BS EN IEC 62305 Norma de protecció contra llamps
La norma BS EN / IEC 62305 per a la protecció contra llamps es va publicar originalment el setembre del 2006 per substituir la norma anterior, BS 6651: 1999. Per a un 
període finit, BS EN / IEC 62305 i BS 6651 funcionaven en paral·lel, però a l’agost de 2008, BS 6651 s’ha retirat i ara BS EN / IEC 63205 és l’estàndard reconegut per a la protecció contra raigs.
La norma BS EN / IEC 62305 reflecteix un major coneixement científic dels llamps i els seus efectes en els darrers vint anys i fa balanç del creixent impacte de la tecnologia i els sistemes electrònics en les nostres activitats diàries. Més complex i exigent que el seu predecessor, BS EN / IEC 62305 inclou quatre parts diferenciades: principis generals, gestió de riscos, danys físics a les estructures i riscos per a la vida i protecció de sistemes electrònics.
Aquestes parts de la norma s’introdueixen aquí. El 2010, aquestes parts es van sotmetre a una revisió tècnica periòdica, amb les parts 1, 3 i 4 actualitzades publicades el 2011. La part 2 actualitzada està actualment en debat i s’espera que es publiqui a finals del 2012.
La clau de BS EN / IEC 62305 és que totes les consideracions per a la protecció contra raigs es basen en una avaluació de riscos completa i complexa i que aquesta avaluació no només té en compte l'estructura a protegir, sinó també els serveis als quals l'estructura està connectada. En essència, la protecció contra raigs estructurals ja no es pot considerar aïlladament, la protecció contra sobretensions transitòries o sobretensions elèctriques és integral a BS EN / IEC 62305.
Estructura de BS EN / IEC 62305
La sèrie BS EN / IEC 62305 consta de quatre parts, que cal tenir en compte totes. A continuació, es detallen aquestes quatre parts:
Part 1: Principis generals
BS EN / IEC 62305-1 (part 1) és una introducció a les altres parts de la norma i descriu bàsicament com dissenyar un sistema de protecció contra llamps (LPS) d’acord amb les parts de la norma que l’acompanyen.
Part 2: Gestió de riscos
BS EN / IEC 62305-2 (part 2) enfocament de gestió de riscos, no es concentra tant en el dany purament físic a una estructura causat per una descàrrega de llamps, sinó més en el risc de pèrdua de vides humanes, pèrdua de servei a la públic, pèrdua de patrimoni cultural i pèrdua econòmica.
Part 3: Danys físics a les estructures i perillositat per a la vida
BS EN / IEC 62305-3 (part 3) es relaciona directament amb la major part de BS 6651. Es diferencia de BS 6651 en tant que aquesta nova part té quatre classes o nivells de protecció de LPS, a diferència de les dues bàsiques (ordinària) i nivells d’alt risc) a BS 6651.
Part 4: Sistemes elèctrics i electrònics
dins de les estructures, BS EN / IEC 62305-4 (part 4) cobreix la protecció dels sistemes elèctrics i electrònics allotjats a les estructures. Incorpora el que transmetia l’annex C de la BS 6651, però amb un nou enfocament zonal denominat zones contra protecció contra raigs (LPZ). Proporciona informació per al disseny, instal·lació, manteniment i proves d’un sistema de protecció Lightning Electromagnet Impulse (LEMP) (ara conegut com a mesures de protecció contra sobretensions - SPM) per a sistemes elèctrics / electrònics dins d’una estructura.
La taula següent proporciona un esquema ampli quant a les variàncies clau entre la norma anterior, BS 6651, i la BS EN / IEC 62305.
BS EN / IEC 62305-1 Principis generals
Aquesta part inicial del conjunt d’estàndards BS EN / IEC 62305 serveix com a introducció a les altres parts de l’estàndard. Classifica les fonts i els tipus de danys que s’han d’avaluar i introdueix els riscos o tipus de pèrdues que es poden anticipar com a resultat de l’activitat llampec.
A més, defineix les relacions entre danys i pèrdues que constitueixen la base per als càlculs de l'avaluació del risc a la part 2 de la norma.
Es defineixen els paràmetres de corrent de llamp. S’utilitzen com a base per a la selecció i implementació de les mesures de protecció adequades detallades a les parts 3 i 4 de la norma. La primera part de la norma també introdueix nous conceptes a tenir en compte a l’hora de preparar un esquema de protecció contra raigs, com ara les zones de protecció contra raigs (LPZ) i la distància de separació.
Danys i pèrdues
BS EN / IEC 62305 identifica quatre fonts principals de danys:
S1 Parpelleja a l'estructura
S2 Parpelleja prop de l’estructura
S3 Parpelleja en un servei
S4 Parpelleja a prop d’un servei
Cada font de dany pot provocar un o més dels tres tipus de danys:
D1 Lesió dels éssers vius a causa de tensions de pas i tacte
D2 Danys físics (incendi, explosió, destrucció mecànica, alliberament de substàncies químiques) a causa dels efectes del corrent del llamp, incloses les espurnes
D3 Fallada dels sistemes interns a causa de l'impuls electromagnètic del llamp (LEMP)
Els següents tipus de pèrdues poden resultar de danys causats per un llamp:
L1 Pèrdua de la vida humana
L2 Pèrdua de servei al públic
L3 Pèrdua del patrimoni cultural
L4 Pèrdua de valor econòmic
Les relacions de tots els paràmetres anteriors es resumeixen a la taula 5.
