EN 62305 Προστασία από κεραυνούς

Η σειρά προτύπων EN 62305 καλύπτει ειδικά την προστασία από κεραυνούς κατασκευών, του περιεχομένου τους, ατόμων και ζώων.

Το EN 62305 αποδέχεται ότι ζούμε πλέον στην ηλεκτρονική εποχή, καθιστώντας την προστασία LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) για ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά συστήματα αναπόσπαστο μέρος του προτύπου μέσω του EN 62305-4. LEMP είναι ο όρος που δίνεται στις συνολικές ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις των κεραυνών, συμπεριλαμβανομένων των αγώγιμων υπερτάσεων (παροδική υπέρταση και ρεύματα) και των φαινομένων ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Το EN 62305 – 4 κατηγοριοποιεί την πηγή της ζημιάς, το είδος της ζημιάς και το είδος της απώλειας.

Πηγές ζημιών

Οι ζημιές που μπορεί να προκληθούν από κεραυνό υποδιαιρούνται σε:

• Ζημιά σε μια κατασκευή (συμπεριλαμβανομένων όλων των εισερχόμενων ηλεκτρικών εναέριων γραμμών και των θαμμένων γραμμών που συνδέονται με τη δομή)
• Ζημιά σε μια υπηρεσία (η υπηρεσία σε αυτήν την περίπτωση είναι μέρος δικτύων τηλεπικοινωνιών, δεδομένων, παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, νερού, φυσικού αερίου και δικτύων διανομής καυσίμων).

Τύποι ζημιών

Κάθε πηγή ζημιάς μπορεί να οδηγήσει σε έναν ή περισσότερους από τους τρεις τύπους ζημιών. Οι πιθανοί τύποι ζημιών προσδιορίζονται ως εξής:

• Δ1 Τραυματισμός ατόμων ή ζώων λόγω τάσεων βήματος και αφής
• Δ2 Φυσική βλάβη (πυρκαγιά, έκρηξη, μηχανική καταστροφή, χημική απελευθέρωση) λόγω επιδράσεων ρεύματος κεραυνού, συμπεριλαμβανομένου του σπινθήρα
• Δ3 Βλάβη εσωτερικών συστημάτων λόγω ηλεκτρομαγνητικού παλμού κεραυνού (LEMP).

Τύποι απώλειας

Οι παρακάτω τύποι απωλειών μπορεί να προκληθούν από ζημιά λόγω κεραυνού:

• L1 Απώλεια ανθρώπινης ζωής
• L2 Απώλεια υπηρεσιών προς το κοινό
• L3 Απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς
• L4 Απώλεια οικονομικής αξίας

Οι σχέσεις όλων των παραπάνω παραμέτρων:

Οι σχέσεις όλων των παραπάνω παραμέτρων:

* Μόνο για κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης και για νοσοκομεία ή άλλες κατασκευές όπου βλάβες εσωτερικών συστημάτων θέτουν άμεσα σε κίνδυνο την ανθρώπινη ζωή.

** Μόνο για ακίνητα όπου μπορεί να χαθούν ζώα.

Η ζημιά LEMP είναι τόσο διαδεδομένη που προσδιορίζεται ως ένας από τους συγκεκριμένους τύπους (D3) έναντι των οποίων πρέπει να παρέχεται προστασία και μπορεί να συμβεί από ΟΛΑ τα σημεία πρόσκρουσης στη δομή ή τις συνδεδεμένες υπηρεσίες – άμεσα ή έμμεσα. Αυτή η εκτεταμένη προσέγγιση λαμβάνει επίσης υπόψη τον κίνδυνο πυρκαγιάς ή έκρηξης που σχετίζεται με υπηρεσίες που συνδέονται με την κατασκευή, π.χ. γραμμές ρεύματος, τηλεπικοινωνιών και άλλων μεταλλικών γραμμών.

Το EN 62305 καθιστά σαφές ότι η δομική αντικεραυνική προστασία δεν πρέπει πλέον να εξετάζεται μεμονωμένα από την παροδική προστασία από υπέρταση/κύμα και δεδομένου ότι οι κεραυνοί από όλα τα σημεία πρόσκρουσης, άμεσο ή έμμεσο, προς τη δομή ή τις συνδεδεμένες υπηρεσίες δημιουργούν κίνδυνο από μεταβατικά, τα SPD είναι ένα ζωτικό μέσο προστασίας είτε υπάρχει δομική αντικεραυνική προστασία είτε όχι.

