Resumo dos dispositivos de proteção contra raios e sobretensão

Segurança Planejada

Conceito de zona de proteção contra raios

O edifício está dividido em diferentes zonas em perigo. Estas zonas ajudam a definir as medidas de proteção necessárias, em particular os dispositivos e componentes de proteção contra raios e sobretensões. Parte de um conceito de zona de proteção contra raios compatível com EMC (EMC: Compatibilidade Eletromagnética) é o sistema de proteção contra raios externo (incluindo sistema de terminação de ar, sistema de condutor descendente, sistema de terminação de terra), ligação equipotencial, blindagem espacial e proteção contra sobretensão para o fornecimento de energia e sistemas de tecnologia da informação. As definições se aplicam conforme classificado na Tabela 1. De acordo com os requisitos e cargas colocadas nos dispositivos de proteção contra sobretensão, eles são classificados como pára-raios, pára-raios e pára-raios combinados. Os requisitos mais elevados são colocados na capacidade de descarga de pára-raios e pára-raios combinados usados ​​na transição da zona de proteção contra raios 0_A para 1 ou 0_A a 2. Esses pára-raios devem ser capazes de conduzir correntes parciais de raios na forma de onda de 10/350 μs várias vezes sem serem destruídos, a fim de evitar a entrada de correntes parciais destrutivas na instalação elétrica de um edifício. No ponto de transição de LPZ 0_B para 1 ou a jusante do pára-raios no ponto de transição de LPZ 1 para 2 e superior, os pára-raios são usados ​​para proteger contra picos. Sua tarefa é reduzir ainda mais a energia residual dos estágios de proteção a montante e limitar os surtos induzidos ou gerados na própria instalação.

As medidas de proteção contra raios e sobretensões nos limites das zonas de proteção contra raios descritas acima se aplicam igualmente aos sistemas de fornecimento de energia e de tecnologia da informação. Todas as medidas descritas no conceito de zona de proteção contra raios compatível com EMC ajudam a alcançar a disponibilidade contínua de dispositivos e instalações elétricos e eletrônicos. Para obter informações técnicas mais detalhadas, visite www.lsp-international.com.

IEC 62305-4: 2010

Zonas externas:

LPZ 0: Zona onde a ameaça é devida ao campo eletromagnético não atenuado de um raio e onde os sistemas internos podem estar sujeitos a uma corrente de pico total ou parcial.

LPZ 0 é subdividido em:

ZPL 0_A: Zona onde a ameaça é devido ao relâmpago direto e todo o campo eletromagnético do relâmpago. Os sistemas internos podem estar sujeitos a uma corrente de pico de raio total.

ZPL 0_B: Zona protegida contra relâmpagos diretos, mas onde a ameaça é todo o campo eletromagnético do relâmpago. Os sistemas internos podem estar sujeitos a correntes parciais de raios.

Zonas internas (protegidas contra relâmpagos diretos):

LPZ 1: Zona onde a corrente de surto é limitada pelo compartilhamento de corrente e pelas interfaces de isolamento e / ou por SPDs no limite. A blindagem espacial pode atenuar o campo eletromagnético do relâmpago.

LPZ 2… n: Zona onde a corrente de surto pode ser ainda mais limitada por interfaces de compartilhamento e isolamento de corrente e / ou por SPDs adicionais no limite. A blindagem espacial adicional pode ser usada para atenuar ainda mais o campo eletromagnético do relâmpago.

Termos e definições

Capacidade de interrupção, siga a capacidade de extinção atual I_fi

A capacidade de interrupção é o valor rms não influenciado (prospectivo) da corrente principal que pode ser extinta automaticamente pelo dispositivo de proteção contra sobretensão ao conectar U_C. Pode ser comprovado em um teste de serviço operacional de acordo com EN 61643-11: 2012.

Categorias de acordo com IEC 61643-21: 2009

Uma série de tensões de impulso e correntes de impulso são descritas na IEC 61643-21: 2009 para testar a capacidade de condução de corrente e limitação de tensão de interferência de impulso. A Tabela 3 deste padrão os relaciona em categorias e fornece os valores preferidos. Na Tabela 2 da norma IEC 61643-22, as fontes de transientes são atribuídas às diferentes categorias de impulso de acordo com o mecanismo de desacoplamento. A categoria C2 inclui o acoplamento indutivo (surtos), o acoplamento galvânico da categoria D1 (correntes elétricas). A categoria relevante é especificada nos dados técnicos. Os dispositivos de proteção contra surtos LSP ultrapassam os valores nas categorias especificadas. Portanto, o valor exato para a capacidade de condução da corrente de impulso é indicado pela corrente de descarga nominal (8/20 μs) e pela corrente de impulso atmosférico (10/350 μs).

