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EN 62305 Protezione contro i fulmini

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EN 62305 Protezione contro i fulmini

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La serie di norme EN 62305 copre specificamente la protezione contro i fulmini alle strutture, il loro contenuto, le persone e il bestiame.

La EN 62305 accetta il fatto che ora viviamo nell'era elettronica, rendendo la protezione LEMP (Lightning Electromagnetic Impulse) per i sistemi elettronici ed elettrici parte integrante della norma attraverso la EN 62305-4. LEMP è il termine dato agli effetti elettromagnetici complessivi del fulmine, comprese le sovratensioni condotte (sovratensioni e correnti transitorie) e gli effetti del campo elettromagnetico irradiato.

La EN 62305 - 4 categorizza la fonte del danno, il tipo di danno e il tipo di perdita.

Fonti di danno

I danni che possono essere causati da un fulmine si suddividono in:

- Danni a una struttura (comprese tutte le linee elettriche aeree e interrate in entrata collegate alla struttura)

- Danni a un servizio (il servizio in questo caso fa parte delle reti di telecomunicazione, dati, alimentazione elettrica, acqua, gas e distribuzione di carburante).

Tipi di danno

Ogni fonte di danno può provocare uno o più di tre tipi di danno. I possibili tipi di danno sono identificati come segue:

d1 Lesione di persone o bestiame a causa di tensioni di passo e di contatto

d2 Danni fisici (incendio, esplosione, distruzione meccanica, rilascio di sostanze chimiche) dovuti agli effetti della corrente di fulmine, comprese le scintille

d3 Guasto dei sistemi interni a causa dell'impulso elettromagnetico del fulmine (LEMP).

Tipi di perdita

I seguenti tipi di perdita possono derivare da danni dovuti a fulmini:

l1 Perdita di vite umane

l2 Perdita di servizio al pubblico

l3 Perdita del patrimonio culturale

l4 Perdita di valore economico

Il danno LEMP è così diffuso che viene identificato come uno dei tipi specifici (D3) contro i quali deve essere fornita una protezione e può verificarsi da TUTTI i punti di impatto sulla struttura o sui servizi collegati - diretti o indiretti. Questo approccio esteso prende anche in considerazione il pericolo di incendio o esplosione associato ai servizi collegati alla struttura, ad esempio energia, telecomunicazioni e altre linee metalliche.

La norma EN 62305 chiarisce che la protezione strutturale contro i fulmini non deve più essere considerata in modo isolato dalla protezione contro le sovratensioni e le sovratensioni transitorie e dato che i fulmini provenienti da tutti i punti di impatto, diretti o indiretti, sulla struttura o sui servizi collegati creano un rischio di transitori, gli SPD sono un mezzo vitale di protezione sia che la protezione strutturale contro i fulmini sia presente o meno.

Forme d'onda di corrente e tensione

La norma EN 62305 prende in considerazione le misure di protezione sulle linee di servizio metalliche (tipicamente linee di alimentazione, di segnale e di telecomunicazione) utilizzando dispositivi di sovratensione transitoria o di protezione contro le sovratensioni (SPD) sia contro i fulmini diretti che contro i più comuni fulmini indiretti e i transitori di commutazione. Standard come la serie EN 61643 definiscono le caratteristiche delle correnti e delle tensioni di fulmine per permettere un test affidabile e ripetibile degli SPD (così come dei componenti di protezione dai fulmini). Anche se queste forme d'onda possono differire dai transitori reali, le forme standardizzate sono basate su anni di osservazione e misurazione (e in alcuni casi di simulazione). In generale, essi forniscono una discreta approssimazione del mondo reale transitorio.

Le forme d'onda transitorie hanno un bordo ascendente veloce e una coda più lunga. Sono descritte attraverso il loro valore di picco (o magnitudine), il tempo di salita e la loro durata (o tempo di caduta). La durata è misurata come il tempo impiegato dal transitorio di prova per decadere a metà del suo valore di picco.

Le figure seguenti illustrano le forme d'onda di corrente e tensione comuni che vengono utilizzate per testare gli SPD per le linee di rete, di segnale e di telecomunicazione.

Colpi diretti

I fulmini diretti possono iniettare correnti parziali da fulmine della forma d'onda 10/350μs in un sistema dove una struttura con un sistema di protezione strutturale contro i fulmini riceve un colpo diretto (Fonte S1) o dove il fulmine colpisce direttamente una linea di servizio aerea (Fonte S3).

