EN 62305 Ochrona przed piorunami

Seria norm EN 62305 obejmuje w szczególności ochronę odgromową konstrukcji, ich zawartości, osób i zwierząt gospodarskich.

EN 62305 akceptuje fakt, że żyjemy obecnie w epoce elektroniki, czyniąc ochronę LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) systemów elektronicznych i elektrycznych integralną częścią normy poprzez EN 62305-4. LEMP to termin określający ogólne skutki elektromagnetyczne wyładowań atmosferycznych, w tym przepięcia przewodzone (przejściowe przepięcia i prądy) oraz skutki wypromieniowanego pola elektromagnetycznego.

EN 62305 – 4 kategoryzuje źródło uszkodzeń, rodzaj uszkodzeń i rodzaj strat.

Źródła uszkodzeń

Szkody spowodowane przez piorun dzielą się na:

• Uszkodzenie konstrukcji (w tym wszystkich napowietrznych i podziemnych linii elektrycznych podłączonych do konstrukcji)
• Uszkodzenie usługi (w tym przypadku usługi będącej częścią sieci telekomunikacyjnej, transmisji danych, dostaw energii elektrycznej, wody, gazu i dystrybucji paliw).

Rodzaje uszkodzeń

Każde źródło obrażeń może spowodować jeden lub więcej z trzech typów uszkodzeń. Możliwe rodzaje uszkodzeń są identyfikowane w następujący sposób:

• D1 Obrażenia osób lub zwierząt na skutek napięcia krokowego i dotykowego
• D2 Uszkodzenia fizyczne (pożar, eksplozja, zniszczenie mechaniczne, uwolnienie substancji chemicznych) na skutek działania prądu piorunowego, w tym iskrzenia
• D3 Awaria systemów wewnętrznych spowodowana piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP).

Rodzaje strat

W wyniku uderzenia pioruna mogą wystąpić następujące rodzaje strat:

• L1 Utrata życia ludzkiego
• L2 Utrata usług dla społeczeństwa
• L3 Utrata dziedzictwa kulturowego
• L4 Utrata wartości ekonomicznej

Zależności wszystkich powyższych parametrów:

Zależności wszystkich powyższych parametrów:

*Tylko dla obiektów zagrożonych wybuchem oraz dla szpitali i innych obiektów, w których awarie systemów wewnętrznych bezpośrednio zagrażają życiu ludzkiemu.

** Tylko w przypadku obiektów, w których może zaginąć zwierzę.

Uszkodzenia LEMP są tak powszechne, że uznano je za jeden ze specyficznych typów (D3), przed którymi należy zapewnić ochronę i mogą wystąpić we WSZYSTKICH punktach uderzenia w konstrukcję lub powiązane z nią instalacje – bezpośrednie lub pośrednie. To rozszerzone podejście uwzględnia także niebezpieczeństwo pożaru lub eksplozji związane z instalacjami podłączonymi do obiektu, np.: elektroenergetyczne, telekomunikacyjne i inne linie metalowe.

Norma EN 62305 jasno stwierdza, że ​​konstrukcyjnej ochrony odgromowej nie można już rozpatrywać w oderwaniu od przejściowej ochrony odgromowej/przepięciowej, a biorąc pod uwagę, że piorun ze wszystkich punktów uderzenia, bezpośrednich lub pośrednich, w konstrukcję lub podłączone instalacje stwarza ryzyko w wyniku stanów nieustalonych, ograniczniki SPD są istotnym środkiem ochrony niezależnie od tego, czy strukturalna ochrona odgromowa jest dostępna, czy nie.

Przebiegi prądu i napięcia

Norma EN 62305 uwzględnia środki ochrony metalowych linii przesyłowych (zwykle linii energetycznych, sygnałowych i telekomunikacyjnych) wykorzystujące przejściowe przepięcia lub urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) zarówno przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, jak i bardziej powszechnymi pośrednimi uderzeniami pioruna i stanami przejściowymi przełączania. Normy takie jak seria EN 61643 definiują charakterystyki prądów i napięć piorunowych, aby umożliwić niezawodne i powtarzalne testowanie SPD (a także elementów instalacji odgromowej).Chociaż te przebiegi mogą różnić się od rzeczywistych stanów nieustalonych, ustandaryzowane formularze opierają się na latach obserwacji i pomiarów (a w niektórych przypadkach symulacji). Ogólnie rzecz biorąc, zapewniają one dobre przybliżenie stanu przejściowego w świecie rzeczywistym.

Przebiegi przejściowe mają szybko narastającą krawędź i dłuższy ogon. Są one opisane poprzez ich wartość szczytową (lub wielkość), czas narastania i czas trwania (lub czas opadania). Czas trwania mierzy się jako czas potrzebny do zaniku stanu nieustalonego testowego do połowy jego wartości szczytowej.

Poniższe rysunki ilustrują typowe przebiegi prądu i napięcia używane do testowania SPD dla linii zasilających, sygnałowych i telekomunikacyjnych.

Bezpośrednie uderzenia

Piorun bezpośredni może wprowadzić częściowe prądy piorunowe o kształcie fali 10/350 μs do systemu, w którym konstrukcja ze strukturalnym systemem ochrony odgromowej zostaje uderzona bezpośrednio (źródło S1) lub gdzie piorun uderza bezpośrednio w napowietrzną linię energetyczną (źródło S3).

