Măsurători ale Instalației de Protecție la Trăznet conform I7/2011 și EN 62305

Sursele și tipurile de daune provocate structurilor

Curentul din timpul loviturii de fulger este sursa daunelor. Următoarele situaţii vor fi luate în considerare, în funcţie de poziţia punctului loviturii respectiv în raport cu structura IPT:

• S1: Lovitură în structură;
• S2: Lovitură lângă structură;
• S3: Lovitură în liniile de servicii conectate la structură;
• S4: Lovitură lângă liniile de servicii conectate la structură.

Ca urmare, fulgerul poate cauza trei tipuri principale de daune

• D1:afectarea fiinţelor vii din cauza tensiunilor de atingere şi de pas;
• D2: daune fizice (incendiu, explozie, distrugere mecanică, efecte chimice), ca urmare a efectelor curentului de trăsnet , inclusiv scântei;
• D3: defecte ale sistemelor interne datorate supratensiunilor.

În standard, următoarele tipuri de pierderi sunt luate în considerare:

• L1: pierderi de vieţi omeneşti;
• L2: pierderea de servicii publice;
• L3: pierderea patrimoniului cultural;
• L4: pierderea de valoare economică (structura şi conţinutul său, de serviciu şi întreruperea activităților).

Măsuri de protecţie

Măsuri de protecţie pentru a reduce pierderea de fiinţe vii din cauza tensiunilor de atingere şi de pas:

• izolarea corespunzătoare a pieselor conductoare expuse;
• echipotențializare prin intermediul unei rețele de legare la pământ;
• interdicții de circulație şi etichetele de avertisment.

Echipotențializarea nu este eficace împotriva tensiunilor de atingere. O creştere a rezistivităţii la suprafaţă solului, în interiorul şi în exteriorul structurii poate reduce punerea în pericol a vieții.

Măsuri de protecţie pentru a reduce daunele fizice:

1. pentru structuri

• de protecţie la trăsnet (SPT), atunci când disp. de protecţie la supratensiune (SPD) sunt instalate, echipotențializarea este o măsură importantă pentru a reduce pericolul de incendiu şi de explozie, precum şi de a proteja viaţa.

2. pentru servicii

• Mantale de protecție (pentru cablurile îngropate, o protecţie extrem de eficientă este dată de mantalele metalice ale cablelor de alimentare).

Măsuri de protecţie pentru a reduce distrugerea sistemelor electrice şi electronice:

1. pentru structuri – Sistemul de protecție la supratensiuni constând din următoarele măsuri utilizate singular sau în combinație:

• Rețea de legare la pământ şi de echipotențial;
• Ecranare magnetică;
• Linie de transport;
• “O rețea coordonată de SPD-uri de protecţie”.

2. pentru servicii

– Dispozitivele de protecţie la supratensiuni (SPD) montate corespunzător de-a lungul instalației electrice precum și la locul de terminare a acesteia;

– Mantalele magnetice ale cablurilor.

Niveluri de protecţie la trăsnet (NPT)

Standardul EN 62305-1 (respectiv I7/2011) introduce cele patru niveluri de protecţie la trăsnet (I-IV). Pentru fiecare NPT valorile maxime ale parametrilor curentului de trăznet pentru diferitele niveluri de protecție sunt indicate în tabelul de mai jos:

Zone de protecție la trăznet (ZPT)

Soluţiile de protecţie, cum ar fi IPT, mantalele de ecranare, scuturi magnetice şi nivelul de protecție SPD au rolul de a determina zonele de protecţie la trăsnet (ZPT). Măsurile de protecţie a ZPT se caracterizează mai mult prin reducerea semnificativă a supratensiunilor în interiorul acestor zone decât în exteriorul acestora.

