Protezione dai fulmini per i sistemi radioamatoriali

La maggior parte dei radioamatori probabilmente non si rende conto delle conseguenze di un fulmine sul proprio sistema di antenna. Le misure adottate sono sufficienti?

Se si considerano i normali edifici residenziali e si tiene conto del fatto che i fulmini colpiscono di preferenza le strutture metalliche che sporgono sopra il tetto, come i sistemi di antenna, si può dire che la messa a terra delle antenne sul tetto è di fatto una "luce antifulmine" per l'edificio della stazione. Questa è un'ulteriore motivazione per la messa a terra di un'antenna sul tetto.

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    SP3000P Protezione contro i fulmini Nf/Nm 400W

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  3. Staffe per la messa a terra dei cavi coassiali sul montante
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    Protezione dai fulmini fino a 6000 MHz.

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FAQ

Perché ho bisogno di una protezione contro i fulmini per la mia antenna?
Una protezione contro i fulmini è necessaria per proteggere la tua antenna dagli effetti dannosi dei fulmini. Ciò può evitare danni ai dispositivi e perdite di dati o segnali.
Come posso installare una protezione contro i fulmini per la mia antenna?
L'installazione di una protezione contro i fulmini per la tua antenna dovrebbe essere eseguita da un tecnico qualificato. La protezione contro i fulmini verrà collegata direttamente all'ingresso dell'antenna e collegata al sistema di messa a terra per garantire la protezione.
Quale tipo di protezione contro i fulmini è più adatto per la mia antenna?
Il tipo di protezione contro i fulmini più adatto per la tua antenna dipende da vari fattori, come il tipo e la dimensione dell'antenna, l'area di ricezione e le condizioni meteorologiche locali.
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La norma VDE 0800-300 "Sistemi di trasmissione/ricezione radio per potenze di uscita del trasmettitore fino a 1 kW - Parte 300: Requisiti di sicurezza", che è rilevante per i radioamatori (in edifici senza un sistema di protezione dai fulmini), è attualmente in fase di revisione in collaborazione con alcuni degli autori di questo articolo.

Le spiegazioni che seguono si basano sull'attuale bozza di norma, non ancora pubblicata, la cui pubblicazione è prevista per il 2024.

Questo articolo introduce le misure tecniche e organizzative per la messa a terra delle antenne e per la protezione dai fulmini delle stazioni radioamatoriali fisse. Ulteriori misure di protezione dalle sovratensioni sono utili se si vogliono proteggere i dispositivi elettrici nella baracca ed eventualmente nell'edificio della stazione.

Condizioni

  • Impianto radio (stazione radioamatoriale):

    Un impianto radio è l'insieme di un sistema di antenna installato in modo permanente, apparecchiature radio, cavi di antenna e di alimentazione, alimentazione, tecnologia di sistema e infrastrutture associate.

  • Messa a terra dell'antenna:

    Collegamento elettrico di un sistema di antenna a un impianto di messa a terra, in modo che le correnti da fulmine che si verificano in caso di fulminazione del sistema di antenna siano condotte a terra.

  • Équilibrage de potentiel :

    Établissement de connexions électriques entre des éléments conducteurs tels que le mât d'une antenne, les blindages de câbles coaxiaux, les boîtiers métalliques d'appareils radio, afin d'obtenir une égalité de potentiel. Si cela est fait pour protéger les personnes, les mesures sont appelées égalisation de potentiel de protection.

  • Protection contre la foudre, système de protection contre la foudre :

    Mesures de protection contre les effets des décharges de foudre sur les personnes, les constructions et les installations techniques. Les mesures de protection coordonnées entre elles sont appelées système de protection contre la foudre.

  • Protezione dalle sovratensioni:

    Misure di protezione contro gli effetti delle sovratensioni. Ciò include l'uso di dispositivi di protezione contro le sovratensioni o la schermatura di dispositivi e cavi.

