Come proteggere i tuoi apparecchi dai fulmini

Se si utilizza un’antenna radio o televisiva esterna, è necessario adottare delle opportune misure per proteggere la radio, la TV, gli apparecchi ad essa collegati e la casa da eventuali danni causati da fulmini. Le nostre antenne non contengono componenti elettronici attivi che richiedono energia e non sono sensibili o vulnerabili ai tipici danni da fulmine. Basta collegare il connettore all’estremità del cavo all’apparecchio utilizzatore e l’antenna è pronta per l’uso. La protezione antifulmine può essere installata con un costo aggiuntivo, cosa che se fatta da terzi supera di gran lunga il costo dell’antenna.

L’antenna posta all’esterno e alimentata tramite il ricetrasmettitore o collegata al televisore costituisce un circuito elettrico conduttivo che offre pochissima resistività. Dunque, esso conduce molto bene l’elettricità e se non ti prendi cura di prevenire i possibili danni, un fulmine che colpisca la tua struttura può raggiungere molto rapidamente e danneggiare tutti gli apparecchi direttamente e indirettamente collegati all’antenna, se non sono adeguatamente protetti contro i fulmini.

Si noti che, fra tutte le attività praticate dai radioamatori, i problemi di messa a terra e di protezione contro i fulmini delle apparecchiature radio probabilmente sono i soli campi che non lasciano spazio per la sperimentazione: alla natura non piace il dilettantismo! Pertanto, dovete davvero prendere molto seriamente questo argomento. I dilettanti ignari del pericolo che incorrono senza proteggere loro stessi o la loro installazione hanno spesso visto distruggersi la loro installazione domestica.

Un’antenna verticale distrutta da un fulmine non avendo un sistema di protezione dai fulmini.

Il fulmine è un prodotto dello sviluppo del temporale. Man mano che i temporali si sviluppano, i cristalli di ghiaccio all’interno di una nuvola di tuono crescente si caricano elettricamente. Quando la carica statica diventa così grande che l’aria isolante attorno ai cristalli non può contenerla, la carica viene rilasciata come un fulmine. Il fulmine cercherà il percorso di minor resistenza e colpirà l’oggetto a terra più vicino. Qualsiasi antenna può dunque fungere da gigantesco parafulmine. Con quali conseguenze?

I rischi che si corrono senza una protezione

Un radioamatore ha raccontato quel che gli è capitato non avendo una protezione d’antenna contro i fulmini. Due costosi apparecchi radio sono stati danneggiati o distrutti dal fulmine. Due computer accesi erano entrambi da riparare. Un’estremità del cavo coassiale era sul pavimento ed ha bruciato e creato un buco nel tappeto di circa 30 cm di diametro. Il rumore e la luce del lampo associato sono stati orribili! La stanza era piena di fumo e le luci erano spente perché l’interruttore generale era scattato.

Il danno prodotto da un fulmine alla stazione di un radioamatore.

Le estremità di un’antenna o di una torre durante un temporale possono sopportare enormi scariche di elettricità statica e tu potresti subire ustioni di 1° grado, se non conseguenze peggiori. Se la torre o gli elementi dell’antenna sono vicini a un oggetto metallico, incluse le linee di distribuzione elettrica, è possibile danneggiare questi apparecchi a causa di archi e altre scariche. Questi rischi sono ancora più grandi nel casi di torri metalliche, antenne verticali e dipoli molto lunghi.

I fulmini trovano la loro origine nell’alto valore del locale campo elettrico, che può raggiungere un potenziale superiore a qualche migliaio volt per centimetro appena prima della scarica! Le correnti di scarica possono raggiungere un’energia di picco compresa tra 18 e 31 kA, ma possono anche raggiungere più di 200 kA in pochi microsecondi! Un conduttore è soggetto a una tensione che può raggiungere i 750.000 V e nei circuiti elettrici di una casa si possono avere tensioni superiori a 100.000 V.

