Uitwendige blikseminstallatie.

Directe blikseminslag

Als de bliksem inslaat op een object, dan neemt de stroom de weg door het object dat de kleinste impedantie vormt. Wellicht zal het zich verdelen door muren, spanten en de elektrische installatie. Dit materiaal is hiertegen niet bestand en zal exploderen, verbuigen, verbranden, apparatuur raakt vernield enzovoort.
Om het pand te beschermen kan een uitwendige blikseminstallatie worden geïnstalleerd. Hierbij wordt met forse geleiders een goed geleidend pad voor de stroom beschikbaar gesteld, waardoor er veel minder stroom door het pand gaat lopen. Een uitwendige blikseminstallatie bestaat uit een opvanginstallatie, afgaande leidingen, een aardsysteem van vaak 50 mm² CU of AL of andere verglijkbare aanwezige geleiders en een potentiaalvereffening.

In Nen-EN-IEC 62305 en NPR 1014 staat beschreven hoe een bliksembeveiligingsinstallatie (LPS - lightning protection system) kan worden ontworpen en gemaakt. Er kan hierbij worden gekozen uit vier beschermingsniveaus (LPL - lightning protection levels). Een belangrijk verschil bij deze niveaus is de grootte van de vermazing en de afstand tussen de afgaande leidingen. Hoe kleiner de vermazing en hoe meer afgaande leidingen des te beter zal de bliksemstroom zich verdelen. Door elke geleider naar het aardsysteem zal dan een kleinere stroom lopen, wat wenselijk is

Stroom door de afgaande leiding veroorzaakt spanning in open lus.

Let op: als een object is voorzien van een uitwendige blikseminstallatie en een elektrische LS-installatie, dan moet de HAR worden vereffend met de uitwendige blikseminstallatie. De reden hiervoor is dat de spanningspuls op het uitwendige LPS (ten opzichte van de aarde en de hiermee verbonden metalen objecten in een gebouw) dermate hoog wordt (kV’s) dat als niet wordt vereffend overslag en doorslag is te verwachten en er alsnog schade ontstaat.

Maar ook bij vereffening bij de HAR, hangt de waarde van de spanning bij inslag ten opzichte van aarde af van de waarde van de stroom door de afgaande leiding en de impedantie van de afgaande leiding. Omdat bliksemstroom een hoogfrequent verschijnsel is, bedraagt de impedantie van de afgaande leiding wellichte enkele ohm’s in plaats van de ohmse weerstand (milli-ohms). Ohm’s x kilo-ampère levert kilovolts op. Door meer te vermazen, meer te vereffenen en een aardsysteem met een lage impedantie naar aarde toe te passen, kan de spanning worden verlaagd en kan door-  en overslag worden voorkomen als voldoende afstand wordt aangehouden tussen het LPS en andere metalen die met de aardingsinstallatie zijn verbonden.
Het is dus belangrijk om te zorgen dat er voldoende afstand is tussen installatiedelen en alle delen van een uitwendige blikseminstallatie. Deze scheidingsafstand moet vooraf worden berekend.

Stroompuls 10/350 en spanningspuls 8/20ms.

Indirecte blikseminslag

Ook als de bliksem elders inslaat kan dat grote gevolgen hebben voor apparatuur en diensten, met name door te hoge spanningen die kunnen ontstaan door:
• Geleidende koppeling - Een grote stroom veroorzaakt in een impedantie een spanningspuls. (U = i x Z). Slaat bijvoorbeeld de bliksem in nabij een laagspanningstransformator, dan zal daar kortstondig het fase(n) en nul-potentiaal tot kV’s stijgen. Komt deze LS-kabel een object binnen met een eigen aardsysteem, dan staat er nu kortstondig hoogspanning tussen actieve delen en PE. Hierop aangesloten apparatuur kan daarbij defect raken.
• Inductie - Een snel veranderende grote stroom wekt in een lus spanning op. Zo zal stroom (kA’s) door een afgaande leiding een dermate grote magnetische puls geven dat er in en bij het gebouw een hoge spanningspuls wordt opgewekt in open- draadlussen. De spanningspuls waarmee componenten worden beproefd is 8/20 μs.

De hoge spanning kan worden verkleind door:
• open lussen te sluiten tot mazen; hoe beter de vermazing (kleinere oppervlakte) des te kleiner de inductiespanning,
• geleiders met grote doorsnede toe te passen waardoor de impedantie van de lussen lager wordt,
• alle omvangrijke geleidende materialen op meerdere plaatsen te koppelen met de aardingsinstallatie (uiteraard met uitzondering van de geleiders die niet geaard kunnen worden zoals nul-fase- en signaalgeleiders),
• alle aanwezige metalen in en bij het object te integreren in de vermaasde ‘aardingsinstallatie’ waaronder wapeningstaal, metalen kabelgoten en -leidingen. Deze geleiders moeten in staat zijn HF-stroom te voeren. Hoe groter de oppervlakte van deze geleiders, des te lager de impedantie. Litzedraad en platen hebben een lagere impedantie dan dunne ronde draden.

OVA’s. Legenda: 1. blikseminslag – stroompuls 2. aardsysteem met lage impedantie naar aarde 3. zo direct mogelijk verbinding met lage impedantie 4.kabels van ‘buiten’

Deze geleiders moeten dan ook worden toegepast om de metalen onderling met elkaar te verbinden,
• op elke locatie de PE-geleiders te koppelen met het aanwezige maasvormige aardnet,
• afschermingen van kabels met het aardnet te koppelen (bijvoorbeeld daar waar ze een paneel binnenkomen met EMC-wartels of een klem op de aardrail).

De geleiders die niet vereffend kunnen worden (bijvoorbeeld nul-fase- en signaalgeleiders) moeten met overspanningsbeveiligingen (OVA) worden beveiligd. Deze worden geplaatst in de HVK, OVK en mogelijk aanvullend in of bij het te beschermen apparaat. Op al deze locaties is het weer belangrijk dat de OVA’s zo direct mogelijk met het aardsysteem (met lage impedantie) worden aangesloten. Dit vereist korte, dikke aarddraden tussen OVA en aardrail ter plaatse.
Een OVA kan worden gezien als een soort schakelaar; in rust is de weerstand hoogohmig. Komt de spanning boven een bepaalde waarde dan schakelt de ‘schakelaar’ in en sluit hij zeer kortstondig het signaal kort. Daarbij moet de spanning dalen tot een niveau waarop aangesloten apparatuur niet defect raakt. Dat is lager dan de toegekende stoothoudspanning (U_imp) van het betreffende materieel.

Tekst: Anton Kerkhofs
Fotografie: Anton Kerkhofs, OBO Betterman

In deze rubriek, tot stand gekomen in ­samenwerking met de afdeling Techniek & Markt van Techniek ­Nederland, behandelen wij actuele technische onderwerpen waar installateurs in hun vak mee te maken kunnen krijgen. Heeft u ook een Hot topic? Stuur hem dan naar media@technieknederland.nl.

Lees meer artikelen in het dossier Laagspanningsinstallaties