Tiêu chuẩn chống sét BS EN IEC 62305

Tiêu chuẩn BS EN / IEC 62305 về bảo vệ chống sét ban đầu được xuất bản vào tháng 2006 năm 6651, để thay thế tiêu chuẩn trước đó, BS 1999: XNUMX. Cho một thời hạn hữu hạn, BS EN / IEC 62305 và BS 6651 chạy song song, nhưng đến tháng 2008 năm 6651, BS 63205 đã bị rút lại và bây giờ BS EN / IEC XNUMX là tiêu chuẩn được công nhận cho chống sét.

Tiêu chuẩn BS EN / IEC 62305 phản ánh sự hiểu biết khoa học ngày càng cao về sét và ảnh hưởng của nó trong hai mươi năm qua, đồng thời ghi nhận tác động ngày càng tăng của công nghệ và hệ thống điện tử đối với các hoạt động hàng ngày của chúng ta. Phức tạp hơn và chính xác hơn so với người tiền nhiệm của nó, BS EN / IEC 62305 bao gồm bốn phần riêng biệt - các nguyên tắc chung, quản lý rủi ro, thiệt hại vật lý đối với cấu trúc và nguy hiểm tính mạng, và bảo vệ hệ thống điện tử.

Các phần này của tiêu chuẩn được giới thiệu ở đây. Trong năm 2010, các phần này đã được đánh giá kỹ thuật định kỳ, với phần cập nhật 1, 3 và 4 được phát hành vào năm 2011. Phần 2 cập nhật hiện đang được thảo luận và dự kiến ​​sẽ được xuất bản vào cuối năm 2012.

Chìa khóa của BS EN / IEC 62305 là tất cả các cân nhắc về bảo vệ chống sét được thúc đẩy bởi một đánh giá rủi ro toàn diện và phức tạp và đánh giá này không chỉ tính đến cấu trúc được bảo vệ mà còn cả các dịch vụ mà cấu trúc được kết nối. Về bản chất, bảo vệ chống sét kết cấu không còn có thể được coi là cách ly, bảo vệ chống lại quá điện áp quá độ hoặc quá áp điện là không thể thiếu đối với BS EN / IEC 62305.

Cấu trúc của BS EN / IEC 62305

Sê-ri BS EN / IEC 62305 bao gồm bốn phần, tất cả đều cần được xem xét. Bốn phần này được trình bày dưới đây:

Phần 1: Nguyên tắc chung

BS EN / IEC 62305-1 (phần 1) là phần giới thiệu về các phần khác của tiêu chuẩn và về cơ bản mô tả cách thiết kế Hệ thống chống sét (LPS) phù hợp với các phần đi kèm của tiêu chuẩn.

Phần 2: Quản lý rủi ro

Phương pháp tiếp cận quản lý rủi ro BS EN / IEC 62305-2 (phần 2), không tập trung quá nhiều vào thiệt hại vật chất thuần túy đối với kết cấu do phóng điện sét, mà tập trung nhiều hơn vào nguy cơ thiệt hại về nhân mạng, mất dịch vụ đối với công, mất di sản văn hóa và tổn thất kinh tế.

Phần 3: Thiệt hại vật chất đối với kết cấu và nguy hiểm tính mạng

BS EN / IEC 62305-3 (phần 3) liên quan trực tiếp đến phần chính của BS 6651. Nó khác với BS 6651 ở chỗ phần mới này có bốn Lớp hoặc mức bảo vệ của LPS, trái ngược với hai lớp cơ bản (bình thường và mức độ rủi ro cao) trong BS 6651.

Phần 4: Hệ thống điện và điện tử

trong cấu trúc, BS EN / IEC 62305-4 (phần 4) đề cập đến việc bảo vệ các hệ thống điện và điện tử được đặt trong cấu trúc. Nó thể hiện những gì Phụ lục C trong BS 6651 đã truyền đạt, nhưng với cách tiếp cận khu vực mới được gọi là Vùng chống sét (LPZ). Nó cung cấp thông tin cho việc thiết kế, lắp đặt, bảo trì và thử nghiệm hệ thống bảo vệ Xung điện từ Sét (LEMP) (nay được gọi là Biện pháp Bảo vệ Xung điện - SPM) cho các hệ thống điện / điện tử trong một cấu trúc.

Bảng sau đây đưa ra một phác thảo rộng về các khác biệt chính giữa tiêu chuẩn trước đó, BS 6651 và BS EN / IEC 62305.

Thiệt hại và mất mát

BS EN / IEC 62305 xác định bốn nguồn hư hỏng chính:

S1 Nhấp nháy đến cấu trúc

S2 Nhấp nháy gần cấu trúc

S3 nhấp nháy tới một dịch vụ

S4 Nháy gần một dịch vụ

Mỗi nguồn thiệt hại có thể gây ra một hoặc nhiều hơn ba loại thiệt hại:

D1 Tổn thương sinh vật do điện áp bước và chạm

D2 Thiệt hại vật lý (cháy, nổ, phá hủy cơ học, giải phóng hóa chất) do tác động của dòng điện sét bao gồm cả tia lửa

D3 Hỏng hóc hệ thống bên trong do Xung điện từ sét (LEMP)

Các loại tổn thất sau có thể do hư hỏng do sét:

L1 Tổn thất nhân mạng

L2 Mất dịch vụ đối với công chúng

L3 Mất di sản văn hóa

L4 Mất giá trị kinh tế

Mối quan hệ của tất cả các tham số trên được tóm tắt trong Bảng 5.

Hình 12 trên trang 271 mô tả các loại thiệt hại và tổn thất do sét gây ra.

Để có giải thích chi tiết hơn về các nguyên tắc chung hình thành phần 1 của tiêu chuẩn BS EN 62305, vui lòng tham khảo hướng dẫn tham khảo đầy đủ của chúng tôi 'Hướng dẫn về BS EN 62305.' Mặc dù tập trung vào tiêu chuẩn BS EN, hướng dẫn này có thể cung cấp thông tin hỗ trợ mà các nhà tư vấn thiết kế theo tiêu chuẩn IEC quan tâm. Vui lòng xem trang 283 để biết thêm chi tiết về hướng dẫn này.

