Overspanningsbeveiliging: waar moet op worden gelet?

Een effectieve overspanningsbeveiliging wordt niet zomaar geïnstalleerd. Het moet individueel worden afgestemd op het systeem dat moet worden beschermd en op de ter plaatse heersende omgevingsomstandigheden. Om deze reden moeten het ontwerp en het concept consistent zijn. Dit betekent dat er met veel details rekening moet worden gehouden, van het in acht nemen van de normen en bepalingen tot en met de classificatie op basis van bliksembeveiligingszone.

Bliksem- en overspanningsbeveiligingsnormen

Nationale en internationale normen bieden richtlijnen voor het vaststellen van een concept voor bliksem- en overspanningsbeveiliging en voor het ontwerp van de afzonderlijke beveiligingsapparaten.

Bliksembeveiliging volgens IEC 62305:

Deel 1: Kenmerken van blikseminslagen

In deel 1 van deze norm [1] wordt rekening gehouden met de karakteristieke eigenschappen van blikseminslagen, de waarschijnlijkheid van optreden en de kans op gevaar.

Deel 2: Risicoanalyse

De risicoanalyse volgens deel 2 van deze norm [2] beschrijft een proces waarmee allereerst de behoefte aan bliksembeveiliging voor een fysiek systeem wordt geanalyseerd. Verschillende schadebronnen, bijvoorbeeld een directe blikseminslag in het gebouw, komen in beeld, evenals de soorten schade die hieruit voortkomen:

• Impact op de gezondheid of verlies van mensenlevens

• Verlies van technische diensten voor het publiek

• Verlies van onvervangbare voorwerpen van culturele betekenis

• Financiële verliezen

De financiële baten worden als volgt bepaald: hoe verhouden de jaarlijkse totale kosten voor een bliksembeveiligingssysteem zich tot de kosten van potentiële schade zonder beveiligingssysteem? De kostenevaluatie is gebaseerd op de uitgaven voor de planning, montage en onderhoud van het bliksembeveiligingssysteem.

Deel 3 en 4: Planningshulpmiddelen en specificaties

Als uit de risicobeoordeling blijkt dat bliksembeveiliging noodzakelijk en kosteneffectief is, kunnen het type en de reikwijdte van de specifieke beschermingsmaatregelen worden gepland op basis van delen 3 [3] en 4 [4] van deze norm. Het door risicomanagement vastgestelde bliksembeveiligingsniveau is bepalend voor het bepalen van de aard en omvang van de maatregelen.

Voor fysieke constructies die een extreem hoog veiligheidsniveau vereisen, moeten vrijwel alle aanvallen veilig worden opgevangen en afgevoerd. Voor systemen waarbij een hoger restrisico acceptabel is, worden stakingen met lagere amplitudes niet geregistreerd.

Overspanningsbeveiliging conform IEC 60364-4-44

Deze norm [5] beschrijft de omstandigheden waarin overspanningsbeveiligingsapparaten in laagspanningssystemen moeten worden gebruikt om de elektrische installatie tegen overspanningen te beschermen. Het toepassingsgebied is daardoor beperkt tot overspanningen veroorzaakt door atmosferische invloeden of als gevolg van schakelprocessen die door het stroomvoorzieningssysteem worden overgedragen. Er wordt geen rekening gehouden met directe blikseminslagen in een constructief systeem, alleen met inslagen in of in de nabijheid van toevoerleidingen.

Ook structurele systemen met een explosierisico en structurele toepassingen die schade aan het milieu kunnen veroorzaken (bijvoorbeeld petrochemische systemen of kerncentrales) vallen niet onder de toepassing van de norm. Voor deze processen mag uitsluitend de blikseminslagnorm IEC 62305 worden gebruikt.

Er moeten overspanningsbeveiligingsapparaten worden gebruikt als tijdelijke overspanning gevolgen kan hebben voor het volgende:

• Mensenlevens, bijvoorbeeld veiligheidssystemen, ziekenhuizen

• Publieke en culturele instellingen, bijvoorbeeld verlies van openbare diensten, IT-centra, musea

• Industriële of zakelijke activiteiten, bijvoorbeeld hotels, banken, productiesystemen, boerderijen.

Basisbeschermingsmaatregelen en uitrusting

Om een ​​constructiesysteem consequent te beschermen tegen blikseminslagen en overspanningen zijn verschillende op elkaar afgestemde beveiligingsmaatregelen of uitrustingen nodig. Een globale verdeling kan als volgt worden gemaakt:

• Externe bliksembeveiliging

• Interne bliksembeveiliging

• Aarding en potentiaalvereffening

• Gecoördineerd SPD-systeem

Externe bliksembeveiliging

Externe bliksembeveiliging (Fig. 15) heeft tot doel inslagen die in de buurt van het te beveiligen object komen, af te leiden en de bliksemstroom over te brengen van het punt waar deze inslaat naar de grond. Er kan dus geen schade ontstaan ​​door thermische, magnetische of elektrische effecten. Externe bliksembeveiliging is systematisch: deze bestaat uit de luchtterminal, de afleiders en het aardingssysteem.

