inpe_151_artykul_01.pdf

Ochrona odgromowa

Krzysztof WINCENCIK

DEHN Polska Sp. z o.o.

OCHRONA PRZEPIĘCIOWA

INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH I TELETECHNICZNYCH

W BUDYNKU

ZGODNIE Z ZAPISAMI NORM Z SERII PN-EN 62305

Streszczenie:

Przyjęcie przez kraje europejskie nowych norm dotyczących ochrony odgromowej obiektów

budowlanych spowodowało również zmianę w zakresie podejścia do ochrony przed prze-

pięciami urządzeń elektrycznych i elektronicznych stanowiących wyposażenie obiektu. Do

zmian wprowadzanych przez nowe normy z serii EN-62305 zaczęto również dopasowywać nor-

my z zakresu instalacji elektrycznych oraz normy ITU dotyczące instalacji teleinformatycznych.

W artykule przedstawiono podstawowe informacje na temat nowych wymagań w zakresie

ochrony przepięciowej instalacji elektrycznych i teletechnicznych wchodzących do budynku.

Analiza ryzyka – ocena zagrożeń

Nowa norma w zakresie ochrony odgromowej zmienia podejście do toku postę-

powania przy projektowaniu w podejmowaniu decyzji o doborze środków ochrony

dla obiektu. Podstawą do oceny jest określenie poziomu ryzyka. Należy ustalić, czy

dany obiekt powinien zostać wyposażony w urządzenie piorunochronne, czy też wy-

starczą inne środki zmniejszające poziom ryzyka poniżej wartości dopuszczalnej.

Podstawowym ryzykiem, z którym musi się zmierzyć projektant, to ryzyko R1 zwią-

zane z utratą życia ludzkiego. Dla obiektu można również analizować ryzyko R2

związane z utratą usługi publicznej, ryzyko R3 – związane z utratą dziedzictwa kultu-

rowego oraz ryzyko R4 związane z utratą wartości materialnej. Aby móc wyliczyć

wartość ryzyka R, należy zdefiniować i obliczyć jego komponenty zależne od źródła

i typu uszkodzenia. W przypadku ryzyka R1 należy uwzględnić wszystkie 8 kompo-

nentów. Komponenty mogą być związane z porażeniem istot żywych napięciami

dotykowymi i krokowymi, fizycznymi uszkodzeniami obiektu np. zainicjowanie po-

żaru, awarią systemów elektrycznych i elektronicznych wskutek oddziaływania LEMP.

O ile wymóg wyposażenia budynku w urządzenie piorunochronne nie wynika z od-

powiednich przepisów władz krajowych lub towarzystw ubezpieczeniowych, projektant

zobowiązany jest na podstawie analizy ryzyka dla danego obiektu dobrać odpowiednie

środki minimalizujące ryzyko poniżej wartości granicznej dopuszczalnej przez normę.

Jednym ze środków pozwalających zminimalizować komponenty ryzyka związane

z awarią układów elektrycznych i elektronicznych wewnątrz obiektu spowodowaną

przez LEMP jest zastosowanie skoordynowanego układu SPD (ograniczników prze-

pięć). Pod tym pojęciem należy rozumieć zestaw właściwie dobranych, skoordyno-

wanych i zainstalowanych SPD w celu redukcji awarii układów elektrycznych i elek-

tronicznych. W budynkach z nieskoordynowanymi SPD może powstać uszkodzenie

urządzenia elektronicznego, jeżeli SPD od strony odbiorów, lub SPD w obrębie urzą-

dzenia, przeszkodzi prawidłowemu działaniu SPD na wejściu urządzenia usługowego.

Nr 151

Ochrona odgromowa

W złożonych układach elektrycznych i elektronicznych, przy doborze i instalowaniu

właściwego układu skoordynowanych SPD, muszą być brane pod uwagę zarówno ob-

wody elektroenergetyczne, jak i sygnałowe.

W celu zapewnienia skuteczności przyjętych środków ochrony, konieczne jest

udokumentowanie lokalizacji wszystkich zainstalowanych SPD. Przy zastosowaniu

rodzin skoordynowanych SPD, producent SPD powinien wykazać, że koordynacja

jest osiągnięta.

Stąd też w niektórych zaleceniach branżowych, aby uniknąć problemów z prawidło-

wym działaniem poszczególnych stopni ochrony, zapisano, że w obiekcie należy stosować

skoordynowany system SPD pochodzący od jednego producenta (rodzina produktów).

Dobór najbardziej odpowiednich środków ochrony przed LEMP powinien być do-

konywany na podstawie oceny ryzyka zgodnie z IEC 62305-2, przy uwzględnieniu

czynników technicznych i ekonomicznych.

W ramach analizy ryzyka dla obiektu w normie EN-62305-2 wprowadzone zostało

pojęcie P

– prawdopodobieństwa awarii układu wewnętrznego z zainstalowanymi

SPD

SPD. Wartości zależą od poziomu ochrony odgromowej (LPL), któremu przy-

porządkowano SPD o odpowiednich parametrach.

Tabela 1. Wartość prawdopodobieństwa P

P SPD

w zależności od LPL, któremu zostały przypo-

SPD

rządkowane SPD

P SPD

LPL

Brak układu skoordynowanych SPD

0,03

III-IV

0,02

0,01

Lepsze niż I

0,005 – 0,001

Te mniejsze wartości są możliwe w przypadku zainstalowania SPD mających

lepsze charakterystyki ochronne (większą wytrzymałość prądową, niższy poziom

ochrony itp.) w porównaniu z wymaganymi podanymi dla LPL I.

Przyjęto tutaj, że następuje podział rozpływu prądu piorunowego w stosunku

50/50% – połowa prądu pioruna wnika w uziemienie systemu ochrony piorunochron-

nej rozpatrywanego budynku, druga połowa w instalacje przewodzące wchodzące do

budynku. W najgorszym przypadku (gdy inne instalacje wykonane są z materiałów

nieprzewodzących) połowa prądu piorunowego może wpłynąć do instalacji elektrycz-

nej. Stąd też, wielobiegunowy ogranicznik przepięć na wejściu instalacji elektrycznej

do budynku z urządzeniem piorunochronnym musi wytrzymać udar prądu o amplitu-

dzie 100 kA w przypadku LPL I, lub 50 kA w przypadku LPL III-IV.

Pomoc w zakresie analizy ryzyka może zapewnić projektantowi program

DEHNsupport, który znacznie ułatwia i skraca czas obliczeń, oraz umożliwia w prosty

sposób dokonanie wielowariantowej analizy doboru środków ochrony pod kątem tech-

nicznym oraz ekonomicznym.

P SPD

Ochrona odgromowa

2. Montaż ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej

W przypadku ograniczników przepięć stosowanych w instalacjach elektrycznych

niskiego napięcia, wewnątrz obiektów budowlanych można rozpatrywać dwa przy-

padki. W pierwszym rozważamy obiekt wyposażony w urządzenie piorunochronne

o odpowiednim poziomie ochrony, a tym samym o znanej amplitudzie prądu pioruno-

wego mogącego wniknąć do instalacji elektrycznej. W drugim przypadku rozważamy

obiekt bez urządzenia piorunochronnego, w tym przypadku wartość prądu pioruno-

wego mogącego wniknąć do instalacji elektrycznej nie może być ustalona.

2.1

Obiekt wyposażony w urządzenie piorunochronne

Zasady montażu SPD w instalacji elektrycznej obiektu z urządzeniem pioruno-

chronnym zapisane zostały w arkuszu nr 3 i 4 normy EN-62305. Podstawowym warun-

kiem jaki muszą spełniać SPD to zapis, że urządzenia do ograniczania przepięć (SPD)

powinny wytrzymywać bez uszkodzenia spodziewaną część płynącego przez nie prądu

pioruna. SPD powinny również mieć zdolność gaszenia prądów następczych sieci za-

silającej, jeżeli są przyłączone do jej przewodów. Warto również wrócić w tym miejscu

do definicji zamieszczonych na początku poszczególnych arkuszy, by zweryfikować

publikowane powszechnie informacje o stosowaniu urządzeń SPD Typ 1+2, czy też

klasy B+C. Obowiązujące w całej Unii Europejskiej normy wyraźnie stwierdzają jak

klasyfikowane są ograniczniki przepięć. Oznaczenia w postaci klas B, C, D obowią-

zywały w Niemczech do października roku 2004, po tym terminie wprowadzona

została norma EN-61643-11, która wyraźnie klasyfikuje ograniczniki jako Typ 1, Typ 2,

Typ 3. W żadnej z przytoczonych powyżej norm nie znajdziemy też informacji na temat

łączenia ze sobą klas lub typów.

Kolejną definicją, z którą należy się zapoznać, to definicja ogranicznika typu kom-

binowanego lub złożonego, nazywanego popularnie ogranicznikiem hybrydowym.

Ogranicznik ten zawiera elementy zarówno typu ucinającego (np. iskierniki), jak

i ograniczającego napięcie (warystory) i może wykazywać cechy elementu ucinającego,

ograniczającego lub ucinającego i ograniczającego napięcie w zależności od charak-

teru stosowanego napięcia.

Dlatego warto zapoznać się z dokumentacją producenta, na której pokazano sche-

mat wewnętrzny ogranicznika, a nie tylko bazować na opisie handlowym, w którym

podano określenie „ogranicznik hybrydowy”. Podobnie wygląda sprawa z prądem

udarowym I

, jakim testowany jest ogranicznik – aktualna norma europejska zaleca,

imp

aby ograniczniki przepięć Typ1 testowane były udarami (10/350) o amplitudach 25;

20; 12,5; 10 i 5 kA. Natomiast na rynku można spotkać ograniczniki, dla których

producent podaje amplitudę prądu udarowego dla prób klasy I wynoszącą 4,5 lub

7 kA. Jeżeli w tym samym obwodzie są instalowane, jeden za drugim, dwa lub więcej

SPD, to powinny być one skoordynowane tak, aby nastąpił między nimi podział energii

zgodny z ich zdolnością do jej pochłaniania.

Do zapewnienia skutecznej koordynacji niezbędne jest uwzględnienie: właści-

wości poszczególnych SPD (jakie podaje wytwórca), możliwego zagrożenia w miejscu

ich zainstalowania oraz charakterystyki urządzeń poddawanych ochronie.

W arkuszu 4. normy EN-62305-4 pokazano przykład stosowania SPD w elektro-

energetycznych układach rozdzielczych, zgodnie z koncepcją stref ochrony odgro-

I imp

Nr 151

Ochrona odgromowa

mowej. SPD są instalowane kolejno. Ograniczniki przepięć są dobierane zgodnie

z wymaganiami dotyczącymi poszczególnych punktów ich instalowania.

Linie wchodzące ze strefy LPZ 0 (gdzie możliwe są wyładowania bezpośrednie)

mogą wprowadzać do obiektu częściowe prądy pioruna. Aby odprowadzić te prądy na

przejściu ze strefy LPZ 0 do strefy LPZ 1, potrzeba zastosować ograniczniki prze-

pięć Typ 1 (SPD badane prądem ).

Jeżeli instaluje się dwa lub więcej SPD w układzie kaskadowym, to istnieje po-

trzeba zapewnienia koordynacji zarówno tych SPD, jak i chronionego urządzenia.

Koordynacja energetyczna jest potrzebna do uniknięcia nadmiernego narażenia

SPD w układzie.

Koordynacja energetyczna jest osiągnięta, jeżeli część energii, na oddziaływanie

której każdy SPD jest narażony, jest mniejsza lub równa energii przez niego wytrzymy-

wanej.

I imp

Rys. 1. Przykład stosowania skoordynowanego układu SPD w instalacji elektrycznej obiektu

Skuteczność skoordynowanego układu SPD zależy nie tylko od właściwego do-

boru SPD, lecz również od prawidłowej instalacji ograniczników. Należy wziąć pod

uwagę następujące kwestie:

· lokalizację SPD,

· przewody łączące,

· odległości ochronne z uwagi na oscylacje,

· odległości ochronne z uwagi na zjawiska indukcyjne.

Ochrona odgromowa

W normie EN-62305-4 zawarto dodatkowe informacje i wzory pozwalające na

prawidłowy dobór skoordynowanego układu SPD.

2.2

Obiekt nie wyposażony w urządzenie piorunochronne

W przypadku obiektu nie wyposażonego w urządzenia piorunochronne należy

rozważyć przypadki dotyczące możliwości pojawienia się zagrożenia prądem pioru-

nowym, gdy:

· obiekt zasilany jest linią napowietrzną,

· na dachu obiektu zainstalowano maszt antenowy,

· w pobliżu obiektu zlokalizowany jest inny budynek wyposażony w instalację

piorunochronną lub inny wyższy obiekt typu wieża telefonii komórkowej, słup

linii WN itd.

W takim przypadku, gdy obiekt nie posiada przypisanej klasy LPL, trudno mówić

o określeniu amplitudy prądu piorunowego zagrażającej linii zasilającej. Norma do-

tycząca zasad stosowania i montażu ograniczników przepięć w instalacjach elektrycz-

nych EN-HD 60364-5-534 stwierdza:

Jeżeli wartość prądu nie może być ustalona, to wartość

I imp

nie powinna być mniejsza

niż 12,5 kA bez względu na rodzaj ochrony.

Tak więc w tym przypadku należy zastosować ograniczniki przepięć Typ 1 takie jak

w obiekcie z poziomem ochrony LPL III-IV.

W tej normie zawarte są również zalecenia dotyczące doboru SPD ze względu na

spodziewany prąd zwarciowy i zdolność przerwania prądu następczego w miejscu

instalacji ogranicznika.

Wytrzymałość zwarciowa kombinacji SPD i nadprądowego urządzenia zabez-

pieczającego (OCPD), ustalona przez wytwórcę SPD, powinna być równa lub więk-

sza niż maksymalny prąd zwarciowy spodziewany w punkcie zainstalowania.

Przykładem takiego nowoczesnego kombinowanego SPD spełniającego zapisy

normy jest ogranicznik DEHNshield, zapewniający koordynację energetyczną z ogranicz-

nikami przepięć Typ 3 zbudowanymi wewnątrz urządzenia lub stanowiącymi ochronę

końcową urządzeń (np. listwy lub gniazdka wtyczkowe wyposażone w SPD).

Rys. 2. DEHNshield – kombinowany ogranicznik przepięć

Typ1 do układu sieci TN-S

DEHNshield to nowoczesny ogranicznik przepięć Typ 1 z iskiernikiem nowej

technologii, zapewniający wszystkie korzyści płynące z zastosowania złożonego SPD

(strefy 0 – 2) takie jak:

· redukcja zagrożenia dla kolejnych urządzeń włączonych do instalacji elektrycz-

nej po SPD (znaczne ograniczanie przepuszczalnej dalej energii zakłócenia),

·brak prądów upływu,

Nr 151

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: