Grazie Raffale e grazie Daniel, per lo schermo solare (è lo stesso, ma meglio ombreggiato, dei Fine Offset 2/3 bracci bianchi e somiglia a quello della Davis Vue, voi cosa ne dite?) volentieri, quando avrò risultati attendibili.
Daniel ha scritto:... il palo è a terra: intendi proprio fisicamente collegato ad un cavo di terra? In quel caso ... hai creato un parafulmine ... mi piacerebbe saperne di più in merito.
L’argomento
fulmini e messa a terra di pali, antenne e stazioni meteo è molto controverso, a volte stravagante, così come la variabilità delle situazioni reali, perciò provo a porre qualche punto fermo semplificato:
- i fulmini vanno da un punto all’altro della nube, da nube a nube o da nube a Terra (che ha potenziale 0, è a terra!) se hanno potenziali sufficientemente diversi (d.d.p. differenza di potenziale elettrico, detta anche “tensione”), cioè almeno decine di milioni di Volt (MV, proporzionali alla distanza)
- le loro d.d.p sono spesso di centinaia di MV, con correnti di decine di migliaia di Ampere (kA): milioni di MW di potenza istantanea, enorme!
- durano pochissimo, con scariche di pochi millisecondi generalmente ripetute e quindi con durata totale fin oltre il secondo, con potere distruttivo termico e irradiazione di violenti campi elettromagnetici ad ampio spettro di frequenze dovuti ai veloci transienti dell’enorme corrente
- il loro percorso non è lineare, tende però a seguire la via più breve se è anche quella con minor resistenza/isolamento
I nostri pali sono generalmente a potenziale 0, perché metallici e collegati a terra volutamente (in certi casi è obbligo di legge), o di fatto perché gli attacchi delle loro controventature ed i loro attacchi sono metallici e murati o tassellati o fissati con fasce metalliche alle murature, oppure sono piantati nel suolo o prolungano altri pali conduttori.
Possiamo sperare di non dar loro
il ruolo di parafulmine di fatto?Molto difficilmente, secondo me!
Provo con i miei ragionamenti semplificati:
la rigidità dielettrica (capacità di non farsi attraversare/perforare da una corrente elettrica) degli isolanti comuni è sui 25kV/mm, quindi ne servono 4 cm minimi per isolare, in teoria,
1 solo MV!
Ma raddoppiamo almeno, perché sono generalmente bagnati, sporchi e la scarica preferisce aggirali in superficie...
E l’aria? Il potere dielettrico è 3kV/mm che scende a 1 quando è umida, proprio quando l’isolamento ci vorrebbe. Ne serve quindi 1 metro a
1 solo MV...
Calcoli sbagliati? No, basta guardare le linee ad alta tensione, che lavorano a “soli” 0,38MV (380kV) per vedere alettatissimi isolatori lunghissimi e fili distanziati metri!
Il temuto fulmine di MV ne ha centinaia, o meglio, li ha già il campo elettrico tra nube e terra che lo genererà quando supererà la rigidità dielettrica dell’aria, ed è facile intuire che nessun isolante realistico ce la possa fare a tenere isolato il nostro palo conduttore a queste d.d.p., tantomeno le nostre murature, quand’anche non siano in CA, o le nostre tegole e comignoli, né le guaine impermeabili da 3/4mm, visto che le d.d.p. del campo sono dell’ordine dei 2MV per ogni metro.
Se proviamo a vederla in altro modo, non come perforazione del dielettrico ma come resistenza (acqua con sporco, sali etc) in parallelo all’isolante (perfetto? no, di solito), sarà certo molto alta, dell’ordine dei milioni di Ohm (M Ω), ma
1 solo MV fa scorrere 0,01A in una resistenza da 100MΩ (a d.d.p. normali la consideriamo un isolamento), di corrente quindi ce n’è ben più della necessaria per portare gradualmente al potenziale 0 di terra il nostro palo ordinario non a terra, anzi semisolato, nella fase preparatoria per il successivo fulmine (prima era a potenziale flottante e indefinito, ma probabilmente un po’ più vicino a quello della nube, “appeso” in gergo, finché in isolamento perfetto, si carica elettrostaticamente).
L’unico caso che dà qualche speranza è il palo completamente isolante in plastica o fibra di vetro, con lunghezza libera di almeno qualche metro, con le controventature in filo di nylon pieno, non in tessile e tantomeno metalliche, non vicino ad altri oggetti rialzati e senza alcuna discesa di cavi...
Certo è da considerare, se applicabile, quando null’altro nei dintorni sia più alto o più attraente per i fulmini, che possiamo sperare preferiscano scaricarsi al suolo tramite l’aria.
In tutti gli altri casi, cioè quelli usuali, compresi i pali di legno umidi e quelli isolanti con discese di cavi, penso ci si debba rassegnare:
il palo è un parafulmine di fatto e, se il fulmine lo colpisce direttamente, è molto probabile che siano distrutte almeno le apparecchiature elettroniche, anche se non in contatto elettrico col palo ma adiacenti, o a distanza ma collegate via cavo.
Fortunatamente è improbabile, perché qualcos’altro di più alto (o più esteso, p.e. grondaie e coperture metalliche, ringhiere, solette in CA, linee elettriche, colline o di più specializzato, p.e. parafulmine a punte o ionizzante) nei dintorni c’è quasi sempre.
Allora non far nulla e sperare? No,
possiamo fare cose utili!...e allora una buona terra è indispensabile.
E’ di gran lunga più comune non essere colpiti direttamente, ma di
subire il campo elettromagnetico del fulmine, cioè le sovratensioni indotte dalla sua violenta e ripetuta radiazione elettromagnetica, che sia caduto nei dintorni o che sia stato tra le nubi, come 4-5 volte più di frequente accade!
E’ quanto basta per danneggiare le nostre apparecchiature elettroniche, penso che ciascuno di noi l’abbia sperimentato.
- Fulmini nube-nube, 4-5 volte più probabili dei nube-terra 2.jpg (92.29 KiB) Visto 15997 volte
Fin qui i ragionamenti teorici, veniamo alla pratica e all’esperienza, a cui sarebbe bello sommare la vostra:
- ho avuto 2 guasti diversi a 2 miei trasmettitori/sensori termo-igro della stazione meteo AOK (molto simili ai vs. PCE vecchio modello), tra settembre 2017 e settembre 2020; erano sul palo come l’attuale HP1000, la prima volta non messo a terra (solo “di fatto”), la seconda sì, in nessun caso c'erano schermature e/o messe a terra del trasmettitore, in entrambi i casi i fulmini erano vicini ma non sul mio tetto e sui circostanti
- non ho avuto nessun guasto né disturbo alla stazione AIS, in servizio da giugno 2018 (che subì anche la stessa scarica che danneggiò il 2° trasmettitore AOK), con abbondanti schermature e messe a terra, ben ragionate insieme allo specialista di MarineTraffic, che ha una grossa esperienza con circa 5.000 stazioni radio AIS intorno al mondo, la cui antenna tipicamente non è come la mia Yagi direttiva ma una ground plane con lo stilo centrale a terra in CC (è isolato solo in RF, è lungo e sottile e installato nella posizione più alta, proprio come un parafulmine) per scaricare tramite la sua massa e il palo.
- Antenna ground plane con stilo a terra AIS MarineTraffic.png (114.06 KiB) Visto 15997 volte
Condivido il dialogo e il disegno:
“Hallo Dimitris, the electrical plant will be standard compliant and will have the mast grounded (6 mm^2 cable), Yagi antenna boom and RF connector are directly grounded to the mast, there is a grounded aluminium shield inside the receiver protection box (3 of 6 sides, the other 3 are less noisy and used for Wi-Fi transmission of the Raspberry Pi, enhanced by shield reflection), with separate ground path to avoid ground loops.
Sergio”“Hi Sergio, also grounding everything properly will help a lot and protect the receiver and it's frontend from rogue static transients.
The SLR350Ni receiver might be a little tricky to ground properly though since the chassis is plastic, however you can ground both the antenna connector of the SLR350Ni and the PSU of the receiver and that will suffice.
The GND of the Raspberry Pi inside is coupled to the RF GND, so you have a uniform path to ground.
Dimitris Vitoris
Hardware R&D engineer”
- Albisola new MarineTraffic AIS station - Giune 2018.png (22.77 KiB) Visto 15997 volte
Da 2 anni e mezzo e finora va a meraviglia, vedremo!
Qui c’è il mio esperimento, basato su tutto quanto sopra, per proteggere l’elettronica del nuovo sensore OUT WH24B della HP1000:
- Sensore OUT WH24B Fine Offset WeatherRanger, schermatura interna fulmini.jpg (161.36 KiB) Visto 15997 volte
L’idea è di creare una parziale gabbia di Faraday schermante (i fili azzurri), ma non collegata alla massa elettrica/RF, nella parte superiore più esposta alle scariche elettromagnetiche (ripeto, quelle indirette e non il fulmine che colpisce direttamente, per il quale non ho speranze) e scaricarne la corrente indotta a terra tramite il palo per limitare le sovratensioni sui circuiti, senza però schermare la trasmissione radio laterale e verso il basso, forse aumentata per riflessione dallo schermo.
- Sensore OUT WH24B Fine Offset WeatherRanger, schermatura interna fulmini 2.jpg (121.98 KiB) Visto 15997 volte
Ho poi ripetuto la “controprova” (v.
viewtopic.php?f=4&t=19151&sid=fd973f666cae82774b91a6f622bbfa14#p429748) senza notare alcun decadimento delle notevoli prestazioni radio @433MHz, anzi l’ho messo più in difficoltà con lastre metalliche senza trovarne il limite.
Ho evitato lunghezze e spire di 17,3 cm e multipli (1/4 d’onda) posando i fili, per evitare assorbimenti RF.
La forma, sostanzialmente arrotondata e piatta, della schermatura dovrebbe prevenire l’effetto punta, attrattivo per i fulmini.
La schermatura in lamierino d’alluminio è invece specifica per la motherboard entro contenuta.