Tiêu chí thiết kế sơ đồ

Biện pháp bảo vệ chống sét lý tưởng cho một cấu trúc và các dịch vụ được kết nối của nó sẽ là bao bọc cấu trúc trong một (hộp) lá chắn bằng kim loại được nối đất và dẫn điện hoàn hảo, đồng thời cung cấp sự liên kết thích hợp của bất kỳ dịch vụ được kết nối nào tại điểm vào trong tấm chắn.

Về bản chất, điều này sẽ ngăn chặn sự xâm nhập của dòng sét và trường điện từ cảm ứng vào cấu trúc. Tuy nhiên, trên thực tế, không thể hoặc thực sự hiệu quả về chi phí để đi đến độ dài như vậy.

Do đó, tiêu chuẩn này đưa ra một tập hợp các thông số dòng điện sét xác định trong đó các biện pháp bảo vệ, được áp dụng phù hợp với các khuyến nghị của tiêu chuẩn, sẽ làm giảm mọi thiệt hại và tổn thất do hậu quả của sét đánh. Việc giảm thiệt hại và tổn thất do hậu quả này là hợp lệ với điều kiện các thông số sét đánh nằm trong giới hạn xác định, được thiết lập là Mức chống sét (LPL).

Mức độ bảo vệ chống sét (LPL)

Bốn cấp độ bảo vệ đã được xác định dựa trên các thông số thu được từ các tài liệu kỹ thuật đã xuất bản trước đó. Mỗi cấp có một bộ thông số dòng sét tối đa và tối thiểu cố định. Các thông số này được thể hiện trong Bảng 6. Các giá trị lớn nhất đã được sử dụng trong thiết kế của các sản phẩm như các bộ phận chống sét và Thiết bị Bảo vệ Chống sét lan truyền (SPD). Các giá trị tối thiểu của dòng điện sét đã được sử dụng để tính bán kính hình cầu lăn cho mỗi cấp.

Vùng chống sét (LPZ)

Khái niệm về Vùng chống sét (LPZ) được giới thiệu trong BS EN / IEC 62305 đặc biệt để hỗ trợ xác định các biện pháp bảo vệ cần thiết để thiết lập các biện pháp bảo vệ chống lại Xung điện từ Sét (LEMP) trong một cấu trúc.

Nguyên tắc chung là thiết bị yêu cầu bảo vệ phải được đặt trong LPZ có đặc tính điện từ tương thích với khả năng chịu ứng suất hoặc khả năng miễn nhiễm của thiết bị.

Khái niệm này phục vụ cho các khu vực bên ngoài, có nguy cơ bị sét đánh trực tiếp (LPZ 0_A), hoặc rủi ro xuất hiện một phần dòng sét (LPZ 0_B), và các mức độ bảo vệ trong các vùng bên trong (LPZ 1 & LPZ 2).

Nói chung, số vùng càng cao (LPZ 2; LPZ 3, v.v.) thì hiệu ứng điện từ dự kiến ​​càng thấp. Thông thường, bất kỳ thiết bị điện tử nhạy cảm nào nên được đặt trong các LPZ được đánh số cao hơn và được bảo vệ chống LEMP bằng các Biện pháp Bảo vệ Xung kích có liên quan ('SPM' như được định nghĩa trong BS EN 62305: 2011).

SPM trước đây được gọi là Hệ thống các biện pháp bảo vệ LEMP (LPMS) trong BS EN / IEC 62305: 2006.

Hình 13 nêu bật khái niệm LPZ khi được áp dụng cho cấu trúc và cho SPM. Khái niệm này được mở rộng trong BS EN / IEC 62305-3 và BS EN / IEC 62305-4.

Việc lựa chọn SPM phù hợp nhất được thực hiện bằng cách sử dụng đánh giá rủi ro phù hợp với BS EN / IEC 62305-2.

BS EN / IEC 62305-2 Quản lý rủi ro

BS EN / IEC 62305-2 là chìa khóa để thực hiện đúng BS EN / IEC 62305-3 và BS EN / IEC 62305-4. Việc đánh giá và quản lý rủi ro hiện nay sâu và rộng hơn đáng kể so với cách tiếp cận của BS 6651.

BS EN / IEC 62305-2 đề cập cụ thể đến việc đánh giá rủi ro, kết quả xác định mức độ cần thiết của Hệ thống chống sét (LPS). Trong khi BS 6651 dành 9 trang (bao gồm cả số liệu) cho chủ đề đánh giá rủi ro, BS EN / IEC 62305-2 hiện chứa hơn 150 trang.

Giai đoạn đầu tiên của đánh giá rủi ro là xác định loại tổn thất nào trong bốn loại tổn thất (như được xác định trong BS EN / IEC 62305-1) mà cấu trúc và nội dung của nó có thể gánh chịu. Mục đích cuối cùng của việc đánh giá rủi ro là để định lượng và nếu cần, giảm các rủi ro chính liên quan, tức là:

R₁ nguy cơ mất mạng người

R₂ nguy cơ mất dịch vụ cho công chúng

R₃ nguy cơ mất di sản văn hóa

R₄ rủi ro mất giá trị kinh tế

Đối với mỗi trong ba rủi ro chính đầu tiên, một rủi ro có thể chấp nhận được (R_T) được thiết lập. Dữ liệu này có thể được lấy trong Bảng 7 của IEC 62305-2 hoặc Bảng NK.1 của Phụ lục Quốc gia của BS EN 62305-2.

