EN 62305 Villámvédelem

Az EN 62305 szabványsorozat kifejezetten az építmények, azok tartalmának, személyeknek és állatállománynak a villám elleni védelmére vonatkozik.

Az EN 62305 elfogadja, hogy ma az elektronikai korszakban élünk, és az EN 62305-4 szabvány szerves részévé teszi az elektronikus és elektromos rendszerek LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) védelmét. A LEMP kifejezés a villámlás általános elektromágneses hatásaira vonatkozik, beleértve a vezetett túlfeszültségeket (tranziens túlfeszültség és áramok) és a kisugárzott elektromágneses térhatásokat.

Az EN 62305 – 4 kategóriákba sorolja a kár forrását, a kár típusát és a veszteség típusát.

A károk forrásai

A villámcsapás által okozott károk a következőkre oszlanak:

• Az építmény károsodása (beleértve az összes bejövő elektromos felsővezetéket és az építményhez kapcsolódó föld alá eső vezetékeket)
• Szolgáltatás károsodása (a szolgáltatás ebben az esetben a távközlési, adatátviteli, elektromos ellátási, víz-, gáz- és üzemanyag-elosztó hálózat része).

A sérülés típusai

Mindegyik kárforrás a három károsodás közül egyet vagy többet eredményezhet. A lehetséges kártípusokat az alábbiak szerint azonosítjuk:

• D1 Személyek vagy állatok sérülése lépés- és érintési feszültség miatt
• D2 Fizikai károk (tűz, robbanás, mechanikai megsemmisítés, vegyi kibocsátás) villámáram hatások miatt, beleértve a szikrázást
• D3 Belső rendszerek meghibásodása villámelektromágneses impulzus (LEMP) miatt.

A veszteség típusai

A villámcsapás által okozott károk a következő típusú károkat okozhatják:

• L1 Emberélet elvesztése
• L2 A lakossági szolgáltatás elvesztése
• L3 Kulturális örökség elvesztése
• L4 Gazdasági értékvesztés

Az összes fenti paraméter kapcsolata:

Az összes fenti paraméter kapcsolata:

* Csak robbanásveszélyes építményekhez és kórházakhoz vagy más olyan építményekhez, ahol a belső rendszerek meghibásodása azonnali veszélyt jelent az emberi életre.

** Csak azokra az ingatlanokra, ahol az állatok elveszhetnek.

A LEMP-sérülés annyira elterjedt, hogy az egyik olyan speciális típus (D3), amely ellen védelmet kell nyújtani, és MINDEN ütési ponttól az építményhez vagy a kapcsolódó szolgáltatásokhoz fordulhat elő – közvetlenül vagy közvetve. Ez a kiterjesztett megközelítés figyelembe veszi az építményhez kapcsolódó szolgáltatásokhoz kapcsolódó tűz- vagy robbanásveszélyt is, pl. elektromos, távközlési és egyéb fémes vonalak.

Az EN 62305 szabvány egyértelművé teszi, hogy a szerkezeti villámvédelmet többé nem szabad a tranziens túlfeszültség-/túlfeszültség-védelemtől elkülönítve tekinteni, és mivel a villámcsapások minden közvetlen vagy közvetett, a szerkezetbe vagy a kapcsolódó szolgáltatásokba becsapó pontból tranziensek kockázatát okozzák, az SPD-k létfontosságú védelmi eszközt jelentenek, függetlenül attól, hogy van-e szerkezeti villámvédelem, vagy sem.

Áram és feszültség hullámformái

Az EN 62305 figyelembe veszi a tranziens túlfeszültséget vagy túlfeszültség-védelmi eszközöket (SPD) használó fémes vezetékeken (jellemzően táp-, jel- és távközlési vonalak) alkalmazott védelmi intézkedéseket mind a közvetlen villámcsapás, mind a gyakoribb közvetett villámcsapás és kapcsolási tranziens ellen. Az olyan szabványok, mint az EN 61643 sorozat, meghatározzák a villámáramok és feszültségek jellemzőit, hogy lehetővé tegyék az SPD-k (valamint a villámvédelmi alkatrészek) megbízható és megismételhető tesztelését.Bár ezek a hullámformák eltérhetnek a tényleges tranziensektől, a szabványosított formák több éves megfigyelésen és mérésen (és egyes esetekben szimuláción) alapulnak. Általában a valós világ tranziensének tisztességes közelítését adják.

A tranziens hullámformáknak gyorsan emelkedő élük és hosszabb a farka. Ezeket csúcsértékükön (vagy nagyságukon), emelkedési idejükön és időtartamukon (vagy esési idejükön) keresztül írják le. Az időtartamot úgy mérjük, mint az az idő, amely alatt a teszttranziens a csúcsérték felére csökken.

Az alábbi ábrák a hálózati, jel- és távközlési vonalak SPD-inek tesztelésére használt általános áram- és feszültséghullámformákat mutatják be.

Közvetlen csapások

A közvetlen villám 10/350 μs hullámformájú részleges villámáramot injektálhat egy olyan rendszerbe, ahol egy szerkezeti villámvédelmi rendszerrel rendelkező szerkezet közvetlen becsapást kap (S1 forrás), vagy ahol a villám közvetlenül egy felsővezetékbe csap be (S3 forrás).

