Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa obiektów budowlanych

Protection against lightning and overvoltages within structures
W artykule omówiono podstawowe zasady dotyczące ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej obiektów budowlanych
W artykule omówiono podstawowe zasady dotyczące ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej obiektów budowlanych
Fot. pixabay.com

Stosowanie coraz doskonalszych, droższych i bardziej zaawansowanych technicznie urządzeń elektrycznych, elektronicznych i fotowoltaicznych stwarza konieczność przeanalizowania zagrożeń udarowych wynikających z postępujących zmian klimatu, wyładowań piorunowych i występujących w ich wyniku przepięć.

W artykule:

• Regulacje prawne
• Wyjaśnienie mechanizmów powstawania przepięć piorunowych
• Omówienie podstawowych założeń ochrony odgromowej

Cały czas należy mieć na uwadze fakt, że nowoczesne rozwiązania techniczne bazują w większości przypadków na układach sterowanych przez komputery. Napięcia znamionowe pracy systemów komputerowych są z roku na rok coraz bardziej obniżane ze względu m.in. na oszczędzanie energii. W chwili obecnej są to napięcia rzędu kilku woltów. Należy zauważyć, że postęp techniczny relatywnie zmniejsza odporność urządzeń na przepięcia, a ich uszkodzenia niosą ze sobą bardzo duże straty finansowe. Wymusza to konieczność stosowania bardziej skutecznej ochrony urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed skutkami przepięć między innymi poprzez stosowanie adekwatnych rozwiązań chroniących przed wyładowaniami piorunowymi, wielostopniowych układów ograniczających przepięcia itp. Tylko ich prawidłowa wzajemna, właściwa i uzupełniająca się współpraca może zapewnić bezawaryjną eksploatację urządzeń, systemów, linii produkcyjnych w warunkach występowania przepięć, na które te urządzenia są coraz bardziej czułe.

Regulacje prawne

Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna IEC (ang. International Electrotechnical Commission) jest jednostką, która w ramach grupy roboczej TC81 opracowuje i publikuje normy z zakresu ochrony odgromowej. Od czasu swojego powołania komisja opublikowała wiele norm z zakresu ochrony odgromowej obiektów budowlanych, zabezpieczenia urządzeń elektrycznych i elektronicznych od skutków przepięć, oceny ryzyka strat piorunowych. Opublikowana w 2006 roku norma IEC 62305 [1] składająca się z czterech arkuszy wyznacza minimalne wymagania dla systemów ochrony odgromowej i przepięciowej. 

Czytaj też: Wsporniki do mocowania przewodów ochrony odgromowej >>

Prawie w tym samym czasie została ona opublikowana jako norma europejska EN 62305 [2] i polska PN-EN 62305 [3]. W kolejnych latach wprowadzane były modyfikacje normy, które doprowadziły do opublikowania w marcu 2012 roku aktualnej wersji normy EN 62305:2012 [4] i jej polskiego odpowiednika PN-EN 62305 [5]. Europejskie traktaty wymagają pełnego wdrożenia europejskich norm na poziomie krajowym. Niemniej jednak dopiero szczegółowe regulacje prawne poszczególnych krajów nakładają obowiązek ich stosowania. W Polsce zgodnie z wymaganiami Prawa budowlanego urządzenia piorunochronne LPS (ang. Lightning Protection System) na obiektach budowlanych powinny być wykonane zgodnie z zaleceniami Polskich Norm [5]. 

Szczegółowe wymagania z zakresu ochrony odgromowej wprowadza Rozporządzenie Ministerstwa Infrastruktury i Budownictwa w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [6]. Czytamy w nim: „Budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą przed wyładowaniami atmosferycznymi. Obowiązek ten odnosi się do budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektów budowlanych (§ 53, pkt 2)”. Dalej w § 184: „Instalacja piorunochronna, o której mowa w § 53, pkt 2, powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych”. Obiekt budowlany wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy „projektować i budować w sposób określony w przepisach oraz zgodnie z zasadami wiedzy technicznej”. Istnieją również inne szczegółowe akty prawne wprowadzające przedmiotowe wymagania m.in. dla baz i stacji paliw płynnych, rurociągów przesyłowych, w strefach zagrożonych wybuchem [7] itp. Poszczególne branże i przedsiębiorstwa wprowadzają również własne wytyczne określające minimalne wymogi dla urządzeń stosowanych do ochrony przed wyładowaniami piorunowymi i przepięciami, np.: PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. [8] itp.