La figura 12 de la pàgina 271 mostra els tipus de danys i pèrdues resultants d’un llamp.
Per obtenir una explicació més detallada dels principis generals que formen part 1 de la norma BS EN 62305, consulteu la nostra guia de referència completa "Una guia de BS EN 62305". Tot i que es centra en la norma BS EN, aquesta guia pot proporcionar informació de suport d’interès per a consultors que tinguin un disseny equivalent a l’IEC. Consulteu la pàgina 283 per obtenir més informació sobre aquesta guia.
Criteris de disseny d’esquemes
La protecció contra llamps ideal per a una estructura i els seus serveis connectats seria incloure l’estructura dins d’un blindatge metàl·lic (caixa) amb connexió a terra i perfectament conduït i, a més, proporcionar un enllaç adequat de tots els serveis connectats al punt d’entrada a l’escut.
Això, en essència, impediria la penetració del corrent de llamp i del camp electromagnètic induït a l’estructura. Tanmateix, a la pràctica, no és possible ni és efectivament rendible arribar a tals dimensions.
Aquesta norma estableix, per tant, un conjunt definit de paràmetres de corrent de llamp on les mesures de protecció, adoptades d’acord amb les seves recomanacions, reduiran els danys i les pèrdues conseqüents com a conseqüència d’un llamp. Aquesta reducció de danys i pèrdues conseqüents és vàlida sempre que els paràmetres del llamp es trobin dins dels límits definits, establerts com a nivells de protecció contra llamps (LPL).
Nivells de protecció contra llamps (LPL)
S’han determinat quatre nivells de protecció en funció dels paràmetres obtinguts de documents tècnics publicats prèviament. Cada nivell té un conjunt fix de paràmetres de corrent de llamp màxim i mínim. Aquests paràmetres es mostren a la taula 6. Els valors màxims s’han utilitzat en el disseny de productes com ara components de protecció contra raigs i dispositius de protecció contra sobretensions (SPD). Els valors mínims de corrent de llamp s’han utilitzat per derivar el radi de l’esfera rodant per a cada nivell.
Per obtenir una explicació més detallada dels nivells de protecció contra llamps i dels paràmetres de corrent màxim / mínim, consulteu la Guia de BS EN 62305.
Zones de protecció contra llamps (LPZ)
El concepte de zones de protecció contra llamps (LPZ) es va introduir dins de BS EN / IEC 62305, especialment per ajudar a determinar les mesures de protecció necessàries per establir mesures de protecció per contrarestar l'impuls electromagnètic de llamps (LEMP) dins d'una estructura.
El principi general és que l’equip que requereix protecció s’ha de situar en un LPZ les característiques electromagnètiques del qual siguin compatibles amb la resistència a la tensió o la capacitat d’immunitat de l’equip.
El concepte s’adapta a zones externes, amb el risc de cop de llamp directe (LPZ 0A), o risc d’aparició de corrent parcial de llamp (LPZ 0B), i els nivells de protecció dins de les zones internes (LPZ 1 i LPZ 2).
En general, com més gran sigui el nombre de la zona (LPZ 2; LPZ 3, etc.), més baixos són els efectes electromagnètics esperats. Normalment, qualsevol equip electrònic sensible s’ha d’ubicar en LPZ amb un nombre més elevat i s’ha de protegir contra LEMP mitjançant les mesures de protecció contra sobretensions pertinents (“SPM”, tal com es defineix a la norma BS EN 62305: 2011).
SPM es coneixia anteriorment com a sistema de mesures de protecció LEMP (LPMS) a BS EN / IEC 62305: 2006.
La figura 13 ressalta el concepte LPZ aplicat a l’estructura i a SPM. El concepte s’amplia a BS EN / IEC 62305-3 i BS EN / IEC 62305-4.
La selecció del SPM més adequat es fa mitjançant l'avaluació del risc d'acord amb BS EN / IEC 62305-2.
BS EN / IEC 62305-2 Gestió de riscos
BS EN / IEC 62305-2 és clau per a la correcta implementació de BS EN / IEC 62305-3 i BS EN / IEC 62305-4. Ara hi ha l'avaluació i la gestió del risc
significativament més profund i extens que l'enfocament de BS 6651.
BS EN / IEC 62305-2 tracta específicament de fer una avaluació de riscos, els resultats de la qual defineixen el nivell de sistema de protecció contra llamps (LPS) requerit. Tot i que BS 6651 va dedicar 9 pàgines (incloent-hi xifres) al tema de l’avaluació de riscos, BS EN / IEC 62305-2 conté actualment més de 150 pàgines.
La primera etapa de l’avaluació del risc és identificar quin dels quatre tipus de pèrdues (tal com s’identifica a la norma BS EN / IEC 62305-1) en què pot incórrer l’estructura i el seu contingut. L'objectiu final de l'avaluació del risc és quantificar i, si cal, reduir els riscos primaris rellevants, és a dir:
R1 risc de pèrdua de vides humanes
R2 risc de pèrdua de servei al públic
R3 risc de pèrdua de patrimoni cultural
R4 risc de pèrdua de valor econòmic
Per a cadascun dels tres primers riscos principals, un risc tolerable (RT) està definit. Aquestes dades es poden obtenir a la taula 7 de la IEC 62305-2 o a la taula NK.1 de l’annex nacional de la norma BS EN 62305-2.
Cada risc primari (Rn) es determina mitjançant una llarga sèrie de càlculs definits dins de la norma. Si el risc real (Rn) és inferior o igual al risc tolerable (RT), llavors no calen mesures de protecció. Si el risc real (Rn) és superior al risc corresponent tolerable (RT), aleshores s’han d’instigar les mesures de protecció. El procés anterior es repeteix (utilitzant nous valors relacionats amb les mesures de protecció escollides) fins a Rn és menor o igual al seu corresponent RT. És aquest procés iteratiu, tal com es mostra a la figura 14, que decideix l’elecció o el nivell de protecció contra llamps (LPL) del sistema de protecció contra llamps (LPS) i les mesures de protecció contra sobretensions (SPM) per contrarestar l’impuls electromagnètic del llamp (LEMP).
BS EN / IEC 62305-3 Danys físics a les estructures i perillositat per a la vida
Aquesta part del conjunt d'estàndards tracta de mesures de protecció dins i al voltant d'una estructura i, com a tal, es relaciona directament amb la major part de la BS 6651.
El cos principal d'aquesta part de la norma proporciona orientacions sobre el disseny d'un sistema extern de protecció contra raigs (LPS), un sistema LPS intern i programes de manteniment i inspecció.
Sistema de protecció contra llamps (LPS)
BS EN / IEC 62305-1 ha definit quatre nivells de protecció contra llamps (LPL) basats en els corrents mínims i màxims probables. Aquests LPL equivalen directament a les classes de Lightning Protection System (LPS).
La correlació entre els quatre nivells de LPL i LPS s’identifica a la taula 7. En essència, com més gran sigui el LPL, es requereix una classe més alta de LPS.
La classe de LPS que s’instal·larà es regeix pel resultat del càlcul de l’avaluació del risc ressaltat a BS EN / IEC 62305-2.
Consideracions de disseny extern de LPS
El dissenyador de protecció contra llamps ha de tenir en compte inicialment els efectes tèrmics i explosius causats en el moment d'un llamp i les conseqüències per a l'estructura considerada. Depenent de les conseqüències, el dissenyador pot triar qualsevol dels tipus de LPS externs següents:
- Aïllat
- No aïllats
Un LPS aïllat normalment es tria quan l'estructura està construïda amb materials combustibles o presenta un risc d'explosió.
Per contra, es pot instal·lar un sistema no aïllat quan no existeixi aquest perill.
Un LPS extern consisteix en:
- Sistema de terminació d’aire
- Sistema de conductors de baixada
- Sistema de terminació de terra
Aquests elements individuals d’un LPS s’han de connectar utilitzant components de protecció contra llamps (LPC) adequats que compleixin (en el cas de BS EN 62305) amb la sèrie BS EN 50164 (tingueu en compte que aquesta sèrie BS EN ha de ser substituïda per la BS EN / IEC Sèrie 62561). D’aquesta manera, s’assegurarà que, en cas de descàrrega de corrent de llamp a l’estructura, el correcte disseny i elecció dels components minimitzin els possibles danys.
Sistema de terminació d’aire
El paper d’un sistema de terminació d’aire és captar el corrent de descàrrega del llamp i dissipar-lo inofensivament a la terra a través del sistema de terminació de terra i conductor baixant. Per tant, és de vital importància utilitzar un sistema de terminació d’aire dissenyat correctament.
BS EN / IEC 62305-3 reclama el següent, en qualsevol combinació, per al disseny de la terminació d'aire:
- Varetes d'aire (o terminals), ja siguin màstils independents o units amb conductors per formar una malla al terrat
- Conductors catenaris (o suspesos), ja siguin recolzats per pals independents o enllaçats amb conductors per formar una malla al terrat
- Xarxa de conductors mallats que pot estar en contacte directe amb la coberta o estar suspesa per sobre d'ella (en el cas que sigui de màxima importància que la coberta no estigui exposada a una descàrrega directa del llamp)
La norma deixa ben clar que tots els tipus de sistemes de terminació d’aire que s’utilitzen han de complir els requisits de posicionament establerts al cos de la norma. Destaca que els components de terminació d'aire s'han d'instal·lar a les cantonades, punts exposats i vores de l'estructura. Els tres mètodes bàsics recomanats per determinar la posició dels sistemes de terminació d’aire són:
- El mètode de l'esfera rodant
- El mètode de l’angle de protecció
- El mètode de malla
Aquests mètodes es detallen a les pàgines següents.
El mètode de l’esfera rodant
El mètode de l'esfera rodant és un mitjà senzill per identificar les àrees d'una estructura que necessita protecció, tenint en compte la possibilitat de cops laterals a l'estructura. El concepte bàsic d’aplicar l’esfera rodant a una estructura s’il·lustra a la figura 15.
El mètode d’esfera rodant es va utilitzar a BS 6651, l’única diferència és que a BS EN / IEC 62305 hi ha diferents radis de l’esfera rodant que corresponen a la classe pertinent de LPS (vegeu la taula 8).
Aquest mètode és adequat per definir zones de protecció per a tot tipus d’estructures, especialment les de geometria complexa.
El mètode de l’angle de protecció
El mètode de l’angle de protecció és una simplificació matemàtica del mètode de l’esfera rodant. L’angle de protecció (a) és l’angle creat entre la punta (A) de la vareta vertical i una línia projectada cap a la superfície sobre la qual s’assenta la vareta (vegeu la figura 16).
L’angle de protecció que proporciona una barra d’aire és clarament un concepte tridimensional pel qual la barra s’assigna a un con de protecció escombrant la línia de corrent altern a l’angle de protecció de 360º al voltant de la barra d’aire.
L’angle de protecció difereix amb l’altura variable de la barra d’aire i la classe de LPS. L'angle de protecció proporcionat per una vareta d'aire es determina a la taula 2 de la norma BS EN / IEC 62305-3 (vegeu la figura 17).
Variació de l’angle de protecció és un canvi a la simple zona de protecció de 45º que s’ofereix en la majoria dels casos a la BS 6651. A més, la nova norma utilitza l’alçada del sistema de terminació d’aire per sobre del pla de referència, ja sigui el nivell del terra o del sostre (Veure Figura 18).
El mètode de malla
Aquest és el mètode que més s’utilitzava segons les recomanacions de BS 6651. Una vegada més, dins de BS EN / IEC 62305 es defineixen quatre mides diferents de malla de terminació d’aire que corresponen a la classe pertinent de LPS (vegeu la taula 9).
Aquest mètode és adequat quan les superfícies planes requereixen protecció si es compleixen les condicions següents:
- Els conductors de terminació d’aire s’han de col·locar a les vores del sostre, als voladissos del sostre i a les vores del sostre amb un pas superior a 1 de cada 10 (5.7º)
- Cap instal·lació metàl·lica sobresurt per sobre del sistema de terminació d’aire
La investigació moderna sobre els danys causats pels llamps ha demostrat que les vores i les cantonades dels sostres són més susceptibles a danys.
Així doncs, en totes les estructures, especialment amb sostres plans, els conductors perimetrals s’han d’instal·lar tan a prop de les vores exteriors del sostre com sigui possible.
Com a la BS 6651, l'estàndard actual permet l'ús de conductors (ja siguin fortuïts de metall o conductors LP dedicats) sota el sostre. Les barres d’aire verticals (puntals) o les plaques d’atac haurien de muntar-se per sobre del sostre i connectar-les al sistema de conductors que hi ha a sota. Les barres d’aire haurien d’estar espaiades a no més de 10 m de distància i, si s’utilitzen les plaques de xoc com a alternativa, aquestes s’haurien de col·locar estratègicament sobre la zona del sostre a no més de 5 m de distància.
Sistemes de terminació d’aire no convencionals
Al llarg dels anys, s'ha produït un gran debat tècnic (i comercial) sobre la validesa de les afirmacions dels defensors d'aquests sistemes.
Aquest tema es va discutir àmpliament dins dels grups de treball tècnics que van elaborar BS EN / IEC 62305. El resultat va ser quedar-se amb la informació que conté aquesta norma.
La norma BS EN / IEC 62305 estableix inequívocament que el volum o la zona de protecció que ofereix el sistema de terminació d'aire (per exemple, la vareta d'aire) només es determinarà per la dimensió física real del sistema de terminació d'aire.
Aquesta afirmació es reforça dins de la versió 2011 de BS EN 62305, en incorporar-se al cos de la norma, en lloc de formar part d’un annex (annex A de BS EN / IEC 62305-3: 2006).
Normalment, si la barra d’aire fa 5 m d’alçada, l’única reclamació per a la zona de protecció que ofereix aquesta barra d’aire es basaria en 5 m i la classe pertinent de LPS i no en cap dimensió millorada que reclamin algunes barres d’aire no convencionals.
No es contempla cap altra norma que funcioni en paral·lel amb aquesta norma BS EN / IEC 62305.
Components naturals
Quan es considera que les cobertes metàl·liques són un acord de terminació d’aire natural, llavors la BS 6651 va donar indicacions sobre el gruix mínim i el tipus de material que es té en compte.
BS EN / IEC 62305-3 proporciona orientacions similars i informació addicional si el sostre s’ha de considerar a prova de punxades per descàrrega de llamps (vegeu la taula 10).
Sempre hi hauria d’haver un mínim de dos conductors descendents distribuïts pel perímetre de l’estructura. Els conductors cap avall s’han d’instal·lar sempre que sigui possible a cada cantonada exposada de l’estructura, ja que la investigació ha demostrat que transporten la major part del corrent de llamp.
Components naturals
BS EN / IEC 62305, com la BS 6651, fomenta l'ús de parts metàl·liques fortuïtes a l'estructura o dins de l'estructura per incorporar-les al LPS.
Quan la BS 6651 fomenta una continuïtat elèctrica quan s’utilitzen barres de reforç situades en estructures de formigó, també ho fa BS EN / IEC 62305-3. A més, indica que les barres de reforç estan soldades, subjectades amb components de connexió adequats o superposades un mínim de 20 vegades el diàmetre de la barra. Això és per garantir que les barres de reforç susceptibles de transportar corrents de llamp tinguin connexions segures d’una longitud a la següent.
Quan cal connectar barres de reforç intern a conductors de descens externs o a una xarxa de terra, qualsevol de les disposicions que es mostren a la figura 20 és adequada. Si la connexió del conductor d'unió a la barra de reforç s'ha de tancar en formigó, la norma recomana que s'utilitzin dues pinces, una connectada a una longitud de la barra de barres i l'altra a una longitud de barra de barra diferent. Les juntes haurien de ser envoltades per un compost inhibidor de la humitat com la cinta Denso.
Si les barres de reforç (o bastidors d’acer estructural) s’han d’utilitzar com a conductors descendents, s’hauria de determinar la continuïtat elèctrica des del sistema de terminació d’aire fins al sistema de terra. Per a les estructures de nova construcció, això es pot decidir en la primera fase de construcció mitjançant l'ús de barres de reforç dedicades o, alternativament, per fer funcionar un conductor de coure dedicat des de la part superior de l'estructura fins a la fonamentació abans del vessament del formigó. Aquest conductor de coure dedicat s’ha de connectar periòdicament a les barres de reforç adjacents / adjacents.
Si hi ha dubtes sobre el recorregut i la continuïtat de les barres de reforç dins de les estructures existents, s’hauria d’instal·lar un sistema de conductors descendents extern. Aquests haurien d'estar idealment units a la xarxa de reforç de les estructures a la part superior i inferior de l'estructura.
Sistema de terminació de terra
El sistema de terminació de la terra és vital per a la dispersió del corrent de llamp de forma segura i efectiva a terra.
En línia amb BS 6651, el nou estàndard recomana un sistema de terminació de terra integrat únic per a una estructura, que combina sistemes de protecció contra llamps, energia i telecomunicacions. L'acord de l'autoritat operativa o del propietari dels sistemes pertinents s'hauria d'obtenir abans que es produeixi cap vinculació.
Una bona connexió a terra ha de tenir les característiques següents:
- Baixa resistència elèctrica entre l'elèctrode i la terra. Com més baixa sigui la resistència dels elèctrodes a la terra, més probable serà que el corrent de llamp flueixi per aquest camí preferentment a qualsevol altre, cosa que permetrà que el corrent es condueixi i es dissipi a la terra amb seguretat
Bona resistència a la corrosió. L’elecció del material per a l’elèctrode de terra i les seves connexions és de vital importància. Estarà enterrat al sòl durant molts anys, de manera que ha de ser totalment fiable
L'estàndard defensa un requisit de resistència a terra baix i assenyala que es pot aconseguir amb un sistema global de terminació de terra de 10 ohms o menys.
S'utilitzen tres disposicions bàsiques d'elèctrodes de terra.
- Disposició tipus A.
- Disposició tipus B.
- Elèctrodes de terra de fonamentació
Disposició tipus A.
Consisteix en elèctrodes de terra horitzontals o verticals, connectats a cada conductor descendent fixat a l'exterior de l'estructura. Aquest és, en essència, el sistema de terra utilitzat a la BS 6651, on cada conductor de baixada té connectat un elèctrode de terra (vareta).
Disposició tipus B.
Aquesta disposició és essencialment un elèctrode de terra d’anell completament connectat situat al voltant de la perifèria de l’estructura i que està en contacte amb el sòl circumdant durant un mínim del 80% de la seva longitud total (és a dir, es pot allotjar el 20% de la seva longitud total soterrani de l’estructura i no en contacte directe amb la terra).
Elèctrodes de terra de fonamentació
Es tracta essencialment d’una disposició de terra de tipus B. Comprèn conductors que s’instal·len a la base de formigó de l’estructura. Si es requereixen longituds addicionals d'elèctrodes, han de complir els mateixos criteris que els de la disposició del tipus B. Es poden utilitzar elèctrodes de terra de fonament per augmentar la malla de fonamentació de reforç d’acer.
Distància de separació (aïllament) del LPS extern
Es requereix bàsicament una distància de separació (és a dir, l'aïllament elèctric) entre el LPS extern i les parts metàl·liques estructurals. Això minimitzarà qualsevol possibilitat que s’introdueixi corrent parcial de llamp intern a l’estructura.
Això es pot aconseguir col·locant uns parallamps prou allunyats de qualsevol part conductora que tingui rutes que condueixen a l’estructura. Per tant, si la descàrrega del llamp impacta contra el parallamps, no pot “salvar la bretxa” i passar a la fusteria adjacent.
BS EN / IEC 62305 recomana un únic sistema integrat de terminació de terra per a una estructura, que combina sistemes de protecció contra llamps, alimentació i telecomunicacions.
Consideracions de disseny intern de LPS
El paper fonamental del LPS intern és assegurar l’evitació d’espurnes perilloses a l’estructura que es vol protegir. Això es podria deure, després d'una descàrrega llampec, al corrent de llamp que flueix a l'LPS extern o, efectivament, a altres parts conductores de l'estructura i que intenta llampegar o espurnejar a les instal·lacions metàl·liques internes.
La realització de les mesures d’enllaç equipotencial adequades o assegurar-se que hi hagi una distància d’aïllament elèctrica suficient entre les parts metàl·liques pot evitar espurnes perilloses entre diferents parts metàl·liques.
Enllaç equipotencial del llamp
L’enllaç equipotencial és simplement la interconnexió elèctrica de totes les instal·lacions / peces metàl·liques adequades, de manera que, en cas que flueixin corrents de llamp, cap part metàl·lica tingui un potencial de tensió diferent respecte a l’altre. Si les parts metàl·liques tenen essencialment el mateix potencial, s’anul·la el risc d’espurnes o flashover.
Aquesta interconnexió elèctrica es pot aconseguir mitjançant un enllaç natural / fortuït o mitjançant conductors d’enllaç específics dimensionats segons les taules 8 i 9 de BS EN / IEC 62305-3.
La unió també es pot aconseguir mitjançant l’ús de dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) on la connexió directa amb conductors d’unió no és adequada.
La figura 21 (que es basa en BS EN / IEC 62305-3 figE.43) mostra un exemple típic de disposició d’unió equipotencial. El gas, l’aigua i el sistema de calefacció central s’uneixen directament a la barra d’unió equipotencial situada a l'interior però propera a una paret exterior prop del nivell del terra. El cable d’alimentació s’uneix mitjançant un SPD adequat, amunt del comptador elèctric, a la barra d’unió equipotencial. Aquesta barra d’unió s’hauria de situar a prop del tauler de distribució principal (MDB) i també estretament connectada al sistema de terminació de terra amb conductors de longitud curta. En estructures més grans o esteses poden ser necessàries diverses barres d’unió, però totes haurien d’estar interconnectades entre elles.
La pantalla de qualsevol cable d’antena juntament amb qualsevol font d’alimentació blindada als aparells electrònics que s’encaminin a l’estructura també s’hauria d’adherir a la barra equipotencial.
A la guia LSP es poden trobar més orientacions relacionades amb l’enllaç equipotencial, els sistemes de connexió a terra d’interconnexió mallada i la selecció de SPD.
BS EN / IEC 62305-4 Sistemes elèctrics i electrònics dins de les estructures
Els sistemes electrònics impregnen gairebé tots els aspectes de la nostra vida, des de l’entorn laboral, passant per omplir el cotxe de gasolina i fins i tot comprar al supermercat local. Com a societat, ara depenem en gran mesura del funcionament continu i eficient d’aquests sistemes. L'ús d'ordinadors, controls electrònics de processos i telecomunicacions ha explotat durant les darreres dues dècades. No només hi ha més sistemes existents, sinó que la mida física de l’electrònica implicada s’ha reduït considerablement (una mida més petita significa menys energia necessària per danyar els circuits).
BS EN / IEC 62305 accepta que ara vivim en l'era electrònica, fent que la protecció LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) per a sistemes electrònics i electrònics sigui integral de l'estàndard a través de la part 4. LEMP és el terme donat als efectes electromagnètics globals dels llamps, inclosos sobretensions i corrents transitoris i efectes de camp electromagnètic irradiats.
Els danys LEMP són tan freqüents de tal manera que s’identifiquen com un dels tipus específics (D3) contra els quals s’ha de protegir i que es poden produir danys LEMP des de tots els punts d’atac fins a l’estructura o els serveis connectats -directes o indirectes- per a una referència més detallada als tipus. dels danys causats pels llamps vegeu la taula 5. Aquest enfocament ampliat també té en compte el perill d'incendi o explosió associat amb serveis connectats a l'estructura, per exemple, electricitat, telecomunicacions i altres línies metàl·liques.
Els llamps no són l’única amenaça ...
Les sobretensions transitòries causades per esdeveniments de commutació elèctrica són molt freqüents i poden ser una font d’interferències considerables. El corrent que circula a través d’un conductor crea un camp magnètic en el qual s’emmagatzema energia. Quan el corrent s’interromp o s’apaga, l’energia del camp magnètic s’allibera sobtadament. En un intent de dissipar-se, es converteix en un transitori d'alta tensió.
Com més energia emmagatzemada, més gran serà el transitori resultant. Els corrents més alts i les longituds més grans del conductor contribueixen a obtenir més energia emmagatzemada i alliberada.
Per això, les càrregues inductives, com ara motors, transformadors i accionaments elèctrics, són causes habituals de commutació de transitoris.
La importància de BS EN / IEC 62305-4
Anteriorment, la protecció contra sobretensions transitòries o contra sobretensions es va incloure com a annex consultiu a la norma BS 6651, amb una avaluació de riscos independent. Com a resultat, sovint es va protegir després de patir danys a l’equip, sovint per obligació de les companyies asseguradores. Tanmateix, l’avaluació única del risc a la norma BS EN / IEC 62305 determina si cal protecció estructural i / o LEMP, per tant, ara no es pot considerar la protecció contra llamps aïllada de la protecció transitòria contra sobretensions, coneguts com a Dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) dins d’aquest nou estàndard. Això suposa per si mateix una desviació significativa respecte a la de BS 6651.