Mỗi rủi ro chính (R_n) được xác định thông qua một loạt các tính toán dài như được xác định trong tiêu chuẩn. Nếu rủi ro thực tế (R_n) nhỏ hơn hoặc bằng rủi ro có thể chấp nhận được (R_T), thì không cần các biện pháp bảo vệ. Nếu rủi ro thực tế (R_n) lớn hơn rủi ro có thể chấp nhận được tương ứng của nó (R_T), thì các biện pháp bảo vệ phải được kích động. Quá trình trên được lặp lại (sử dụng các giá trị mới liên quan đến các biện pháp bảo vệ đã chọn) cho đến khi R_n nhỏ hơn hoặc bằng tương ứng của nó R_T. Chính quá trình lặp đi lặp lại này như thể hiện trong Hình 14 quyết định sự lựa chọn hay thực sự là Mức bảo vệ chống sét (LPL) của Hệ thống chống sét (LPS) và Các biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền (SPM) để chống lại xung điện từ sét (LEMP).

BS EN / IEC 62305-3 Thiệt hại vật lý đối với cấu trúc và nguy hiểm tính mạng

Phần này của bộ tiêu chuẩn đề cập đến các biện pháp bảo vệ trong và xung quanh một cấu trúc và như vậy liên quan trực tiếp đến phần chính của BS 6651.

Phần chính của tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn về thiết kế Hệ thống chống sét bên ngoài (LPS), LPS bên trong và các chương trình bảo trì và kiểm tra.

Hệ thống chống sét (LPS)

BS EN / IEC 62305-1 đã xác định bốn Mức bảo vệ chống sét (LPL) dựa trên dòng sét tối thiểu và tối đa có thể xảy ra. Các LPL này tương đương trực tiếp với các lớp của Hệ thống chống sét (LPS).

Mối tương quan giữa bốn cấp độ LPL và LPS được xác định trong Bảng 7. Về bản chất, LPL càng lớn thì cấp độ LPS càng cao.

Loại LPS sẽ được lắp đặt chịu sự điều chỉnh của kết quả tính toán đánh giá rủi ro được nêu trong BS EN / IEC 62305-2.

Cân nhắc thiết kế LPS bên ngoài

Người thiết kế chống sét ban đầu phải xem xét các hiệu ứng nhiệt và nổ gây ra tại điểm sét đánh và các hậu quả đối với kết cấu được xem xét. Tùy thuộc vào hậu quả mà nhà thiết kế có thể chọn một trong các loại LPS bên ngoài sau:

- Bị cô lập

- Không cách ly

LPS cách ly thường được chọn khi kết cấu được xây dựng bằng vật liệu dễ cháy hoặc có nguy cơ nổ.

Ngược lại, một hệ thống không bị cô lập có thể được lắp đặt ở những nơi không có nguy hiểm như vậy.

Một LPS bên ngoài bao gồm:

- Hệ thống đầu thu sét

- Hệ thống dây dẫn xuống

- Hệ thống tiếp đất

Các phần tử riêng lẻ này của một LPS phải được kết nối với nhau bằng cách sử dụng các thành phần chống sét thích hợp (LPC) tuân thủ (trong trường hợp BS EN 62305) với dòng BS EN 50164 (lưu ý rằng dòng BS EN này sẽ được thay thế bằng BS EN / IEC Sê-ri 62561). Điều này sẽ đảm bảo rằng trong trường hợp có dòng điện sét phóng vào kết cấu, việc thiết kế và lựa chọn các thành phần chính xác sẽ giảm thiểu mọi thiệt hại có thể xảy ra.

Hệ thống đầu cuối hàng không

Vai trò của hệ thống đầu thu sét là thu dòng phóng điện sét và tiêu tán dòng điện này xuống đất một cách vô hại thông qua hệ thống dây dẫn sét và đầu tiếp đất. Do đó, điều tối quan trọng là phải sử dụng hệ thống đầu thu sét được thiết kế chính xác.

BS EN / IEC 62305-3 ủng hộ những điều sau, trong bất kỳ sự kết hợp nào, để thiết kế đầu thu sét:

- Các thanh khí (hoặc các thanh khí) dù là cột đứng tự do hoặc được liên kết với các dây dẫn để tạo thành lưới trên mái

- Dây dẫn dạng xích (hoặc dây treo), cho dù chúng được đỡ bằng cột buồm đứng tự do hoặc được liên kết với dây dẫn để tạo thành lưới trên mái

- Mạng lưới dây dẫn dạng lưới có thể nằm tiếp xúc trực tiếp với mái nhà hoặc được treo bên trên nó (trong trường hợp tối quan trọng là mái nhà không bị phóng điện sét trực tiếp)

Tiêu chuẩn nêu rõ rằng tất cả các loại hệ thống đầu thu sét được sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu định vị được nêu trong phần nội dung của tiêu chuẩn. Nó nhấn mạnh rằng các bộ phận đầu thu sét nên được lắp đặt trên các góc, các điểm tiếp xúc và các cạnh của cấu trúc. Ba phương pháp cơ bản được khuyến nghị để xác định vị trí của hệ thống đầu thu sét là:

- Phương pháp quả cầu lăn

- Phương pháp góc bảo vệ

- Phương pháp lưới

Các phương pháp này được trình bày chi tiết qua các trang sau.

Phương pháp quả cầu lăn

Phương pháp quả cầu lăn là một phương tiện đơn giản để xác định các khu vực của kết cấu cần được bảo vệ, có tính đến khả năng va đập từ các phía đối với kết cấu. Khái niệm cơ bản của việc áp dụng quả cầu lăn vào một kết cấu được minh họa trong Hình 15.

Phương pháp hình cầu lăn được sử dụng trong BS 6651, điểm khác biệt duy nhất là trong BS EN / IEC 62305 có các bán kính khác nhau của hình cầu lăn tương ứng với loại LPS liên quan (xem Bảng 8).

Phương pháp này thích hợp để xác định các vùng bảo vệ cho tất cả các loại kết cấu, đặc biệt là những kết cấu có hình học phức tạp.

Phương pháp góc bảo vệ

Phương pháp góc bảo vệ là một đơn giản hóa toán học của phương pháp quả cầu lăn. Góc bảo vệ (a) là góc tạo ra giữa đầu (A) của thanh thẳng đứng và một đường chiếu xuống bề mặt mà thanh nằm trên đó (xem Hình 16).

Góc bảo vệ được tạo bởi thanh không khí rõ ràng là một khái niệm ba chiều, theo đó thanh được chỉ định hình nón bảo vệ bằng cách quét dòng AC ở góc bảo vệ 360º xung quanh thanh khí.

Góc bảo vệ khác nhau theo chiều cao thay đổi của thanh khí và loại LPS. Góc bảo vệ do thanh khí tạo ra được xác định từ Bảng 2 của BS EN / IEC 62305-3 (xem Hình 17).

Thay đổi góc bảo vệ là một sự thay đổi đối với vùng bảo vệ 45º đơn giản được áp dụng trong hầu hết các trường hợp trong BS 6651. Hơn nữa, tiêu chuẩn mới sử dụng chiều cao của hệ thống đầu thu sét phía trên mặt phẳng tham chiếu, cho dù đó là mặt đất hay mái nhà (Xem Hình 18).

Phương pháp lưới

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất theo khuyến nghị của BS 6651. Một lần nữa, trong BS EN / IEC 62305, bốn kích thước lưới đầu thu sét khác nhau được xác định và tương ứng với loại LPS liên quan (xem Bảng 9).

Phương pháp này phù hợp khi bề mặt trơn cần được bảo vệ nếu đáp ứng các điều kiện sau:

- Các dây dẫn đầu thu sét phải được định vị ở các mép mái, trên các phần nhô ra của mái và trên các đường gờ của mái với cao độ vượt quá 1 trong 10 (5.7º)

- Không lắp đặt kim loại nhô ra trên hệ thống đầu thu sét

Nghiên cứu hiện đại về thiệt hại do sét gây ra đã chỉ ra rằng các cạnh và góc của mái nhà dễ bị hư hại nhất.

Vì vậy, trên tất cả các cấu trúc, đặc biệt là với mái bằng, các dây dẫn chu vi nên được lắp đặt càng gần các mép ngoài của mái càng tốt.

Như trong BS 6651, tiêu chuẩn hiện tại cho phép sử dụng các dây dẫn (cho dù chúng là đồ kim loại ngẫu nhiên hay dây dẫn LP chuyên dụng) dưới mái nhà. Các thanh dẫn khí thẳng đứng (các tấm chắn) hoặc các tấm chắn phải được gắn phía trên mái nhà và kết nối với hệ thống dây dẫn bên dưới. Các thanh không khí phải được đặt cách nhau không quá 10 m và nếu sử dụng các tấm chắn gió để thay thế, các thanh này phải được đặt một cách chiến lược trên khu vực mái cách nhau không quá 5 m.

Hệ thống đầu thu sét phi thông thường

Nhiều cuộc tranh luận về kỹ thuật (và thương mại) đã nổ ra trong nhiều năm về tính hợp lệ của các tuyên bố do những người đề xuất hệ thống như vậy đưa ra.

Chủ đề này đã được thảo luận rộng rãi trong các nhóm công tác kỹ thuật đã biên soạn BS EN / IEC 62305. Kết quả là duy trì thông tin trong tiêu chuẩn này.

BS EN / IEC 62305 tuyên bố rõ ràng rằng thể tích hoặc vùng bảo vệ được cung cấp bởi hệ thống đầu thu sét (ví dụ: thanh dẫn khí) chỉ được xác định bằng kích thước vật lý thực của hệ thống đầu thu sét.

Tuyên bố này được củng cố trong phiên bản 2011 của BS EN 62305, bằng cách được đưa vào phần nội dung của tiêu chuẩn, thay vì tạo thành một phần của Phụ lục (Phụ lục A của BS EN / IEC 62305-3: 2006).

Thông thường, nếu thanh khí cao 5 m thì yêu cầu duy nhất cho vùng bảo vệ do thanh khí này tạo ra sẽ dựa trên 5 m và loại LPS liên quan chứ không phải bất kỳ kích thước nâng cao nào được yêu cầu bởi một số thanh khí không thông thường.

Không có tiêu chuẩn nào khác được dự tính để chạy song song với tiêu chuẩn BS EN / IEC 62305 này.

Thành phần tự nhiên

Khi mái kim loại đang được coi là một bố trí đầu thu sét tự nhiên, thì BS 6651 đưa ra hướng dẫn về độ dày tối thiểu và loại vật liệu đang được xem xét.

BS EN / IEC 62305-3 đưa ra hướng dẫn tương tự cũng như thông tin bổ sung nếu mái phải được coi là chống thủng do phóng điện sét (xem Bảng 10).

Luôn luôn phải có tối thiểu hai dây dẫn sét được phân bố xung quanh chu vi của kết cấu. Các dây dẫn sét nên được lắp đặt tại mỗi góc tiếp xúc của kết cấu ở bất cứ nơi nào có thể vì nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng mang phần chính của dòng sét.

Thành phần tự nhiên

BS EN / IEC 62305, giống như BS 6651, khuyến khích việc sử dụng các bộ phận kim loại ngẫu nhiên trên hoặc trong cấu trúc để được tích hợp vào LPS.

Trong đó BS 6651 khuyến khích tính liên tục về điện khi sử dụng các thanh cốt thép nằm trong kết cấu bê tông, BS EN / IEC 62305-3 cũng vậy. Ngoài ra, nó quy định rằng các thanh cốt thép được hàn, kẹp bằng các bộ phận kết nối phù hợp hoặc chồng lên nhau tối thiểu 20 lần đường kính cốt thép. Điều này nhằm đảm bảo rằng những thanh cốt thép có khả năng mang dòng sét có kết nối an toàn từ chiều dài này sang chiều dài tiếp theo.

Khi các thanh cốt thép bên trong được yêu cầu được nối với dây dẫn sét bên ngoài hoặc mạng tiếp địa thì một trong hai cách bố trí nêu trên Hình 20 là phù hợp. Nếu kết nối từ dây dẫn liên kết đến thanh cốt thép được bọc bằng bê tông thì tiêu chuẩn khuyến nghị sử dụng hai kẹp, một kẹp nối với một chiều dài của thanh cốt thép và kẹp kia với chiều dài cốt thép khác. Sau đó, các mối nối phải được bao bọc bởi một hợp chất ức chế độ ẩm như băng Denso.