Onda de combinação

Uma onda combinada é gerada por um gerador híbrido (1.2 / 50 μs, 8/20 μs) com uma impedância fictícia de 2 Ω. A tensão de circuito aberto deste gerador é referida como U_OC. U_OC é um indicador preferido para pára-raios tipo 3, uma vez que apenas esses pára-raios podem ser testados com uma onda combinada (de acordo com EN 61643-11).

Freqüência de corte f_G

A frequência de corte define o comportamento dependente da frequência de um pára-raios. A frequência de corte é equivalente à frequência que induz uma perda de inserção (a_E) de 3 dB sob certas condições de teste (ver EN 61643-21: 2010). Salvo indicação em contrário, este valor se refere a um sistema 50 Ω.

Grau de proteção

O grau de proteção IP corresponde às categorias de proteção

descrito em IEC 60529.

Tempo de desconexão t_a

O tempo de desconexão é o tempo decorrido até o desligamento automático da fonte de alimentação em caso de falha do circuito ou equipamento a ser protegido. O tempo de desconexão é um valor específico da aplicação resultante da intensidade da corrente de falta e das características do dispositivo de proteção.

Coordenação de energia de SPDs

A coordenação de energia é a interação seletiva e coordenada de elementos de proteção em cascata (= SPDs) de um conceito geral de proteção contra raios e surtos. Isso significa que a carga total da corrente de impulso do raio é dividida entre os SPDs de acordo com sua capacidade de transporte de energia. Se a coordenação de energia não for possível, os SPDs a jusante são insuficientes

aliviado pelos SPDs upstream, uma vez que os SPDs upstream operam tarde demais, insuficientemente ou nada. Consequentemente, os SPDs a jusante, bem como os equipamentos terminais a serem protegidos, podem ser destruídos. DIN CLC / TS 61643-12: 2010 descreve como verificar a coordenação de energia. SPDs tipo 1 com base em faísca oferecem vantagens consideráveis ​​devido à sua comutação de tensão

característica (ver WeTA BRETIRADOR FUNÇÃO).

Alcance de frequência

A faixa de frequência representa a faixa de transmissão ou frequência de corte de um pára-raios dependendo das características de atenuação descritas.

Perda de inserção

Com uma determinada frequência, a perda de inserção de um dispositivo de proteção contra surto é definida pela relação do valor da tensão no local de instalação antes e depois da instalação do dispositivo de proteção contra surto. Salvo indicação em contrário, o valor se refere a um sistema 50 Ω.

Fusível de backup integrado

De acordo com o padrão do produto para SPDs, dispositivos de proteção de sobrecorrente / fusíveis de backup devem ser usados. Isso, no entanto, requer espaço adicional no quadro de distribuição, comprimentos de cabos adicionais, que devem ser os mais curtos possíveis de acordo com IEC 60364-5-53, tempo adicional de instalação (e custos) e dimensionamento do fusível. Um fusível integrado no pára-raios idealmente adequado para as correntes de impulso envolvidas elimina todas essas desvantagens. O ganho de espaço, menor esforço de fiação, monitoramento de fusível integrado e o aumento do efeito de proteção devido a cabos de conexão mais curtos são vantagens claras deste conceito.

Corrente de impulso de raio I_diabinho

A corrente de impulso de raio é uma curva de corrente de impulso padronizada com uma forma de onda de 10/350 µs. Seus parâmetros (valor de pico, carga, energia específica) simulam a carga causada por correntes naturais de raios. A corrente de raio e os pára-raios combinados devem ser capazes de descarregar tais correntes de impulso de raio várias vezes sem serem destruídos.

Proteção contra sobrecorrente / fusível de backup do lado da rede

Dispositivo de proteção contra sobrecorrente (por exemplo, fusível ou disjuntor) localizado fora do pára-raios no lado da alimentação para interromper a corrente de seguimento da frequência de alimentação assim que a capacidade de interrupção do dispositivo de proteção contra sobretensão for excedida. Nenhum fusível de backup adicional é necessário, pois o fusível de backup já está integrado no SPD.

Tensão operacional contínua máxima U_C

A tensão de operação contínua máxima (tensão de operação máxima permitida) é o valor eficaz da tensão máxima que pode ser conectada aos terminais correspondentes do dispositivo de proteção contra sobretensão durante a operação. Esta é a tensão máxima no pára-raios em

o estado não condutor definido, que reverte o pára-raios de volta a este estado depois de disparar e descarregar. O valor de U_C depende da tensão nominal do sistema a ser protegido e das especificações do instalador (IEC 60364-5-534).

Tensão operacional contínua máxima U_CPV para um sistema fotovoltaico (PV)

Valor da tensão CC máxima que pode ser aplicada permanentemente aos terminais do SPD. Para garantir que U_CPV é superior à tensão máxima de circuito aberto do sistema fotovoltaico no caso de todas as influências externas (por exemplo, temperatura ambiente, intensidade da radiação solar), U_CPV deve ser superior a esta tensão máxima de circuito aberto por um fator de 1.2 (de acordo com CLC / TS 50539-12). Este fator de 1.2 garante que os SPDs não sejam dimensionados incorretamente.

