EN 62305 Bescherming tegen bliksem

De normreeks EN 62305 heeft specifiek betrekking op de bescherming tegen bliksem van constructies, hun inhoud, personen en vee.

EN 62305 accepteert dat we nu in het elektronische tijdperk leven, waardoor LEMP-beveiliging (Lightning Electromagnetic Impulse) voor elektronische en elektrische systemen een integraal onderdeel van de norm is geworden via EN 62305-4. LEMP is de term die wordt gebruikt voor de algehele elektromagnetische effecten van bliksem, inclusief geleide pieken (transiënte overspanning en stromen) en uitgestraalde elektromagnetische veldeffecten.

EN 62305 – 4 categoriseert de schadebron, het soort schade en het soort verlies.

Bronnen van schade

Schade die door bliksem kan ontstaan, wordt onderverdeeld in:

• Schade aan een constructie (inclusief alle inkomende elektrische bovengrondse en ondergrondse leidingen die op de constructie zijn aangesloten)
• Schade aan een dienst (dienst die in dit geval deel uitmaakt van telecommunicatie-, data-, elektriciteitsvoorziening-, water-, gas- en brandstofdistributienetwerken).

Soorten schade

Elke schadebron kan leiden tot één of meer van drie soorten schade. De mogelijke soorten schade worden als volgt geïdentificeerd:

• D1 Letsel van personen of vee door stap- en aanrakingsspanningen
• D2 Fysieke schade (brand, explosie, mechanische vernietiging, vrijkomen van chemicaliën) als gevolg van blikseminslag, waaronder vonken
• D3 Storing van interne systemen als gevolg van bliksem-elektromagnetische impuls (LEMP).

Soorten verlies

De volgende soorten schade kunnen het gevolg zijn van schade door bliksem:

• L1 Verlies van mensenlevens
• L2 Verlies van dienstverlening aan het publiek
• L3 Verlies van cultureel erfgoed
• L4 Verlies van economische waarde

De relaties van alle bovenstaande parameters:

De relaties van alle bovenstaande parameters:

*Alleen voor constructies met explosiegevaar en voor ziekenhuizen of andere constructies waar storingen in interne systemen onmiddellijk mensenlevens in gevaar brengen.

** Alleen voor eigendommen waar dieren verloren kunnen gaan.

LEMP-schade komt zo vaak voor dat het wordt geïdentificeerd als een van de specifieke typen (D3) waartegen bescherming moet worden geboden en kan optreden vanaf ALLE aanvalspunten tot aan de structuur of daarmee verbonden diensten – direct of indirect. Deze uitgebreide aanpak houdt ook rekening met het brand- of explosiegevaar dat gepaard gaat met diensten die met de constructie verbonden zijn, b.v. elektriciteits-, telecom- en andere metalen lijnen.

EN 62305 maakt duidelijk dat structurele bliksembeveiliging niet langer los van transiënte overspannings-/overspanningsbeveiliging moet worden beschouwd en aangezien bliksem vanaf alle inslagpunten, direct of indirect, naar de structuur of aangesloten diensten een risico op transiënten met zich meebrengt, zijn SPD's een essentieel beschermingsmiddel, ongeacht of er structurele bliksembeveiliging aanwezig is of niet.

Stroom- en spanningsgolfvormen

EN 62305 houdt rekening met beschermingsmaatregelen op metalen servicelijnen (doorgaans stroom-, signaal- en telecomlijnen) met behulp van transiënte overspanning of overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) tegen zowel directe blikseminslagen als de meer gebruikelijke indirecte blikseminslagen en schakeltransiënten. Normen zoals de EN 61643-serie definiëren de kenmerken van bliksemstromen en -spanningen om betrouwbaar en herhaalbaar testen van SPD's (evenals bliksembeveiligingscomponenten) mogelijk te maken.Hoewel deze golfvormen kunnen verschillen van werkelijke transiënten, zijn de gestandaardiseerde vormen gebaseerd op jarenlange observatie en metingen (en in sommige gevallen simulatie). Over het algemeen bieden ze een eerlijke benadering van de transient in de echte wereld.

Transiënte golfvormen hebben een snel stijgende flank en een langere staart. Ze worden beschreven aan de hand van hun piekwaarde (of omvang), stijgtijd en hun duur (of daaltijd). De duur wordt gemeten als de tijd die nodig is om de testtransiënt te laten vervallen tot de helft van zijn piekwaarde.

De onderstaande afbeeldingen illustreren de algemene stroom- en spanningsgolfvormen die worden gebruikt om SPD's voor net-, signaal- en telecomlijnen te testen.

Directe aanvallen

Directe bliksem kan gedeeltelijke bliksemstromen met een golfvorm van 10/350 μs injecteren in een systeem waar een constructie met een structureel bliksembeveiligingssysteem een ​​directe inslag ontvangt (bron S1) of waar bliksem rechtstreeks inslaat op een bovengrondse servicelijn (bron S3).