Nếu các thanh cốt thép (hoặc khung thép kết cấu) được sử dụng làm dây dẫn sét thì phải xác định tính liên tục về điện từ hệ thống đầu thu sét đến hệ thống nối đất. Đối với các kết cấu xây dựng mới, điều này có thể được quyết định ở giai đoạn đầu xây dựng bằng cách sử dụng các thanh cốt thép chuyên dụng hoặc cách khác là chạy một dây dẫn đồng chuyên dụng từ đỉnh của kết cấu đến nền trước khi đổ bê tông. Dây dẫn đồng chuyên dụng này phải được liên kết định kỳ với các thanh cốt thép liền kề / liền kề.

Nếu có nghi ngờ về tuyến và tính liên tục của các thanh cốt thép trong các kết cấu hiện có thì nên lắp đặt hệ thống dây dẫn sét bên ngoài. Lý tưởng nhất là chúng nên được liên kết vào mạng lưới gia cố của kết cấu ở trên cùng và dưới cùng của kết cấu.

Hệ thống đầu cuối đất

Hệ thống đầu tiếp đất rất quan trọng đối với việc phân tán dòng sét vào đất một cách an toàn và hiệu quả.

Phù hợp với BS 6651, tiêu chuẩn mới khuyến nghị một hệ thống đầu tiếp đất tích hợp duy nhất cho một cấu trúc, kết hợp hệ thống chống sét, nguồn và viễn thông. Cần có sự đồng ý của cơ quan điều hành hoặc chủ sở hữu của các hệ thống có liên quan trước khi bất kỳ mối liên kết nào diễn ra.

Một kết nối đất tốt phải có các đặc điểm sau:

- Điện trở giữa điện cực và đất thấp. Điện trở của điện cực đất càng thấp thì càng có nhiều khả năng dòng điện sét sẽ chọn chảy xuống con đường đó thay vì bất kỳ đường nào khác, cho phép dòng điện được dẫn đến một cách an toàn và tiêu tan trong trái đất

- Chống ăn mòn tốt. Việc lựa chọn vật liệu cho điện cực đất và các kết nối của nó là rất quan trọng. Nó sẽ bị chôn vùi trong đất trong nhiều năm nên phải hoàn toàn đáng tin cậy

Tiêu chuẩn ủng hộ yêu cầu điện trở tiếp đất thấp và chỉ ra rằng nó có thể đạt được với hệ thống tiếp đất tổng thể từ 10 ôm trở xuống.

Ba cách sắp xếp điện cực đất cơ bản được sử dụng.

- Kiểu sắp xếp A

- Kiểu sắp xếp B

- Điện cực đất nền

Sắp xếp loại A

Điều này bao gồm các điện cực đất nằm ngang hoặc thẳng đứng, được kết nối với mỗi dây dẫn xuống được cố định ở bên ngoài cấu trúc. Về bản chất, đây là hệ thống nối đất được sử dụng trong BS 6651, trong đó mỗi dây dẫn xuống có một điện cực đất (thanh) được kết nối với nó.

Sắp xếp loại B

Sự sắp xếp này về cơ bản là một điện cực đất vòng được kết nối đầy đủ được đặt xung quanh ngoại vi của cấu trúc và tiếp xúc với đất xung quanh tối thiểu 80% tổng chiều dài của nó (nghĩa là 20% chiều dài tổng thể của nó có thể được đặt trong tầng hầm của kết cấu và không tiếp xúc trực tiếp với đất).

Nền tảng điện cực đất

Đây thực chất là kiểu bố trí nối đất kiểu B. Nó bao gồm các dây dẫn được lắp đặt trong nền bê tông của kết cấu. Nếu cần thêm bất kỳ chiều dài điện cực nào, chúng cần phải đáp ứng các tiêu chí tương tự như tiêu chuẩn đối với bố trí kiểu B. Điện cực đất nền có thể được sử dụng để tăng cường lưới cốt thép cho móng.

Khoảng cách tách biệt (cách ly) của LPS bên ngoài

Về cơ bản cần có khoảng cách tách biệt (tức là cách điện) giữa LPS bên ngoài và các bộ phận kim loại kết cấu. Điều này sẽ giảm thiểu bất kỳ khả năng dòng sét cục bộ nào được đưa vào bên trong kết cấu.

Điều này có thể đạt được bằng cách đặt dây dẫn sét đủ xa khỏi bất kỳ bộ phận dẫn điện nào có đường dẫn vào cấu trúc. Vì vậy, nếu phóng điện sét đánh vào dây dẫn sét, nó không thể `` thu hẹp khoảng cách '' và vụt qua đồ kim loại bên cạnh.

BS EN / IEC 62305 khuyến nghị một hệ thống đầu tiếp đất tích hợp duy nhất cho một cấu trúc, kết hợp hệ thống chống sét, nguồn và viễn thông.

Cân nhắc thiết kế LPS nội bộ

Vai trò cơ bản của LPS bên trong là đảm bảo tránh tia lửa điện nguy hiểm xảy ra trong kết cấu được bảo vệ. Điều này có thể là do, sau khi phóng điện sét, dòng điện sét chạy trong LPS bên ngoài hoặc thực sự là các bộ phận dẫn điện khác của kết cấu và cố gắng chớp cháy hoặc phóng tia lửa sang các cơ sở lắp đặt bằng kim loại bên trong.

Tiến hành các biện pháp liên kết đẳng thế thích hợp hoặc đảm bảo có đủ khoảng cách cách điện giữa các bộ phận kim loại có thể tránh được sự phát tia lửa điện nguy hiểm giữa các bộ phận kim loại khác nhau.