De fet, segons BS EN / IEC 62305-3, ja no es pot instal·lar un sistema LPS sense corrents de llamp o SPD d'enllaç equipotencial a serveis metàl·lics entrants que tinguin "nuclis actius", com ara cables d'alimentació i telecomunicacions, que no es puguin enllaçar directament a la terra. Aquests SPD es requereixen per protegir-se contra el risc de pèrdues de vides humanes evitant espurnes perilloses que puguin presentar un risc d'incendi o de descàrrega elèctrica.
També s’utilitzen SPD d’enllaç corrent llampec o equipotencial en línies aèries de servei que alimenten l’estructura que corren el risc d’una vaga directa. No obstant això, l'ús d'aquests SPD per si sols "no proporciona cap protecció eficaç contra la fallada de sistemes elèctrics o electrònics sensibles", per citar la BS 62305 / IEC 4 part XNUMX, que es dedica específicament a la protecció de sistemes elèctrics i electrònics dins de les estructures.
Els SPD de corrent de llamp formen una part d’un conjunt coordinat de SPD que inclouen SPD de sobretensió, que són necessaris en total per protegir eficaçment els sistemes elèctrics i electrònics sensibles tant dels llamps com dels transitoris de commutació.
Zones de protecció contra llamps (LPZ)
Tot i que la BS 6651 reconeixia un concepte de zonificació a l’annex C (categories d’ubicació A, B i C), la BS EN / IEC 62305-4 defineix el concepte de zones de protecció contra raigs (LPZ). La figura 22 il·lustra el concepte bàsic de LPZ definit per les mesures de protecció contra LEMP tal com es detalla a la part 4.
Dins d’una estructura, es creen una sèrie de LPZ per tenir, o identificar-se com a que ja tenen, successivament menys exposició als efectes dels llamps.
Les zones successives utilitzen una combinació d’enllaç, apantallament i SPD coordinats per aconseguir una reducció significativa de la gravetat del LEMP, a partir de corrents de sobretensió conductors i sobretensions transitòries, així com efectes de camp magnètic radiat. Els dissenyadors coordinen aquests nivells perquè els equips més sensibles es situin a les zones més protegides.
Els LPZ es poden dividir en dues categories: 2 zones externes (LPZ 0A, LPZ 0B) i normalment 2 zones internes (LPZ 1, 2), tot i que es poden introduir zones més per reduir encara més el camp electromagnètic i el corrent de llamp si és necessari.
Zones externes
LPZ 0A és la zona sotmesa a cops de llamp directes i, per tant, pot haver de pujar fins al corrent total del llamp.
Normalment es tracta de la zona del sostre d’una estructura. Aquí es produeix el camp electromagnètic complet.
LPZ 0B és la zona que no està sotmesa a cops de llamp directes i sol ser les parets laterals d'una estructura.
No obstant això, el camp electromagnètic complet encara es produeix aquí i es poden produir corrents de llamp parcials i pujades de commutació aquí.
Zones internes
LPZ 1 és l'àrea interna que està subjecta a corrents de llamp parcials. Els corrents de llamp i / o les sobretensions de commutació es redueixen en comparació amb les zones externes LPZ 0A, LPZ 0B.
Normalment és la zona on els serveis entren a l’estructura o on es troba la centraleta principal.
LPZ 2 és una àrea interna que es troba a l’interior de l’estructura on es redueixen les restes de corrents d’impulsos de llamp i / o sobretensions de commutació en comparació amb LPZ 1.
Normalment es tracta d’una sala amb pantalla o, per a la xarxa elèctrica, a la zona de la placa de distribució secundària. Els nivells de protecció dins d’una zona s’han de coordinar amb les característiques d’immunitat de l’equip a protegir, és a dir, com més sensible sigui l’equip, més protegida serà la zona necessària.
El teixit i la disposició existents d'un edifici poden fer que les zones siguin fàcilment aparents, o bé és possible que s'hagin d'aplicar tècniques LPZ per crear les zones requerides.
Mesures de protecció contra sobretensions (SPM)
Algunes zones d’una estructura, com ara una sala amb pantalla, estan naturalment millor protegides contra els llamps que d’altres i és possible ampliar les zones més protegides mitjançant un acurat disseny de l’LPS, la connexió a terra de serveis metàl·lics com l’aigua i el gas i el cablejat. tècniques. Tanmateix, és la correcta instal·lació de dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) coordinats que protegeixen els equips dels danys i garanteixen la continuïtat del seu funcionament, fonamental per eliminar el temps d'inactivitat. En total, aquestes mesures es coneixen com a mesures de protecció contra sobretensions (SPM) (anteriorment LEMP Protection Measures System (LPMS)).