Corrente de descarga máxima I_max

A corrente de descarga máxima é o valor de pico máximo da corrente de impulso de 8/20 μs que o dispositivo pode descarregar com segurança.

Capacidade máxima de transmissão

A capacidade máxima de transmissão define a potência máxima de alta frequência que pode ser transmitida por meio de um dispositivo coaxial de proteção contra sobretensão sem interferir com o componente de proteção.

Corrente de descarga nominal I_n

A corrente de descarga nominal é o valor de pico de uma corrente de impulso de 8/20 μs para a qual o dispositivo de proteção contra surto é classificado em um determinado programa de teste e que o dispositivo de proteção contra surto pode descarregar várias vezes.

Corrente de carga nominal (corrente nominal) I_L

A corrente de carga nominal é a corrente operacional máxima permitida que pode fluir permanentemente pelos terminais correspondentes.

Tensão nominal U_N

A tensão nominal representa a tensão nominal do sistema a ser protegido. O valor da tensão nominal freqüentemente serve como designação de tipo para dispositivos de proteção contra sobretensão para sistemas de tecnologia da informação. É indicado como um valor eficaz para sistemas CA.

Pára-raios N-PE

Dispositivos de proteção contra surtos projetados exclusivamente para instalação entre os condutores N e PE.

Faixa de temperatura operacional T_U

A faixa de temperatura operacional indica a faixa na qual os dispositivos podem ser usados. Para dispositivos sem aquecimento automático, é igual à faixa de temperatura ambiente. O aumento de temperatura para dispositivos de autoaquecimento não deve exceder o valor máximo indicado.

Circuito de proteção

Os circuitos de proteção são dispositivos de proteção em cascata de vários estágios. Os estágios de proteção individuais podem consistir em centelhadores, varistores, elementos semicondutores e tubos de descarga de gás (consulte Coordenação de energia).

Corrente de proteção do condutor I_PE

A corrente do condutor de proteção é a corrente que flui através da conexão PE quando o dispositivo de proteção contra surtos é conectado à tensão operacional contínua máxima U_C, de acordo com as instruções de instalação e sem consumidores do lado da carga.

Contato de sinalização remota

Um contato de sinalização remota permite fácil monitoramento remoto e indicação do estado operacional do dispositivo. Possui um terminal tripolar na forma de um contato de comutação flutuante. Este contato pode ser usado para abrir e / ou estabelecer contato e, portanto, pode ser facilmente integrado no sistema de controle do prédio, controlador do quadro de distribuição, etc.

Tempo de resposta t_A

Os tempos de resposta caracterizam principalmente o desempenho de resposta dos elementos de proteção individuais usados ​​em pára-raios. Dependendo da taxa de aumento du / dt da tensão de impulso ou di / dt da corrente de impulso, os tempos de resposta podem variar dentro de certos limites.

Perda de retorno

Em aplicações de alta frequência, a perda de retorno se refere a quantas partes da onda “principal” são refletidas no dispositivo de proteção (ponto de surto). Esta é uma medida direta de quão bem um dispositivo de proteção está sintonizado com a impedância característica do sistema.

Resistência em série

Resistência na direção do fluxo do sinal entre a entrada e a saída de um pára-raios.

Atenuação de escudo

Relação da potência alimentada em um cabo coaxial com a potência irradiada pelo cabo através do condutor de fase.

Dispositivos de proteção contra surtos (SPDs)

Os dispositivos de proteção contra surtos consistem principalmente em resistores dependentes de tensão (varistores, diodos supressores) e / ou centelhadores (caminhos de descarga). Dispositivos de proteção contra surtos são usados ​​para proteger outros equipamentos elétricos e instalações contra surtos inadmissivelmente altos e / ou para estabelecer ligação equipotencial. Dispositivos de proteção contra surtos são categorizados:

1. a) de acordo com seu uso em:

• Dispositivos de proteção contra sobretensão para instalações e dispositivos de fonte de alimentação

para faixas de tensão nominal de até 1000 V

- de acordo com EN 61643-11: 2012 em tipo 1/2/3 SPDs

- de acordo com IEC 61643-11: 2011 em SPDs classe I / II / III

A mudança do Vermelho / Linha. família de produtos para a nova norma EN 61643-11: 2012 e IEC 61643-11: 2011 será concluída no decorrer do ano de 2014.

• Dispositivos de proteção contra surtos para instalações e dispositivos de tecnologia da informação

para proteção de equipamentos eletrônicos modernos em redes de telecomunicações e sinalização com tensões nominais de até 1000 V CA (valor efetivo) e 1500 V CC contra os efeitos indiretos e diretos de descargas atmosféricas e outros transientes.

- de acordo com IEC 61643-21: 2009 e EN 61643-21: 2010.