Da queste definizioni si possono già trarre importanti affermazioni:

  • Antenna earthing:

    La messa a terra dell'antenna non è né una protezione contro i fulmini né un collegamento equipotenziale (di protezione), ma lo scarico delle correnti da fulmine dall'antenna a terra; ciò riduce gli incendi e i danni alle persone causati dalle correnti da fulmine, ma è comunque probabile che si verifichino danni alle cose, ad esempio agli apparecchi elettrici.

  • Potential equalisation:

    L'equalizzazione del potenziale riduce la tensione di contatto ed è quindi la misura più importante per la protezione delle persone; è comunque possibile che si verifichino danni alle cose, ad esempio alle apparecchiature elettriche.

  • Surge protection:

    La protezione dalle sovratensioni protegge gli apparecchi + i dispositivi tecnologici; tecnicamente, l'equalizzazione del potenziale viene creata per i conduttori attivi con dispositivi di protezione dalle sovratensioni.

Nota

Questo articolo contiene informazioni tecniche generali sulla messa a terra dell'antenna e sulla protezione dai fulmini. È quindi sempre indispensabile che la persona che utilizza l'apparecchiatura verifichi la linea d'azione richiesta. Gli autori hanno dedicato grande attenzione alla compilazione di queste informazioni. Tuttavia, non possono assumersi alcuna garanzia esplicita o implicita per la correttezza, la completezza o l'aggiornamento del documento. Il documento viene utilizzato con la consapevolezza che gli autori non possono essere ritenuti responsabili per danni o perdite di qualsiasi tipo.

La protezione dai fulmini non richiede una consulenza legale. In questo caso sono necessari degli esperti!

Conduttore di fulmini per antenne: Sicurezza attraverso la messa a terra

Nota importante:questo testo si applica solo agli edifici senza sistema di protezione dai fulmini. Se si utilizza un impianto radio in un edificio dotato di sistema di protezione contro i fulmini, consultare la Parte 3.

Le antenne dei radioamatori sono spesso installate sopra i tetti degli edifici e sono quindi punti di fulminazione favoriti. Il sistema di antenne deve quindi essere costruito in modo tale da evitare ulteriori rischi di incendio causati dai fulmini e da evitare il distacco di parti che potrebbero mettere in pericolo persone o cose.

Figura 2: Messa a terra dell'antenna secondo DARC AK

Figura 4: Antenna in area protetta dai fulmini: (a) asta di captazione, (b) sul muro dell'edificio, (c) all'esterno dell'edificio, (d) all'interno dell'edificio / DARC AK

Antenna

  1. Uso di antenne che trasportano la corrente di fulmine - insolito per i radioamatori.
  2. Installazione di antenne in aree protette dai fulmini - possibile per radio ad uso locale, collegamenti a ripetitori o antenne QO100 (immagine)
  3. Permettere la caduta di fulmini sulle antenne con danni materiali accettabili

L'ultimo approccio è il più comune nei radioamatori. Si tratta di un'operazione che provoca un flashover tra le antenne e le parti collegate a terra più vicine, di solito il cavo dell'antenna e il palo dell'antenna. Attenzione: ridurre il rischio di incendio rimuovendo il materiale infiammabile!

Conduttore di terra

Il conduttore di terra stabilisce una connessione elettricamente conduttiva tra le antenne e un sistema di messa a terra. Di solito si utilizza un conduttore di rame con una sezione di almeno 16 mm². Se possibile, deve essere posato all'esterno dell'edificio lungo il percorso più breve dal palo dell'antenna all'impianto di messa a terra.

Impianto di messa a terra

Nel caso più semplice, si utilizza l'impianto di messa a terra dell'edificio. Per ulteriori informazioni, consultare la Parte 5.

Fig. 5: Equalizzazione del potenziale con dispositivi di protezione dalle sovratensioni per cavi coassiali d'antenna / DF4KJ

Focus sull'equalizzazione del potenziale: capire le misure di protezione

L'"equalizzazione del potenziale" è la misura più importante per proteggere le persone e la tecnologia: tutto ciò che è metallico è collegato direttamente o indirettamente tra loro e, se necessario, alla terra (il potenziale di terra, la "terra remota") tramite conduttori o dispositivi di protezione dalle sovratensioni. Per la protezione personale, si considera tutto ciò che può essere toccato con le braccia tese e che può trasportare diversi potenziali.

Conduttore equipotenziale= conduttore in rame con una sezione di almeno 4 mm² (per installazioni protette, ad esempio in una canalina 2,5 mm²), per i conduttori tra le barre equipotenziali e la barra di terra principale 6 mm².

Fig. 6: Equalizzazione del potenziale in diversi punti / Messa a terra dell'antenna DARC AK

A causa delle elevate correnti da fulmine, il collegamento equipotenziale sulla barra di terra principale (nel seminterrato) non è sufficiente! Per questo motivo, è necessario eseguire un'ulteriore equalizzazione locale del potenziale (figura), ad esempio

  1. in corrispondenza del montaggio dell'antenna
  2. dove i cavi dell'antenna entrano nell'edificio della baracca
  3. nella stazione
  4. per i pali d'antenna autoportanti e i cavi lunghi, alla base del palo.
    1. Queste guide di equalizzazione del potenziale aggiuntive sono collegate alla guida di messa a terra principale.

Equalizzazione del potenziale nella stazione

Fig. 7: Equalizzazione di potenziale nella baracca / messa a terra dell'antenna DARC AK

Edificio della stazione: un sistema di protezione ottimale contro i fulmini

Figura 9: Componenti di un sistema di protezione contro i fulmini secondo VDE 0185-305-3 / VDE

Casi d'uso

1 Sistema di protezione contro i fulmini richiesto dalle autorità, palo dell'antenna indipendente
Palo dell'antenna
messa a terra dell'antenna + equalizzazione del potenziale
Edificio stazione
  • Equalizzazione del potenziale con SPD*
  • Solo da parte di uno specialista della protezione contro i fulmini
2 sistema di protezione contro i fulmini richiesto dalle autorità, ad es. grattacielo
Caso peggiore: solo da parte di uno specialista della protezione contro i fulmini
Mât d'antenne
Proteggere le antenne dai fulmini con aste di captazione.
Edificio stazione
  • Se necessario, utilizzare calate isolate
  • Installazione temporanea di sistemi di antenna
3impianto di protezione contro i fulmini installato volontariamente, radioamatore unico utente
È accettata una riduzione dell'effetto protettivo della protezione contro i fulmini? Minimo: messa a terra dell'antenna + equalizzazione del potenziale secondo VDE 0855-300.
4impianto di protezione contro i fulmini installato volontariamente, casa di più persone
Come al punto 3, coordinare la procedura con le altre parti. Suggerimento: coinvolgere uno specialista della protezione contro i fulmini

Per ulteriori informazioni generali sulla protezione contro i fulmini, consultare ad esempio VDE e.V. :

*SPD = dispositivo di protezione dalle sovratensioni

Protezione dalle sovratensioni: proteggere la tecnologia radio

Figura 10: Dispositivi di protezione dalle sovratensioni per i cavi coassiali dell'antenna alla base del traliccio / DF4KJ

I dispositivi di protezione dalle sovratensioni (SPD = Surge Protective Device) devono essere scelti e installati in modo appropriato per la rispettiva applicazione:

  1. Si verificano correnti da fulmine dirette o indirette? → Corrente 10/350 µs o 8/20 µs rilevante
  2. Quanto è alta la corrente da fulmine stimata in questo punto?
  3. Qual è la corrente o la potenza nominale massima?
  4. Qual è la tensione massima di funzionamento?
  5. Quali connessioni (spina/presa) devono avere il dispositivo di protezione da sovratensioni?
  6. Qual è la sovratensione massima consentita (rigidità dielettrica)?