Quan s’aplica unió, protecció i SPD, l’excel·lència tècnica s’ha d’equilibrar amb la necessitat econòmica. Per a les noves construccions, es poden dissenyar integralment mesures d’enganxatge i cribratge per formar part del SPM complet. No obstant això, per a una estructura existent, és probable que la reforma d’un conjunt de SPD coordinats sigui la solució més fàcil i rendible.
Feu clic al botó d'edició per canviar aquest text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
SPD coordinats
BS EN / IEC 62305-4 posa l'accent en l'ús de SPD coordinats per a la protecció d'equips dins del seu entorn. Això significa simplement una sèrie de SPD, les ubicacions dels quals i els atributs de maneig de LEMP estan coordinats de manera que es protegeixin els equips del seu entorn reduint els efectes LEMP a un nivell segur. Per tant, pot haver-hi un SPD de corrent de llamp pesat a l’entrada del servei per manejar la majoria de l’energia de sobretensió (corrent de llamp parcial d’un LPS i / o línies aèries) amb la respectiva sobretensió transitòria controlada a nivells segurs mitjançant SPD de sobretensió coordinats i aigües avall per protegir els equips terminals, inclosos els danys potencials per commutació de fonts, per exemple, motors inductius grans. S’haurien d’instal·lar SPD adequats allà on els serveis creuin d’un LPZ a un altre.
Els SPD coordinats han d’operar de manera efectiva junts com un sistema en cascada per protegir els equips del seu entorn. Per exemple, el SPD de corrent de llamp a l’entrada del servei hauria de manejar la majoria de l’energia de sobretensió, alliberant suficientment els SPD de sobretensió aigües avall per controlar la sobretensió.
S’haurien d’instal·lar SPD adequats allà on els serveis creuin d’un LPZ a un altre
Una coordinació deficient podria significar que els SPD de sobretensió estiguin subjectes a una excés d’energia de sobretensió, cosa que posa en risc tant a si mateix com a equips potencialment danys.
A més, els nivells de protecció de tensió o tensions de sortida dels SPD instal·lats s’han de coordinar amb la tensió de resistència aïllant de les parts de la instal·lació i la tensió de resistència a la immunitat dels equips electrònics.
SPD millorats
Tot i que no és desitjable un dany total a l’equip, també pot ser fonamental la necessitat de minimitzar el temps d’aturada com a conseqüència de la pèrdua de funcionament o el mal funcionament de l’equip. Això és particularment important per a les indústries que donen servei al públic, ja siguin hospitals, institucions financeres, plantes de fabricació o empreses comercials, on la incapacitat de prestar el seu servei a causa de la pèrdua d’explotació de l’equip resultaria en una seguretat i salut significatives i / o financeres. conseqüències.
Els SPD estàndard només poden protegir-se contra les sobretensions del mode comú (entre conductors actius i terra), proporcionant una protecció eficaç contra danys directes, però no contra el temps d'inactivitat a causa de la interrupció del sistema.
Per tant, la BS EN 62305 considera l’ús de SPD millorats (SPD *) que redueixen encara més el risc de danys i mal funcionament dels equips crítics on es requereix un funcionament continu. Per tant, els instal·ladors hauran de ser molt més conscients dels requisits d’aplicació i d’instal·lació dels SPD que potser abans.
Els SPD superiors o millorats proporcionen una protecció de tensió de sortida inferior (millor) contra les sobretensions tant en el mode comú com en el mode diferencial (entre conductors actius) i, per tant, també proporcionen protecció addicional contra les mesures d’enllaç i blindatge.
Aquests SPD millorats poden fins i tot oferir fins a una xarxa de tipus 1 + 2 + 3 o protecció de dades / telecomunicacions Cat D + C + B dins d’una unitat. Com que els equips terminals, per exemple, els ordinadors, solen ser més vulnerables a les sobretensions del mode diferencial, aquesta protecció addicional pot ser una consideració vital.
A més, la capacitat de protecció contra les sobretensions de mode comú i diferencial permet que l'equip continuï funcionant durant l'activitat de sobretensions, cosa que ofereix un benefici considerable tant a les organitzacions comercials, industrials i de serveis públics.
Tots els SPD SPD ofereixen un rendiment SPD millorat amb baixos voltatges de permís de la indústria
(nivell de protecció de tensió, Up), ja que aquesta és la millor opció per aconseguir una protecció repetida, rendible i sense manteniment, a més d’evitar costosos temps d’inactivitat del sistema. La protecció de baixa tensió en tots els modes comuns i diferencials significa que es necessiten menys unitats per proporcionar protecció, cosa que permet estalviar costos d’unitat i instal·lació, així com temps d’instal·lació.
Tots els SPD LSP ofereixen un rendiment SPD millorat amb un baix voltatge de sortida a la indústria
Conclusió
Els llamps representen una clara amenaça per a una estructura, però una amenaça creixent per als sistemes dins de l’estructura a causa de l’ús i dependència dels equips elèctrics i electrònics. Les normes BS EN / IEC 62305 ho reconeixen clarament. La protecció contra llamps estructural ja no pot estar aïllada de la protecció contra sobretensions transitòries o contra sobretensions dels equips. L’ús de SPD millorats proporciona un mitjà de protecció pràctic i rendible que permet un funcionament continu de sistemes crítics durant l’activitat LEMP.