În ceea ce priveşte probabilitatea loviturii de fulger, următoarele ZPT  sunt definite:

• zona ZPT 0A zona expusă la loviturile directe ale trăsnetului și la câmp magnetic integral. Sistemele interioare pot suporta acțiunea curentului electric de trăsnet integral sau a unei părți din acesta;
• zona ZPT 0B zonă protejată împotriva căderii directe a trăznetului, în care pericolul este reprezentat de câmpul electromagnetic integral. Sistemele interioare pot fi supuse la curenți electrici de trăsnet parțiali;
• zona ZPT 1 Zonă unde curentul electric de trăznet este limitat prin divizare și prin SPD instalate la frontierele acestei zone. Ecranele metalice pot atenua câmpul electro-magnetic generat de trăznet;
• zona ZPT 2, …,n zone unde curentul de trăznet poate fi limitat în continuare prin divizare și prin SPD suplimentare instalate la frontierele acestor zone. Ecranele metalice suplimentare pot fi utilizate pentru a obține atenuarea suplimentară a câmpului electromagnetic generat de trăznet.

În funcție de numărul, de tipul  și de nivelul de  ținere al echipamentului de protejat, poate fi definită o ZPT corespunzătoare. Standardul defineşte normele de proiectare a IPT, în zonele de mai sus.

Protecția structurilor

Protecţie pentru a reduce daunele fizice şi a proteja viaţa

Structura de protejat trebuie să fie în interiorul unui ZPT 0B sau mai mare. Acest lucru se realizează prin intermediul unui sistem de protecţie la trăsnet (SPT).

Un SPT constă din ambele sisteme externe şi interne de protecţie la trăsnet.

Funcțiunile unui SPT extern sunt:

• interceptarea loviturii de trăznet în structură (prin intermediul de tije de captare),
• să conducă curentul de trăznet la pământ (cu ajutorul conductoarelor de coborâre),
• să disperseze acest curent în pământ (prin intermediul prizei de pământ).

Rolul SPT este de a preveni descărcările periculoase în cadrul structurii, folosind fie legarea de echipotenţial sau o distanţă de separare (şi, prin urmare, izolarea electrică), între componentele SPT şi alte elemente interne conductoare din interiorul structurii. Sunt definite patru clase de SPT (I, II, III, IV), ca un set de reguli de construcţie, pe baza ZPT corespunzătoare.

În cazul în care rezistivitate de suprafaţă a solului din exterior, sau a podelei din interiorul structurii, nu este suficient de mare, limitarea pericolelor asupra vieţii cauzate de tensiunile de atingere de pas se realizează:

• în afara structurii, prin izolarea pieselor conductoare expuse, echipotentializarea solului prin intermediul unui sistem de legare la pământ în rețea, prin indicatoare de avertizare şi de restricţionări de acces;
• în interiorul structurii, prin realizarea legăturii de echipotenţial a tuturor liniilor de servicii la punctul de intrare a acestora în structura.

Protecția pentru reducerea defectelor sistemelor interne

Protecţia împotriva supratensiunilor pentru a reduce defectele sistemelor interne pot limita:

• supratensiunile datorate loviturilor în structură rezultată din cuplajul rezistiv și inductiv;
• supratensiunile datorate loviturilor lângă structură ca rezultat a unui cuplaj inductiv
• supratensiunilor transmise pe linii conectate la structura din cauza loviturilor în linii sau în apropierea liniilor
• câmp magnetic cuplat direct cu sistemele interne.

Supratensiuni cauzate de lovituri de trăsnet în diferite puncte de impact

Supratensiuni cauzate de lovituri de trăsnet în structură

Pentru dimensionarea dispozitivelor de protecţie la supratensiune (SPD) a conductoarelor, şi aparatelor, împotriva supratensiunilor ce pot apărea la punctul de impact al acestor componente trebuie să determinăm nivelul de protecție. Supratensiuni pot apărea de la curentul de trăsnet şi de la efectele de inducţie în liniile instalației. Amenințarea cauzată de aceste supra-tensiuni, trebuie să fie mai mică decât nivelele de rezistență (nivelele de protecție) a componentelor utilizate.

Atunci când apare curentul de trăznet este condus la pământ, atât direct prin priza de pământ externă cât și prin intermediul SPD conectate între linii  și instalația de împământare.

Această divizare a curentului de trăsnet depinde de numărul de trasee paralele, de impedanţa de legare la pământ pentru părţile îngropate, sau de rezistenţa de legare la pământ în cazul coborârilor IPT conectate la instalația de legare la pământ.

Impedanţă convențională de dispersie este definită în standard ca raportul dintre valorile de vârf ale tensiunii și ale curentului din priza de pământ care, în general, nu apar simultan.