Durante un fulmine, la maggior parte dei segnali sono pulsati in corrente continua che spesso sono preceduti dal rilascio di energia a radiofrequenza (RF) durante la fase di salita degli impulsi stessi. Un fulmine che dura appena 0,25 ms irradia un’energia radioelettrica a 1 MHz udibile su un ricevitore a onde corte. All’aumentare della durata, il segnale si sposta lentamente verso le basse frequenze. Un impulso della durata di 12 ms, ad esempio, irradia un segnale RF a 20 kHz.

I danni prodotti da un fulmine su un apparecchio elettronico.

In media, ci sono 20 milioni di temporali sulla Terra durante un anno, quindi in media 55.000 temporali ogni giorno! Intendiamo per temporale la registrazione di almeno un tuono. Tenendo conto della durata di un temporale (poche ore), possiamo dire che circa 2600 temporali infuriano sulla terra in ogni istante. In generale, la frequenza dei temporali aumenta se ci si sposta dai poli all’equatore a causa di un progressivo aumento del periodo di sole e umidità, ed è influenzata dal cambiamento climatico.

Statisticamente la possibilità di danni da fulmine è relativamente bassa, ma negli ultimi anni la frequenza di fulmini è cresciuta molto nel nostro Paese. La scelta di aggiungere una protezione contro i fulmini è una scelta discrezionale lasciata all’utilizzatore dopo aver considerato il proprio rischio rispetto al costo. L’aggiunta della protezione contro i fulmini non garantisce che l’attrezzatura non possa essere danneggiata durante una scarica. I danni causati da fulmini non sono coperti dalla garanzia standard.

Come realizzare una protezione contro i fulmini

La maggior parte dei sistemi di protezione contro i fulmini ha due scopi: incanalare l’energia elettrica dei fulmini su una terra adatta e impedire all’energia dei fulmini di entrare in casa. Ma come incanalare l’energia elettrica dei fulmini verso una terra adatta? La messa a terra della torre e del sistema di antenne è il primo passo per la protezione contro i fulmini. Tutte le antenne su una singola torre o palo dovrebbero, evidentemente, raggiungere un punto di terra comune.

Schema di un sistema di protezione dai fulmini residenziale.

Se hai più torri o pali nella tua struttura, ogni torre può avere il proprio sistema di terra. Se le tue antenne e la torre non sono sul tetto, la cosa più semplice è metterle a terra in modo che un fulmine finisca nel terreno e lontano da casa tua. Le antenne dovrebbero essere collegate alla torre o palo metallico e questo deve essere collegato a un’asta di terra di 2,5 metri sepolto alla base della struttura. Un filo elettrico AWG 10 è sufficiente per il collegamento a terra nella maggior parte dei sistemi di antenne.

Poiché i fulmini seguiranno anche il cavo coassiale che va alla tua radio o TV, devi isolare anche il cavo coassiale dall’antenna. I “lightning arrestors” – o in italiano “scaricatori”- sono piccoli dispositivi che vengono collegati in linea alla linea di alimentazione coassiale. Come un fusibile, sono progettati per interrompere la connessione quando un improvviso aumento di energia li attraversa. Esistono anche molte marche di “scaricatori” adatti allo scopo sul mercato: ad es. la Polyphaser ed altri che puoi trovare ad es. qui.

Uno scaricatore Polyphaser per il cavo d’antenna. Ne trovi di varie marche con un eccellente rapporto qualità / prezzo qui.

A differenza di un dispositivo di arresto, anche lo scollegare fisicamente l’apparecchiatura dalla linea di alimentazione durante il temporale aiuta. L’energia del fulmine seguirà la linea di alimentazione, ma combinata con un sistema di terra adeguato, il danno sarà minimo. Se proprio devi operare durante un temporale, ti consiglio di utilizzare un’antenna protetta, magari nella tua soffitta o situata all’interno della tua casa. La tua casa si comporterà come una gabbia di Faraday e fornirà una protezione naturale dai fulmini, permettendoti di operare senza paura che i fulmini colpiscano l’antenna.