Indirecte stakingen

Bliksemflitsen op afstand of indirect in de buurt van de constructie (bron S2) of in de buurt van een aangesloten dienst op de constructie (bron S4) met een straal tot 1 km afstand (en dus veel vaker voorkomend) worden weergegeven door de golfvorm van 8/20 μs. Geïnduceerde spanningspieken door directe bliksemflitsen en schakelbronnen worden ook weergegeven door deze golfvorm. Met een veel kortere verval- of valtijd ten opzichte van de 10/350μs-golfvorm, presenteert de 8/20μs-golfvorm aanzienlijk minder energie (voor een equivalente piekstroom), maar is nog steedsverwoestend genoeg om elektrische en elektronische apparatuur te beschadigen.

EN 62305-1 erkent dat falen van interne systemen (schadetype D3) als gevolg van bliksem-elektromagnetische impulsen (LEMP) mogelijk is vanaf alle invalspunten op de constructie of dienst – direct of indirect (alle bronnen: S1, S2, S3 en S4).

Overspanningsbeveiligingsmaatregelen (SPM)

EN 62305-4 beschrijft een aantal maatregelen om de ernst van transiënte overspanning veroorzaakt door bliksem en elektrische schakelingen te minimaliseren.

De belangrijkste en basisbeschermingsmaatregelen zijn:

• Aarding en verbinding
• Elektromagnetische afscherming en leidinggeleiding
• Gecoördineerde overspanningsbeveiligingsapparaten

Verdere aanvullende beschermingsmaatregelen zijn onder meer:

• Uitbreidingen van de structurele LPS
• Locatie van apparatuur
• Gebruik van glasvezelkabels (bescherming door isolatie)

SPM's moeten ook werken binnen en bestand zijn tegen de omgeving waarin ze zich bevinden, rekening houdend met factoren als temperatuur, vochtigheid, trillingen, spanning en stroom.

De selectie van de meest geschikte SPM wordt gemaakt met behulp van de risicobeoordeling in overeenstemming met EN 62305-2, waarbij rekening wordt gehouden met zowel technische als economische factoren. Het kan bijvoorbeeld niet praktisch of kosteneffectief zijn om elektromagnetische afschermingsmaatregelen in een bestaande structuur te implementeren, dus het gebruik van gecoördineerde SPD's kan geschikter zijn. Idealiter kunnen SPD's het beste worden geïntegreerd in de ontwerpfase van het project, hoewel ze ook eenvoudig in bestaande installaties kunnen worden geïnstalleerd.

Om de continue werking van kritieke systemen te garanderen, zelfs in het geval van een directe aanval, zijn SPD's essentieel en deze moeten op de juiste manier worden ingezet, gebaseerd op de bron van de overspanning en de intensiteit ervan, met behulp van het Lightning Protection Zones (LPZ)-concept binnen EN 62305-4.

Het Bliksembeveiligingszone (LPZ)-concept

Bescherming tegen LEMP is gebaseerd op een concept van de Lightning Protection Zone (LPZ) dat de betreffende constructie in een aantal zones verdeelt, afhankelijk van het dreigingsniveau dat uitgaat van de LEMP. Het algemene idee is om zones binnen de structuur te identificeren of te creëren waar er minder blootstelling is aan sommige of alle effecten van bliksem en deze te coördineren met de immuniteitskenmerken van de elektrische of elektronische apparatuur die in de zone is geïnstalleerd. Opeenvolgende zones zijn dat welgekenmerkt door aanzienlijke verminderingen van de ernst van LEMP als gevolg van binding, afscherming of het gebruik van SPD's.

Externe zones:

• LPZ 0A is het gebied dat onderhevig is aan directe blikseminslagen en daarom mogelijk de volledige bliksemstroom moet dragen. Dit is doorgaans het dakoppervlak van een constructie zonder structurele bliksembeveiliging. Hier treedt het volledige elektromagnetische veld op.
• LPZ 0B is het gebied dat niet onderhevig is aan directe blikseminslagen en bestaat doorgaans uit de zijwanden van een constructie of een dak met structurele bliksembeveiliging. Hier treedt echter nog steeds het volledige elektromagnetische veld op en kunnen hier geleide gedeeltelijke of geïnduceerde bliksemstromen en schakelpieken optreden.

Interne zones:

• LPZ 1 is de interne ruimte die onderhevig is aan gedeeltelijke bliksemstromen. De geleide bliksemstromen en/of schakelpieken worden in vergelijking met de externe zones LPZ 0A, LPZ 0B evenals het elektromagnetische veld gereduceerd als geschikte afschermingsmaatregelen worden toegepast. Dit is doorgaans het gebied waar diensten het gebouw binnenkomen of waar het hoofdstroomschakelbord zich bevindt.
• LPZ 2 is een intern gebied dat zich verder binnen de structuur bevindt, waar de overblijfselen van bliksemimpulsstromen en/of schakelpieken worden verminderd in vergelijking met LPZ 1. Op dezelfde manier wordt het elektromagnetische veld verder verminderd als geschikte afschermingsmaatregelen worden toegepast. Dit is doorgaans een afgeschermde ruimte of, voor netstroom, de subverdeelkast.