SPD di tipo 1 / D1 = scaricatori di corrente da fulmine:

scaricano le correnti da fulmine verso terra / conduttore di protezione; la tensione di risposta è relativamente alta; rispettare la corrente di sovratensione massima (10/350 µs o 8/20 µs) secondo la scheda tecnica

SPD tipo 2 / D2 = scaricatori di sovratensione: scaricano le sovratensioni a terra / conduttore di protezione; scaricano a terra / conduttore di protezione correnti da fulmine basse (8/20 µs); distruzione in caso di correnti da fulmine superiori

SPD tipo 3 / D3 = scaricatori di sovratensione: con tensioni di risposta inferiori, di solito in combinazione con SPD tipo 2 / D2

Suggerimento

se un apparecchio deve essere protetto, è necessario prevedere una protezione contro le sovratensioni per tutti i cavi collegati all'apparecchio.

Wichtig

Impianto di messa a terra: uno o più?

Nel caso di un palo d'antenna autoportante, di solito viene inserita una barra piatta nella fondazione come dispersore di fondazione. Questo dispersore è collegato alla barra di terra principale per mezzo di un conduttore equipotenziale.

Per le antenne su edifici, il conduttore di terra è preferibilmente installato all'esterno dell'edificio (altrimenti all'interno dell'edificio). Tre opzioni per il collegamento a un impianto di messa a terra:

  1. Dispersore dell'edificio, ad esempio tramite un capocorda di collegamento esistente sulla parete esterna.
  2. Barra di terra principale, a cui è collegato il dispersore dell'edificio.
  3. Impianto di messa a terra separato; questo è collegato alla barra di terra principale dell'edificio della baracca con un conduttore equipotenziale.

Figura 11: Sistemi di messa a terra per la messa a terra dell'antenna / DARC AK messa a terra dell'antenna

Gli standard VDE:
Perché garantiscono la sicurezza

Figura 12: Copertina della norma DIN VDE 0855-300:2008 Sistemi radiotrasmittenti/riceventi per potenze di uscita del trasmettitore fino a 1 kW - Parte 300: Requisiti di sicurezza / DKE

Non esistono leggi o regolamenti che stabiliscano che la messa a terra dell'antenna sia un obbligo necessario. Tuttavia, vale il principio che le norme VDE riflettono lo stato dell'arte riconosciuto. In caso di danni, chiunque si discosti da questo principio può dover dimostrare che sono state prese tutte le precauzioni necessarie e ragionevoli per evitare danni a terzi. Si tratta di quelle misure che una persona prudente e ragionevole riterrebbe necessarie e sufficienti per proteggere gli altri dai danni (vedi Wikipedia - Obbligo di garantire la sicurezza pubblica). Tale obbligo è soddisfatto se vengono attuate le consuete misure di protezione, come la messa a terra dell'antenna e l'equalizzazione del potenziale. Un edificio di questo tipo è fondamentalmente più protetto dagli effetti dei fulmini rispetto a un edificio privo di impianto radio.

Riconoscendo la natura sperimentale dei radioamatori, la norma VDE 0855-300:2023-xx afferma, nella sezione 7, che le misure di protezione formulate nella norma non devono necessariamente essere rispettate in toto; tuttavia, le misure di protezione del collegamento equipotenziale devono essere attuate in via prioritaria. Questo si riferisce ai tipi di antenna per i quali non è possibile effettuare la messa a terra dell'antenna. Oppure un'antenna appena costruita dall'utente viene testata in una configurazione temporanea. Tuttavia, gli obiettivi di protezione - riduzione del rischio di lesioni personali e di incendio in seguito a un fulmine - devono essere presi in considerazione e devono essere adottate misure alternative. Per lo meno, questo dovrebbe essere considerato e documentato per iscritto.

Conclusione:

la messa a terra dell'antenna in conformità con la norma VDE 0855-300 non è - con alcune eccezioni - un obbligo legale/ufficiale, ma è riconosciuta come lo stato dell'arte e deve quindi essere sempre applicata. Le deviazioni devono essere ben giustificate e, se possibile, documentate.

