BS EN IEC 62305 Blitzschutznorm

Die Norm BS EN / IEC 62305 für Blitzschutz wurde ursprünglich im September 2006 veröffentlicht, um die vorherige Norm BS 6651: 1999 zu ersetzen. Für ein BS EN / IEC 62305 und BS 6651 liefen parallel, aber seit August 2008 wurde BS 6651 zurückgezogen, und jetzt ist BS EN / IEC 63205 die anerkannte Norm für Blitzschutz.

Die Norm BS EN / IEC 62305 spiegelt ein verbessertes wissenschaftliches Verständnis des Blitzes und seiner Auswirkungen in den letzten zwanzig Jahren wider und zieht eine Bestandsaufnahme der wachsenden Auswirkungen von Technologie und elektronischen Systemen auf unsere täglichen Aktivitäten. BS EN / IEC 62305 ist komplexer und anspruchsvoller als sein Vorgänger und besteht aus vier Teilen: allgemeinen Grundsätzen, Risikomanagement, physischen Schäden an Bauwerken und Lebensgefahr sowie Schutz elektronischer Systeme.

Diese Teile der Norm werden hier vorgestellt. Im Jahr 2010 wurden diese Teile einer regelmäßigen technischen Überprüfung unterzogen, wobei die aktualisierten Teile 1, 3 und 4 im Jahr 2011 veröffentlicht wurden. Der aktualisierte Teil 2 wird derzeit diskutiert und voraussichtlich Ende 2012 veröffentlicht.

Der Schlüssel zu BS EN / IEC 62305 liegt darin, dass alle Überlegungen zum Blitzschutz von einer umfassenden und komplexen Risikobewertung abhängen und dass diese Bewertung nicht nur die zu schützende Struktur berücksichtigt, sondern auch die Dienste, mit denen die Struktur verbunden ist. Im Wesentlichen kann der strukturelle Blitzschutz nicht mehr isoliert betrachtet werden. Der Schutz vor vorübergehenden Überspannungen oder elektrischen Überspannungen ist ein wesentlicher Bestandteil von BS EN / IEC 62305.

Struktur von BS EN / IEC 62305

Die Serie BS EN / IEC 62305 besteht aus vier Teilen, die alle berücksichtigt werden müssen. Diese vier Teile sind nachstehend aufgeführt:

Teil 1: Allgemeine Grundsätze

BS EN / IEC 62305-1 (Teil 1) ist eine Einführung in die anderen Teile der Norm und beschreibt im Wesentlichen, wie ein Blitzschutzsystem (LPS) gemäß den beigefügten Teilen der Norm entworfen wird.

Teil 2: Risikomanagement

Der Risikomanagementansatz nach BS EN / IEC 62305-2 (Teil 2) konzentriert sich nicht so sehr auf die rein physischen Schäden an einer Struktur, die durch eine Blitzentladung verursacht werden, sondern vielmehr auf das Risiko des Verlusts von Menschenleben und des Verlusts des Dienstes an der Öffentlichkeit, Verlust des kulturellen Erbes und wirtschaftlicher Verlust.

Teil 3: Physikalische Schäden an Bauwerken und Lebensgefahr

BS EN / IEC 62305-3 (Teil 3) bezieht sich direkt auf den Hauptteil von BS 6651. Es unterscheidet sich von BS 6651 darin, dass dieses neue Teil vier Klassen oder Schutzstufen von LPS aufweist, im Gegensatz zu den beiden Grundklassen (gewöhnlich) und Hochrisiko) in BS 6651.

Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme

Innerhalb von Bauwerken deckt BS EN / IEC 62305-4 (Teil 4) den Schutz von elektrischen und elektronischen Systemen ab, die in Bauwerken untergebracht sind. Es verkörpert, was Anhang C in BS 6651 vermittelt, jedoch mit einem neuen zonalen Ansatz, der als Lightning Protection Zones (LPZs) bezeichnet wird. Es enthält Informationen zum Entwurf, zur Installation, Wartung und zum Testen eines LEMP-Schutzsystems (Lightning Electromagnetic Impulse) (jetzt als Überspannungsschutzmaßnahmen (SPM) bezeichnet) für elektrische / elektronische Systeme innerhalb einer Struktur.

Die folgende Tabelle gibt einen umfassenden Überblick über die wichtigsten Abweichungen zwischen der vorherigen Norm BS 6651 und der BS EN / IEC 62305.

Schaden und Verlust

BS EN / IEC 62305 identifiziert vier Hauptschadenquellen:

S1 Blinkt zur Struktur

S2 Blinkt in der Nähe der Struktur

S3 Blinkt zu einem Dienst

S4 Blinkt in der Nähe eines Dienstes

Jede Schadensquelle kann zu einer oder mehreren von drei Schadensarten führen:

D1 Verletzung von Lebewesen durch Schritt- und Berührungsspannungen

D2 Physikalische Schäden (Feuer, Explosion, mechanische Zerstörung, chemische Freisetzung) durch Blitzstromeffekte einschließlich Funkenbildung

D3 Ausfall interner Systeme aufgrund eines elektromagnetischen Blitzimpulses (LEMP)

Die folgenden Arten von Verlusten können durch Blitzschäden verursacht werden:

L1 Verlust des menschlichen Lebens

L2 Dienstausfall für die Öffentlichkeit

L3 Verlust des kulturellen Erbes

L4 Verlust des wirtschaftlichen Wertes

Die Beziehungen aller obigen Parameter sind in Tabelle 5 zusammengefasst.

Abbildung 12 auf Seite 271 zeigt die Arten von Schäden und Verlusten durch Blitzschlag.