• Isolando centelhadores para sistemas de terminação de terra ou ligação equipotencial
• Dispositivos de proteção contra surtos para uso em sistemas fotovoltaicos

para faixas de tensão nominal de até 1500 V

- de acordo com EN 50539-11: 2013 em tipo 1/2 SPDs

1. b) de acordo com sua capacidade de descarga de corrente de impulso e efeito de proteção em:

• Pára-raios contra raios / pára-raios coordenados

para proteção de instalações e equipamentos contra interferência resultante de descargas atmosféricas diretas ou próximas (instalado nos limites entre LPZ 0_A e 1).

• Pára-raios

para proteger instalações, equipamentos e dispositivos terminais contra descargas atmosféricas remotas, sobretensões de comutação, bem como descargas eletrostáticas (instaladas nos limites a jusante de LPZ 0_B).

• Pára-raios combinados

para proteger instalações, equipamentos e dispositivos terminais contra interferências resultantes de descargas atmosféricas diretas ou próximas (instalado nos limites entre LPZ 0_A e 1, bem como 0_A e 2).

Dados técnicos de dispositivos de proteção contra sobretensão

Os dados técnicos dos dispositivos de proteção contra sobretensão incluem informações sobre suas condições de uso de acordo com:

• Aplicação (por exemplo, instalação, condições da rede elétrica, temperatura)
• Desempenho em caso de interferência (por exemplo, capacidade de descarga de corrente de impulso, capacidade de extinção de corrente, nível de proteção de tensão, tempo de resposta)
• Desempenho durante a operação (por exemplo, corrente nominal, atenuação, resistência de isolamento)
• Desempenho em caso de falha (por exemplo, fusível de backup, desconector, proteção contra falhas, opção de sinalização remota)

Capacidade de suportar curto-circuito

A capacidade de resistência a curto-circuito é o valor da corrente potencial de curto-circuito da frequência energética controlada pelo dispositivo de proteção contra sobretensão quando o fusível de backup máximo relevante é conectado a montante.

Classificação de curto-circuito I_SCPV de um SPD em um sistema fotovoltaico (PV)

Corrente máxima de curto-circuito não influenciada que o SPD, sozinho ou em conjunto com seus dispositivos de desconexão, é capaz de suportar.

Sobretensão temporária (TOV)

Sobretensão temporária pode estar presente no dispositivo de proteção contra surtos por um curto período de tempo devido a uma falha no sistema de alta tensão. Deve ser claramente distinguido de um transiente causado por um raio ou uma operação de comutação, que não dura mais do que cerca de 1 ms. A amplitude U_T e a duração desta sobretensão temporária são especificadas na EN 61643-11 (200 ms, 5 s ou 120 min.) e são testadas individualmente para os SPDs relevantes de acordo com a configuração do sistema (TN, TT, etc.). O SPD pode a) falhar de forma confiável (segurança de TOV) ou b) ser resistente a TOV (suportar TOV), o que significa que está completamente operacional durante e após

sobretensões temporárias.

Seccionador térmico

Dispositivos de proteção contra surtos para uso em sistemas de alimentação equipados com resistores controlados por tensão (varistores) geralmente apresentam um seccionador térmico integrado que desconecta o dispositivo de proteção contra surtos da rede elétrica em caso de sobrecarga e indica este estado operacional. O seccionador responde ao “calor atual“ gerado por um varistor sobrecarregado e desconecta o dispositivo de proteção contra sobretensão da rede se uma certa temperatura for excedida. A chave seccionadora foi projetada para desconectar o dispositivo de proteção contra sobretensão sobrecarregado a tempo de evitar um incêndio. Não se destina a garantir proteção contra contato indireto. A função de

esses seccionadores térmicos podem ser testados por meio de uma simulação de sobrecarga / envelhecimento dos pára-raios.

Corrente de descarga total I_total

Corrente que flui através do PE, PEN ou conexão à terra de um SPD multipolar durante o teste de corrente de descarga total. Este teste é usado para determinar a carga total se a corrente flui simultaneamente por vários caminhos de proteção de um SPD multipolo. Este parâmetro é decisivo para a capacidade total de descarga, que é gerenciada de forma confiável pela soma do indivíduo

caminhos de um SPD.

Nível de proteção de tensão U_p

O nível de proteção de tensão de um dispositivo de proteção contra surto é o valor instantâneo máximo da tensão nos terminais de um dispositivo de proteção contra surto, determinado a partir dos testes individuais padronizados:

- Tensão de ignição de impulso de raio 1.2 / 50 μs (100%)

- Tensão de ignição com uma taxa de aumento de 1kV / μs

- Tensão limite medida em uma corrente de descarga nominal I_n

O nível de proteção de tensão caracteriza a capacidade de um dispositivo de proteção contra surtos de limitar os surtos a um nível residual. O nível de proteção de tensão define o local de instalação em relação à categoria de sobretensão de acordo com IEC 60664-1 em sistemas de alimentação. Para dispositivos de proteção contra surtos a serem usados ​​em sistemas de tecnologia da informação, o nível de proteção de tensão deve ser adaptado ao nível de imunidade do equipamento a ser protegido (IEC 61000-4-5: 2001).