Colpi indiretti

I fulmini remoti o indiretti vicino alla struttura (Sorgente S2) o vicino ad un servizio collegato alla struttura (Sorgente S4) fino ad un raggio di 1km di distanza (e quindi molto più comuni) sono rappresentati dalla forma d'onda 8/20μs. Anche le sovratensioni indotte da lampi diretti e fonti di commutazione sono rappresentate da questa forma d'onda. Con un tempo di decadimento o di caduta molto più breve rispetto alla forma d'onda 10/350μs, la forma d'onda 8/20μs presenta molta meno energia (per una corrente di picco equivalente) ma è ancora abbastanza devastante da danneggiare le apparecchiature elettriche ed elettroniche.

La norma EN 62305-1 riconosce che il guasto dei sistemi interni (tipo di danno D3) dovuto all'impulso elettromagnetico del fulmine (LEMP) è possibile da tutti i punti di impatto sulla struttura o sul servizio - diretto o indiretto (tutte le fonti: S1, S2, S3 e S4).

Misure di protezione contro le sovratensioni (SPM)

La norma EN 62305-4 descrive una serie di misure per ridurre al minimo la gravità delle sovratensioni transitorie causate da fulmini e commutazioni elettriche.

Le misure di protezione chiave e di base sono:

- Messa a terra e collegamento

- Schermatura elettromagnetica e instradamento della linea

- Dispositivi di protezione contro le sovratensioni coordinati

Ulteriori misure di protezione aggiuntive includono:

- Estensioni al LPS strutturale

- Ubicazione delle apparecchiature

- Uso di cavi in fibra ottica (protezione tramite isolamento)

Gli SPM devono anche operare all'interno e resistere all'ambiente in cui si trovano considerando fattori come temperatura, umidità, vibrazioni, tensione e corrente.

La selezione dell'SPM più adatto viene fatta utilizzando la valutazione del rischio in conformità con la norma EN 62305-2 tenendo conto di fattori sia tecnici che economici. Per esempio, potrebbe non essere pratico o conveniente implementare misure di schermatura elettromagnetica in una struttura esistente, quindi l'uso di SPD coordinati potrebbe essere più adatto. Idealmente gli SPD sono meglio incorporati nella fase di progettazione, sebbene possano anche essere facilmente installati in installazioni esistenti.

Per garantire il funzionamento continuo dei sistemi critici anche in caso di un colpo diretto, gli SPD sono essenziali e questi devono essere opportunamente distribuiti, in base alla fonte di sovratensione e alla sua intensità, utilizzando il concetto di zone di protezione dai fulmini (LPZ) all'interno della norma EN 62305-4.

Il concetto di zona di protezione dai fulmini (LPZ)

La protezione contro i LEMP si basa sul concetto di Zona di Protezione dai Fulmini (LPZ) che divide la struttura in questione in un certo numero di zone in base al livello di minaccia posto dal LEMP. L'idea generale è quella di identificare o creare delle zone all'interno della struttura dove c'è meno esposizione ad alcuni o a tutti gli effetti dei fulmini e di coordinare queste con le caratteristiche di immunità delle apparecchiature elettriche o elettroniche installate all'interno della zona. Le zone successive sono caratterizzate da riduzioni significative della gravità del LEMP come risultato del collegamento, della schermatura o dell'uso di SPD.

Zone esterne:

- LPZ 0A è l'area soggetta a colpi di fulmine diretti e quindi può dover portare fino a tutta la corrente di fulmine. Questa è tipicamente la zona del tetto di una struttura senza protezione strutturale contro i fulmini. Il campo elettromagnetico completo si verifica qui.

- LPZ 0B è l'area non soggetta a fulmini diretti ed è tipicamente le pareti laterali di una struttura o un tetto con protezione strutturale contro i fulmini. Tuttavia il campo elettromagnetico completo si verifica ancora qui e condotto correnti parziali o indotti fulmini e sovratensioni di commutazione può verificarsi qui.

Zone interne:

- LPZ 1 è la zona interna che è soggetta a correnti parziali da fulmine. Le correnti da fulmine condotte e/o le sovratensioni di commutazione sono ridotte rispetto alle zone esterne LPZ 0A, LPZ 0B, così come il campo elettromagnetico, se vengono utilizzate misure di schermatura adeguate. Questa è tipicamente la zona dove i servizi entrano nella struttura o dove si trova il quadro elettrico principale.

- LPZ 2 è una zona interna che si trova ulteriormente all'interno della struttura dove i resti delle correnti impulsive da fulmine e/o delle sovratensioni di commutazione sono ridotti rispetto a LPZ 1. Allo stesso modo il campo elettromagnetico è ulteriormente ridotto se vengono impiegate adeguate misure di schermatura. Questo è tipicamente un locale schermato o, per l'alimentazione di rete, la zona del quadro di sottodistribuzione.