Eine ausführlichere Erläuterung der allgemeinen Grundsätze, die Teil 1 der Norm BS EN 62305 bilden, finden Sie in unserem vollständigen Referenzhandbuch „Ein Leitfaden für BS EN 62305“. Obwohl dieser Leitfaden auf die BS EN-Norm ausgerichtet ist, kann er unterstützende Informationen enthalten, die für Berater von Interesse sind, die das IEC-Äquivalent entwerfen. Weitere Informationen zu diesem Handbuch finden Sie auf Seite 283.

Schema-Design-Kriterien

Der ideale Blitzschutz für eine Struktur und ihre verbundenen Dienste besteht darin, die Struktur in eine geerdete und perfekt leitende metallische Abschirmung (Box) einzuschließen und zusätzlich eine angemessene Verbindung aller verbundenen Dienste am Eintrittspunkt in die Abschirmung bereitzustellen.

Dies würde im Wesentlichen das Eindringen des Blitzstroms und des induzierten elektromagnetischen Feldes in die Struktur verhindern. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich oder sogar kostengünstig, solche Längen zu erreichen.

Diese Norm legt daher einen definierten Satz von Blitzstromparametern fest, bei denen Schutzmaßnahmen, die gemäß ihren Empfehlungen getroffen werden, Schäden und Folgeschäden infolge eines Blitzeinschlags verringern. Diese Verringerung des Schadens und des daraus resultierenden Verlusts gilt, sofern die Blitzschlagparameter innerhalb definierter Grenzen liegen, die als Blitzschutzstufen (LPL) festgelegt sind.

Blitzschutzstufen (LPL)

Basierend auf Parametern, die aus zuvor veröffentlichten technischen Veröffentlichungen erhalten wurden, wurden vier Schutzstufen bestimmt. Jede Stufe hat einen festen Satz von maximalen und minimalen Blitzstromparametern. Diese Parameter sind in Tabelle 6 aufgeführt. Die Maximalwerte wurden bei der Konstruktion von Produkten wie Blitzschutzkomponenten und Überspannungsschutzgeräten (SPDs) verwendet. Die Mindestwerte des Blitzstroms wurden verwendet, um den Radius der rollenden Kugel für jede Ebene abzuleiten.

Blitzschutzzonen (LPZ)

Das Konzept der Blitzschutzzonen (LPZ) wurde in BS EN / IEC 62305 eingeführt, insbesondere um die Schutzmaßnahmen zu bestimmen, die erforderlich sind, um Schutzmaßnahmen zur Bekämpfung von elektromagnetischen Blitzimpulsen (LEMP) innerhalb einer Struktur festzulegen.

Das allgemeine Prinzip besteht darin, dass sich die zu schützenden Geräte in einer LPZ befinden sollten, deren elektromagnetische Eigenschaften mit der Belastbarkeit oder Immunität des Geräts kompatibel sind.

Das Konzept berücksichtigt externe Zonen mit der Gefahr eines direkten Blitzschlags (LPZ 0)_A) oder das Risiko eines teilweisen Blitzstroms (LPZ 0)_B) und Schutzniveaus innerhalb der internen Zonen (LPZ 1 & LPZ 2).

Im Allgemeinen sind die erwarteten elektromagnetischen Effekte umso geringer, je höher die Anzahl der Zonen (LPZ 2; LPZ 3 usw.) ist. In der Regel sollten sich empfindliche elektronische Geräte in LPZs mit höherer Nummer befinden und durch einschlägige Überspannungsschutzmaßnahmen („SPM“ gemäß BS EN 62305: 2011) gegen LEMP geschützt werden.

SPM wurde zuvor in BS EN / IEC 62305: 2006 als LEMP Protection Measures System (LPMS) bezeichnet.

Abbildung 13 zeigt das LPZ-Konzept für die Struktur und SPM. Das Konzept wird in BS EN / IEC 62305-3 und BS EN / IEC 62305-4 erweitert.

Die Auswahl des am besten geeigneten SPM erfolgt anhand der Risikobewertung gemäß BS EN / IEC 62305-2.

BS EN / IEC 62305-2 Risikomanagement

BS EN / IEC 62305-2 ist der Schlüssel zur korrekten Implementierung von BS EN / IEC 62305-3 und BS EN / IEC 62305-4. Die Bewertung und das Management des Risikos sind jetzt wesentlich ausführlicher und umfangreicher als der Ansatz von BS 6651.

BS EN / IEC 62305-2 befasst sich speziell mit der Durchführung einer Risikobewertung, deren Ergebnisse die erforderliche Stufe des Blitzschutzsystems (LPS) definieren. Während BS 6651 9 Seiten (einschließlich Abbildungen) dem Thema Risikobewertung widmete, enthält BS EN / IEC 62305-2 derzeit über 150 Seiten.

In der ersten Phase der Risikobewertung muss ermittelt werden, welche der vier Arten von Verlusten (wie in BS EN / IEC 62305-1 angegeben) der Struktur und ihrem Inhalt entstehen können. Das letztendliche Ziel der Risikobewertung besteht darin, die relevanten Primärrisiken zu quantifizieren und erforderlichenfalls zu reduzieren, dh:

R₁ Risiko des Verlustes von Menschenleben

R₂ Risiko des Verlustes des Dienstes für die Öffentlichkeit

R₃ Risiko des Verlustes des kulturellen Erbes

R₄ Risiko des Verlustes des wirtschaftlichen Wertes

Für jedes der ersten drei Hauptrisiken ein tolerierbares Risiko (R_T) ist eingestellt. Diese Daten können Tabelle 7 der IEC 62305-2 oder Tabelle NK.1 des Nationalen Anhangs der BS EN 62305-2 entnommen werden.

Jedes primäre Risiko (R_n) wird durch eine lange Reihe von Berechnungen bestimmt, wie sie in der Norm definiert sind. Wenn das tatsächliche Risiko (R_n) ist kleiner oder gleich dem tolerierbaren Risiko (R_T), dann sind keine Schutzmaßnahmen erforderlich. Wenn das tatsächliche Risiko (R_n) ist größer als das entsprechende tolerierbare Risiko (R_T), dann müssen Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. Der obige Vorgang wird wiederholt (unter Verwendung neuer Werte, die sich auf die gewählten Schutzmaßnahmen beziehen) bis R_n ist kleiner oder gleich dem entsprechenden R_T. Dieser iterative Prozess, wie in Abbildung 14 dargestellt, entscheidet über die Wahl oder das Blitzschutzniveau (LPL) des Blitzschutzsystems (LPS) und die Überspannungsschutzmaßnahmen (SPM), um dem elektromagnetischen Blitzimpuls (LEMP) entgegenzuwirken.

BS EN / IEC 62305-3 Physikalische Schäden an Bauwerken und Lebensgefahr

Dieser Teil der Normenreihe befasst sich mit Schutzmaßnahmen in und um eine Struktur und bezieht sich als solche direkt auf den Hauptteil von BS 6651.

Der Hauptteil dieses Teils der Norm enthält Anleitungen zum Entwurf eines externen Blitzschutzsystems (LPS), eines internen LPS sowie zu Wartungs- und Inspektionsprogrammen.

Blitzschutzsystem (LPS)

BS EN / IEC 62305-1 hat vier Blitzschutzstufen (LPLs) definiert, die auf den wahrscheinlichen minimalen und maximalen Blitzströmen basieren. Diese LPLs entsprechen direkt den Klassen des Lightning Protection System (LPS).

Die Korrelation zwischen den vier LPL- und LPS-Niveaus ist in Tabelle 7 angegeben. Je größer die LPL, desto höher ist im Wesentlichen die LPS-Klasse.

Die zu installierende Klasse von LPS richtet sich nach dem Ergebnis der Risikobewertungsberechnung, die in BS EN / IEC 62305-2 hervorgehoben ist.

Überlegungen zum externen LPS-Design

Der Blitzschutzbauer muss zunächst die zum Zeitpunkt eines Blitzeinschlags verursachten thermischen und explosiven Effekte und die Folgen für die betreffende Struktur berücksichtigen. Abhängig von den Konsequenzen kann der Designer eine der folgenden Arten von externem LPS wählen:

- Isoliert

- Nicht isoliert

Ein isoliertes LPS wird normalerweise gewählt, wenn die Struktur aus brennbaren Materialien besteht oder Explosionsgefahr besteht.

Umgekehrt kann ein nicht isoliertes System eingebaut werden, wenn keine solche Gefahr besteht.

Ein externes LPS besteht aus:

- Luftabschlusssystem

- Ableitersystem

- Erdungsabschlusssystem

Diese einzelnen Elemente eines LPS sollten unter Verwendung geeigneter Blitzschutzkomponenten (LPC) miteinander verbunden werden, die (im Fall von BS EN 62305) der BS EN 50164-Serie entsprechen (beachten Sie, dass diese BS EN-Serie durch die BS EN / IEC ersetzt werden soll Serie 62561). Dadurch wird sichergestellt, dass im Falle einer Blitzstromentladung der Struktur durch die richtige Konstruktion und Auswahl der Komponenten mögliche Schäden minimiert werden.

Luftabschlusssystem

Die Rolle eines Luftabschlusssystems besteht darin, den Blitzentladungsstrom zu erfassen und ihn über den Ableiter und das Erdabschlusssystem harmlos an die Erde abzuleiten. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, ein korrekt ausgelegtes Luftabschlusssystem zu verwenden.

BS EN / IEC 62305-3 befürwortet in beliebiger Kombination Folgendes für die Gestaltung des Luftabschlusses:

- Luftstangen (oder Endstücke), unabhängig davon, ob sie freistehende Masten sind oder mit Leitern verbunden sind, um ein Netz auf dem Dach zu bilden

- Oberleitungsleiter (oder hängende Leiter), unabhängig davon, ob sie von freistehenden Masten getragen oder mit Leitern verbunden werden, um ein Netz auf dem Dach zu bilden

- Vernetztes Leiternetz, das in direktem Kontakt mit dem Dach liegen oder darüber hängen kann (falls es von größter Bedeutung ist, dass das Dach keiner direkten Blitzentladung ausgesetzt ist)

Die Norm macht deutlich, dass alle Arten von Luftabschlusssystemen, die verwendet werden, die Positionierungsanforderungen erfüllen müssen, die in der Norm festgelegt sind. Es wird hervorgehoben, dass die Luftabschlusskomponenten an Ecken, freiliegenden Punkten und Kanten der Struktur installiert werden sollten. Die drei empfohlenen grundlegenden Methoden zur Bestimmung der Position der Luftabschlusssysteme sind:

- Die Rolling-Sphere-Methode

- Die Schutzwinkelmethode

- Die Netzmethode

Diese Methoden werden auf den folgenden Seiten beschrieben.

Die Rolling-Sphere-Methode

Die Rolling-Sphere-Methode ist ein einfaches Mittel zum Identifizieren von Bereichen einer Struktur, die geschützt werden müssen, unter Berücksichtigung der Möglichkeit von Seitenschlägen auf die Struktur. Das Grundkonzept zum Anwenden der rollenden Kugel auf eine Struktur ist in Abbildung 15 dargestellt.

Die Rollkugelmethode wurde in BS 6651 verwendet. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in BS EN / IEC 62305 unterschiedliche Radien der Rollkugel vorhanden sind, die der jeweiligen Klasse von LPS entsprechen (siehe Tabelle 8).

Diese Methode eignet sich zum Definieren von Schutzzonen für alle Arten von Strukturen, insbesondere solche mit komplexer Geometrie.

Die Schutzwinkelmethode

Die Schutzwinkelmethode ist eine mathematische Vereinfachung der Rollkugelmethode. Der Schutzwinkel (a) ist der Winkel, der zwischen der Spitze (A) der vertikalen Stange und einer Linie erzeugt wird, die auf die Oberfläche projiziert wird, auf der die Stange sitzt (siehe Abbildung 16).

Der Schutzwinkel, den ein Luftstab bietet, ist eindeutig ein dreidimensionales Konzept, bei dem dem Stab ein Schutzkegel zugewiesen wird, indem die Linie AC im Schutzwinkel um volle 360 ​​° um den Luftstab gewischt wird.

Der Schutzwinkel unterscheidet sich mit der unterschiedlichen Höhe des Luftstabs und der LPS-Klasse. Der von einem Luftstab gewährte Schutzwinkel wird aus Tabelle 2 von BS EN / IEC 62305-3 bestimmt (siehe Abbildung 17).

Durch Variieren des Schutzwinkels wird die einfache Schutzzone von 45 ° geändert, die in den meisten Fällen in BS 6651 vorgesehen ist. Darüber hinaus verwendet die neue Norm die Höhe des Luftabschlusssystems über der Bezugsebene, unabhängig davon, ob es sich um die Boden- oder Dachebene handelt (siehe Abbildung 18).

Die Netzmethode

Dies ist die Methode, die am häufigsten gemäß den Empfehlungen von BS 6651 verwendet wurde. Auch innerhalb von BS EN / IEC 62305 sind vier verschiedene Luftabschlussmaschengrößen definiert, die der relevanten Klasse von LPS entsprechen (siehe Tabelle 9).

Diese Methode eignet sich, wenn glatte Oberflächen geschützt werden müssen, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

- Luftabschlussleiter müssen an Dachkanten, auf Dachüberhängen und auf Dachkanten mit einer Neigung von mehr als 1 zu 10 (5.7 °) positioniert werden.

- Über das Luftabschlusssystem ragt keine Metallinstallation hinaus

Moderne Untersuchungen zu blitzbedingten Schäden haben gezeigt, dass die Kanten und Ecken von Dächern am anfälligsten für Beschädigungen sind.

Daher sollten bei allen Strukturen, insbesondere bei Flachdächern, Begrenzungsleiter so nahe wie möglich an den Außenkanten des Dachs installiert werden.

Wie in BS 6651 erlaubt die derzeitige Norm die Verwendung von Leitern (ob es sich um zufällige Metallarbeiten oder spezielle LP-Leiter handelt) unter dem Dach. Vertikale Luftstangen (Endstücke) oder Schließbleche sollten über dem Dach montiert und mit dem darunter liegenden Leitersystem verbunden werden. Die Luftstangen sollten nicht mehr als 10 m voneinander entfernt sein. Wenn alternativ Schließbleche verwendet werden, sollten diese strategisch über der Dachfläche nicht mehr als 5 m voneinander entfernt platziert werden.

Nicht konventionelle Luftabschlusssysteme

Im Laufe der Jahre gab es viele technische (und kommerzielle) Debatten über die Gültigkeit der Behauptungen der Befürworter solcher Systeme.

Dieses Thema wurde in den technischen Arbeitsgruppen, die BS EN / IEC 62305 zusammenstellten, ausführlich erörtert. Das Ergebnis bestand darin, bei den in dieser Norm enthaltenen Informationen zu bleiben.

In BS EN / IEC 62305 heißt es eindeutig, dass das Volumen oder die Schutzzone des Luftabschlusssystems (z. B. Luftstab) nur durch die tatsächliche physikalische Abmessung des Luftabschlusssystems bestimmt werden darf.

Diese Aussage wird in der Fassung von 2011 von BS EN 62305 bekräftigt, indem sie in den Hauptteil der Norm aufgenommen wird und nicht Teil eines Anhangs ist (Anhang A von BS EN / IEC 62305-3: 2006).

Wenn die Luftstange 5 m hoch ist, basiert der einzige Anspruch auf die Schutzzone, die diese Luftstange bietet, in der Regel auf 5 m und der entsprechenden Klasse von LPS und nicht auf einer erweiterten Abmessung, die von einigen nichtkonventionellen Luftstangen beansprucht wird.

Es gibt keine andere Norm, die parallel zu dieser Norm BS EN / IEC 62305 laufen soll.

Natürliche Bestandteile

Wenn metallische Dächer als natürliche Luftabschlussanordnung betrachtet werden, gab BS 6651 Hinweise zur Mindestdicke und Art des betrachteten Materials.

BS EN / IEC 62305-3 enthält ähnliche Anleitungen sowie zusätzliche Informationen, wenn das Dach als pannensicher durch eine Blitzentladung angesehen werden muss (siehe Tabelle 10).

Es sollten immer mindestens zwei Ableiter vorhanden sein, die um den Umfang der Struktur verteilt sind. Ableiter sollten nach Möglichkeit an jeder freiliegenden Ecke der Struktur installiert werden, da Untersuchungen gezeigt haben, dass diese den größten Teil des Blitzstroms führen.

Natürliche Bestandteile

BS EN / IEC 62305 empfiehlt wie BS 6651 die Verwendung von zufälligen Metallteilen an oder innerhalb der Struktur, die in das LPS eingebaut werden sollen.

Wo BS 6651 bei Verwendung von Bewehrungsstäben in Betonkonstruktionen eine elektrische Kontinuität fördert, gilt dies auch für BS EN / IEC 62305-3. Darüber hinaus heißt es, dass Bewehrungsstäbe geschweißt, mit geeigneten Verbindungskomponenten festgeklemmt oder mindestens das 20-fache des Bewehrungsdurchmessers überlappt werden. Dies soll sicherstellen, dass die Verstärkungsstäbe, die wahrscheinlich Blitzströme führen, sichere Verbindungen von einer Länge zur nächsten haben.

Wenn interne Bewehrungsstäbe an externe Ableiter oder Erdungsnetzwerke angeschlossen werden müssen, ist eine der in Abbildung 20 gezeigten Anordnungen geeignet. Wenn die Verbindung vom Verbindungsleiter zur Bewehrung mit Beton ummantelt werden soll, empfiehlt die Norm, zwei Klemmen zu verwenden, von denen eine an eine Bewehrungslänge und die andere an eine andere Bewehrungslänge angeschlossen ist. Die Gelenke sollten dann von einer feuchtigkeitshemmenden Verbindung wie Denso Tape umhüllt werden.

Wenn die Bewehrungsstäbe (oder Baustahlrahmen) als Ableiter verwendet werden sollen, sollte der elektrische Durchgang vom Luftabschlusssystem zum Erdungssystem festgestellt werden. Für Neubauten kann dies in der frühen Bauphase durch Verwendung spezieller Bewehrungsstäbe oder alternativ durch Verlegen eines speziellen Kupferleiters von der Oberseite der Struktur bis zum Fundament vor dem Gießen des Betons entschieden werden. Dieser spezielle Kupferleiter sollte regelmäßig mit den angrenzenden / benachbarten Bewehrungsstäben verbunden werden.

Wenn Zweifel an der Route und Kontinuität der Bewehrungsstäbe innerhalb bestehender Strukturen bestehen, sollte ein externes Ableitersystem installiert werden. Diese sollten idealerweise in das Verstärkungsnetzwerk der Strukturen oben und unten eingebunden werden.

Erdungsabschlusssystem

Das Erdungsabschlusssystem ist entscheidend für die sichere und effektive Verteilung des Blitzstroms in den Boden.

In Übereinstimmung mit BS 6651 empfiehlt die neue Norm ein einziges integriertes Erdungsabschlusssystem für eine Struktur, die Blitzschutz-, Strom- und Telekommunikationssysteme kombiniert. Die Zustimmung der Betriebsbehörde oder des Eigentümers der betreffenden Systeme sollte eingeholt werden, bevor eine Verklebung stattfindet.

Eine gute Erdverbindung sollte folgende Eigenschaften aufweisen:

- Geringer elektrischer Widerstand zwischen Elektrode und Erde. Je niedriger der Erdungselektrodenwiderstand ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Blitzstrom diesen Pfad vor allen anderen bevorzugt, sodass der Strom sicher zur Erde geleitet und dort abgeführt werden kann

- Gute Korrosionsbeständigkeit. Die Wahl des Materials für die Erdungselektrode und ihre Verbindungen ist von entscheidender Bedeutung. Es wird viele Jahre im Boden vergraben sein und muss daher absolut zuverlässig sein

Die Norm befürwortet einen geringen Erdungswiderstand und weist darauf hin, dass dies mit einem gesamten Erdungsabschlusssystem von 10 Ohm oder weniger erreicht werden kann.

Es werden drei grundlegende Erdungselektrodenanordnungen verwendet.

- Anordnung vom Typ A.

- Anordnung vom Typ B.

- Erdungselektroden

Typ A Anordnung

Diese besteht aus horizontalen oder vertikalen Erdungselektroden, die mit jedem an der Außenseite der Struktur befestigten Ableiter verbunden sind. Dies ist im Wesentlichen das in BS 6651 verwendete Erdungssystem, an das jeder Ableiter mit einer Erdungselektrode (Stab) verbunden ist.

Anordnung vom Typ B.

Diese Anordnung ist im wesentlichen eine vollständig verbundene Ringerdungselektrode, die um den Umfang der Struktur herum angeordnet ist und mindestens 80% ihrer Gesamtlänge mit dem umgebenden Boden in Kontakt steht (dh 20% ihrer Gesamtlänge können beispielsweise in der untergebracht sein) Keller der Struktur und nicht in direktem Kontakt mit der Erde).

Erdungselektroden

Dies ist im Wesentlichen eine Erdungsanordnung vom Typ B. Es besteht aus Leitern, die im Betonfundament der Struktur installiert sind. Wenn zusätzliche Elektrodenlängen erforderlich sind, müssen diese die gleichen Kriterien erfüllen wie für die Anordnung vom Typ B. Fundamenterdungselektroden können verwendet werden, um das Stahlverstärkungsfundamentnetz zu verstärken.

Abstand (Isolationsabstand) des externen LPS

Ein Abstand (dh die elektrische Isolierung) zwischen dem externen LPS und den strukturellen Metallteilen ist im Wesentlichen erforderlich. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilblitzstrom intern in die Struktur eingeführt wird.

Dies kann erreicht werden, indem Blitzableiter so weit entfernt von leitenden Teilen platziert werden, deren Wege in die Struktur führen. Wenn also die Blitzentladung auf den Blitzableiter trifft, kann sie die Lücke nicht überbrücken und zu den angrenzenden Metallarbeiten übergehen.

BS EN / IEC 62305 empfiehlt ein einzelnes integriertes Erdungsabschlusssystem für eine Struktur, das Blitzschutz-, Strom- und Telekommunikationssysteme kombiniert.

Überlegungen zum internen LPS-Design

Die grundlegende Rolle des internen LPS besteht darin, die Vermeidung gefährlicher Funkenbildung innerhalb der zu schützenden Struktur sicherzustellen. Dies könnte nach einer Blitzentladung auf den Blitzstrom zurückzuführen sein, der im externen LPS oder in anderen leitenden Teilen der Struktur fließt und versucht, zu internen Metallinstallationen zu blitzen oder zu funken.

Durch Durchführen geeigneter Potentialausgleichsmaßnahmen oder durch Sicherstellen eines ausreichenden elektrischen Isolationsabstands zwischen den Metallteilen kann eine gefährliche Funkenbildung zwischen verschiedenen Metallteilen vermieden werden.

Blitz-Potentialausgleich

Das Potentialausgleich ist einfach die elektrische Verbindung aller geeigneten metallischen Anlagen / Teile, so dass bei fließenden Blitzströmen kein metallisches Teil ein anderes Spannungspotential zueinander aufweist. Wenn die Metallteile im Wesentlichen auf dem gleichen Potential liegen, wird die Gefahr von Funkenbildung oder Überschlag aufgehoben.

Diese elektrische Verbindung kann durch natürliches / zufälliges Verbinden oder durch Verwendung spezifischer Verbindungsleiter erreicht werden, die gemäß den Tabellen 8 und 9 von BS EN / IEC 62305-3 dimensioniert sind.

Das Verbinden kann auch durch die Verwendung von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) erreicht werden, bei denen die direkte Verbindung mit Verbindungsleitern nicht geeignet ist.

Abbildung 21 (basierend auf BS EN / IEC 62305-3, Abbildung E.43) zeigt ein typisches Beispiel für eine Potentialausgleichsanordnung. Das Gas-, Wasser- und Zentralheizungssystem sind alle direkt mit der Potentialausgleichsstange verbunden, die sich innerhalb, aber nahe einer Außenwand in Bodennähe befindet. Das Stromkabel wird über eine geeignete SPD vor dem Stromzähler mit der Potentialausgleichsstange verbunden. Diese Verbindungsstange sollte sich in der Nähe der Hauptverteilerplatine (MDB) befinden und auch mit kurzlangen Leitern eng mit dem Erdungsabschlusssystem verbunden sein. Bei größeren oder erweiterten Strukturen können mehrere Verbindungsstangen erforderlich sein, die jedoch alle miteinander verbunden sein sollten.

Der Bildschirm eines Antennenkabels sowie eine abgeschirmte Stromversorgung für elektronische Geräte, die in die Struktur verlegt werden, sollten ebenfalls an der Potentialausgleichsstange angebracht werden.

Weitere Anleitungen zum Potentialausgleich, zu Maschenverbindungserdungssystemen und zur SPD-Auswahl finden Sie im LSP-Handbuch.

BS EN / IEC 62305-4 Elektrische und elektronische Systeme innerhalb von Bauwerken

Elektronische Systeme durchdringen mittlerweile fast jeden Aspekt unseres Lebens, vom Arbeitsumfeld über das Befüllen des Autos mit Benzin bis hin zum Einkaufen im örtlichen Supermarkt. Als Gesellschaft sind wir jetzt stark auf den kontinuierlichen und effizienten Betrieb solcher Systeme angewiesen. Der Einsatz von Computern, elektronischen Prozesssteuerungen und Telekommunikation ist in den letzten zwei Jahrzehnten explodiert. Es gibt nicht nur mehr Systeme, sondern auch die physische Größe der beteiligten Elektronik hat sich erheblich verringert (eine kleinere Größe bedeutet weniger Energie, um Schaltkreise zu beschädigen).

BS EN / IEC 62305 akzeptiert, dass wir jetzt im elektronischen Zeitalter leben und den LEMP-Schutz (Lightning Electromagnetic Impulse) für elektronische und elektrische Systeme durch Teil 4 in die Norm integriert haben. LEMP ist der Begriff für die gesamten elektromagnetischen Auswirkungen von Blitzen, einschließlich leiteten Überspannungen (transiente Überspannungen und Ströme) und strahlten elektromagnetische Feldeffekte aus.

LEMP-Schäden sind so weit verbreitet, dass sie als einer der zu schützenden spezifischen Typen (D3) identifiziert werden und dass LEMP-Schäden von allen Angriffspunkten auf die Struktur oder die verbundenen Dienste - direkt oder indirekt - zur weiteren Bezugnahme auf die Typen auftreten können Zu den durch Blitzschlag verursachten Schäden siehe Tabelle 5. Bei diesem erweiterten Ansatz wird auch die Brand- oder Explosionsgefahr berücksichtigt, die mit an die Struktur angeschlossenen Diensten verbunden ist, z. B. Strom, Telekommunikation und andere metallische Leitungen.

Blitz ist nicht die einzige Bedrohung…

Vorübergehende Überspannungen, die durch elektrische Schaltereignisse verursacht werden, sind sehr häufig und können zu erheblichen Störungen führen. Durch einen Leiter fließender Strom erzeugt ein Magnetfeld, in dem Energie gespeichert wird. Wenn der Strom unterbrochen oder abgeschaltet wird, wird die Energie im Magnetfeld plötzlich freigesetzt. Bei dem Versuch, sich selbst zu zerstreuen, wird es zu einem Hochspannungsübergang.

Je mehr gespeicherte Energie vorhanden ist, desto größer ist der resultierende Übergang. Höhere Ströme und längere Leiterlängen tragen dazu bei, dass mehr Energie gespeichert und auch freigesetzt wird!

Aus diesem Grund sind induktive Lasten wie Motoren, Transformatoren und elektrische Antriebe häufige Ursachen für Schalttransienten.

Die Bedeutung von BS EN / IEC 62305-4

Zuvor wurde ein vorübergehender Überspannungs- oder Überspannungsschutz als beratender Anhang in die Norm BS 6651 aufgenommen, mit einer separaten Risikobewertung. Infolgedessen wurde der Schutz häufig nach einem Geräteschaden angebracht, häufig durch die Verpflichtung gegenüber Versicherungsunternehmen. Die Einzelrisikobewertung in BS EN / IEC 62305 schreibt jedoch vor, ob ein struktureller und / oder LEMP-Schutz erforderlich ist. Daher kann der strukturelle Blitzschutz jetzt nicht isoliert vom transienten Überspannungsschutz betrachtet werden, der in dieser neuen Norm als Überspannungsschutzgeräte (SPDs) bezeichnet wird. Dies ist an sich eine signifikante Abweichung von der von BS 6651.

Tatsächlich kann gemäß BS EN / IEC 62305-3 ein LPS-System nicht mehr ohne Blitzstrom oder Potentialausgleichs-SPDs an eingehende Metalldienste mit „stromführenden Adern“ wie Strom- und Telekommunikationskabeln angepasst werden, die nicht direkt verbunden werden können zur Erde. Solche SPDs müssen vor dem Risiko des Verlusts von Menschenleben schützen, indem sie gefährliche Funkenbildung verhindern, die eine Brand- oder Stromschlaggefahr darstellen kann.

Blitzstrom- oder Potentialausgleichs-SPDs werden auch auf Freileitungen verwendet, die die Struktur versorgen, die durch einen direkten Schlag gefährdet ist. Die Verwendung dieser SPDs allein bietet jedoch „keinen wirksamen Schutz gegen den Ausfall empfindlicher elektrischer oder elektronischer Systeme“, um BS EN / IEC 62305 Teil 4 zu zitieren, der speziell dem Schutz elektrischer und elektronischer Systeme innerhalb von Strukturen gewidmet ist.

Blitzstrom-SPDs bilden einen Teil eines koordinierten Satzes von SPDs, die Überspannungs-SPDs enthalten - die insgesamt benötigt werden, um empfindliche elektrische und elektronische Systeme sowohl vor Blitz- als auch vor Schalttransienten wirksam zu schützen.

Blitzschutzzonen (LPZs)

Während BS 6651 in Anhang C (Standortkategorien A, B und C) ein Konzept der Zoneneinteilung anerkannte, definiert BS EN / IEC 62305-4 das Konzept der Blitzschutzzonen (LPZs). Abbildung 22 zeigt das grundlegende LPZ-Konzept, das durch Schutzmaßnahmen gegen LEMP definiert ist, wie in Teil 4 beschrieben.

Innerhalb einer Struktur wird eine Reihe von LPZs erstellt, um sukzessive weniger den Auswirkungen von Blitzen ausgesetzt zu sein oder als solche identifiziert zu werden.

Aufeinanderfolgende Zonen verwenden eine Kombination aus Bindung, Abschirmung und koordinierten SPDs, um eine signifikante Verringerung des LEMP-Schweregrads durch geleitete Stoßströme und transiente Überspannungen sowie durch abgestrahlte Magnetfeldeffekte zu erreichen. Designer koordinieren diese Ebenen so, dass sich die empfindlicheren Geräte in den Schutzzonen befinden.

Die LPZs können in zwei Kategorien unterteilt werden - 2 externe Zonen (LPZ 0)_A, LPZ0_B) und normalerweise 2 interne Zonen (LPZ 1, 2), obwohl bei Bedarf weitere Zonen zur weiteren Reduzierung des elektromagnetischen Feldes und des Blitzstroms eingeführt werden können.

Externe Zonen

LPZ0_A ist der Bereich, der direkten Blitzschlägen ausgesetzt ist und daher möglicherweise bis zum vollen Blitzstrom führen muss.

Dies ist typischerweise die Dachfläche einer Struktur. Hier tritt das volle elektromagnetische Feld auf.

LPZ0_B ist der Bereich, der keinen direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt ist, und ist typischerweise die Seitenwand einer Struktur.

Hier tritt jedoch immer noch das volle elektromagnetische Feld auf, und hier können teilweise Blitzströme und Schaltstöße auftreten.

Interne Zonen

LPZ 1 ist der interne Bereich, der partiellen Blitzströmen ausgesetzt ist. Die geleiteten Blitzströme und / oder Schaltstöße sind gegenüber den Außenzonen LPZ 0 reduziert_A, LPZ0_B.

Dies ist normalerweise der Bereich, in dem Dienste in die Struktur eintreten oder in dem sich die Hauptschalttafel befindet.

LPZ 2 ist ein interner Bereich, der sich weiter innerhalb der Struktur befindet, in dem die Reste von Blitzimpulsströmen und / oder Schaltstößen im Vergleich zu LPZ 1 reduziert sind.

Dies ist in der Regel ein abgeschirmter Raum oder für die Stromversorgung im Bereich der Unterverteiler. Die Schutzstufen innerhalb einer Zone müssen mit den Immunitätseigenschaften der zu schützenden Ausrüstung abgestimmt werden. Je empfindlicher die Ausrüstung ist, desto besser ist die erforderliche Zone geschützt.

Die vorhandene Struktur und Anordnung eines Gebäudes kann leicht erkennbare Zonen ergeben, oder es müssen möglicherweise LPZ-Techniken angewendet werden, um die erforderlichen Zonen zu erstellen.

Überspannungsschutzmaßnahmen (SPM)

Einige Bereiche einer Struktur, wie z. B. ein abgeschirmter Raum, sind natürlich besser vor Blitzen geschützt als andere, und es ist möglich, die besser geschützten Zonen durch sorgfältige Gestaltung des LPS, Erdung metallischer Dienste wie Wasser und Gas und Verkabelung zu erweitern Techniken. Es ist jedoch die korrekte Installation koordinierter Überspannungsschutzgeräte (SPDs), die Geräte vor Beschädigungen schützen und die Kontinuität ihres Betriebs gewährleisten - entscheidend für die Vermeidung von Ausfallzeiten. Diese Maßnahmen werden insgesamt als Überspannungsschutzmaßnahmen (SPM) (ehemals LEMP Protection Measures System (LPMS)) bezeichnet.

Bei der Anwendung von Bonding, Shielding und SPDs muss technische Exzellenz mit wirtschaftlicher Notwendigkeit in Einklang gebracht werden. Bei Neubauten können Bonding- und Screening-Maßnahmen ganzheitlich als Teil des gesamten SPM konzipiert werden. Bei einer vorhandenen Struktur ist die Nachrüstung eines Satzes koordinierter SPDs jedoch wahrscheinlich die einfachste und kostengünstigste Lösung.

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Koordinierte SPDs

BS EN / IEC 62305-4 betont die Verwendung koordinierter SPDs zum Schutz von Geräten in ihrer Umgebung. Dies bedeutet einfach eine Reihe von SPDs, deren Standorte und LEMP-Handhabungsattribute so koordiniert sind, dass die Geräte in ihrer Umgebung geschützt werden, indem die LEMP-Effekte auf ein sicheres Niveau reduziert werden. Daher kann am Serviceeingang ein Hochleistungs-Blitzstrom SPD vorhanden sein, um den Großteil der Stoßenergie (Teilblitzstrom von einem LPS und / oder Freileitungen) zu verarbeiten, wobei die jeweilige transiente Überspannung durch koordinierte plus nachgeschaltete Überspannungs-SPDs auf sichere Werte gesteuert wird zum Schutz der Endgeräte einschließlich möglicher Schäden durch Schaltquellen, z. B. große Induktionsmotoren. Überall dort, wo Dienste von einer LPZ zur anderen wechseln, sollten geeignete SPDs angebracht werden.

Koordinierte SPDs müssen effektiv als kaskadiertes System zusammenarbeiten, um Geräte in ihrer Umgebung zu schützen. Zum Beispiel sollte die Blitzstrom-SPD am Serviceeingang den größten Teil der Stoßenergie verarbeiten und die nachgeschalteten Überspannungs-SPDs ausreichend entlasten, um die Überspannung zu steuern.

Überall dort, wo Dienste von einer LPZ zur anderen wechseln, sollten geeignete SPDs angebracht werden

Eine schlechte Koordination kann dazu führen, dass die Überspannungs-SPDs zu viel Stoßenergie ausgesetzt sind, wodurch sowohl sie selbst als auch potenzielle Geräte durch Beschädigungen gefährdet werden.

Darüber hinaus müssen die Spannungsschutzniveaus oder Durchlassspannungen der installierten SPDs mit der isolierenden Widerstandsspannung der Teile der Installation und der Störfestigkeit der elektronischen Geräte abgestimmt werden.

Verbesserte SPDs

Eine vollständige Beschädigung der Geräte ist zwar nicht wünschenswert, die Notwendigkeit, Ausfallzeiten infolge von Betriebsausfällen oder Fehlfunktionen der Geräte zu minimieren, kann jedoch ebenfalls kritisch sein. Dies ist besonders wichtig für Branchen, die der Öffentlichkeit dienen, seien es Krankenhäuser, Finanzinstitute, Produktionsstätten oder gewerbliche Unternehmen, in denen die Unfähigkeit, ihre Dienstleistungen aufgrund des Betriebsausfalls von Geräten zu erbringen, zu erheblichen Gesundheits- und Sicherheits- und / oder Finanzkosten führen würde Folgen.

Standard-SPDs schützen möglicherweise nur vor Gleichtaktstößen (zwischen stromführenden Leitern und Erde) und bieten einen wirksamen Schutz gegen direkte Schäden, jedoch nicht vor Ausfallzeiten aufgrund von Systemstörungen.

In BS EN 62305 wird daher die Verwendung verbesserter SPDs (SPD *) in Betracht gezogen, die das Risiko von Schäden und Fehlfunktionen an kritischen Geräten, bei denen ein kontinuierlicher Betrieb erforderlich ist, weiter verringern. Installateure müssen daher die Anwendungs- und Installationsanforderungen von SPDs viel besser kennen als bisher.

Überlegene oder verbesserte SPDs bieten einen niedrigeren (besseren) Durchlassspannungsschutz gegen Überspannungen sowohl im Gleichtaktmodus als auch im Differenzialmodus (zwischen stromführenden Leitern) und bieten daher auch zusätzlichen Schutz vor Verbindungs- und Abschirmungsmaßnahmen.

Solche verbesserten SPDs können sogar bis zu Netz Typ 1 + 2 + 3 oder Daten- / Telekommunikationstest Cat D + C + B-Schutz innerhalb einer Einheit bieten. Da Endgeräte, z. B. Computer, anfälliger für Überspannungen im Differenzialmodus sind, kann dieser zusätzliche Schutz eine wichtige Überlegung sein.

Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit zum Schutz vor Überspannungen im Gleichtakt- und Differenzialmodus, dass Geräte während der Überspannungsaktivität im laufenden Betrieb bleiben - was sowohl für gewerbliche als auch für industrielle und gemeinnützige Organisationen einen erheblichen Nutzen bietet.

Alle LSP-SPDs bieten eine verbesserte SPD-Leistung mit branchenführenden niedrigen Durchlassspannungen

(Spannungsschutzstufe, U._p), da dies die beste Wahl ist, um einen kostengünstigen, wartungsfreien wiederholten Schutz zu erzielen und kostspielige Systemausfälle zu vermeiden. Niedriger Durchlassspannungsschutz in allen gängigen und differenziellen Modi bedeutet, dass weniger Einheiten erforderlich sind, um Schutz zu bieten, was Einheiten- und Installationskosten sowie Installationszeit spart.

Alle LSP-SPDs bieten eine verbesserte SPD-Leistung bei branchenführender niedriger Durchlassspannung

Zusammenfassung

Der Blitz stellt eine eindeutige Bedrohung für eine Struktur dar, stellt jedoch aufgrund der zunehmenden Verwendung und Abhängigkeit von elektrischen und elektronischen Geräten eine wachsende Bedrohung für die Systeme innerhalb der Struktur dar. Die Normenreihe BS EN / IEC 62305 erkennt dies eindeutig an. Der strukturelle Blitzschutz kann nicht länger isoliert von vorübergehenden Überspannungen oder Überspannungsschutz von Geräten sein. Die Verwendung verbesserter SPDs bietet ein praktisches kostengünstiges Schutzmittel, das den kontinuierlichen Betrieb kritischer Systeme während der LEMP-Aktivität ermöglicht.