I terminali aerei, posti in cima a un edificio e alle antenne, di solito sono i primi elementi di un sistema di protezione dai fulmini. Tali terminali, colloquialmente noti come “parafulmini”, possono essere piccoli fino a pochi cm di diametro e sono lunghi circa 30 cm. Sono disponibili in una varietà di metalli e stili a complemento del design della vostra casa. I terminali aerei devono essere installati sulle estremità delle creste del tetto e dei camini, e negli angoli del tetto, a intervalli di massimo di 6 metri.

Un terminale aereo (a sinistra) e un conduttore del sistema di protezione dai fulmini (a destra).

Realizzati con cavi a più fili di rame o alluminio, i conduttori per i sistemi di protezione dai fulmini collegano i componenti del sistema alla terra. Il diametro dei cavi è molto più grande del fili utilizzati nella rete elettrica domestica, per consentire il passaggio di un fulmine senza opporre una resistenza sufficiente per generare calore. Ciò è importante perché i cavi possono essere vicini al legno o ad altri materiali combustibili nella tua casa, e dunque si potrebbero innescare incendi.

Nessun sistema di protezione dai fulmini è un’isola. I fulmini innescano flussi attraverso ogni percorso conduttivo verso terreno che si possa trovare, inclusi elementi strutturali, tubazioni, condotte, cavi coassiali e altri componenti. Anche se questi elementi sono radicati, devono essere interconnessi al sistema di protezione dai fulmini utilizzando connettori e cavi di dimensioni adeguate.  Altrimenti, la corrente si incanalerà da un percorso all’altro con inferiore potenziale elettrico.

Una piastrina di rame facilita l’interconnessione fra le “terre” di vari sistemi della casa.

Ogni conduttore discendente deve collegarsi a un elettrodo di messa a terra. Ogni elettrodo di messa a terra deve essere collegato con gli altri elettrodi e con l’impianto di terra dell’edificio. La protezione per un’antenna che si trova su un tetto, pertanto, dovrebbe essere basata su tre punti:

  • Collegamenti di terra sull’antenna. L’antenna, il montante ed i cavi coassiali (così come i cavi di controllo per eventuali motorini per la rotazione dell’antenna o apparecchiature simili) devono avere una messa a terra tramite il percorso più breve possibile, senza curve o piegature taglienti verso un’asta di terra che è collegata alla terra principale del sistema elettrico domestico.
  • All’ingresso della casa. Il cavo coassiale dell’antenna dovrebbe entrare nella casa il più vicino possibile a dove entrano i cavi del telefono o della TV via cavo (di solito molto vicino all’ingresso del servizio elettrico). Questo è chiamato un singolo punto di ingresso. Tutti i cavi di dati e di controllo devono essere messi a terra in questo punto con il conduttore più corto e più diretto possibile verso le barre di messa a terra del sistema.
  • Alla televisione o radio. Un dispositivo di protezione dalle sovratensioni di alta qualità che protegge sia l’alimentazione che i cavi dell’antenna dovrebbe essere utilizzato su tutti i televisori o radio collegati all’antenna posta all’esterno dell’edificio.

Cosa occorre fare in dettaglio: i 3 interventi

1 – Messa a terra dell’antenna radio e TV

L’antenna e il palo o torre che la sorregge dovrebbero essere correttamente collegati ad almeno un’asta di terra da 2,5 metri che si trovi il più vicino possibile (preferibilmente entro pochi centimetri) dal palo o torre. Se il palo o la torre non sono piantati nel terreno (come in un’antenna montata sul tetto), il filo di terra deve passare il più direttamente possibile direttamente sull’asta di terra. Il filo coassiale dovrebbe inoltre correre direttamente dall’antenna fino a vicino l’asta di messa a terra dove la schermatura del cavo coassiale è collegata (tramite un blocco di terra o altro metodo) alla rete di terra principale.

Possibile schema di messa a terra di un’antenna.

È molto importante che i cavi coassiali (od i fili di controllo dei rotatori d’antenna) scendano il più vicino possibile alla terra e al collegamento di terra della schermatura coassiale prima di essere instradati nella casa. Devi farlo anche se ciò significa che dovrai far passare il cavo molto indietro fino a una stanza al secondo o terzo piano dove si trova la TV. Si consiglia inoltre di mettere a terra lo schermo coassiale vicino alla parte superiore del palo o torre dell’antenna, ma è fondamentale farlo almeno alla base.