Wyjaśnienie zjawisk i mechanizmów powstawania przepięć piorunowych oraz powodowanych przez nie zagrożeń bezpieczeństwa w obiektach budowlanych

Ogólnie rzecz biorąc można wyróżnić dwa rodzaje burz piorunowych: burze frontowe i burze termiczne. Pierwsze z nich powstają na granicy zderzających się mas ciepłego i zimnego powietrza oraz tych mas z pochyłościami terenu. Przy zderzeniu wilgotne, ciepłe powietrze wyniesione zostaje na duże wysokości tworząc chmurę burzową. Zjawisko to jest bardzo rozległe. Może obejmować setki kilometrów i przemieszczać się z prędkością zwykle większą od 50 km/h. Jest ono zjawiskiem właściwym dla klimatu umiarkowanego, ale nie towarzyszy mu duża gęstość piorunów. Bardziej intensywne są burze termiczne, które powstają pod wpływem silnego nagrzania i unoszenia ku górze, nawet do wysokości 15 km, dolnych mas wilgotnego powietrza (rys. 1.).

Mechanizm powstawania wyładowań piorunowych
Rys.1. Mechanizm powstawania wyładowań piorunowych

W górnych warstwach atmosfery następuje silne ochłodzenie powietrza i skroplenie zawartej w niej pary wodnej, a następnie zamarzanie cząstek wody w temperaturze dochodzącej w najwyższych partiach nawet do 50°C. Unoszeniu się powietrza towarzyszą silne jego zawirowania. W procesach tych formuje się naelektryzowana chmura burzowa.

Gdy natężenie pola elektrycznego w naładowanej chmurze burzowej osiągnie lokalnie krytyczną wartość rzędu 1 kV/cm, to z kropel deszczu lub z kryształków lodu zaczynają się rozwijać tzw. wyładowania wstępne, które zapoczątkowują kanał wyładowania piorunowego (rys. 2a). Kanał piorunowy powstaje skokowo i może rozwijać się w kierunku ziemi lub w kierunku nagromadzonego w chmurze ładunku o przeciwnej biegunowości, tworząc wyładowanie międzychmurowe. Natężenie pola elektrycznego może osiągnąć wartość krytyczną nie tylko w chmurze, ale również w pobliżu ziemi, np. przy wierzchołku metalowego masztu lub wysokiego budynku. Następuje wówczas rozwój tzw. wyładowania oddolnego (rys. 2b).

Przykładowe zdjęcia wyładowań piorunowych
Rys.2. Przykładowe zdjęcia wyładowań piorunowych: a) obraz kanału wyładowania piorunowego, b) obraz rozwijającego się wyładowania dodatni

Istnienie wielu centrów ładunku ujemnego w chmurze burzowej sprawia, że proces wyładowania nie kończy się na jednym wyładowaniu głównym. Zwykle po nim w odstępach kilkudziesięciu milisekund, występują kolejne wyładowania składowe. Odsetek pojedynczych wyładowań jest szacowany na około 20%. Maksymalna liczba wyładowań składowych wynosi 40 – 50, natomiast liczba przeciętna jest szacowana na 3 – 4.

Po uderzeniu pioruna należy się spodziewać uszkodzeń (rys. 3.) termicznych, mechanicznych, zapłonów materiałów palnych i wybuchowych, porażenia ludzi. Skutki te mogą być wywołane zarówno bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego, jak i przez powodowane nim sprzężenia elektromagnetyczne, a w rezultacie prądy i przepięcia indukowane [9].