Interne bliksembeveiliging

Het interne bliksembeveiligingssysteem moet gevaarlijke vonkvorming in het systeem voorkomen. Vonken kunnen worden veroorzaakt door bliksemstroom in het externe bliksembeveiligingssysteem of in andere geleidende delen van het constructiesysteem.

Het interne bliksembeveiligingssysteem bestaat uit een potentiaalvereffening en de elektrische isolatie van externe bliksembeveiligingssystemen.

Bliksembeveiliging potentiaalvereffening is een combinatie van maatregelen die potentiaalverschillen voorkomen. Ze verbinden het bliksembeveiligingssysteem voornamelijk met metalen installaties, interne systemen, maar ook met elektrische en elektronische systemen binnen het systeem. Dit gebeurt door middel van potentiaalvereffeningsleidingen, overspanningsbeveiligingen of isolerende vonkbruggen.

Aarding en potentiaalvereffening

Het aardingssysteem heeft tot doel de opgevangen bliksemstroom naar aarde te verdelen en te ontladen. Hier is het type aardingssysteem belangrijker dan de aardingsweerstand. De bliksemstroom is een zeer korte puls die zich gedraagt ​​als een hoogfrequente stroom. Een effectieve potentiaalvereffening is ook belangrijk. Een potentiaalvereffening verbindt alle elektrisch geleidende delen via geleiders met elkaar – actieve geleiders worden beschermd door overspanningsbeveiligingen. Door dit te doen, wordt hetbeschermt tegen alle soorten koppelingen.

Gecoördineerd SPD-systeem

Onder een gecoördineerd SPD-systeem wordt een meerlaags systeem van op elkaar afgestemde overspanningsbeveiligingsmodulen verstaan.

De volgende stappen worden aanbevolen om een ​​krachtig SPD-systeem te realiseren.

• Verdeel het structurele systeem in bliksembeveiligingszones

• Integreer alle leidingen die verschillende zones kruisen in de lokale potentiaalvereffening met behulp van geschikte SPD's

• Coördineer verschillende soorten SPD's: de apparaten moeten elkaar selectief aanspreken om te voorkomen dat afzonderlijke componenten overbelast raken

• Gebruik korte voedingslijnen voor de parallelle aansluiting van SPD's tussen actieve geleiders en de potentiaalvereffening

• Beschermde en onbeschermde lijnen gescheiden aanleggen

• Alleen grondapparatuur via de betreffende SPD (aanbevolen)

Bliksembeveiligingszones

De beslissing waar overspanningsbeveiligingsapparaten binnen een structureel systeem moeten worden geïnstalleerd, is gebaseerd op het bliksembeveiligingszoneconcept dat wordt uitgelegd in deel 4 van de bliksembeveiligingsnorm IEC 62305 [4].

Het verdeelt structurele systemen in bliksembeveiligingszones (LPZ) en doet dit van buiten naar binnen met afnemende bliksembeveiligingsniveaus. In externe zones mag alleen resistente uitrusting worden gebruikt. In interne zones kan echter ook gevoelige apparatuur worden gebruikt. De afzonderlijke zones worden als volgt gekarakteriseerd en genoemd:

LPZ 0A

Onbeveiligd gebied buiten een gebouw waarin directe blikseminslag mogelijk is. Directe koppeling van bliksemstromen in lijnen, onverzwakt magnetisch veld van de blikseminslag

LPZ 0B

Gebied buiten het gebouw dat is beschermd tegen directe blikseminslag door middel van een luchtterminal. Het ongedempte magnetische veld van de blikseminslag induceerde alleen stootstromen op de lijnen.

LPZ1

Ruimte in het gebouw waar nog energierijke overspanningen of stootstromen en sterke elektromagnetische velden aanwezig kunnen zijn

LPZ2

Gebied binnen een gebouw waar nog steeds sprake kan zijn van overspanningen of stootstromen en elektromagnetische velden die al aanzienlijk verzwakt zijn.

LPZ3

Ruimte in het gebouw waar slechts zeer lage of nauwelijks overspanningen of stootstromen en zeer zwakke of niet aanwezige elektromagnetische velden aanwezig mogen zijn.

Alle lijnen die zones kruisen, moeten gecoördineerde overspanningsbeveiligingsapparaten gebruiken. Hun machtswaarden zijn gebaseerd op de te bereiken beschermingsklasse, die wordt bepaald volgens wettelijke specificaties of door middel van de risicoanalyse. Als het gaat om het selecteren van overspanningsbeveiligingsapparaten, gebruik dan de standaard als basis, ervan uitgaande dat 50% van de bliksemstroom naar aarde wordt afgevoerd. De overige 50% van de bliksemstroom wordt via het elektriciteitsnet naar de elektrische installatie geleidpotentiaalvereffening en van daaruit moet van het SPD-systeem worden weggeleid.