Liên kết đẳng thế sét

Liên kết đẳng thế chỉ đơn giản là liên kết điện của tất cả các thiết bị / bộ phận bằng kim loại thích hợp, sao cho trong trường hợp có dòng sét chạy qua, không bộ phận nào bằng kim loại có điện thế khác biệt so với nhau. Nếu các bộ phận kim loại về cơ bản có cùng tiềm năng thì nguy cơ phát tia lửa điện hoặc phóng điện bề mặt sẽ bị vô hiệu hóa.

Kết nối điện này có thể đạt được bằng liên kết tự nhiên / ngẫu nhiên hoặc bằng cách sử dụng các dây dẫn liên kết cụ thể có kích thước theo Bảng 8 và 9 của BS EN / IEC 62305-3.

Việc liên kết cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) trong đó kết nối trực tiếp với các dây dẫn liên kết không phù hợp.

Hình 21 (dựa trên BS EN / IEC 62305-3 FigE.43) cho thấy một ví dụ điển hình về sự sắp xếp liên kết đẳng thế. Hệ thống khí đốt, nước và hệ thống sưởi trung tâm đều được liên kết trực tiếp với thanh liên kết đẳng thế nằm bên trong nhưng gần bức tường bên ngoài gần mặt đất. Cáp nguồn được liên kết qua một SPD phù hợp, ngược dòng từ đồng hồ đo điện, tới thanh liên kết đẳng thế. Thanh liên kết này nên được đặt gần bảng phân phối chính (MDB) và cũng được kết nối chặt chẽ với hệ thống đầu tiếp đất bằng các dây dẫn có chiều dài ngắn. Trong các kết cấu lớn hơn hoặc mở rộng có thể cần một số thanh liên kết nhưng tất cả chúng phải được kết nối với nhau.

Màn hình của bất kỳ cáp ăng-ten nào cùng với bất kỳ nguồn điện được che chắn nào cho các thiết bị điện tử được định tuyến vào cấu trúc cũng phải được liên kết tại thanh đẳng thế.

Có thể tìm thấy hướng dẫn thêm liên quan đến liên kết đẳng thế, hệ thống nối đất liên kết nối lưới và lựa chọn SPD trong sách hướng dẫn LSP.

BS EN / IEC 62305-4 Hệ thống điện và điện tử trong cấu trúc

Hệ thống điện tử hiện nay phổ biến hầu hết các khía cạnh của cuộc sống của chúng ta, từ môi trường làm việc, thông qua việc đổ xăng cho xe hơi và thậm chí là mua sắm tại siêu thị địa phương. Là một xã hội, chúng ta hiện đang phụ thuộc rất nhiều vào sự vận hành liên tục và hiệu quả của các hệ thống như vậy. Việc sử dụng máy tính, điều khiển quy trình điện tử và viễn thông đã bùng nổ trong hai thập kỷ qua. Không chỉ có nhiều hệ thống hơn, kích thước vật lý của các thiết bị điện tử liên quan đã giảm đáng kể (kích thước nhỏ hơn có nghĩa là cần ít năng lượng hơn để làm hỏng mạch).

BS EN / IEC 62305 chấp nhận rằng hiện nay chúng ta đang sống trong thời đại điện tử, làm cho bảo vệ LEMP (Xung điện từ sét) cho hệ thống điện và điện tử không thể thiếu trong tiêu chuẩn thông qua phần 4. LEMP là thuật ngữ chỉ các hiệu ứng điện từ tổng thể của sét, bao gồm dòng điện quá áp (quá áp và dòng điện nhất thời) và hiệu ứng trường điện từ bức xạ.

Thiệt hại LEMP phổ biến đến mức nó được xác định là một trong những loại cụ thể (D3) cần được bảo vệ và thiệt hại LEMP có thể xảy ra từ tất cả các điểm va chạm đến cấu trúc hoặc các dịch vụ được kết nối - trực tiếp hoặc gián tiếp - để tham khảo thêm về các loại thiệt hại do sét đánh, xem Bảng 5. Cách tiếp cận mở rộng này cũng tính đến nguy cơ cháy hoặc nổ liên quan đến các dịch vụ được kết nối với kết cấu, ví dụ như nguồn điện, viễn thông và các đường kim loại khác.

Sét không phải là mối đe dọa duy nhất…

Quá điện áp quá độ do sự kiện chuyển mạch điện gây ra rất phổ biến và có thể là nguồn gây nhiễu đáng kể. Dòng điện chạy qua vật dẫn tạo ra từ trường trong đó năng lượng được lưu trữ. Khi dòng điện bị ngắt hoặc ngắt, năng lượng trong từ trường được giải phóng đột ngột. Trong một nỗ lực để tự tiêu tan nó trở thành một điện áp cao thoáng qua.

Năng lượng tích trữ càng nhiều, kết quả quá độ càng lớn. Dòng điện cao hơn và chiều dài dây dẫn dài hơn đều góp phần tạo ra nhiều năng lượng được lưu trữ hơn và cũng được giải phóng!

Đây là lý do tại sao các tải cảm ứng như động cơ, máy biến áp và ổ đĩa điện đều là nguyên nhân phổ biến gây ra chuyển đổi quá độ.

Ý nghĩa của BS EN / IEC 62305-4

Bảo vệ chống quá áp hoặc quá áp thoáng qua trước đây đã được đưa vào phụ lục tư vấn trong tiêu chuẩn BS 6651, với đánh giá rủi ro riêng biệt. Do đó, việc bảo vệ thường được trang bị sau khi thiết bị bị hư hỏng, thường thông qua nghĩa vụ với các công ty bảo hiểm. Tuy nhiên, đánh giá rủi ro duy nhất trong BS EN / IEC 62305 cho biết liệu có cần bảo vệ cấu trúc và / hoặc LEMP hay không, do đó bảo vệ chống sét cấu trúc hiện không thể được xem xét tách biệt với bảo vệ quá áp thoáng qua - được gọi là Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (SPD) trong tiêu chuẩn mới này. Bản thân điều này là một sai lệch đáng kể so với BS 6651.

