Protezione contro i fulmini durante la stagione delle piogge e protezione della distribuzione di energia elettrica

"Erano le tre del mattino e all'improvviso l'officina è piombata nel buio più totale, con tutte le macchine spente e un leggero odore di bruciato proveniente dal quadro elettrico..." Questa è l'esperienza personale del signor Ahmad, responsabile della manutenzione e delle operazioni di una fabbrica di componenti elettronici a Penang, in Malesia. La scorsa settimana, un forte temporale si è abbattuto sulla zona. A causa dell'insufficiente protezione contro i fulmini del sistema di distribuzione elettrica della fabbrica, la sovratensione indotta dal fulmine ha sovraccaricato le linee, mandando in corto circuito l'interruttore principale dell'officina e provocando un'interruzione della produzione di oltre 8 ore per l'intera fabbrica. Ciò ha causato non solo una perdita di quasi 55.000 MYR in ordini, ma anche ulteriori 13.000 MYR di costi per la sostituzione dell'interruttore e l'ispezione delle linee. Con l'arrivo della stagione delle piogge, i temporali sono frequenti. Come "killer invisibile" dei sistemi di distribuzione elettrica, i fulmini causano spesso guasti come danni agli interruttori, cortocircuiti e bruciature delle apparecchiature, e possono persino provocare incidenti come incendi e scosse elettriche. Per diversi contesti, come impianti industriali, edifici per uffici, parchi e centrali elettriche a energia rinnovabile, un'efficace protezione contro i fulmini e la protezione della distribuzione di energia durante la stagione delle piogge, in particolare la protezione contro i fulmini delle apparecchiature critiche come gli interruttori automatici, non è più un'opzione, ma una necessità imprescindibile per garantire il normale svolgimento delle attività produttive e la continuità della vita quotidiana, evitando danni materiali.

Il punto critico della protezione contro i fulmini durante la stagione delle piogge è: i fulmini hanno varie forme di danno (fulmine diretto, fulmine indotto, intrusione di onde di fulmine) e sono improvvisi e altamente distruttivi. Nel sistema di distribuzione dell'energia, gli interruttori automatici, in quanto "protezioni di sicurezza" di linee e apparecchiature, non sono solo un anello chiave nella protezione contro i fulmini, ma anche una delle apparecchiature più vulnerabili ai fulmini. Molte aziende hanno spesso delle incomprensioni cognitive, che portano al fallimento della protezione contro i fulmini e in definitiva causano danni alle apparecchiature e perdite economiche. In realtà, la protezione contro i fulmini per la distribuzione dell'energia durante la stagione delle piogge è un progetto sistematico, incentrato sui tre principi fondamentali di "intercettazione, deviazione e protezioneI tre punti chiave più importanti sono i seguenti, illustrati con casi specifici per aiutarvi a comprendere rapidamente i metodi fondamentali:

Punto chiave 1: Scegliere l'interruttore automatico di protezione contro i fulmini più adatto per creare la "prima linea di difesa" per la protezione della distribuzione di energia elettrica.

Essendo l'apparecchiatura di protezione fondamentale del sistema di distribuzione dell'energia elettrica, la capacità di protezione contro i fulmini degli interruttori automatici determina direttamente la resistenza del sistema stesso alle scariche atmosferiche. L'alta tensione istantanea e l'elevata corrente generate dai fulmini durante la stagione delle piogge possono facilmente danneggiare lo strato isolante degli interruttori automatici ordinari, provocando scatti intempestivi, danni agli interruttori e persino cortocircuiti di linea. Pertanto, la priorità assoluta per la protezione della distribuzione dell'energia elettrica durante la stagione delle piogge è la scelta di interruttori automatici speciali con funzione di protezione contro i fulmini, in base alle specifiche esigenze, anziché utilizzare interruttori automatici ordinari. Si prega di prestare attenzione ai seguenti 2 punti:

1.Selezione precisa per adattarsi agli scenari:Gli interruttori automatici protetti contro i fulmini non sono "taglia unica" e devono essere selezionati in base a 2 dimensioni principali:

① Livello di tensione: far corrispondere la tensione nominale al sistema di distribuzione dell'energia per evitare sovraccarichi o protezioni insufficienti;

② Intensità dell'attività dei fulmini: Per le aree con frequenti fulmini (come le zone costiere e montuose del Sud-est asiatico), dare priorità ai prodotti con capacità di resistenza alle sovratensioni ≥20 kA. Gli scenari esterni devono inoltre soddisfare il livello di protezione IP54 o superiore per resistere ad alte temperature, elevata umidità ed erosione da pioggia.

2.Lavoro coordinato, indispensabile:Gli interruttori automatici protetti contro i fulmini devono funzionare in coordinamento con i dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) per massimizzare l'effetto di protezione contro i fulmini: l'SPD ha il compito di intercettare la sovratensione istantanea sulla linea (in grado di intercettare oltre l'80% delle sovratensioni indotte dai fulmini), mentre l'interruttore automatico ha il compito di interrompere rapidamente l'alimentazione entro 0,1 secondi quando la corrente di sovratensione è eccessiva, in modo da evitare cortocircuiti secondari causati dal danneggiamento dell'SPD.

Combinando questi dati con casi concreti di fabbriche nel Sud-est asiatico, si può comprendere meglio l'importanza della selezione.

-Caso di un parco industriale a Penang, MalesiaIl parco industriale aveva ripetutamente riscontrato guasti alla distribuzione di energia elettrica durante la stagione delle piogge. Dopo i temporali, oltre il 60% degli stabilimenti presentava scatti degli interruttori automatici e malfunzionamenti delle apparecchiature. Il personale addetto alla gestione e alla manutenzione aveva scoperto che tutti gli interruttori danneggiati erano normali interruttori automatici a bassa tensione, il cui strato isolante era stato danneggiato dalla tensione indotta dai fulmini. Ogni intervento di manutenzione e sostituzione richiedeva 1-2 giorni e la perdita media giornaliera di produzione per stabilimento era di circa 8.000 MYR. Prima dell'inizio della stagione delle piogge del 2025, il parco industriale ha completato 3 aggiornamenti: ① Selezione di interruttori automatici scatolati (MCCB) resistenti alle sovratensioni da fulmine in base agli scenari di utilizzo degli stabilimenti; ② Installazione di SPD (dispositivi di protezione da sovratensione) adeguati nel quadro di distribuzione per garantire la protezione da sovracorrente; ③ Installazione di schermi impermeabili per gli interruttori automatici delle linee esterne. Dopo l'aggiornamento, il parco industriale ha subito 8 forti temporali, senza ulteriori guasti agli interruttori automatici o danni alle apparecchiature. Si è verificato un solo picco istantaneo, che si è risolto entro 10 minuti, senza causare alcuna perdita di produzione.

-Supplemento Promemoria selezione(Adattarsi con precisione a diversi scenari ed evitare errori di selezione):

✅ Scenari all'aperto(centrali fotovoltaiche, locali di distribuzione esterni, linee di produzione esterne): dare priorità agli interruttori automatici protetti contro i fulmini con grado di protezione IP54 o superiore e capacità di tenuta alle sovratensioni ≥20kA, in grado di resistere all'intrusione di pioggia e polvere e di adattarsi agli ambienti ad alta temperatura e alta umidità tipici della stagione delle piogge nel Sud-est asiatico.

✅ Scenari al chiuso(edifici per uffici, edifici per uffici, piccole fabbriche): È possibile scegliere interruttori automatici con protezione contro i fulmini standard, ma è necessario assicurarsi che siano compatibili con il dispositivo di protezione dai fulmini (la tensione nominale del dispositivo di protezione dai fulmini deve essere coerente con la tensione nominale dell'interruttore automatico) per evitare guasti alla protezione causati da una scelta errata.

Punto chiave 2: Assicurare il collegamento dei dispositivi di protezione contro i fulmini per evitare il pericolo nascosto della "protezione a punto singolo".

Un malinteso comune in molte aziende riguardo alla protezione contro i fulmini è la "protezione a punto singolo", ovvero l'installazione di soli parafulmini o la sostituzione dei soli interruttori automatici protetti contro i fulmini, ignorando il collegamento sistematico dei dispositivi di protezione, il che in definitiva porta al fallimento della protezione. In realtà, la protezione contro i fulmini durante la stagione delle piogge deve costituire un sistema completo di "intercettazione esterna, deviazione interna e protezione dei terminali", che può essere suddiviso in 3 fasi principali, evitando al contempo 2 pericoli nascosti fondamentali:

1. Realizza un sistema completo di protezione contro i fulmini:Chiarire il collegamento dei 4 anelli principali, nessuno dei quali può mancare. Intercettazione esterna: intercettare i fulmini diretti attraverso parafulmini/strisce parafulmine e immettere il fulmine nel terreno;

2. Deviazione interna: Intercettazione dei fulmini indotti e dell'intrusione di onde di fulmine tramite SPD sulla linea;

3. Protezione dei terminali: l'interruttore automatico è collegato al dispositivo di protezione da sovratensione (SPD) per interrompere rapidamente le sovracorrenti eccessive e proteggere apparecchiature e linee;

4. Deviazione di messa a terra: Deviare rapidamente la corrente del fulmine verso terra attraverso un sistema di messa a terra qualificato per evitare la ritenzione di corrente.

5.Evita 2 pericoli nascosti ad alta frequenza(Il più facile da ignorare, ma anche il più probabile a causare guasti). Resistenza di terra eccessiva: le specifiche richiedono che la resistenza di terra degli impianti industriali sia ≤4Ω e quella degli edifici per uffici e delle abitazioni ≤10Ω; se la resistenza di terra è troppo elevata (ad esempio, superiore a 10Ω), la corrente del fulmine non può essere deviata rapidamente, il che si ripercuoterà sul sistema di distribuzione dell'energia elettrica e danneggerà interruttori e apparecchiature.

6. Mancato collegamento del dispositivo: Se l'interruttore automatico non è collegato con l'SPD, dopo che l'SPD intercetta la sovratensione, non riesce a interrompere la linea in tempo, il che causerà il danneggiamento dell'SPD e quindi un cortocircuito sulla linea e un aumento delle perdite.

Combinando questi dati con scenari reali nel Sud-est asiatico, è possibile comprendere come risolvere i pericoli nascosti della protezione contro i fulmini migliorando il sistema di collegamento.

-Caso di un impianto di lavorazione di componenti per auto a Giacarta, IndonesiaLa fabbrica possiede numerose apparecchiature di precisione, come motori e inverter, altamente sensibili alle sovratensioni da fulmine. In precedenza, a causa della mancata protezione contro i fulmini all'ingresso delle apparecchiature, 3 inverter sono stati danneggiati da un fulmine durante la stagione delle piogge, con una perdita diretta di oltre 100.000 MYR. Successivamente, è stata effettuata un'ottimizzazione mirata: sono stati installati SPD speciali all'ingresso delle apparecchiature, abbinati a piccoli interruttori automatici protetti contro i fulmini, per ottenere una "protezione gerarchica e una protezione precisa". Dopo la trasformazione, non si sono più verificati danni alle apparecchiature di precisione.

Inoltre, negli impianti industriali, apparecchiature come motori, inverter e strumenti di precisione sono più sensibili alle sovratensioni da fulmine. Oltre a garantire un'efficace protezione contro i fulmini della distribuzione principale e secondaria dell'energia, è necessario installare anche dei dispositivi di protezione contro i fulmini (SPD) specifici all'ingresso delle apparecchiature, abbinati a piccoli interruttori automatici protetti contro i fulmini, per realizzare una "protezione gerarchica e di precisione", in modo da evitare che le sovratensioni da fulmine si propaghino attraverso le linee delle apparecchiature e danneggino le apparecchiature di precisione.

Punto chiave 3: Ispezione e manutenzione giornaliera per individuare in anticipo i pericoli nascosti della protezione contro i fulmini.

Durante la stagione delle piogge, i temporali sono frequenti. La protezione contro i fulmini del sistema di distribuzione dell'energia elettrica non richiede solo "la scelta delle apparecchiature giuste e un buon lavoro di collegamento", ma anche "ispezioni quotidiane e interventi di manutenzione preventiva". Secondo le statistiche, oltre il 60% dei guasti alla rete di distribuzione durante la stagione delle piogge non è causato da una scelta errata delle apparecchiature, bensì da una manutenzione quotidiana inadeguata, che porta al malfunzionamento dei dispositivi di protezione contro i fulmini e al deterioramento delle prestazioni degli interruttori. In particolare, nelle alte temperature e nell'elevata umidità tipiche della stagione delle piogge nel Sud-est asiatico, è molto facile che si verifichino ossidazione dei contatti degli interruttori, invecchiamento degli strati isolanti, attenuazione delle prestazioni dei dispositivi di protezione contro i fulmini e allentamento del sistema di messa a terra.Ci sono 3 punti chiave per l'ispezione e la manutenzione quotidianache vengono descritti in dettaglio con casi specifici:

1.Ispezione degli interruttori automatici (una volta a settimana, ispezione aggiuntiva dopo i temporali) 

Ispezione fondamentale: verificare se lo strato isolante è danneggiato, se i contatti sono ossidati e se il meccanismo di sgancio è sensibile, al fine di evitare un contatto scadente causato dall'ossidazione dei contatti e sganci errati.

✅ Caso di studio: In una fabbrica tessile di Penang, in Malesia, si è verificato un problema per cui l'interruttore automatico non poteva essere ripristinato dopo un falso intervento durante la stagione delle piogge. L'indagine ha rivelato che i contatti dell'interruttore erano gravemente ossidati a causa delle alte temperature e dell'elevata umidità. Ogni guasto causava un'interruzione della produzione di 1 ora, con una perdita di circa 1.200 MYR. Successivamente, è stato implementato un sistema di ispezione per pulire la polvere dai contatti, controllare lo strato isolante ogni settimana e sostituire tempestivamente i componenti usurati, eliminando così completamente tali guasti.

2.Ispezione SPD (ogni due settimane)

Ispezione fondamentale: Verificare lo stato della spia luminosa (verde = normale, rosso = guasto), testarne regolarmente le prestazioni e sostituirla immediatamente in caso di guasto, per evitare la perdita della capacità di intercettazione delle sovratensioni a causa del malfunzionamento del dispositivo di protezione dalle sovratensioni (SPD).

3.Ispezione del sistema di messa a terra (una volta al mese, ogni 10 giorni durante la stagione delle piogge) 

Controllo fondamentale: verificare che l'elettrodo di terra non sia allentato o corroso e misurare regolarmente la resistenza di terra per assicurarsi che rispetti le specifiche (impianti industriali ≤4Ω, edifici per uffici e abitazioni ≤10Ω). Durante la stagione delle piogge, l'umidità del terreno è elevata, quindi è necessario effettuare regolazioni e ottimizzazioni tempestive per evitare un aumento della resistenza di terra.

In secondo luogo, verificare lo stato dell'SPD, osservare se la spia luminosa è normale (verde per normale, rossa per guasto), testare regolarmente le prestazioni dell'SPD, testarlo una volta ogni due settimane durante la stagione delle piogge e sostituirlo immediatamente in caso di guasto. Un supermercato ha subito un'infiltrazione di corrente dovuta a un guasto dell'SPD durante la stagione delle piogge, con conseguente guasto dell'interruttore principale e un'interruzione di corrente totale di 4 ore, con una perdita di quasi 30.000 RMB. Dopo l'incidente, si è scoperto che l'SPD era guasto da tempo, ma non era stato individuato e sostituito in tempo, diventando un pericolo per la sicurezza.

In terzo luogo, controllare il sistema di messa a terra, verificare se l'elettrodo di terra è allentato o corroso e misurare regolarmente la resistenza di terra per assicurarsi che soddisfi le specifiche (impianti industriali ≤4Ω, edifici per uffici e residenze ≤10Ω). Durante la stagione delle piogge, l'umidità del terreno è elevata, il che può facilmente causare un aumento della resistenza di terra, quindi è necessario intervenire e ottimizzare tempestivamente. In un locale di distribuzione esterno di un parco industriale, durante la stagione delle piogge, gli elettrodi di terra erano allentati e la resistenza di terra era salita a 12Ω. Dopo un temporale, la corrente del fulmine non è stata deviata rapidamente, causando il guasto dell'interruttore automatico e del dispositivo di protezione da sovratensione (SPD) nel locale di distribuzione, con un costo di riparazione superiore a 15.000 RMB. Successivamente, il sistema di messa a terra è stato ispezionato regolarmente, l'elettrodo di terra è stato serrato tempestivamente e sono stati aggiunti materiali di messa a terra per garantire che la resistenza di terra rimanesse stabilmente entro i limiti specificati.