Impedanţa convențională de dispersie corespunde cu impedanța (rezistenţa de legare la pământ de impuls) măsurată.

Tabelul prezintă valorile Z şi Z1 ale impedanţei de legare la pământ , referitoare la clasele SPT, presupunând că:

• Z – este impedanța convențională de dispersie a sistemului de legare la pământ,
• Z1 – este impedanța convențională de dispersie a părţilor externe ale liniilor subterane.

Supratensiuni cauzate de efectele de inducţie

Supratensiunile tranzitorii din cauza efectelor de inducţie a câmpurilor magnetice, generate de loviturile de trăsnet în apropierea linilor au o forma tipică a curentului de 8/20μs.

Întreținerea sistemelor de protecție

Verificarea SPT (sistemului de protecție la trăznet)

Scopul inspecţiei este de a asigura faptul că:

• dispozitiv de protecţie la trăsnet este realizat în conformitate cu EN 62305 (I7/2011)
• toate elementele SPT sunt în stare bună, și sunt în măsură să îndeplinească sarcinile pentru care au fost proiectate şi nu sunt corodate,
• toate echipamentele de service sau structuri instalate după asamblarea SPT sunt incluse în acesta.

Etapele inspecției

Inspecţiile se efectuează în conformitate cu alin. 7.1 din standardul EN 62305-3, respectiv 8.5.2 din normativul I7/2011:

• în timpul construcţiei obiectului pentru a verifica componentele încorporate,
• după instalarea SPT,
• periodic, ţinând seama de natura obiectului protejat şi anume riscul de coroziune şi de clasa SPT,
• după modificări sau reparaţii, sau atunci când se ştie că obiectul a fost lovit de fulger.

În timpul inspecţiilor periodice, este deosebit de important să se verifice:

• gradul de deteriorare a elementelor: Tije de captare, cablurile de coborâre, conexiunile lor şi coroziunea tărușilor de împământare,
• valoarea rezistenţei de dispersie a prizei de legare la pământ,
• starea conexiunilor, inclusiv fixarea și legăturile de echipotenţial

Intervalele între verificările SPT

O inspecţie vizuală a SPT ar trebui să fie efectuată cel puţin o dată pe an. Pentru zonele în care există schimbări semnificative ale vremii şi condiţii excepţionale meteorologice, este recomandabil să se efectueze inspecţii mai frecvent decât cele prevăzute în tabelul de mai jos.

Intervalele dintre inspecţiile SPT ar trebui să fie determinate în funcţie de următorii factori:

• clasificarea structurii protejate, având în vedere în special rezultatul pierderilor,
• clasa SPT ,
• mediul local, de exemplu, în atmosfere corozive intervalele trebuie să fie scurte,
• materialele componentelor individuale ale sistemului de protecţie la trăsnet,
• tipul suprafeţelor pe care elementele SPT sunt ataşate ,
• proprietăţile solului şi rata asociată de coroziune,
• încărcările mecanice.

În caz de condiţii critice de mediu, solicitari mecanice, inspecţia completă ar trebui să fie efectuată în fiecare an.

În cazul schimbării de rezistenţă mai mari decât cele prevăzute, în sensul creşterii rezistenţei între inspecţii, ameliorarea SPT trebuie să fie luată în considerare.

Procedura de verificare a SPT

Scopul inspecţiei este de a ne asigura de faptul că SPT, îndeplineşte în toate privinţele cerinţele standardului EN 62305, respectiv ale normativului I7/2011.

Inspecţia include:

• verificarea documentaţiei tehnice,
• inspecţia vizuală,
• verificarea şi testarea SPT,
• pregătirea raportului de inspecţie.

Verificarea documentaţiei tehnice constă în verificarea integralitatății acesteia, respectarea standardelor şi a conformităţii cu proiectul. Inspecţia vizuală este efectuată pentru a verifica dacă:

• proiectul este realizat în concordanță cu EN 62305, respectiv I7/2011,
• SPT-ul se află în bună stare de funcționare,
• există conexiuni slăbite şi întreruperi accidentale în cablurile şi conexiunile SPT,
• părţi componente au fost slăbite din cauza coroziunii, în special la nivelul solului,
• toate conexiunile la electrozii de împământare sunt intacte,
• toate cablurile şi componentele vizibile ale SPT-ului sunt fixate de suprafetele de montaj,
• au fost realizate modificările la instalaţia protejată, unde e necesară protecţie suplimentară,
• există semne de deteriorare a SPT şi SPD,
• legăturile de echipotenţial sunt corect realizate şi testele de continuitate au fost efectuate ,
• descărcătoarele necesare au fost montate.