Κυματομορφές ρεύματος και τάσης

Το EN 62305 λαμβάνει υπόψη τα μέτρα προστασίας σε μεταλλικές γραμμές εξυπηρέτησης (συνήθως γραμμές ρεύματος, σήματος και τηλεπικοινωνιών) που χρησιμοποιούν παροδικές υπερτάσεις ή συσκευές προστασίας από υπέρταση (SPDs) τόσο από άμεσους κεραυνούς όσο και από τις πιο κοινές έμμεσες κεραυνές και μεταβατικές αλλαγές. Πρότυπα όπως η σειρά EN 61643 ορίζουν τα χαρακτηριστικά των κεραυνικών ρευμάτων και τάσεων για να επιτρέψουν την αξιόπιστη και επαναλαμβανόμενη δοκιμή των SPD (καθώς και των στοιχείων αντικεραυνικής προστασίας).Αν και αυτές οι κυματομορφές μπορεί να διαφέρουν από τις πραγματικές μεταβατικές καταστάσεις, οι τυποποιημένες μορφές βασίζονται σε χρόνια παρατήρησης και μέτρησης (και σε ορισμένες περιπτώσεις προσομοίωσης). Γενικά παρέχουν μια δίκαιη προσέγγιση του παροδικού πραγματικού κόσμου.

Οι μεταβατικές κυματομορφές έχουν γρήγορη ανερχόμενη άκρη και μακρύτερη ουρά. Περιγράφονται μέσω της τιμής αιχμής (ή του μεγέθους), του χρόνου ανόδου και της διάρκειάς τους (ή του χρόνου πτώσης). Η διάρκεια μετριέται ως ο χρόνος που απαιτείται για την αποσύνθεση του παροδικού δοκιμαστικού στο μισό της μέγιστης τιμής του.

Τα παρακάτω σχήματα απεικονίζουν τις κοινές κυματομορφές ρεύματος και τάσης που χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή SPD για γραμμές δικτύου, σήματος και τηλεπικοινωνιών.

Άμεσες απεργίες

Ο άμεσος κεραυνός μπορεί να διοχετεύσει μερικά ρεύματα κεραυνού κυματομορφής 10/350μs σε ένα σύστημα όπου μια κατασκευή με δομικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας δέχεται απευθείας χτύπημα (Πηγή S1) ή όπου κεραυνός χτυπά απευθείας μια εναέρια γραμμή εξυπηρέτησης (Πηγή S3).

Έμμεσες απεργίες

Οι απομακρυσμένες ή έμμεσες αστραπές κοντά στη δομή (Πηγή S2) ή κοντά σε μια συνδεδεμένη υπηρεσία με την κατασκευή (Πηγή S4) σε ακτίνα έως και 1km μακριά (και επομένως πολύ πιο συχνές) αντιπροσωπεύονται από την κυματομορφή 8/20μs. Οι επαγόμενες υπερτάσεις από άμεσες αστραπές και πηγές μεταγωγής αντιπροσωπεύονται επίσης από αυτήν την κυματομορφή. Με πολύ μικρότερο χρόνο διάσπασης ή πτώσης σε σχέση με την κυματομορφή 10/350μs, η κυματομορφή 8/20μs παρουσιάζει σημαντικά λιγότερη ενέργεια (για ισοδύναμο ρεύμα αιχμής) αλλά εξακολουθεί να είναιαρκετά καταστροφικό ώστε να βλάψει τον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό.

Το EN 62305-1 αναγνωρίζει ότι η αστοχία εσωτερικών συστημάτων (τύπος ζημίας D3) λόγω ηλεκτρομαγνητικού παλμού κεραυνού (LEMP) είναι δυνατή από όλα τα σημεία πρόσκρουσης στη δομή ή την υπηρεσία – άμεση ή έμμεση (όλες οι Πηγές: S1, S2, S3 και S4).

Μέτρα προστασίας από υπερτάσεις (SPM)

Το EN 62305-4 περιγράφει μια σειρά μέτρων για την ελαχιστοποίηση της σοβαρότητας της παροδικής υπέρτασης που προκαλείται από κεραυνούς και ηλεκτρική μεταγωγή.

Βασικά και βασικά μέτρα προστασίας είναι:

• Γείωση και συγκόλληση
• Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και δρομολόγηση γραμμών
• Συντονισμένες συσκευές προστασίας από υπερτάσεις

Περαιτέρω πρόσθετα μέτρα προστασίας περιλαμβάνουν:

• Επεκτάσεις στο δομικό LPS
• Θέση εξοπλισμού
• Χρήση καλωδίων οπτικών ινών (προστασία με απομόνωση)

Τα SPM πρέπει επίσης να λειτουργούν και να αντέχουν στο περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, οι κραδασμοί, η τάση και το ρεύμα.

Η επιλογή του καταλληλότερου SPM γίνεται χρησιμοποιώντας την αξιολόγηση κινδύνου σύμφωνα με το EN 62305-2 λαμβάνοντας υπόψη τόσο τεχνικούς όσο και οικονομικούς παράγοντες. Για παράδειγμα, μπορεί να μην είναι πρακτική ή οικονομικά αποδοτική η εφαρμογή μέτρων ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης σε μια υπάρχουσα δομή, επομένως η χρήση συντονισμένων SPD μπορεί να είναι πιο κατάλληλη. Στην ιδανική περίπτωση, τα SPD ενσωματώνονται καλύτερα στο στάδιο του σχεδιασμού του έργου, αν και μπορούν επίσης να εγκατασταθούν εύκολα σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις.

Για να εξασφαλιστεί η συνεχής λειτουργία των κρίσιμων συστημάτων ακόμη και σε περίπτωση άμεσης απεργίας, τα SPD είναι απαραίτητα και αυτά πρέπει να αναπτύσσονται κατάλληλα, με βάση την πηγή της υπέρτασης και την έντασή της, χρησιμοποιώντας την έννοια των Ζώνες προστασίας από κεραυνούς (LPZ) σύμφωνα με το EN 62305-4.

Η έννοια της ζώνης προστασίας από κεραυνούς (LPZ).

Η προστασία από το LEMP βασίζεται σε μια ιδέα της Ζώνης Προστασίας από Κεραυνούς (LPZ) που χωρίζει την εν λόγω δομή σε έναν αριθμό ζωνών ανάλογα με το επίπεδο απειλής που θέτει το LEMP. Η γενική ιδέα είναι να εντοπιστούν ή να δημιουργηθούν ζώνες μέσα στη δομή όπου υπάρχει λιγότερη έκθεση σε ορισμένες ή όλες τις επιπτώσεις του κεραυνού και να συντονιστούν με τα χαρακτηριστικά ατρωσίας του ηλεκτρικού ή ηλεκτρονικού εξοπλισμού που είναι εγκατεστημένος στη ζώνη. Διαδοχικές ζώνες είναιχαρακτηρίζεται από σημαντικές μειώσεις στη σοβαρότητα του LEMP ως αποτέλεσμα της συγκόλλησης, της θωράκισης ή της χρήσης SPD.

Εξωτερικές ζώνες:

• Το LPZ 0A είναι η περιοχή που υπόκειται σε άμεσους κεραυνούς και επομένως μπορεί να χρειαστεί να μεταφέρει μέχρι το πλήρες ρεύμα κεραυνού. Αυτή είναι συνήθως η περιοχή στέγης μιας κατασκευής χωρίς δομική αντικεραυνική προστασία. Το πλήρες ηλεκτρομαγνητικό πεδίο εμφανίζεται εδώ.
• Το LPZ 0B είναι η περιοχή που δεν υπόκειται σε άμεσους κεραυνούς και είναι συνήθως τα πλευρικά τοιχώματα μιας κατασκευής ή στέγης με δομική αντικεραυνική προστασία. Ωστόσο, το πλήρες ηλεκτρομαγνητικό πεδίο εξακολουθεί να εμφανίζεται εδώ και μπορεί να προκύψουν μερικώς ή επαγόμενα ρεύματα κεραυνού και υπερτάσεις μεταγωγής.

Εσωτερικές ζώνες:

• Το LPZ 1 είναι η εσωτερική περιοχή που υπόκειται σε μερικά ρεύματα κεραυνού. Τα αγώγιμα ρεύματα κεραυνού και/ή οι υπερτάσεις μεταγωγής μειώνονται σε σύγκριση με τις εξωτερικές ζώνες LPZ 0A, LPZ 0B όπως και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο εάν χρησιμοποιούνται κατάλληλα μέτρα θωράκισης. Αυτή είναι συνήθως η περιοχή όπου οι υπηρεσίες εισέρχονται στη δομή ή όπου βρίσκεται ο κύριος πίνακας διανομής ισχύος.
• Το LPZ 2 είναι μια εσωτερική περιοχή που βρίσκεται περαιτέρω εντός της δομής όπου τα υπολείμματα των ρευμάτων κεραυνού ή/και των υπερτάσεων μεταγωγής μειώνονται σε σύγκριση με το LPZ 1. Ομοίως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μειώνεται περαιτέρω εάν χρησιμοποιούνται κατάλληλα μέτρα θωράκισης. Αυτό είναι συνήθως ένα δωμάτιο με σήτα ή, για παροχή ρεύματος στην περιοχή του πίνακα υποδιανομής.