Planejamento de proteção interna contra raios e proteção contra sobretensão

Requisitos para componentes externos de proteção contra raios

Os componentes usados ​​para instalar o sistema externo de proteção contra raios devem atender a certos requisitos mecânicos e elétricos, que são especificados na série padrão EN 62561-x. Os componentes de proteção contra raios são classificados de acordo com sua função, por exemplo, componentes de conexão (EN 62561-1), condutores e eletrodos de aterramento (EN 62561-2).

Teste de componentes convencionais de proteção contra raios

Os componentes metálicos de proteção contra raios (grampos, condutores, hastes de terminação de ar, eletrodos de aterramento) expostos ao intemperismo devem ser submetidos a envelhecimento / condicionamento artificial antes do teste para verificar sua adequação para a aplicação pretendida. De acordo com EN 60068-2-52 e EN ISO 6988, os componentes metálicos são submetidos a envelhecimento artificial e testados em duas etapas.

Intemperismo natural e exposição à corrosão dos componentes de proteção contra raios

Etapa 1: tratamento com névoa de sal

Este teste é destinado a componentes ou dispositivos projetados para resistir à exposição a uma atmosfera salina. O equipamento de teste consiste em uma câmara de névoa salina onde as amostras são testadas com nível de teste 2 por mais de três dias. O nível de teste 2 inclui três fases de pulverização de 2 h cada, usando uma solução de cloreto de sódio a 5% (NaCl) a uma temperatura entre 15 ° C e 35 ° C seguida por um armazenamento de umidade em uma umidade relativa de 93% e uma temperatura de 40 ± 2 ° C por 20 a 22 horas de acordo com EN 60068-2-52.

Etapa 2: tratamento com atmosfera sulfurosa úmida

Este teste é para avaliar a resistência de materiais ou objetos à umidade condensada contendo dióxido de enxofre de acordo com EN ISO 6988.

O equipamento de teste (Figura 2) consiste em uma câmara de teste onde as amostras

são tratados com uma concentração de dióxido de enxofre em uma fração de volume de 667 x 10-6 (± 24 x 10-6) em sete ciclos de teste. Cada ciclo de 24 h é composto por um período de aquecimento de 8 h à temperatura de 40 ± 3 ° C em ambiente úmido e saturado, seguido de um período de repouso de 16 h. Depois disso, a atmosfera úmida sulfurosa é substituída.

Ambos os componentes para uso externo e componentes enterrados no solo estão sujeitos a envelhecimento / condicionamento. Para componentes enterrados no solo, requisitos e medidas adicionais devem ser considerados. Nenhuma braçadeira de alumínio ou condutores podem ser enterrados no solo. Se o aço inoxidável for enterrado no solo, apenas o aço inoxidável de alta liga pode ser usado, por exemplo, StSt (V4A). De acordo com o padrão alemão DIN VDE 0151, StSt (V2A) não é permitido. Componentes para uso interno, como barras de ligação equipotencial, não precisam ser submetidos a envelhecimento / condicionamento. O mesmo se aplica a componentes que são incorporados

em concreto. Portanto, esses componentes geralmente são feitos de aço não galvanizado (preto).

Sistemas de terminação de ar / hastes de terminação de ar

As hastes de terminação de ar são normalmente usadas como sistemas de terminação de ar. Estão disponíveis em diversos modelos, por exemplo com comprimento de 1 m para instalação com base de concreto em telhados planos, até os mastros de proteção contra raios telescópicos com comprimento de 25 m para usinas de biogás. EN 62561-2 especifica as seções transversais mínimas e os materiais permitidos com as propriedades elétricas e mecânicas correspondentes para hastes de terminação de ar. No caso de hastes de terminação de ar com alturas maiores, a resistência à flexão da haste de terminação de ar e a estabilidade de sistemas completos (haste de terminação de ar em um tripé) devem ser verificadas por meio de um cálculo estático. As seções transversais e os materiais necessários devem ser selecionados com base

neste cálculo. As velocidades do vento da zona de carga de vento relevante também devem ser levadas em consideração para este cálculo.

Teste de componentes de conexão

Os componentes de conexão, ou geralmente chamados simplesmente de grampos, são usados ​​como componentes de proteção contra raios para conectar condutores (condutor descendente, condutor de terminação de ar, entrada de aterramento) entre si ou a uma instalação.

Dependendo do tipo de grampo e do material do grampo, muitas combinações diferentes de grampo são possíveis. A rota do condutor e as possíveis combinações de materiais são decisivas a este respeito. O tipo de roteamento do condutor descreve como uma braçadeira conecta os condutores em arranjo cruzado ou paralelo.