Norme importanti per la messa a terra delle antenne e la protezione dai fulmini

DIN EN 60728-11 (VDE 0855-1):2019-02 Reti di cavi per segnali televisivi, segnali sonori e servizi interattivi - Parte 11: Requisiti di sicurezza (IEC 60728-11:2016 + COR1:2016); versione tedesca EN 60728-11:2017 + A11:2018

DIN VDE 0855-300 (VDE 0855-300):2008-08 Sistemi di ricetrasmissione radio per trasmettitori di potenza fino a 1 kW - Parte 300: Requisiti di sicurezza

DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3):2011-10 Protezione contro i fulmini - Parte 3: Protezione di strutture e persone (IEC 62305-3:2010, modificata); versione tedesca EN 62305-3:201

Ulteriori informazioni, letteratura

Baumanns, H.: Der falsch verstandene Überspannungsschutz. Funkamateur 10/2009, Box73 Amateurfunkservice

Bissinger, N.: Schutzmaßnahmen verstehen und anwenden. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

Blauermel, R.: Blitzschutz für Antennenanlagen. Funkamateur 7/2019, Box73 Amateurfunkservice

Block, R.: Lightning Protection and Grounding Project at W2MMD. QST 7/2022

Ellison, T.: Grounding Systems in the Ham Shack – Paradigms, Facts and Fallacies. https://helpdesk.flexradio.com/hc/en-us/articles/204779159-Grounding-Systems-in-the-Ham-Shack-Paradigms-Facts-and-Fallacies (abgerufen am 20.02.2023)

Friese, W.: Blitze und Gewitter funktechnisch betrachtet (1)+(2). Funkamateur 4+5/2005, Box73 Amateurfunkservice

Hann, W.: Überspannungsschutz bei KW-Antennen. Funkamateur 11/2006, Box73 Amateurfunkservice

Heidler, F.; Stimper, K.: Blitz und Blitzschutz. VDE Schriftenreihe 128. VDE Verlag, 2009

Krischke, A.: Rothammels Antennenbuch, Kapitel 34.3 Blitz- und Erdungsgrundlagen. 13. Auflage, 2014. DARC-Verlag

Lechner, D.: Blitzschlag - sind Sie gerüstet?. Funkamateur 1/1972, Box73 Amateurfunkservice

Maneck, H.-J.: Blitzschutzsystem für die Amateurfunkstation. Funkamateur 3/1996, Box73 Amateurfunkservice

OBO Bettermann: Sicherer Blitz- und Überspannungsschutz (Video) https://www.youtube.com/watch?v=8basjDr0Ik0 (abgerufen 30.05.2023)

Österreichischer Verband für Elektrotechnik: Blitz- und Überspannungsschutz sowie Erdung von Antennen und Antennenanlagen. OVE-Fachinformation BL02. 2021-02-01

Patterson, R.: Lightning in Super Slow Motion (Video) https://www.youtube.com/watch?v=RLWIBrweSU8 (abgerufen 30.05.2023)

Raphael, T.: Blitzschutz und Antennenerdung. Funkamateur 1/2010, Box73 Amateurfunkservice

Roth, W.-D.: Blitzschutz - eine sinnvolle Basis für die Funkanlage. Funkamateur 6/2010, Box73 Amateurfunkservice

Schröder R.; Müller, K.-P.: Blitz-/Überspannungsschutz von Funkanlagen. cq DL 3/1992, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz: Für Antennen, Geräte und Anlagen. vth Verlag, 2011

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz für Amateurfunkanlagen. Funkamateur 7/2009, Box73 Amateurfunkservice

Sichla, F.: Blitzschutz & Co: Funken – aber sicher! cq DL 5/1999, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitzschutz im Shack. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

VDE e.V.: Schutz von Funkanlagen auf Gebäuden bei Blitzschlag - Leitfaden für die Anwendung von DIN VDE 0855-300 (Antennenerdung) und DIN EN 62305 (Blitzschutz). VDE Information Blitzschutz. www.vde.com/blitzschutz-funkanlagen (abgerufen am 20.01.2023)