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


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 »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Światło dzienne, nasz naturalny regulator - odwzorowanie opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) 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 »

Nowe rozdzielnice Practibox S - wysoka jakość i nagrodzony design w przystępnej cenie»

nowe rozdzielnice Rozdzielnice dedykowane są przede wszystkim dla budownictwa mieszkaniowego (prywatnego jak i deweloperskiego), hoteli i obiektów biurowych. Rozdzielnice otrzymały ... czytam dalej »


Wprawiają w ruch tysiące różnych pojazdów na świecie - znasz ich?

Rozdzielnice średniego napięcia (SN) - przegląd 2019

pojazdy elektryczne Medcom Rozdzielnice 2019 porównanie
Zmieniają sposób myślenia o energii elektryczne i nie tylko... czytam więcej » Rozdzielnice średniego napięcia (SN), tak jak i inne rozdzielnice energetyczne, budowane są na napięcia znamionowe w zakresie od 7,2 do 36 kV o wartościach 7,2; 12; ... czytam dalej »

Kamery termowizyjne w cenach promocyjnych - tylko do 30 czerwca! »

Promocje na kamery termowizyjne Przy pracach instalacyjnych, a także w przemyśle, kamera termowizyjna jest nieodzownym narzędziem pracy ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Ochrona przed przepięciami systemów alarmowych»

Wszyscy elektryczni producenci w jednym miesjcu - zobacz!

Ochrona przepięciowa systemów alarmowych Elektryczni producenci w jednym miejscu
Jak ochronić różnorodne elektroniczne systemy ochrony mienia przed skutkami przepięć(...) czytam dalej » Zobacz ponad 100,000 produktów elektromechanicznych w ofercie (...) czytam dalej »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Ograniczniki przepięć, które wybrać?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Układy SPD typu 1 (ograniczniki przepięć typu 1) powinny być stosowane do ochrony instalacji elektrycznej oraz urządzeń przed zagrożeniami stwarzanymi(...) 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 »
5/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Stacje ładowania pojazdów elektrycznych
  • - Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych
Zobacz szczegóły

Wakacyjna promocja prenumeraty „elektro.info”!

Już lada moment lato, czas urlopów i błogiego odpoczynku, ale... zanim to nastąpi mamy dla Was wyjątkową letnią promocję na zakup lub przedłużenie prenumeraty „elektro.info”!

Nowe czujniki w rodzinie NIPRESS 1

Rodzina czujników ciśnienia NIVELCO została znacząco powiększona i obecnie czujniki NIPRESS pokrywają zapotrzebowanie większości branż przemysłowych dzięki szerokiej gamie dostępnych...
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