No caso de uma carga de raio, os grampos são submetidos a forças eletrodinâmicas e térmicas que dependem muito do tipo de direcionamento do condutor e da conexão do grampo. A Tabela 1 mostra os materiais que podem ser combinados sem causar corrosão por contato. A combinação de diferentes materiais uns com os outros e suas diferentes resistências mecânicas e propriedades térmicas têm efeitos diferentes nos componentes da conexão quando a corrente elétrica flui através deles. Isso é particularmente evidente para componentes de conexão de aço inoxidável (StSt), onde ocorrem altas temperaturas devido à baixa condutividade assim que as correntes elétricas passam por eles. Portanto, um teste de corrente elétrica em conformidade com EN 62561-1 deve ser realizado para todos os grampos. Para testar o pior caso, não apenas as diferentes combinações de condutores, mas também as combinações de materiais especificadas pelo fabricante devem ser testadas.

Testes baseados no exemplo de um grampo MV

Em primeiro lugar, o número de combinações de teste deve ser determinado. O grampo MV usado é feito de aço inoxidável (StSt) e, portanto, pode ser combinado com condutores de aço, alumínio, StSt e cobre, conforme indicado na Tabela 1. Além disso, pode ser conectado em arranjo cruzado e paralelo que também deve ser testado. Isso significa que há oito combinações de teste possíveis para o grampo MV usado (Figuras 3 e 4).

De acordo com EN 62561, cada uma dessas combinações de teste deve ser testada em três amostras / configurações de teste adequadas. Isso significa que 24 espécimes deste grampo MV único devem ser testados para cobrir a faixa completa. Cada amostra é montada com o adequado

torque de aperto em conformidade com os requisitos normativos e é submetido a envelhecimento artificial por meio de névoa de sal e tratamento em atmosfera úmida sulfurosa conforme descrito acima. Para o teste elétrico subsequente, os corpos de prova devem ser fixados em uma placa isolante (Figura 5).

Três impulsos de corrente de raio de forma de onda de 10/350 µs com 50 kA (serviço normal) e 100 kA (serviço pesado) são aplicados a cada amostra. Após serem carregados com uma corrente elétrica, as amostras não devem apresentar sinais de danos.

Além dos testes elétricos onde o corpo de prova é submetido a forças eletrodinâmicas no caso de uma carga de raio, uma carga estático-mecânica foi integrada na norma EN 62561-1. Este teste estático-mecânico é particularmente necessário para conectores paralelos, conectores longitudinais, etc. e é realizado com diferentes materiais condutores e faixas de fixação. Os componentes de conexão feitos de aço inoxidável são testados nas piores condições, apenas com um único condutor de aço inoxidável (superfície extremamente lisa). Os componentes de conexão, por exemplo, a braçadeira MV mostrada na Figura 6, são preparados com um torque de aperto definido e então carregados com uma força mecânica de tração de 900 N (± 20 N) por um minuto. Durante este período de teste, os condutores não devem se mover mais do que um milímetro e os componentes de conexão não devem apresentar sinais de danos. Este teste estático-mecânico adicional é outro critério de teste para componentes de conexão e também deve ser documentado no relatório de teste do fabricante, além dos valores elétricos.

A resistência de contato (medida acima do grampo) para um grampo de aço inoxidável não deve exceder 2.5 mΩ ou 1 mΩ no caso de outros materiais. O torque de afrouxamento necessário deve ser garantido.

Conseqüentemente, os instaladores de sistemas de proteção contra raios devem selecionar os componentes de conexão para a tarefa (H ou N) esperada no local. Uma braçadeira para serviço H (100 kA), por exemplo, deve ser usada para uma haste de terminação de ar (corrente de raio total) e uma braçadeira para tarefa N (50 kA) deve ser usada em uma malha ou em uma entrada de terra (corrente elétrica já distribuída).

Condutores

EN 62561-2 também impõe demandas especiais sobre condutores, como terminação de ar e condutores descendentes ou eletrodos de aterramento, por exemplo, eletrodos de aterramento de anel, por exemplo:

• Propriedades mecânicas (resistência à tração mínima, alongamento mínimo)
• Propriedades elétricas (resistividade máx.)
• Propriedades de resistência à corrosão (envelhecimento artificial conforme descrito acima).

As propriedades mecânicas devem ser testadas e observadas. A Figura 8 mostra a configuração de teste para testar a resistência à tração de condutores circulares (por exemplo, alumínio). A qualidade do revestimento (liso, contínuo), bem como a espessura mínima e aderência ao material de base são importantes e devem ser testados principalmente se forem usados ​​materiais revestidos como aço galvanizado (St / tZn).

Isso é descrito na norma na forma de um teste de flexão. Para isso, um corpo de prova é dobrado em um raio igual a 5 vezes o seu diâmetro em um ângulo de 90 °. Ao fazer isso, a amostra pode não apresentar bordas afiadas, quebra ou esfoliação. Além disso, os materiais condutores devem ser fáceis de processar durante a instalação de sistemas de proteção contra raios. Os fios ou tiras (bobinas) devem ser facilmente endireitados por meio de um endireitador de fios (polias guia) ou por meio de torção. Além disso, deve ser fácil instalar / dobrar os materiais nas estruturas ou no solo. Esses requisitos padrão são características relevantes do produto que devem ser documentadas nas folhas de dados dos produtos correspondentes dos fabricantes.

Eletrodos / hastes de aterramento

As hastes de aterramento LSP separáveis ​​são feitas de aço especial e são totalmente galvanizadas por imersão a quente ou consistem em aço inoxidável de alta liga. Uma junta de acoplamento que permite a conexão das hastes sem aumentar o diâmetro é uma característica especial dessas hastes de terra. Cada haste fornece um furo e uma extremidade de pino.

EN 62561-2 especifica os requisitos para eletrodos de aterramento, como material, geometria, dimensões mínimas, bem como propriedades mecânicas e elétricas. As juntas de acoplamento que ligam as hastes individuais são pontos fracos. Por esta razão, a EN 62561-2 exige que testes mecânicos e elétricos adicionais sejam realizados para testar a qualidade dessas juntas de acoplamento.

Para este teste, a haste é colocada em uma guia com uma placa de aço como área de impacto. O corpo de prova consiste em duas hastes unidas com 500 mm de comprimento cada. Três amostras de cada tipo de eletrodo de aterramento devem ser testadas. A extremidade superior da amostra é impactada por meio de um martelo vibratório com uma inserção de martelo adequada por uma duração de dois minutos. A taxa de golpe do martelo deve ser 2000 ± 1000 min-1 e a energia de impacto de golpe único deve ser 50 ± 10 [Nm].

Se os acoplamentos tiverem passado neste teste sem defeitos visíveis, são submetidos ao envelhecimento artificial por meio de névoa de sal e tratamento com atmosfera úmida sulfurosa. Em seguida, os acoplamentos são carregados com três impulsos de corrente de raio de 10/350 μs de formato de onda de 50 kA e 100 kA cada. A resistência de contato (medida acima do acoplamento) das barras de aterramento de aço inoxidável não deve exceder 2.5 m XNUMX. Para testar se a junta de acoplamento ainda está firmemente conectada após ter sido submetida a esta carga de raio, a força de acoplamento é testada por meio de uma máquina de ensaio de tração.

A instalação de um sistema de proteção contra raios funcional requer o uso de componentes e dispositivos testados de acordo com o padrão mais recente. Os instaladores de sistemas de proteção contra raios devem selecionar e instalar corretamente os componentes de acordo com os requisitos do local de instalação. Além dos requisitos mecânicos, os critérios elétricos do último estado de proteção contra raios devem ser considerados e cumpridos.

Cálculo da Corrente de Curto-Circuito Linha-Terra

Dimensionamento de sistemas de terminação de terra em relação à ampacidade

Para este propósito, diferentes cenários de pior caso devem ser examinados. Em sistemas de média tensão, uma falha dupla à terra seria o caso mais crítico. Uma primeira falha de aterramento (por exemplo, em um transformador) pode causar uma segunda falha de aterramento em outra fase (por exemplo, uma extremidade de vedação de cabo com defeito em um sistema de média tensão). De acordo com a tabela 1 da norma EN 50522 (aterramento de instalações de energia superior a 1 kV ca), uma corrente de falha dupla à terra I''kEE, que é definida como segue, fluirá através dos condutores de aterramento neste caso:

I “kEE = 0,85 • I“ k

(I "k = corrente de curto-circuito simétrica inicial tripolar)

Em uma instalação de 20 kV com uma corrente inicial de curto-circuito simétrica I''k de 16 kA e um tempo de desconexão de 1 segundo, a corrente de falha dupla à terra seria 13.6 kA. A ampacidade dos condutores de aterramento e dos barramentos de aterramento no prédio da estação ou sala do transformador deve ser classificada de acordo com este valor. Neste contexto, a divisão de corrente pode ser considerada no caso de um arranjo em anel (um fator de 0.65 é usado na prática). O planejamento deve sempre ser baseado nos dados reais do sistema (configuração do sistema, corrente de curto-circuito linha-terra, tempo de desconexão).

A norma EN 50522 especifica a densidade máxima de corrente de curto-circuito G (A / mm2) para diferentes materiais. A seção transversal de um condutor é determinada a partir do material e do tempo de desconexão.

A corrente calculada é agora dividida pela densidade de corrente G do material relevante e o tempo de desconexão correspondente e a seção transversal mínima A_minutos do condutor é determinado.

