EN 62305 Proteção contra raios

A série de normas EN 62305 cobre especificamente a proteção contra descargas atmosféricas em estruturas, seu conteúdo, pessoas e animais.

A EN 62305 aceita que vivemos agora na era eletrônica, tornando a proteção LEMP (Impulso Eletromagnético Relâmpago) para sistemas eletrônicos e elétricos uma parte integrante da norma através da EN 62305-4. LEMP é o termo dado aos efeitos eletromagnéticos gerais dos raios, incluindo surtos conduzidos (sobretensões e correntes transitórias) e efeitos de campo eletromagnético irradiado.

EN 62305 – 4 categoriza a fonte do dano, o tipo de dano e o tipo de perda.

Fontes de dano

Os danos que podem ser causados ​​por raios são subdivididos em:

• Danos a uma estrutura (incluindo todas as linhas elétricas aéreas e subterrâneas de entrada conectadas à estrutura)
• Danos a um serviço (neste caso, o serviço faz parte das redes de telecomunicações, dados, abastecimento elétrico, água, gás e distribuição de combustíveis).

Tipos de danos

Cada fonte de dano pode resultar em um ou mais dos três tipos de dano. Os possíveis tipos de danos são identificados da seguinte forma:

• D1 Lesões em pessoas ou animais devido a tensões de passo e de toque
• D2 Danos físicos (incêndio, explosão, destruição mecânica, liberação de produtos químicos) devido a efeitos de correntes atmosféricas, incluindo faíscas
• D3 Falha de sistemas internos devido a Impulso Eletromagnético de Raios (LEMP).

Tipos de perda

Os seguintes tipos de perdas podem resultar de danos causados ​​por raios:

• L1 Perda de vidas humanas
• L2 Perda de atendimento ao público
• L3 Perda de património cultural
• L4 Perda de valor econômico

As relações de todos os parâmetros acima:

As relações de todos os parâmetros acima:

* Apenas para estruturas com risco de explosão e para hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos ponham imediatamente em perigo a vida humana.

** Somente para propriedades onde os animais podem ser perdidos.

Os danos do LEMP são tão prevalentes que são identificados como um dos tipos específicos (D3) contra os quais a protecção deve ser fornecida e podem ocorrer desde TODOS os pontos de impacto até à estrutura ou serviços ligados – directos ou indirectos. Esta abordagem alargada também tem em conta o perigo de incêndio ou explosão associado aos serviços ligados à estrutura, por ex. energia, telecomunicações e outras linhas metálicas.

A EN 62305 deixa claro que a proteção estrutural contra raios não deve mais ser considerada isoladamente da proteção contra sobretensões/sobretensões transitórias e dado que as descargas atmosféricas de todos os pontos de impacto, diretos ou indiretos, para a estrutura ou serviços conectados criam um risco de transientes, os SPDs são um meio vital de proteção, quer a proteção estrutural contra raios esteja presente ou não.

Formas de onda de corrente e tensão

A EN 62305 leva em consideração medidas de proteção em linhas de serviço metálicas (normalmente linhas de energia, sinal e telecomunicações) usando sobretensão transitória ou dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) contra descargas atmosféricas diretas, bem como as descargas atmosféricas indiretas mais comuns e transientes de comutação. Normas como a série EN 61643 definem as características das correntes e tensões dos raios para permitir testes confiáveis ​​e repetíveis de SPDs (bem como de componentes de proteção contra raios).Embora essas formas de onda possam diferir dos transientes reais, as formas padronizadas baseiam-se em anos de observação e medição (e, em alguns casos, simulação). Em geral, eles fornecem uma aproximação justa do transitório do mundo real.

As formas de onda transitórias têm uma borda ascendente rápida e uma cauda mais longa. Eles são descritos através de seu valor de pico (ou magnitude), tempo de subida e duração (ou tempo de queda). A duração é medida como o tempo necessário para o transiente de teste decair até metade do seu valor de pico.

As figuras abaixo ilustram as formas de onda comuns de corrente e tensão usadas para testar SPDs para redes elétricas, sinais e linhas de telecomunicações.

Ataques diretos

Os raios diretos podem injetar correntes parciais de raios da forma de onda 10/350μs em um sistema onde uma estrutura com um Sistema de Proteção Contra Raios estrutural recebe um impacto direto (Fonte S1) ou onde um raio atinge diretamente uma linha aérea de serviço (Fonte S3).

