EN 62305 Protezione contro i fulmini

La serie di norme EN 62305 riguarda specificamente la protezione contro i fulmini delle strutture, del loro contenuto, delle persone e del bestiame.

La EN 62305 accetta che viviamo nell'era dell'elettronica, rendendo la protezione LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) per i sistemi elettronici ed elettrici parte integrante della norma attraverso la EN 62305-4. LEMP è il termine dato agli effetti elettromagnetici complessivi dei fulmini, comprese le sovratensioni condotte (sovratensioni e correnti transitorie) e gli effetti del campo elettromagnetico irradiato.

La norma EN 62305 – 4 classifica la fonte del danno, il tipo di danno e il tipo di perdita.

Fonti di danno

I danni che possono essere causati dai fulmini si suddividono in:

• Danni a una struttura (comprese tutte le linee elettriche aeree e interrate in entrata collegate alla struttura)
• Danno ad un servizio (servizio in questo caso facente parte delle reti di telecomunicazione, dati, fornitura elettrica, acqua, gas e distribuzione di carburanti).

Tipi di danno

Ciascuna fonte di danno può provocare uno o più di tre tipi di danno. Le possibili tipologie di danno sono così individuate:

• D1 Lesioni a persone o animali dovute a tensioni da passo e da contatto
• D2 Danni fisici (incendio, esplosione, distruzione meccanica, rilascio di sostanze chimiche) dovuti agli effetti della corrente del fulmine, comprese le scintille
• D3 Guasto ai sistemi interni dovuto all'impulso elettromagnetico del fulmine (LEMP).

Tipi di perdita

I seguenti tipi di perdite possono derivare da danni dovuti a fulmini:

• L1 Perdita di vite umane
• L2 Perdita del servizio al pubblico
• L3 Perdita del patrimonio culturale
• L4 Perdita di valore economico

Le relazioni di tutti i parametri di cui sopra:

Le relazioni di tutti i parametri di cui sopra:

*Solo per strutture con pericolo di esplosione e per ospedali o altre strutture dove guasti agli impianti interni mettono immediatamente in pericolo la vita umana.

**Solo per gli immobili in cui potrebbero smarrirsi gli animali.

Il danno LEMP è così diffuso che è identificato come una delle tipologie specifiche (D3) contro le quali dovrebbe essere fornita protezione e può verificarsi da TUTTI i punti di impatto alla struttura o ai servizi connessi – diretti o indiretti. Questo approccio esteso tiene conto anche del pericolo di incendio o esplosione associato ai servizi collegati alla struttura, ad es. energia, telecomunicazioni e altre linee metalliche.

La norma EN 62305 chiarisce che la protezione strutturale contro i fulmini non deve più essere considerata separatamente dalla protezione da sovratensioni transitorie/da sovratensioni e dato che i fulmini provenienti da tutti i punti di impatto, diretti o indiretti, verso la struttura o i servizi collegati creano un rischio da transitori, gli SPD sono un mezzo di protezione vitale indipendentemente dal fatto che sia presente o meno la protezione strutturale contro i fulmini.

Forme d'onda di corrente e tensione

La norma EN 62305 tiene conto delle misure di protezione sulle linee di servizio metalliche (tipicamente linee di alimentazione, di segnale e di telecomunicazione) utilizzando sovratensioni transitorie o dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) sia contro i fulmini diretti che contro i più comuni fulmini indiretti e transitori di commutazione. Standard come la serie EN 61643 definiscono le caratteristiche delle correnti e delle tensioni dei fulmini per consentire test affidabili e ripetibili degli SPD (nonché dei componenti di protezione dai fulmini).Sebbene queste forme d'onda possano differire dai transitori effettivi, le forme standardizzate si basano su anni di osservazione e misurazione (e in alcuni casi di simulazione). In generale forniscono una buona approssimazione dei transitori del mondo reale.

Le forme d'onda transitorie hanno un fronte di salita veloce e una coda più lunga. Sono descritti attraverso il loro valore di picco (o magnitudo), il tempo di salita e la loro durata (o tempo di caduta). La durata viene misurata come il tempo impiegato dal transitorio di prova per decadere alla metà del suo valore di picco.

Le figure seguenti illustrano le forme d'onda comuni di corrente e tensione utilizzate per testare gli SPD per linee di rete, di segnale e di telecomunicazione.

Colpi diretti

I fulmini diretti possono iniettare correnti di fulmine parziali con forma d'onda 10/350μs in un sistema in cui una struttura dotata di un sistema di protezione contro i fulmini strutturale riceve un colpo diretto (fonte S1) o dove un fulmine colpisce direttamente una linea di servizio aerea (fonte S3).

Scioperi indiretti

I fulmini remoti o indiretti vicino alla struttura (Sorgente S2) o vicino a un servizio collegato alla struttura (Sorgente S4) fino a 1 km di raggio di distanza (e quindi molto più comuni) sono rappresentati dalla forma d'onda 8/20μs. In questa forma d'onda sono rappresentate anche le sovratensioni indotte da fulmini diretti e sorgenti di commutazione. Con un tempo di decadimento o caduta molto più breve rispetto alla forma d'onda da 10/350μs, la forma d'onda da 8/20μs presenta un'energia significativamente inferiore (per una corrente di picco equivalente) ma è comunqueabbastanza devastante da danneggiare apparecchiature elettriche ed elettroniche.

La norma EN 62305-1 riconosce che il guasto dei sistemi interni (danno di tipo D3) dovuto all'impulso elettromagnetico del fulmine (LEMP) è possibile da tutti i punti di impatto sulla struttura o sul servizio - diretto o indiretto (tutte le fonti: S1, S2, S3 e S4).

Misure di protezione contro le sovratensioni (SPM)

La norma EN 62305-4 descrive una serie di misure per ridurre al minimo la gravità delle sovratensioni transitorie causate da fulmini e commutazioni elettriche.

Le misure di protezione fondamentali e fondamentali sono:

• Messa a terra e collegamento
• Schermatura elettromagnetica e percorso delle linee
• Dispositivi di protezione contro le sovratensioni coordinati

Ulteriori misure di protezione aggiuntive includono:

• Estensioni all'LPS strutturale
• Posizione dell'attrezzatura
• Utilizzo di cavi in ​​fibra ottica (protezione tramite isolamento)

Gli SPM devono inoltre funzionare e resistere all'ambiente in cui si trovano considerando fattori quali temperatura, umidità, vibrazioni, tensione e corrente.

La selezione dell'SPM più adatto viene effettuata utilizzando la valutazione del rischio in conformità alla norma EN 62305-2 tenendo conto sia di fattori tecnici che economici. Ad esempio, potrebbe non essere pratico o economicamente vantaggioso implementare misure di schermatura elettromagnetica in una struttura esistente, pertanto l’uso di SPD coordinati potrebbe essere più adatto. Idealmente gli SPD vengono incorporati al meglio nella fase di progettazione, sebbene possano anche essere facilmente installati in installazioni esistenti.

Per garantire il funzionamento continuo dei sistemi critici anche in caso di colpo diretto, gli SPD sono essenziali e devono essere opportunamente implementati, in base alla fonte della sovratensione e alla sua intensità utilizzando il concetto di zone di protezione contro i fulmini (LPZ) all'interno della norma EN 62305-4.

Il concetto di zona di protezione contro i fulmini (LPZ).

La protezione contro il LEMP si basa sul concetto di Zona di Protezione contro i Fulmini (LPZ) che suddivide la struttura in questione in un numero di zone a seconda del livello di minaccia rappresentato dal LEMP. L'idea generale è quella di identificare o creare zone all'interno della struttura dove c'è meno esposizione ad alcuni o tutti gli effetti dei fulmini e coordinarle con le caratteristiche di immunità delle apparecchiature elettriche o elettroniche installate all'interno della zona. Le zone successive sonocaratterizzato da riduzioni significative della gravità LEMP come risultato del collegamento, della schermatura o dell'uso di SPD.

Zone esterne:

• LPZ 0A è l'area soggetta a fulminazione diretta e pertanto potrebbe dover trasportare tutta la corrente di fulmine. Si tratta in genere dell'area del tetto di una struttura senza protezione strutturale contro i fulmini. L'intero campo elettromagnetico si verifica qui.
• LPZ 0B è l'area non soggetta a fulmini diretti e tipicamente corrisponde alle pareti laterali di una struttura o di un tetto dotato di protezione strutturale contro i fulmini. Tuttavia qui è ancora presente l'intero campo elettromagnetico e qui possono verificarsi correnti di fulmine condotte o indotte e sovratensioni di commutazione.

Zone interne:

• LPZ 1 è l'area interna soggetta a correnti parziali di fulmine. Le correnti di fulmine condotte e/o le sovratensioni di commutazione vengono ridotte rispetto alle zone esterne LPZ 0A, LPZ 0B così come il campo elettromagnetico se vengono adottate adeguate misure di schermatura. Questa è tipicamente l'area in cui i servizi entrano nella struttura o dove è posizionato il quadro elettrico principale.
• LPZ 2 è un'area interna che si trova ulteriormente all'interno della struttura dove i resti delle correnti impulsive di fulmine e/o delle sovratensioni di commutazione sono ridotti rispetto a LPZ 1. Allo stesso modo il campo elettromagnetico viene ulteriormente ridotto se vengono adottate misure di schermatura adeguate. Si tratta in genere di una stanza schermata o, per l'alimentazione di rete, nell'area del quadro di distribuzione secondaria.