Közvetett csapások

A távoli vagy közvetett villámokat a szerkezet közelében (S2 forrás) vagy a szerkezethez kapcsolódó szolgáltatás közelében (S4 forrás) legfeljebb 1 km sugarú körben (és ennélfogva sokkal gyakoribb) a 8/20μs hullámforma képviseli. Ez a hullámforma a közvetlen villámok és a kapcsolóforrások által okozott túlfeszültségeket is ábrázolja. A 10/350 μs-os hullámformához képest sokkal rövidebb csillapítási vagy esési idővel a 8/20 μs-os hullámforma lényegesen kevesebb energiát mutat (egyenértékű csúcsáramhoz képest), de még mindigelég pusztító ahhoz, hogy károsítsa az elektromos és elektronikus berendezéseket.

Az EN 62305-1 elismeri, hogy a belső rendszerek meghibásodása (D3-as típusú károsodás) villámelektromágneses impulzus (LEMP) miatt a szerkezetbe vagy szolgáltatásba való becsapódás minden pontjáról lehetséges – közvetlen vagy közvetett (minden forrás: S1, S2, S3 és S4).

Túlfeszültség-védelmi intézkedések (SPM)

Az EN 62305-4 szabvány számos intézkedést ír le a villámlás és elektromos kapcsolás által okozott tranziens túlfeszültség súlyosságának minimalizálására.

A legfontosabb és alapvető védelmi intézkedések a következők:

• Földelés és kötés
• Elektromágneses árnyékolás és vonalvezetés
• Összehangolt túlfeszültség-védelmi eszközök

További további védelmi intézkedések a következők:

• A szerkezeti LPS kiterjesztései
• A felszerelés helye
• Optikai kábelek használata (szigeteléssel történő védelem)

Az SPM-eknek azon a környezetben is működniük kell, amelyben elhelyezkednek, és olyan tényezőket figyelembe véve, mint a hőmérséklet, a páratartalom, a rezgés, a feszültség és az áramerősség, ellen kell állniuk.

A legmegfelelőbb SPM kiválasztása az EN 62305-2 szabvány szerinti kockázatértékeléssel történik, figyelembe véve mind a műszaki, mind a gazdasági tényezőket. Például előfordulhat, hogy nem praktikus vagy költséghatékony az elektromágneses árnyékolási intézkedések végrehajtása egy meglévő struktúrában, így az összehangolt SPD-k használata megfelelőbb lehet. Ideális esetben az SPD-ket a legjobb a projekt tervezési szakaszában beépíteni, bár a meglévő létesítményekbe is könnyen beépíthetők.

A kritikus rendszerek folyamatos működésének biztosításához közvetlen csapás esetén is elengedhetetlenek az SPD-k, és ezeket megfelelően kell elhelyezni, a túlfeszültség forrása és annak intenzitása alapján, az EN 62305-4 szerinti villámvédelmi zónák (LPZ) koncepciójával.

A villámvédelmi zóna (LPZ) koncepciója

A LEMP elleni védelem a villámvédelmi zóna (LPZ) koncepcióján alapul, amely a kérdéses szerkezetet több zónára osztja a LEMP által jelentett fenyegetés mértékének megfelelően. Az általános elképzelés az, hogy olyan zónákat azonosítsunk vagy hozzunk létre a szerkezeten belül, ahol kevésbé van kitéve a villámcsapások egy részének vagy mindegyikének, és ezeket összehangoljuk a zónába telepített elektromos vagy elektronikus berendezések védelmi jellemzőivel. Az egymást követő zónákamelyet a LEMP súlyosságának jelentős csökkenése jellemez a kötés, az árnyékolás vagy az SPD-k használata következtében.

Külső zónák:

• Az LPZ 0A közvetlen villámcsapásnak kitett terület, ezért előfordulhat, hogy a teljes villámáramot fel kell vinnie. Ez jellemzően egy szerkezeti villámvédelem nélküli szerkezet tetőterülete. Itt jön létre a teljes elektromágneses tér.
• Az LPZ 0B a közvetlen villámcsapásnak nem kitett terület, és jellemzően szerkezeti villámvédelemmel ellátott építmény vagy tető oldalfala. A teljes elektromágneses tér azonban itt is megjelenik, és itt is előfordulhatnak vezetett részleges vagy indukált villámáramok és kapcsolási túlfeszültségek.

Belső zónák:

• Az LPZ 1 az a belső terület, amely részleges villámáramoknak van kitéve. A vezetett villámáramok és/vagy kapcsolási túlfeszültségek az LPZ 0A, LPZ 0B külső zónákhoz képest csökkennek, csakúgy, mint az elektromágneses tér, ha megfelelő árnyékolási intézkedéseket alkalmaznak. Ez jellemzően az a terület, ahol a szolgáltatások belépnek a szerkezetbe, vagy ahol a fő áramelosztó található.
• Az LPZ 2 egy belső terület, amely tovább helyezkedik el a szerkezeten belül, ahol a villám-impulzusáramok és/vagy kapcsolási túlfeszültségek maradványai az LPZ 1-hez képest csökkennek. Hasonlóképpen az elektromágneses tér is tovább csökken, ha megfelelő árnyékolási intézkedéseket alkalmaznak. Ez jellemzően árnyékolt helyiség, vagy hálózati áramellátás esetén az alelosztó tábla területén.