Skutki wywołane przez prąd piorunowy
Rys.3. Skutki wywołane przez prąd piorunowy


Prąd piorunowy wyładowania doziemnego charakteryzowany jest następującymi parametrami:

  • wartością szczytową – Im,
  • maksymalną stromością narastania – Smax = (dip/dt) max,
  • • ładunkiem przenoszonym przez prąd – Qimp = ∫ipdt,
  • energią właściwą (odniesioną do rezystancji R = 1 Ω) – W/R = ∫ip2 dt.

W przypadku bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany następuje wzrost napięcia we wszystkich jego instalacjach i w obwodach sieci zasilającej oraz w innych wprowadzanych liniach (np. w liniach przesyłu sygnałów/danych) do wartości przekraczających ich najwyższe napięcie robocze. Efekt takiego wzrostu napięcia nosi nazwę przepięć.

Omówienie podstawowych założeń ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej

Na skuteczność ochrony wpływają: jakość elementów tego systemu oraz właściwy ich dobór i montaż. Niespełnienie jednego z tych trzech warunków może spowodować brak wymaganej skuteczności systemu ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej.

W obecnych czasach rozpowszechnienia nowoczesnej techniki istnieje konieczność wzajemnego łączenia różnorodnych urządzeń i obiektów między sobą. Co więcej, strefa oddziaływania doziemnych wyładowań piorunowych nie jest ograniczona do obiektu trafionego przez piorun. Prowadzone badania wykazały, że w promieniu do 2 km od miejsca wyładowania piorunowego mają miejsce zniszczenia lub uszkodzenia obiektów i urządzeń elektrycznych lub elektronicznych (rys. 4.), a w promieniu sięgającym nawet 10 km mogą występować zakłócenia pracy urządzeń.

Strefa występowania zniszczeń lub uszkodzeń powodowanych przez doziemne wyładowania piorunowe
Rys.4. Strefa występowania zniszczeń lub uszkodzeń powodowanych przez doziemne wyładowania piorunowe
Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[odgromy, przepięcia piorunowe, przepięcia, straty piorunowe, prąd piorunowy]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 3/2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Zakręć kołem i wygraj! »

Zakręć kołem i wygraj Każdego dnia możesz odebrać zniżkę (...) chcę zakręcić »


Zasilanie awaryjne - ups, agregaty, akumulatory...»

Czy znasz, ekologiczną alternatywę dla agregatów »

drukarka etykiet systemy zasilania
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » W połączeniu z elektroniką prezentuje ona szczyt nowoczesnej technologii agregatów prądotwórczych (...) czytam dalej »

 


Szukasz producenta komponentów przemysłowych? Sprawdź ich »

Kamery termowizyjne Dzięki wykorzystaniu innowacyjnych rozwiązań stosowanych w sektorze opieki zdrowotnej, zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych, te podstawowe (...) czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Jak zmniejszyć swój rachunek za energię »

automatyka przemysłowa zmniejsz rachunki za prąd
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Oszczędzaj na rachunkach za prąd w domu lub firmie. Wystarczy Po Prostu Energia (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »

 


Potrzebujesz pomocy w wyborze UPS-a? Sprawdź ten przewodnik »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

UPS zasilacze bezpanelowa energia słoneczna
Urządzenia elektroniczne, których używasz do codziennej komunikacji, rozrywki i zapewnienia rodzinie bezpieczeństwa, są narażone na uszkodzenia spowodowane nieoczekiwanymi przerwami w dostawach energii elektrycznej, (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

system wizyjny Dziś trudno sobie wyobrazić nowoczesną, elastyczną produkcję bez przemysłowego przetwarzania obrazu. A to dlatego, że systemy wizyjne zapewniają jakość produktów i wspierają efektywne ... czytam dalej »


Automatyka przemysłowa - zobacz najlepsze rozwiązania »

Kontenerowa stacja transformatorowa Minibox »

Czujniki i automatyka Rozdzielnice kontenerowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Osprzęt elektroinstalacyjny dla elektryka »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Zobacz jaki osprzęt wybrać i porównaj parametry... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


Liczniki energii elektrycznej - poznaj nowe »

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
7-8/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Obciążalność prądowa ciągła przewodów szynowych wielkoprądowych SN
  • - Instalacje elektryczne w osiedlowych budynkach wielorodzinnych
Zobacz szczegóły
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl