EN 62305 Skydd mot blixtnedslag

Standardserien EN 62305 täcker specifikt skydd mot blixtnedslag på konstruktioner, deras innehåll, personer och boskap.

EN 62305 accepterar att vi nu lever i den elektroniska tidsåldern, vilket gör LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) skydd för elektroniska och elektriska system till en integrerad del av standarden genom EN 62305-4. LEMP är termen som ges till de övergripande elektromagnetiska effekterna av blixtnedslag, inklusive ledningsöverspänningar (transienta överspänningar och strömmar) och utstrålade elektromagnetiska fälteffekter.

EN 62305 – 4 kategoriserar källan till skadan, typen av skada och typen av förlust.

Källor till skada

Skador som kan orsakas av blixtnedslag är indelade i:

• Skador på en struktur (inklusive alla inkommande elektriska luftledningar och nedgrävda ledningar anslutna till strukturen)
• Skada på en tjänst (tjänsten är i detta fall en del av telekommunikation, data, elförsörjning, vatten, gas och bränsledistributionsnät).

Typer av skador

Varje skadekälla kan resultera i en eller flera av tre typer av skador. De möjliga typerna av skador identifieras enligt följande:

• D1 Skada på personer eller boskap på grund av steg- och beröringsspänningar
• D2 Fysisk skada (brand, explosion, mekanisk förstörelse, kemikalieutsläpp) på grund av blixtströmseffekter inklusive gnistor
• D3 Fel i interna system på grund av blixtelektromagnetisk impuls (LEMP).

Typer av förlust

Följande typer av förluster kan uppstå på grund av skador på grund av blixtnedslag:

• L1 Förlust av människoliv
• L2 Förlust av service till allmänheten
• L3 Förlust av kulturarv
• L4 Förlust av ekonomiskt värde

Relationerna mellan alla ovanstående parametrar:

Relationerna mellan alla ovanstående parametrar:

* Endast för strukturer med explosionsrisk och för sjukhus eller andra strukturer där fel i interna system omedelbart äventyrar människoliv.

** Endast för fastigheter där djur kan gå förlorade.

LEMP-skador är så utbredda att de identifieras som en av de specifika typerna (D3) mot vilka skydd bör ges och kan uppstå från ALLA slagpunkter till strukturen eller anslutna tjänster – direkt eller indirekt. Detta utökade tillvägagångssätt tar även hänsyn till brand- eller explosionsfaran i samband med tjänster kopplade till konstruktionen, t.ex. kraft, telekom och andra metalllinjer.

EN 62305 gör det klart att strukturellt åskskydd inte längre får betraktas isolerat från transient överspänning/överspänningsskydd och med tanke på att blixtnedslag från alla nedslagspunkter, direkt eller indirekt, till strukturen eller anslutna tjänster skapar en risk från transienter, är SPD:er ett viktigt skyddsmedel oavsett om det finns ett strukturellt åskskydd eller inte.

Ström- och spänningsvågformer

EN 62305 tar hänsyn till skyddsåtgärder på metalliska serviceledningar (typiskt kraft-, signal- och telekomledningar) som använder transient överspänning eller överspänningsskyddsanordningar (SPDs) mot både direkta blixtnedslag såväl som de vanligare indirekta blixtnedslagen och växlingstransienter. Standarder som EN 61643-serien definierar egenskaperna hos åskströmmar och spänningar för att möjliggöra tillförlitlig och repeterbar testning av SPD:er (liksom åskskyddskomponenter).Även om dessa vågformer kan skilja sig från faktiska transienter, är de standardiserade formerna baserade på år av observationer och mätningar (och i vissa fall simulering). I allmänhet ger de en rättvis approximation av den verkliga världens transient.

Transienta vågformer har en snabbt stigande kant och en längre svans. De beskrivs genom deras toppvärde (eller magnitud), stigtid och deras varaktighet (eller falltid). Varaktigheten mäts som den tid det tar för testtransienten att sjunka till hälften av dess toppvärde.

Figurerna nedan illustrerar de vanliga ström- och spänningsvågformerna som används för att testa SPD:er för nät-, signal- och telekomledningar.

Direkta strejker

Direkt blixt kan injicera partiella blixtströmmar av vågformen 10/350μs i ett system där en struktur med ett strukturellt åskskyddssystem får ett direktnedslag (Källa S1) eller där blixten direkt träffar en luftledning (Källa S3).

Indirekta strejker

Fjärrstyrda eller indirekta blixtar nära strukturen (Källa S2) eller nära en ansluten tjänst till strukturen (Källa S4) med en radie på upp till 1 km bort (och därmed mycket vanligare) representeras av vågformen 8/20 μs. Inducerade överspänningar från direkta blixtar och omkopplingskällor representeras också av denna vågform. Med en mycket kortare avklingnings- eller falltid i förhållande till 10/350 μs vågformen presenterar 8/20 μs vågformen betydligt mindre energi (för en ekvivalent toppström) men är fortfarandetillräckligt förödande för att skada elektrisk och elektronisk utrustning.

EN 62305-1 erkänner att fel på interna system (Damage Type D3) på grund av Lightning Electromagnetic Impulse (LEMP) är möjliga från alla slagpunkter till strukturen eller tjänsten – direkt eller indirekt (alla källor: S1, S2, S3 och S4).

Överspänningsskyddsåtgärder (SPM)

EN 62305-4 beskriver ett antal åtgärder för att minimera svårighetsgraden av transient överspänning orsakad av blixtnedslag och elektrisk omkoppling.

Viktiga och grundläggande skyddsåtgärder är:

• Jordning och bindning
• Elektromagnetisk skärmning och linjedragning
• Koordinerade överspänningsskyddsanordningar

Ytterligare ytterligare skyddsåtgärder inkluderar:

• Förlängningar av den strukturella LPS
• Utrustningsplats
• Användning av fiberoptiska kablar (skydd genom isolering)

SPM måste också fungera inom och motstå miljön där de är placerade med hänsyn till faktorer som temperatur, luftfuktighet, vibrationer, spänning och ström.

Valet av den mest lämpliga SPM görs med hjälp av riskbedömningen i enlighet med EN 62305-2 med hänsyn till både tekniska och ekonomiska faktorer. Till exempel kanske det inte är praktiskt eller kostnadseffektivt att implementera elektromagnetiska skärmningsåtgärder i en befintlig struktur så att användningen av samordnade SPD:er kan vara mer lämplig. Idealiskt är SPD:er bäst inbyggda i projekteringsstadiet, även om de också lätt kan installeras i befintliga installationer.

För att säkerställa kontinuerlig drift av kritiska system även i händelse av ett direkt anslag är SPD:er väsentliga och dessa måste vara lämpligt utplacerade, baserat på källan till överspänningen och dess intensitet med hjälp av Lightning Protection Zones (LPZ) konceptet inom EN 62305-4.

Konceptet Lightning Protection Zone (LPZ).

Skydd mot LEMP bygger på ett koncept av Lightning Protection Zone (LPZ) som delar upp strukturen i fråga i ett antal zoner beroende på vilken hotnivå som LEMP utgör. Den allmänna idén är att identifiera eller skapa zoner inom strukturen där det är mindre exponering för vissa eller alla effekter av blixtnedslag och att samordna dessa med immunitetsegenskaperna hos den elektriska eller elektroniska utrustningen som är installerad inom zonen. Successiva zoner ärkännetecknas av betydande minskningar av LEMP-svårighet som ett resultat av bindning, avskärmning eller användning av SPD.

Externa zoner:

• LPZ 0A är det område som utsätts för direkta blixtnedslag och kan därför behöva bära upp till full blixtström. Detta är vanligtvis takytan på en struktur utan strukturellt åskskydd. Hela det elektromagnetiska fältet uppstår här.
• LPZ 0B är det område som inte utsätts för direkta blixtnedslag och är vanligtvis sidoväggarna på en struktur eller ett tak med strukturellt åskskydd. Men det fulla elektromagnetiska fältet uppträder fortfarande här och ledda partiella eller inducerade blixtströmmar och kopplingsstötar kan uppstå här.

Inre zoner:

• LPZ 1 är det inre område som utsätts för partiella blixtströmmar. De ledande åskströmmarna och/eller kopplingsstötarna reduceras jämfört med de yttre zonerna LPZ 0A, LPZ 0B liksom det elektromagnetiska fältet om lämpliga skärmningsåtgärder används. Detta är vanligtvis det område där tjänster kommer in i strukturen eller där huvudströmställverket är placerat.
• LPZ 2 är ett inre område som är ytterligare placerat inuti strukturen där resterna av blixtimpulsströmmar och/eller kopplingsstötar reduceras jämfört med LPZ 1. På samma sätt reduceras det elektromagnetiska fältet ytterligare om lämpliga skärmningsåtgärder används. Detta är vanligtvis ett avskärmat rum eller, för nätström vid undercentralen.