A_minutos= I ”_{kEE (filial)} / G [mm²]

A seção transversal calculada permite selecionar um condutor. Esta seção transversal é sempre arredondada para a próxima seção transversal nominal maior. No caso de um sistema compensado, por exemplo, o próprio sistema de terminação à terra (a parte em contato direto com a terra) é carregado com uma corrente consideravelmente mais baixa, ou seja, apenas com a corrente residual de falha à terra I_E = rx I_RES reduzido pelo fator r. Esta corrente não excede cerca de 10 A e pode fluir permanentemente sem problemas se forem utilizadas seções transversais de material de aterramento comum.

Seções transversais mínimas de eletrodos de aterramento

As seções transversais mínimas em relação à resistência mecânica e corrosão são definidas na norma alemã DIN VDE 0151 (Material e dimensões mínimas dos eletrodos de aterramento em relação à corrosão).

Carga do vento no caso de sistemas de terminação de ar isolados de acordo com o Eurocódigo 1

As condições climáticas extremas estão aumentando em todo o mundo como resultado do aquecimento global. Consequências como a alta velocidade do vento, o aumento do número de tempestades e chuvas fortes não podem ser ignoradas. Portanto, os projetistas e instaladores enfrentarão novos desafios, especialmente no que diz respeito às cargas de vento. Isso não afeta apenas as estruturas de edifícios (estática da estrutura), mas também os sistemas de terminação de ar.

No campo da proteção contra raios, as normas DIN 1055-4: 2005-03 e DIN 4131 têm sido utilizadas como base de dimensionamento até agora. Em julho de 2012, essas normas foram substituídas pelos Eurocódigos, que fornecem regras de projeto de estruturas padronizadas em toda a Europa (planejamento de estruturas).

A norma DIN 1055-4: 2005-03 foi integrada no Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4: Ações em estruturas - Parte 1-4: Ações gerais - Ações do vento) e DIN V 4131: 2008-09 no Eurocódigo 3 ( EN 1993-3-1: Parte 3-1: Torres, mastros e chaminés - Torres e mastros). Assim, esses dois padrões formam a base para o dimensionamento de sistemas de terminação de ar para sistemas de proteção contra raios; no entanto, o Eurocódigo 1 é principalmente relevante.

Os seguintes parâmetros são usados ​​para calcular a carga de vento real esperada:

• Zona de vento (a Alemanha está dividida em quatro zonas de vento com diferentes velocidades de vento de base)
• Categoria de terreno (as categorias de terreno definem o entorno de uma estrutura)
• Altura do objeto acima do nível do solo
• Altura do local (acima do nível do mar, normalmente até 800 m acima do nível do mar)

Outros fatores de influência, como:

• Cobertura
• Posicione em uma crista ou topo de uma colina
• Altura do objeto acima de 300 m
• Altura do terreno acima de 800 m (nível do mar)

devem ser considerados para o ambiente de instalação específico e devem ser calculados separadamente.

A combinação dos diferentes parâmetros resulta na velocidade do vento de rajada que deve ser usada como base para o dimensionamento de sistemas de terminação de ar e outras instalações, como condutores de anel elevados. Em nosso catálogo, a velocidade máxima de rajada de vento é especificada para que nossos produtos possam determinar o número necessário de bases de concreto dependendo da velocidade do vento de rajada, por exemplo, no caso de sistemas de terminação de ar isolados. Isso não só permite determinar a estabilidade estática, mas também reduzir o peso necessário e, portanto, a carga do telhado.

Aviso importante:

As "velocidades máximas de rajadas de vento" especificadas neste catálogo para os componentes individuais foram determinadas de acordo com os requisitos de cálculo específicos da Alemanha do Eurocódigo 1 (DIN EN 1991-1-4 / NA: 2010-12) que são baseados na zona de vento mapa para a Alemanha e as particularidades topográficas específicas do país associadas.

Ao usar produtos deste catálogo em outros países, as particularidades específicas do país e outros métodos de cálculo aplicáveis ​​localmente, se houver, descritos no Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4) ou em outros regulamentos de cálculo aplicáveis ​​localmente (fora da Europa) devem ser observado. Consequentemente, as velocidades máximas de rajadas de vento mencionadas neste catálogo se aplicam apenas à Alemanha e são apenas uma orientação aproximada para outros países. As velocidades de rajada de vento devem ser calculadas novamente de acordo com os métodos de cálculo específicos do país!

Ao instalar hastes de terminação de ar em bases de concreto, as informações / velocidades de rajada de vento na tabela devem ser consideradas. Esta informação se aplica a materiais convencionais de haste de terminação de ar (Al, St / tZn, Cu e StSt).

Se as hastes de terminação de ar forem fixadas por meio de espaçadores, os cálculos serão baseados nas possibilidades de instalação abaixo.

As velocidades de rajada de vento máximas permitidas são especificadas para os produtos relevantes e devem ser consideradas para seleção / instalação. Uma maior resistência mecânica pode ser alcançada por meio de, por exemplo, um suporte em ângulo (dois espaçadores dispostos em um triângulo) (a pedido).