Ataques indiretos

Raios remotos ou indiretos próximos à estrutura (Fonte S2) ou próximos a um serviço conectado à estrutura (Fonte S4) com raio de até 1 km de distância (e, portanto, muito mais comuns) são representados pela forma de onda 8/20μs. Sobretensões induzidas por raios diretos e fontes de comutação também são representadas por esta forma de onda. Com um tempo de decaimento ou queda muito mais curto em relação à forma de onda de 10/350μs, a forma de onda de 8/20μs apresenta significativamente menos energia (para uma corrente de pico equivalente), mas ainda édevastador o suficiente para danificar equipamentos elétricos e eletrônicos.

A EN 62305-1 reconhece que a falha de sistemas internos (dano tipo D3) devido ao impulso eletromagnético do raio (LEMP) é possível a partir de todos os pontos de impacto na estrutura ou serviço – direto ou indireto (todas as fontes: S1, S2, S3 e S4).

Medidas de proteção contra surtos (SPM)

A EN 62305-4 descreve uma série de medidas para minimizar a gravidade da sobretensão transitória causada por raios e manobras elétricas.

As medidas de proteção principais e básicas são:

• Aterramento e ligação
• Blindagem eletromagnética e roteamento de linha
• Dispositivos de proteção contra surtos coordenados

Outras medidas de proteção adicionais incluem:

• Extensões ao LPS estrutural
• Localização do equipamento
• Utilização de cabos de fibra óptica (proteção por isolamento)

Os SPMs também precisam operar e resistir ao ambiente em que estão localizados, considerando fatores como temperatura, umidade, vibração, tensão e corrente.

A seleção do SPM mais adequado é feita utilizando a avaliação de risco de acordo com a EN 62305-2, tendo em conta fatores técnicos e económicos. Por exemplo, pode não ser prático ou rentável implementar medidas de blindagem electromagnética numa estrutura existente, pelo que a utilização de SPD coordenados pode ser mais adequada. Idealmente, os SPDs são melhor incorporados na fase de concepção do projeto, embora também possam ser facilmente instalados em instalações existentes.

Para garantir o funcionamento contínuo de sistemas críticos, mesmo em caso de impacto direto, os SPD são essenciais e devem ser implantados de forma adequada, com base na fonte de sobretensão e na sua intensidade, utilizando o conceito de Zonas de Proteção contra Raios (LPZ) da EN 62305-4.

O conceito de Zona de Proteção contra Raios (LPZ)

A protecção contra LEMP baseia-se num conceito de Zona de Protecção contra Raios (ZPR) que divide a estrutura em questão num número de zonas de acordo com o nível de ameaça representado pelo LEMP. A ideia geral é identificar ou criar zonas dentro da estrutura onde haja menor exposição a alguns ou todos os efeitos dos raios e coordená-los com as características de imunidade do equipamento eléctrico ou electrónico instalado dentro da zona. As zonas sucessivas sãocaracterizado por reduções significativas na gravidade da LEMP como resultado de colagem, blindagem ou uso de SPDs.

Zonas externas:

• ZPR 0A é a área sujeita a descargas atmosféricas diretas e, portanto, pode ter que transportar até a corrente total do raio. Esta é normalmente a área do telhado de uma estrutura sem proteção estrutural contra raios. O campo eletromagnético completo ocorre aqui.
• ZPR 0B é a área não sujeita a descargas atmosféricas diretas e normalmente é as paredes laterais de uma estrutura ou telhado com proteção estrutural contra raios. No entanto, o campo eletromagnético completo ainda ocorre aqui e correntes de raios parciais ou induzidas e surtos de comutação podem ocorrer aqui.

Zonas internas:

• ZPR 1 é a área interna que está sujeita a correntes parciais de descargas atmosféricas. As correntes de raios conduzidas e/ou surtos de comutação são reduzidos em comparação com as zonas externas LPZ 0A, LPZ 0B, assim como o campo eletromagnético, se forem empregadas medidas de blindagem adequadas. Esta é normalmente a área onde os serviços entram na estrutura ou onde o quadro de distribuição de energia principal está localizado.
• A ZPR 2 é uma área interna que está localizada ainda dentro da estrutura onde os remanescentes das correntes de impulso do raio e/ou surtos de comutação são reduzidos em comparação com a ZPR 1. Da mesma forma, o campo eletromagnético é ainda mais reduzido se medidas de blindagem adequadas forem empregadas. Normalmente, esta é uma sala blindada ou, para energia elétrica, na área do quadro de subdistribuição.