Potresti essere in grado di cavartela usando il palo o torre in metallo come conduttore di terra, specialmente se si tratta di un singolo pezzo di metallo. Tuttavia, se stai usando strutture di sostegno dell’antenna di tipo diverso, allora dovresti probabilmente unire i pezzi facendo passare un filo di terra dalla cima del palo/torre fino all’asta di terra. Ciò che stai cercando di realizzare è fornire ai fulmini un ottimo percorso direttamente a terra che non conduce attraverso il cablaggio. In entrambi i casi, la connessione tra il palo dell’antenna e l’asta di terra deve essere robusta e di lunga durata.

2 – All’ingresso della casa

Dopo che i cavi coassiali e di controllo (se presenti) sono stati messi a terra alla base dell’antenna, devono essere instradati nella casa nello stesso punto in cui entrano i fili del telefono. In questa posizione all’esterno della casa, la schermatura del cavo coassiale deve essere nuovamente messa a terra allo stesso modo in cui è stato fatto alla base del palo/torre dell’antenna o collegato a un parafulmine.

Collegamento della terra dell’antenna con quella dell’impianto elettrico dell’edificio prima di far entrare il cavo coassiale in casa.

Tuttavia, la terra del punto di ingresso deve essere collegata il più direttamente possibile al filo di terra che porta alle barre di terra principali per l’impianto elettrico della tua casa. Se guardi bene, probabilmente vedrai che le linee telefoniche e dei cavi sono collegate alla terra del sistema come descritto, usando un blocco di terra e un morsetto di terra collegato al filo di terra del sistema. Potresti anche essere in grado di utilizzare l’hardware esistente per effettuare le connessioni.

Questo è anche il punto in cui si inserisce un dispositivo di protezione del rotatore e della sua linea di controllo per proteggere il cavo coassiale o i fili di controllo del rotatore. Utilizza grasso elettricamente conduttivo (come il noalox, marca ideale, o equivalente) su tutte le connessioni di incollaggio, specialmente se ci sono alluminio o metalli diversi da collegare fra loro.

3 – Alla televisione o radio

Alla TV o alla radio necessario utilizzare un dispositivo di protezione da sovratensione di alta qualità progettato per proteggere non solo l’alimentazione, ma anche il cavo coassiale. La protezione da sovratensione deve essere inserita in una presa con messa a terra o collegata alla terra del sistema principale mediante un adattatore di messa a terra affinché funzioni.

I dispositivi di protezione da sovratensioni devono essere installati su ogni cavo di potenza, coassiale e di segnale che entrano nella tua  casa. I dispositivi devono essere conformi alla normativa vigente. L’installazione è un lavoro eseguito al meglio da un elettricista autorizzato. Un radioamatore o un dilettante, tuttavia, può progettare e installare una zona di protezione per proteggersi da sovratensioni transitorie, magari con l’aiuto e la consulenza di altri radioamatori.

Non collegare la protezione da sovratensione a una presa che si trova su un sistema a due fili senza messa a terra o non funzionerà! I limitatori di sovratensione di qualità sono classificati in joule (i numeri più alti indicano quelli migliori) e avranno una garanzia che copre le apparecchiature collegate. Infine, l’integrità dei dispositivi di protezione dalle sovratensioni dovrebbe venire periodicamente controllata.

I dispositivi per la protezione dai fulmini devono essere realizzati specificamente allo scopo.

Avvertenze. I fulmini comportano rischi speciali per un  radioamatore. Per aumentare la copertura del segnale, i radioamatori spesso posizionano le loro antenne alte quanto più possibile – ad esempio sulle torri o sui tetti – aumentando il rischio di essere colpiti da un fulmine, con conseguenze potenzialmente molto serie. Per un radioamatore l’obiettivo è stabilire una “zona di protezione” all’interno della sala radio. I particolari della protezione in una particolare configurazione radio vanno oltre lo scopo di questo articolo, e potrebbe essere necessario consultare uno specialista.