Parafulmine
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Il parafulmine venne inventato da Benjamin Franklin, fisico americano, e fu applicato per la prima volta con successo a Parigi il 10 maggio 1752.
Per arrivare al parafulmine Benjamin aveva fatto alcune importanti considerazioni sulle scariche elettriche atmosferiche, arrivando a stabilire che i danni da queste provocati non erano dovuti tanto alla loro potenza, quanto al calore che esse generavano nell'impatto con qualsiasi oggetto. Inoltre scoprì che quando un fulmine, che non è altro che una scarica elettrica, colpisce un oggetto, lo attraversa soltanto per una parte: bisognava quindi pensare a qualcosa che attirasse il fulmine e ne disperdesse la forza per mezzo di un percorso obbligato.
Scoprendo la particolarità delle punte metalliche, quelle in oro soprattutto, di attirare le scariche elettriche, agendo quindi come una sorta di calamita nei confronti del fulmine, Franklin risolse la difficoltà maggiore: quella di catturarlo durante la sua scarica. Il parafulmine consiste quindi in una lunga e sottile asta metallica con la punta rivestita di un metallo nobile (ad alta conducibilità elettrica) posta sulla sommità dell'edificio da salvaguardare; da questa deriva un filo metallico che viene collegato a terra: la scarica elettrica viene attirata dalla punta e dispersa a terra mediante il filo. Inoltre il parafulmine a causa della sua forma, ha anche una azione preventiva nei confronti del fulmine. Questo conseguentemente al fatto che il suolo ed il parafulmine (collegato a terra) si polarizzano positivamente per induzione in risposta alla carica negativa presente sulla parte inferiore della nuvola. Il parafulmine così polarizzato, grazie al potere dispersivo delle punte, contribuisce a diminuire la differenza di potenziale esistente tra la nuvola ed il suolo, rendendo meno probabile che si raggiunga il potenziale minimo capace di dare inizio alla scarica.
[modifica] Tipi di parafulmine ( LPS Lightning Protection System)
LPS ESTERNI ( o impianti di protezione contro le scariche atmosferiche dirette)
- Parafulmine a stilo. Costituito essenzialmente da un' asta metallica (che termina con una o più punte) disposta sul punto più alto dell'oggetto da proteggere (edifici molto alti, torri, campanili), una fune metallica conduttrice (treccia di rame) che collega il parafulmine alla messa a terra ed uno o più dispersori (piastre, tubi di acciaio o rame zincato) posti nel terreno e collegati tra loro e/o ad altri conduttori presenti nel terreno (tubi dell'acqua).
- Gabbia Melsen-Faraday. Per la protezione di edifici più estesi si possono usare diverse aste in parallelo poste su più punti ( esempio le guglie del Duomo di Milano)e collegate tra loro con una rete di conduttori e con diverse discese che avvolgono tutto l'edificio come una gabbia. A sua volta la rete di messa a terra collega tutte le singole discese sfruttando il principio della gabbia di Faraday.
- Parafulmine radioattivo. Nelle punte del parafulmine una sostanza radioattiva ionizza l'aria circostante creando una via preferenziale al passaggio di corrente ( minore resistenza) rispetto all'aria circostante.
- Funi di guardia. Al di sopra delle linee ad alta tensione dei cavi in acciaio sono collegati a terra tramite i piloni di sostegno della linea (tralicci metallici) evitando che eventuali sovratensioni generate da elevati campi elettrostatici associati vadano a interessare i cavi sottostanti che conducono la corrente. Con lo stesso principio al di sopra delle navi vi sono dei cavi metallici collegati con parte dello scafo immerso nell'acqua e quindi buon conduttore della corrente.
- Parafulmine laser. Il più costoso ed in fase di sperimentazione viene usato per proteggere le centrali elettriche e si basa sul principio che fasci di laser infrarossi o ultravioletti con opportuna lunghezza d'onda creano una ionizzazione dell'aria costituendo un cammino conduttore preferenziale alla scarica del fulmine.
LPS INTERNI ( o impianti di protezione da sovratensioni)
- Varistore. È un dispositivo che protegge dagli effetti della sovratensione le apparecchiature elettriche/elettroniche a valle.
In alcune sottostazioni Enel sono utilizzati per staccare momentaneamente alcune linee in caso di temporale per evitare che la sovratensione si propaghi. Apparecchiature più piccole sono oggi disponibili sui singoli apparecchi (esempio televisore) per interrompere automaticamente l'alimentazione elettrica.
[modifica] Dati tecnici
Un parafulmine efficiente protegge un'area di raggio pari a circa cinque volte la sua altezza. Quindi per edifici o torri di 50-100 metri la capacità protettiva sugli edifici sottostanti è molto buona in un raggio di 250-500 metri. La scarica elettrica (fulmine) è accompagnata da rumore (tuono) e da una radiazione luminosa (lampo)ed è dovuta ad elevata differenza di potenziale elettrico tra nube e terra. Il tuono è dovuto alla rapida espansione dell'aria che si surriscalda sul suo cammino e nelle immediate vicinanze. La sua velocità è circa 335 m/s mentre quella del lampo ( luce) è di circa 300.000 Km/sec. Per conoscere a che distanza è caduto un fulmine basta contare i secondi che intercorrono tra la visione del lampo ( immediata) e la percezione del suono (tuono). Ogni secondo sono 335 metri e quindi un chilometro di distanza ogni 3 secondi.
Quando una corrente elettrica attraversa un corpo di resistenza R dovuta ad una differenza di potenziale V si osserva una dissipazione in calore secondo la formula
Nel caso del fulmine la potenza è di circa 10000 KV/R ( dipende dal corpo attraversato) e quindi il calore prodotto è sufficiente ad innescare un incendio. Nel caso di alberi, vengono riscaldati i tessuti linfatici interni fino all'evaporazione così da provocare la lacerazione dell'albero.
[modifica] Da non trascurare
Spesso, una volta installato il parafulmine, ci si dimentica che il suo effetto protettivo resta efficace se tale è anche la messa a terra del conduttore metallico che dovrà disperdere nel terreno l'eventuale scarica. È necessario pertanto procedere periodicamente alla misurazione della resistenza di terra tramite appositi strumenti per verificare la buona conducibilità del terreno ( bassa resistenza elettrica) circostante la messa a terra. La conducibilità del terreno dipende dal clima ( secco o umido) e la sua consistenza ( terra o roccia). Molti parafulmini messi a protezione di campanili o stazioni radio di alta montagna sono spesso installati con messa a terra in zone rocciose o che in estate hanno una conducibilità molto ridotta.
