanti, ottenendo un'alta capacità di assorbimento della corrente diretta del fulmine insieme a una bassa tensione residua.

La seconda protezione è più sottile della precedente e di solito consiste in varistori, che sono resistenze variabili. In generale, sono più veloci degli spinterometri, ma hanno lo svantaggio che a tensioni normali si produce una certa impedenza che causa piccole perdite di corrente. Le serie ATSUB e ATCOVER di Aplicaciones Tecnológicas S.A. sono totalmente adatte a questa seconda protezione. In particolare, la serie ATSUB resiste a correnti di decine di kiloamperes, riducendo la sovratensione a livelli che non sono dannosi per le apparecchiature. La serie ATCOVER, oltre ad essere robusta e completa, protegge rapidamente ed efficacemente tutte le fasi, in modo comune e differenziale, lasciando una bassa tensione residua. Va notato che se non ci sono 10 metri di cavo di separazione tra i limitatori di sovratensione ATSHIELD e ATSUB/ATCOVER, è necessario installare un induttore di disaccoppiamento come ATLINK.

La terza barriera di protezione è di solito formata da diodi soppressori di transitori che sono elementi molto veloci che lasciano una tensione residua molto bassa. Tuttavia, bisogna considerare che non sono in grado di sopportare correnti superiori a qualche ampere. In Aplicaciones Tecnológicas S.A. abbiamo i protettori ATSOCKET e ATPLUG, oltre a quelli specifici per proteggere le linee di telecomunicazione e dati ATFONO, ATLAN e ATFREQ.

Le linee telefoniche e dati, presenti in numero considerevole in tutti gli edifici intelligenti, possono agire come condotti che introducono sovratensioni nella struttura e nelle apparecchiature. Va notato che, per definizione, questi edifici hanno una varietà di dispositivi che controllano apparecchiature elettroniche da distanze remote utilizzando linee dati. Inoltre, queste linee di comunicazione dati sono collegate direttamente ai circuiti integrati delle apparecchiature sensibili, per cui qualsiasi sovratensione può causare gravi danni alle piste e ai componenti, portando al degrado o alla distruzione delle apparecchiature, compresi i dati memorizzati. Inoltre, le linee telefoniche sono collegate ad apparecchiature sensibili e importanti all'interno e all'esterno dei computer. Pertanto, le serie ATFONO (per linee telefoniche analogiche, ADSL, ISDN) e ATLAN (per linee di computer e rete interna di computer) sono particolarmente rilevanti per la protezione contro le sovratensioni transitorie in tali edifici.

Gli edifici intelligenti, con le loro peculiarità derivanti dalla grande varietà di apparecchiature elettroniche altamente sensibili e collegate in rete il cui guasto implica la paralisi dell'attività degli ambienti di lavoro, richiedono una protezione contro i fulmini e i loro effetti distruttivi. Se desiderate maggiori informazioni sulle soluzioni di Aplicaciones Tecnológicas per la protezione degli edifici intelligenti, potete contattarci seguendo questo link.

Riferimenti

Associazione nazionale di protezione antincendio (NFPA). NFPA 780 Standard di sicurezza per l'installazione di sistemi di protezione dai fulmini. (2020).

AENOR. UNE-EN 62305-1 Protección contra el rayo Parte 1: Principi generali. (2011).