Thật vậy, theo BS EN / IEC 62305-3, hệ thống LPS không còn có thể được lắp nếu không có dòng sét hoặc SPD liên kết đẳng thế với các dịch vụ kim loại đến có “lõi sống” - chẳng hạn như cáp điện và cáp viễn thông - không thể được liên kết trực tiếp đến trái đất. Các SPD như vậy được yêu cầu để bảo vệ khỏi nguy cơ mất mạng người bằng cách ngăn chặn tia lửa nguy hiểm có thể gây ra hỏa hoạn hoặc nguy cơ điện giật.

Các SPD dòng điện sét hoặc liên kết đẳng thế cũng được sử dụng trên các đường dây dịch vụ trên không cung cấp cho cấu trúc có nguy cơ bị tấn công trực tiếp. Tuy nhiên, việc chỉ sử dụng các SPD này “không cung cấp sự bảo vệ hiệu quả chống lại sự cố của các hệ thống điện hoặc điện tử nhạy cảm”, trích dẫn BS EN / IEC 62305 phần 4, được dành riêng cho việc bảo vệ các hệ thống điện và điện tử trong các cấu trúc.

SPD dòng sét tạo thành một phần của tập hợp SPD phối hợp bao gồm SPD quá áp - tổng cộng cần thiết để bảo vệ hiệu quả các hệ thống điện và điện tử nhạy cảm khỏi cả sét và quá độ chuyển mạch.

Vùng chống sét (LPZ)

Trong khi BS 6651 công nhận khái niệm phân vùng trong Phụ lục C (Danh mục vị trí A, B và C), BS EN / IEC 62305-4 xác định khái niệm Vùng chống sét (LPZ). Hình 22 minh họa khái niệm LPZ cơ bản được xác định bằng các biện pháp bảo vệ chống lại LEMP như được trình bày chi tiết trong phần 4.

Trong một cấu trúc, một loạt LPZ được tạo ra để có, hoặc được xác định là đã có, ít tiếp xúc với tác động của sét.

Các vùng kế tiếp sử dụng kết hợp SPDs liên kết, che chắn và phối hợp để đạt được mức giảm đáng kể mức độ nghiêm trọng của LEMP, do dòng điện tăng dẫn truyền và quá áp thoáng qua, cũng như các hiệu ứng từ trường bức xạ. Các nhà thiết kế điều phối các cấp độ này để thiết bị nhạy cảm hơn được đặt trong các khu vực được bảo vệ nhiều hơn.

Các LPZ có thể được chia thành hai loại - 2 vùng bên ngoài (LPZ 0_A, LPZ 0_B) và thường là 2 vùng bên trong (LPZ 1, 2) mặc dù các vùng khác có thể được đưa vào để giảm thêm trường điện từ và dòng điện sét nếu cần.

Khu vực bên ngoài

LPZ 0_A là khu vực chịu tia sét trực tiếp và do đó có thể phải mang dòng điện sét đầy đủ.

Đây thường là khu vực mái của một cấu trúc. Trường điện từ đầy đủ xảy ra ở đây.

LPZ 0_B là khu vực không bị sét đánh trực tiếp và thường là các thành bên của cấu trúc.

Tuy nhiên, trường điện từ đầy đủ vẫn xảy ra ở đây và dẫn dòng sét một phần và dòng điện chuyển mạch có thể xảy ra ở đây.

Khu nội bộ

LPZ 1 là khu vực bên trong chịu dòng sét một phần. Dòng sét dẫn và / hoặc xung chuyển mạch được giảm so với các vùng bên ngoài LPZ 0_A, LPZ 0_B.

Đây thường là khu vực mà các dịch vụ đi vào cấu trúc hoặc nơi đặt tổng đài điện chính.

LPZ 2 là khu vực bên trong nằm sâu hơn bên trong cấu trúc, nơi phần còn lại của dòng xung sét và / hoặc xung chuyển mạch được giảm bớt so với LPZ 1.

Đây thường là một phòng có màn che hoặc, đối với nguồn điện lưới, tại khu vực bảng phân phối phụ. Các mức bảo vệ trong vùng phải được phối hợp với các đặc tính miễn nhiễm của thiết bị được bảo vệ, tức là, thiết bị càng nhạy thì vùng được bảo vệ càng cần thiết.

Kết cấu và cách bố trí hiện có của một tòa nhà có thể tạo ra các khu vực rõ ràng hoặc các kỹ thuật LPZ có thể phải được áp dụng để tạo ra các khu vực cần thiết.

Các biện pháp chống sét lan truyền (SPM)

Một số khu vực của cấu trúc, chẳng hạn như phòng được che chắn, được bảo vệ khỏi sét một cách tự nhiên hơn những khu vực khác và có thể mở rộng các khu vực được bảo vệ hơn bằng cách thiết kế cẩn thận LPS, liên kết đất của các dịch vụ kim loại như nước và khí đốt, và hệ thống cáp kỹ thuật. Tuy nhiên, việc lắp đặt chính xác các Thiết bị Bảo vệ Chống sét lan truyền (SPD) sẽ bảo vệ thiết bị khỏi bị hư hại cũng như đảm bảo tính liên tục của hoạt động - điều quan trọng để loại bỏ thời gian ngừng hoạt động. Tổng cộng các biện pháp này được gọi là Biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền (SPM) (trước đây là Hệ thống các biện pháp bảo vệ LEMP (LPMS)).

Khi áp dụng liên kết, che chắn và SPDs, sự xuất sắc về kỹ thuật phải được cân bằng với nhu cầu kinh tế. Đối với các bản dựng mới, các biện pháp liên kết và sàng lọc có thể được thiết kế tích hợp để tạo thành một phần của SPM hoàn chỉnh. Tuy nhiên, đối với một cấu trúc hiện có, việc trang bị thêm một tập hợp các SPD được phối hợp có thể là giải pháp dễ dàng nhất và tiết kiệm chi phí nhất.

Nhấp vào nút chỉnh sửa để thay đổi văn bản này. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus mort ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

SPDs phối hợp

BS EN / IEC 62305-4 nhấn mạnh việc sử dụng SPDs phối hợp để bảo vệ thiết bị trong môi trường của chúng. Điều này đơn giản có nghĩa là một loạt SPD có vị trí và thuộc tính xử lý LEMP được phối hợp theo cách để bảo vệ thiết bị trong môi trường của chúng bằng cách giảm các hiệu ứng LEMP xuống mức không an toàn. Vì vậy, có thể có SPD dòng sét nặng ở lối vào dịch vụ để xử lý phần lớn năng lượng tăng (dòng sét một phần từ LPS và / hoặc đường dây trên không) với quá áp thoáng qua tương ứng được điều khiển đến mức an toàn bằng cách phối hợp cộng với SPD quá áp hạ nguồn để bảo vệ thiết bị đầu cuối kể cả hư hỏng tiềm ẩn do chuyển đổi nguồn, ví dụ động cơ cảm ứng lớn. SPDs thích hợp nên được trang bị ở bất cứ nơi nào các dịch vụ giao nhau từ LPZ này sang LPZ khác.

Các SPD phối hợp phải hoạt động hiệu quả cùng nhau như một hệ thống phân tầng để bảo vệ thiết bị trong môi trường của chúng. Ví dụ, SPD dòng điện sét ở lối vào dịch vụ phải xử lý phần lớn năng lượng tăng, đủ để giảm bớt SPD quá áp xuống để kiểm soát quá áp.

SPDs thích hợp nên được trang bị ở bất cứ nơi nào các dịch vụ giao nhau từ LPZ này sang LPZ khác

Khả năng phối hợp kém có thể có nghĩa là các SPD quá áp phải chịu quá nhiều năng lượng đột biến, khiến cả bản thân và thiết bị có nguy cơ bị hư hỏng.

Hơn nữa, các mức bảo vệ điện áp hoặc điện áp cho phép của SPD được lắp đặt phải được phối hợp với điện áp chịu cách điện của các bộ phận của việc lắp đặt và điện áp chịu miễn nhiễm của thiết bị điện tử.

SPD nâng cao

Trong khi hư hỏng hoàn toàn thiết bị là không mong muốn, nhu cầu giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động do mất hoạt động hoặc trục trặc của thiết bị cũng có thể rất quan trọng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ngành phục vụ công chúng, có thể là bệnh viện, tổ chức tài chính, nhà máy sản xuất hoặc doanh nghiệp thương mại, nơi mà việc không thể cung cấp dịch vụ của họ do mất hoạt động của thiết bị sẽ dẫn đến sức khỏe và an toàn đáng kể và / hoặc tài chính kết quả.

SPD tiêu chuẩn chỉ có thể bảo vệ chống lại các dòng điện xung phương thức chung (giữa dây dẫn mang điện và đất), cung cấp khả năng bảo vệ hiệu quả chống lại thiệt hại hoàn toàn nhưng không chống lại thời gian chết do gián đoạn hệ thống.

Do đó, BS EN 62305 xem xét việc sử dụng SPDs nâng cao (SPD *) để giảm hơn nữa nguy cơ hư hỏng và trục trặc đối với thiết bị quan trọng cần hoạt động liên tục. Do đó, người cài đặt sẽ cần phải hiểu rõ hơn về ứng dụng và yêu cầu cài đặt của SPD so với những gì họ có thể đã làm trước đây.

SPD cao cấp hoặc nâng cao cung cấp khả năng bảo vệ điện áp thông qua thấp hơn (tốt hơn) chống lại dòng điện tăng ở cả chế độ chung và chế độ vi sai (giữa các dây dẫn mang điện) và do đó cũng cung cấp bảo vệ bổ sung đối với các biện pháp liên kết và che chắn.

Các SPD nâng cao như vậy thậm chí có thể cung cấp tối đa nguồn điện lưới Loại 1 + 2 + 3 hoặc bảo vệ Cat D + C + B cho dữ liệu / viễn thông trong một thiết bị. Vì thiết bị đầu cuối, ví dụ như máy tính, có xu hướng dễ bị tổn thương hơn do xung chế độ vi sai, nên biện pháp bảo vệ bổ sung này có thể là một cân nhắc quan trọng.

Hơn nữa, khả năng bảo vệ chống lại các sự cố xung đột phương thức thông thường và khác biệt cho phép thiết bị tiếp tục hoạt động trong quá trình hoạt động tăng điện - mang lại lợi ích đáng kể cho các tổ chức thương mại, công nghiệp và dịch vụ công cộng.

Tất cả các SPD LSP đều cung cấp hiệu suất SPD nâng cao với điện áp thông qua thấp hàng đầu trong ngành

(mức bảo vệ điện áp, U_p), vì đây là lựa chọn tốt nhất để đạt được hiệu quả về chi phí, bảo vệ lặp lại không cần bảo trì ngoài việc ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động của hệ thống tốn kém. Bảo vệ điện áp thông qua thấp ở tất cả các chế độ phổ biến và khác biệt có nghĩa là cần ít đơn vị hơn để cung cấp bảo vệ, giúp tiết kiệm chi phí đơn vị và lắp đặt cũng như thời gian lắp đặt.

Tất cả các SPD LSP đều cung cấp hiệu suất SPD nâng cao với điện áp thông qua thấp hàng đầu trong ngành

Kết luận

Sét gây ra mối đe dọa rõ ràng đối với một cấu trúc nhưng là mối đe dọa ngày càng tăng đối với các hệ thống trong cấu trúc do việc sử dụng và phụ thuộc nhiều hơn vào các thiết bị điện và điện tử. Bộ tiêu chuẩn BS EN / IEC 62305 thừa nhận rõ ràng điều này. Bảo vệ chống sét kết cấu không còn có thể cách ly với quá áp thoáng qua hoặc bảo vệ chống sét lan truyền của thiết bị. Việc sử dụng SPD nâng cao cung cấp một phương tiện bảo vệ hiệu quả về chi phí thiết thực cho phép vận hành liên tục các hệ thống quan trọng trong quá trình hoạt động của LEMP.