Överspänningsskydd: Vad bör noteras?

Effektivt överspänningsskydd är inte bara installerat. Det måste vara individuellt koordinerat – till systemet som ska skyddas och de omgivningsförhållanden som råder på plats. Av denna anledning måste designen och konceptet vara konsekventa. Detta innebär att många detaljer måste beaktas, från att överväga standarder och bestämmelser ända fram till klassificering enligt åskskyddszon.

Åsk- och överspänningsskyddsstandarder

Nationella och internationella standarder ger vägledning för att etablera ett blixt- och överspänningsskyddskoncept samt utformningen av de enskilda skyddsanordningarna.

Åskskydd enligt IEC 62305:

Del 1: Egenskaper för blixtnedslag

I del 1 av denna standard [1] beaktas de karakteristiska egenskaperna för blixtnedslag, sannolikheten för att det inträffar och risken för fara.

Del 2: Riskanalys

Riskanalysen enligt del 2 av denna standard [2] beskriver en process med vilken först och främst behovet av åskskydd för ett fysiskt system analyseras. Olika källor till skador, t.ex. ett direkt blixtnedslag i byggnaden, hamnar i fokus, liksom de typer av skador som uppstår härav:

• Påverkan på hälsa eller förlust av liv

• Förlust av tekniska tjänster för allmänheten

• Förlust av oersättliga föremål av kulturell betydelse

• Ekonomiska förluster

De ekonomiska fördelarna bestäms enligt följande: hur står sig den årliga totala kostnaden för ett åskskyddssystem i jämförelse med kostnaderna för potentiella skador utan skyddssystem? Kostnadsvärderingen baseras på utgifterna för planering, montering och underhåll av åskskyddssystemet.

Del 3 och 4: Planeringshjälpmedel och specifikationer

Om riskbedömningen fastställer att åskskydd krävs och är kostnadseffektivt, kan typen och omfattningen av de specifika skyddsåtgärderna planeras utifrån delarna 3 [3] och 4 [4] i denna standard. Åskskyddsnivån som bestäms av riskhanteringen är avgörande för att bestämma typen och omfattningen av åtgärderna.

För fysiska konstruktioner som kräver en extremt hög säkerhetsnivå måste nästan alla slag fångas upp och föras bort på ett säkert sätt. För system där en högre kvarstående risk är acceptabel, fångas inte slag med lägre amplituder.

Överspänningsskydd enligt IEC 60364-4-44

Denna standard [5] beskriver de förhållanden under vilka överspänningsskyddsanordningar ska användas i lågspänningssystem för att skydda den elektriska installationen mot överspänningar. Användningsområdet är därmed begränsat till överspänningar orsakade av atmosfärisk påverkan eller som en konsekvens av kopplingsprocedurer som överförs av strömförsörjningssystemet. Direkta blixtnedslag i ett konstruktionssystem beaktas inte, endast nedslag i eller i närheten av försörjningsledningar.

På samma sätt ingår inte strukturella system med explosionsrisk samt strukturella tillämpningar som kan orsaka skador på miljön (t.ex. petrokemiska system eller kärnkraftverk) i tillämpningen av standarden. För dessa processer ska blixtnedslagsstandarden IEC 62305 uteslutande användas.

Överspänningsskydd bör användas om transient överspänning kan ha effekter på följande:

• Människoliv, t.ex. säkerhetssystem, sjukhus

• Offentliga och kulturella institutioner, t.ex. förlust av offentliga tjänster, IT-center, museer

• Industriell eller affärsverksamhet, t.ex. hotell, banker, produktionssystem, gårdar.

Grundläggande skyddsåtgärder och utrustning

För att konsekvent skydda ett strukturellt system från blixtnedslag och överspänningar krävs olika skyddsåtgärder eller utrustning som är skräddarsydda för varandra. En bred uppdelning kan göras enligt följande:

• Externt åskskydd

• Internt åskskydd

• Jordning och potentialutjämning

• Samordnat SPD-system

Externt åskskydd

Externt åskskydd (fig. 15) syftar till att avleda nedslag som kommer nära objektet som ska skyddas och att överföra blixtströmmen från den punkt där den träffar till marken. Som sådan kan ingen skada orsakas av termiska, magnetiska eller elektriska effekter. Externt åskskydd är systematiskt: det består av luftterminalen, avledaren och jordningssystemet.