Uderzenia pośrednie

Odległe lub pośrednie błyskawice w pobliżu konstrukcji (Źródło S2) lub w pobliżu instalacji podłączonej do konstrukcji (Źródło S4) w promieniu do 1 km (a więc znacznie częściej) są reprezentowane przez kształt fali 8/20 μs. Indukowane przepięcia spowodowane bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi i źródłami przełączającymi są również reprezentowane przez ten kształt fali. Przy znacznie krótszym czasie zaniku lub opadania w porównaniu z przebiegiem 10/350 μs, przebieg 8/20 μs przedstawia znacznie mniej energii (dla równoważnego prądu szczytowego), ale nadal jesttak niszczycielskie, że mogą uszkodzić sprzęt elektryczny i elektroniczny.

W normie EN 62305-1 uznano, że awaria systemów wewnętrznych (rodzaj uszkodzenia D3) spowodowana piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP) jest możliwa we wszystkich punktach uderzenia w konstrukcję lub instalację – bezpośrednio lub pośrednio (wszystkie źródła: S1, S2, S3 i S4).

Środki ochrony przeciwprzepięciowej (SPM)

W normie EN 62305-4 opisano szereg środków mających na celu zminimalizowanie dotkliwości przejściowych przepięć spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi i przełączaniem elektrycznym.

Kluczowymi i podstawowymi środkami ochrony są:

• Uziemienie i połączenie
• Ekranowanie elektromagnetyczne i prowadzenie linii
• Skoordynowane urządzenia przeciwprzepięciowe

Dalsze dodatkowe środki ochrony obejmują:

• Rozszerzenia strukturalnego LPS
• Lokalizacja sprzętu
• Zastosowanie kabli światłowodowych (ochrona poprzez izolację)

SPM muszą także działać w środowisku, w którym się znajdują, i wytrzymywać je, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak temperatura, wilgotność, wibracje, napięcie i prąd.

Wyboru najodpowiedniejszego SPM dokonuje się na podstawie oceny ryzyka zgodnie z normą EN 62305-2, biorąc pod uwagę zarówno czynniki techniczne, jak i ekonomiczne. Na przykład wdrożenie środków ekranowania elektromagnetycznego w istniejącej konstrukcji może nie być praktyczne lub opłacalne, dlatego bardziej odpowiednie może być zastosowanie skoordynowanych urządzeń SPD. W idealnym przypadku ograniczniki SPD najlepiej włączyć na etapie projektowania projektu, chociaż można je również łatwo zainstalować w istniejących instalacjach.

Aby zapewnić ciągłą pracę systemów krytycznych nawet w przypadku bezpośredniego uderzenia, niezbędne są urządzenia SPD, które należy odpowiednio wdrożyć, w oparciu o źródło przepięcia i jego intensywność, stosując koncepcję stref ochrony odgromowej (LPZ) w ramach normy EN 62305-4.

Koncepcja Strefy Ochrony Odgromowej (LPZ).

Ochrona przed LEMP opiera się na koncepcji Strefy Ochrony Odgromowej (LPZ), która dzieli obiekt na kilka stref w zależności od stopnia zagrożenia stwarzanego przez LEMP. Ogólna koncepcja polega na identyfikacji lub utworzeniu w obrębie obiektu stref, w których narażenie na niektóre lub wszystkie skutki wyładowań atmosferycznych jest mniejsze, oraz skoordynowaniu ich z charakterystyką odporności sprzętu elektrycznego lub elektronicznego zainstalowanego w danej strefie. Kolejne strefy tocharakteryzują się znacznym zmniejszeniem nasilenia LEMP w wyniku klejenia, ekranowania lub stosowania SPD.

Strefy zewnętrzne:

• LPZ 0A to obszar narażony na bezpośrednie uderzenia pioruna i dlatego może być konieczne przewodzenie pełnego prądu pioruna. Jest to zazwyczaj powierzchnia dachu konstrukcji bez konstrukcyjnej ochrony odgromowej. Występuje tu pełne pole elektromagnetyczne.
• LPZ 0B to obszar nie narażony na bezpośrednie uderzenia pioruna i zazwyczaj są to ściany boczne konstrukcji lub dachu z konstrukcyjną ochroną odgromową. Jednak w dalszym ciągu występuje tutaj pełne pole elektromagnetyczne i mogą tu występować przewodzone częściowe lub indukowane prądy piorunowe oraz przepięcia przełączające.

Strefy wewnętrzne:

• LPZ 1 to obszar wewnętrzny narażony na częściowe prądy piorunowe. Przewodzone prądy piorunowe i/lub przepięcia przełączające są zmniejszone w porównaniu ze strefami zewnętrznymi LPZ 0A, LPZ 0B, podobnie jak pole elektromagnetyczne, jeśli zostaną zastosowane odpowiednie środki ekranujące. Jest to zazwyczaj obszar, w którym do obiektu wchodzą instalacje lub gdzie znajduje się główna rozdzielnica zasilania.
• LPZ 2 to obszar wewnętrzny, znajdujący się dalej wewnątrz konstrukcji, w którym pozostałości prądów piorunowych i/lub przepięć przełączających są zmniejszone w porównaniu z LPZ 1. Podobnie pole elektromagnetyczne ulega dalszemu zmniejszeniu, jeśli zastosowane zostaną odpowiednie środki ekranowania. Jest to zazwyczaj ekranowane pomieszczenie lub, w przypadku zasilania sieciowego, obszar podrozdzielnicy.