Verificări și teste ale SPT

Verificarea şi testarea SPT include inspecţia vizuală şi trebuie să fie completate cu următoarele activităţi:

• verificarea de continuitate, în special la acele elementele care nu au fost vizibile în timpul asamblării şi nu sunt disponibile pentru inspectarea curentă,
• măsurarea rezistenţei prizei de pământ, atât pentru: sistemul de electrozi de pământ interconectați cât şi electrozi de pământ separați,
• redactarea unui raport de inspecţie (de testare) adecvat .

Măsurători la înaltă frecvenţă (impedanța de legare la pământ) sunt posibile, atât în timpul montajului cât şi a reparării sistemului de legare la pământ, în scopul de a compara sistemul de legare la pământ proiectat cu cel realizat.

Rezistenţa prizei de pământ al fiecărui electrod de împământare trebuie să fie măsurată şi unde este cazul întregul sistem de electrozi de împământare trebuie să fie supus măsurătorilor. Fiecare electrod de împământare ar trebui să fie măsurat separat, cu piesa de separare dintre instalația interioară și cea exterioară în stare deconectată. Rezistenta totală față de sol a sistemului de electrozi de împământare, nu trebuie să depăşească 10 ohmi. Dacă există o creştere semnificativă a acestei rezistenţe, trebuie găsită cauza aceastei creşteri şi ulterior să fie efectuate activități de reparaţii .

În timpul măsurătorilor în teren pietros, electrodul prizei de pământ din fundaţie trebuie să fie plasat într-o fundatie de beton, pentru că (în ciuda eficienţei sale reduse), acesta acţionează ca o legătură de echipotenţial. Conductorii şi electrozii de împământare din fundaţie trebuie să fie conectați, prin intermediul terminalelor de testare, la o priză suplimentară de legare la pământ.

Dacă nu a fost realizată o priză de pământ în fundație se va realiza o buclă în terenul înconjurător obiectivului. În cazul în care priza de pământ nu poate fi instalată în sol atunci trebuie să fie plasată pe suprafaţa sa, dar va fi bine protejată împotriva deteriorării mecanice. Prizele de împământare radiale, situate pe sau în apropierea suprafeţei solului trebuie să fie (pentru a asigura protecţia mecanică a acestora), acoperite cu pietre sau încastrate în beton.

Cerinţa de 10 ohmi în zonele stâncoase, nu este aplicabilă. Este obligatoriu a inspecta toate cablurile, conexiunile şi conectorii, și de a măsura continuitatea lor galvanică. Dacă sistemul de electrozi de împământare nu îndeplineşte cerinţele sau nu este posibilă măsurarea din cauza lipsei de informaţii, sistemul trebuie să fie îmbunătăţit prin instalarea de electrozi suplimentari sau se va instala un nou sistem.

Documentele verificării

În conformitate cu cerinţele EN 62305  și ale I7/2011, verificarea SPT ar trebui să se finalizeze cu un raport. Raportul trebuie să fie păstrat, împreună cu proiectul SPT şi rapoartele anterioare de verificare şi de încercare ale SPT.

Raportul de verificare al SPT ar trebui să conţină informaţii cu privire la:

• starea generală a tijelor aeriene de captare (cabluri şi alte elemente),
• nivelul de coroziune și măsuri generale de protecţie împotriva coroziunii,
• starea de fixare a cablurilor şi componentelor SPT,
• măsurarea rezistenţei prizei de legare la pământ și al electrozilor de împământare,
• orice abatere de la standardul EN 62305 (normativul I7/2011),
• documentaţia cu toate modificările SPT, şi orice modificare a obiectului de protejat.

În plus, desenele structurale ale SPT trebuie să fie verificate, împreună cu descrierea acestuia, rezultatele obţinute la testare.