Internt åskskydd

Det interna åskskyddssystemet ska förhindra farlig gnistbildning inuti systemet. Gnistor kan orsakas av blixtström i det externa åskskyddssystemet eller i andra ledande delar av struktursystemet.

Det interna åskskyddssystemet består av potentialutjämning och den elektriska isoleringen av externa åskskyddssystem.

Åskskyddspotentialutjämning är en kombination av åtgärder som förhindrar potentialskillnader. De kopplar huvudsakligen blixtskyddssystemet till metallinstallationer, interna system, samt elektriska och elektroniska system inom systemet. Detta sker med hjälp av potentialutjämningsledningar, överspänningsskydd eller isolerande gnistgap.

Jordning och potentialutjämning

Jordningssystemet syftar till att distribuera och ladda ur den fångade blixtströmmen till jord. Här är typen av jordsystem viktigare än jordningsmotståndet. Blixtströmmen är en mycket kort puls som beter sig som en högfrekvent ström. Effektiv potentialutjämning är också viktig. Potentialutjämning förbinder alla elektriskt ledande delar med varandra via ledare – aktiva ledare skyddas av överspänningsskydd. Genom att göra så, detskyddar mot alla typer av kopplingar.

Samordnat SPD-system

Med ett koordinerat SPD-system avses ett flernivåsystem av överspänningsskyddsanordningar som är koordinerade med varandra.

Följande steg rekommenderas för att uppnå ett högpresterande SPD-system.

• Dela upp det strukturella systemet i åskskyddszoner

• Inkorporera alla linjer som korsar mellan olika zoner i den lokala potentialutjämningen med hjälp av lämpliga SPD:er

• Koordinera olika typer av SPD:er: enheterna måste adressera varandra selektivt för att förhindra att enskilda komponenter överbelastas

• Använd korta matningsledningar för parallellkoppling av SPD:er mellan aktiva ledare och potentialutjämningen

• Lägg skyddade och oskyddade ledningar separat

• Endast markutrustning via respektive SPD (rekommenderas)

Åskskyddszoner

Att bestämma var överspänningsskyddsanordningar ska installeras i ett strukturellt system baseras på konceptet för åskskyddszoner som förklaras i del 4 av åskskyddsstandarden IEC 62305 [4].

Den delar upp strukturella system i åskskyddszoner (LPZ) och gör det från utsidan till insidan med sjunkande åskskyddsnivåer. I yttre zoner kan endast resistent utrustning användas. Men i interna zoner kan även känslig utrustning användas. De enskilda zonerna är karakteriserade och namngivna enligt följande:

LPZ 0A

Oskyddat område utanför en byggnad där direkt blixtnedslag är en möjlighet. Direkt koppling av blixtströmmar i linjer, odämpat magnetfält av blixtnedslaget

LPZ 0B

Område utanför byggnaden som är skyddat från direkta blixtnedslag med hjälp av en luftterminal. Odämpat magnetfält från blixtnedslaget inducerade endast överspänningsströmmar på linjer.

LPZ 1

Område inuti byggnaden som fortfarande kan utsättas för högenergiöverspänningar eller överspänningsströmmar och starka elektromagnetiska fält

LPZ 2

Område inuti en byggnad som fortfarande kan utsättas för överspänningar eller överspänningsströmmar och elektromagnetiska fält som redan har försvagats avsevärt.

LPZ 3

Område inuti byggnaden som endast får utsättas för extremt låga eller knappt några överspänningar eller överspänningsströmmar och mycket svaga eller obefintliga elektromagnetiska fält.

Alla linjer som korsar mellan zoner måste använda koordinerade överspänningsskydd. Deras effektvärden baseras på den skyddsklass som ska uppnås, vilken bestäms enligt lagliga specifikationer eller med hjälp av riskanalysen. När det gäller att välja överspänningsskydd, använd standarden som grund, förutsatt att 50% av blixtströmmen kommer att laddas ur till jord. Den andra 50% av blixtströmmen riktas till elinstallationen via elnätetpotentialutjämning och därifrån måste ledas bort från SPD-systemet.