Eliminacja przeskoków iskrowych występujących podczas wyładowania piorunowego w obiekt budowlany.pdf

OCHRONA ODGROMOWA

Eliminacja przeskoków iskrowych

występujących podczas wyładowania

piorunowego w obiekt budowlanych

Andrzej Sowa

Podstawowe zasady ochrony odgromowej wymagają umieszczenia w przestrzeniach chronionych

wszelkiego rodzaju nadbudówek dachowych z materiałów przewodzących lub izolacyjnych [3, 4].

Ochroną przed bezpośrednim, oddziaływaniem prądu piorunowego powinny być również objęte

urządzenia i elementy konstrukcyjne umieszczane na dachach obiektów, do których dołączone są

przewodzące instalacje rozprowadzane wewnątrz obiektu.

W takich przypadkach urządzenie piorunochronne powinno zapewnić:

odpowiednie przestrzenie chronione dla urządzeń i instalacji,

wyeliminowanie przeskoków iskrowych pomiędzy instalacjami na dachu i ścianach obiektu,

wyeliminowanie różnic potencjałów pomiędzy poszczególnymi instalacjami wewnątrz obiektu,

ochronę przed przepięciami w instalacjach elektrycznych i elektronicznych.

Część z powyższych wymagań można spełnić stosując układy zwodów pionowych lub poziomych,

które należy odpowiednio dobrać i rozmieścić na dachu obiektu budowlanego.

W tworzonej przestrzeni chronionej urządzenia będą narażone tylko na bezpośrednie oddziaływanie

impulsowego pola elektromagnetycznego, jakie może wystąpić podczas wyładowania piorunowego

w element instalacji piorunochronnej. Pomiędzy urządzeniami i instalacjami umieszczonymi w

przestrzeni chronionej a elementami instalacji piorunochronnej powinny być zachowane bezpieczne

odstępy eliminujące możliwości powstania przeskoków iskrowych.

Zgodnie z obowiązującymi zasadami [3], przestrzenie chronione tworzone przez te zwody można

wyznaczyć przy pomocy kątów osłonowych lub wykorzystując zasadę toczonej po dachu obiektu

kuli. Wartość promienia tej kuli uzależniona jest od wymaganego poziomu ochrony dla danego

obiektu.

Jeśli stworzenie ochrony odgromowej eliminującej bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego na

urządzenia instalowane na dachu obiektu jest niemożliwe do wykonania to można zastosować jedno w

poniżej przedstawionych rozwiązań:

w instalacjach przewodzących, którymi prąd piorunowy może wpłynąć do obiektu (np. rury

systemu klimatyzacji i wentylacji), należy zastosować elementy izolacyjne o długości (grubości)

co najmniej dwukrotnie większej od wymaganych odstępów bezpiecznych,

w miejscach zbliżenia instalacji odgromowej i chronionego urządzenia lub systemu należy

zastosować połączenia wyrównawcze bezpośrednie lub przy pomocy iskierników.

Bezpieczne odstępy powinny być również zachowane jeśli analizowane jest zagrożenia urządzeń

instalowanych na ścianach obiektu.

A. Sowa Eliminacja przeskoków iskrowych występujących podczas wyładowania piorunowego w obiekt budowlanych

Bardzo często zabudowa dachu lub jego kształt mogą utrudnić lub nawet uniemożliwić zachowanie

bezpiecznych odstępów, a zastosowanie połączeń wyrównawczych jest niewskazane ze względu na

zwiększenie zagrożenia piorunowego urządzeń i instalacji wewnątrz budynku. Takie przypadku

występują najczęściej podczas montażu urządzeń elektrycznych lub elektronicznych na dachach lub

ścianach obiektów już istniejących. Przykłady błędnych rozwiązań wynikających z trudności

zachowania bezpiecznych odstępów przedstawiono na rys. 1.

Rys.1. Przykłady zagrożeń przeskokami iskrowymi pomiędzy instalacjami.

Dotychczas, w takich przypadkach próbowano wykorzystywać izolacyjne elementy dystansujące

lub izolacyjne rury wsporcze (rys.2.) umożliwiające:

•

zachowanie odpowiednich odległości pomiędzy przewodami odprowadzającymi a chronionymi

urządzeniami,

doprowadzanie przewodów odprowadzających do wybranych elementów urządzenia

piorunochronnego.

Zastosowanie rozwiązań przedstawionych na rys. 2 nie zawsze zapewni wyeliminowanie

przeskoków iskrowych, gdyż elementy instalacji piorunochronnej mogą być zbyt blisko

chronionych urządzeń. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie przewodów

odprowadzających w izolacji wysokonapięciowej z pokryciem półprzewodzącym.

A. Sowa Eliminacja przeskoków iskrowych występujących podczas wyładowania piorunowego w obiekt budowlanych

Rys.2. Przykładowe rozwiązania zwodów mocowanych do obiektów chronionych.

Przewody odprowadzające w izolacji wysokonapięciowej

Problemy wynikające z niedostatecznych odstępów bezpiecznych lub nawet bezpośredniego

stykania się elementów urządzenia piorunochronnego z instalacjami lub urządzeniami nie zawsze

udaje się przy pomocy osłon izolacyjnych lub izolowanych elementów wsporczych.

Odpowiedniej ochrony przed przeskokami iskrowymi najczęściej nie zapewniają również przewody

w izolacji wysokonapięciowej o wytrzymałości na napięcia udarowe przewyższającej

wytrzymałość wymaganą dla analizowanej przerwy iskrowej.

Zjawiska zachodzące w takich przypadkach rozpatrzone zostaną w układzie, w którym do

eliminacji przeskoków iskrowych zastosowano przewód w izolacji, do którego doprowadzono

piorunowe napięcie udarowe i ułożono w pobliżu elementu uziemionego (rys.3).

napięcie

udarowe

przewód

w izolacji

uziemiony

element

Rys.3. Zastosowanie przewodu w izolacji do eliminacji przeskoków iskrowych

A. Sowa Eliminacja przeskoków iskrowych występujących podczas wyładowania piorunowego w obiekt budowlanych

W przedstawionym układzie, po przyłożeniu napięcia udarowego, linie natężenia pola

elektrycznego przebiegają w izolacji przewodu oraz w powietrzu. Schemat zastępczy takiego

układu przedstawiono na rys.4.

wysokie

napięcie

wysokie

napięcie

C 1

R 1

C 1

R 1

izolacja

C 1

R 1

przewód

C 1

R 1

element

uziemiony

C, C 1 - odpowiednio pojemność dielektryka stałego oraz elementu powierzchniowego,

R, R 1 – rezystancje skrośna dielektryka i powierzchniowa

Rys. 4. Wyładowania ślizgowe w układzie przewód w izolacji – uziemiony element a) schemat

zastępczy układu, b) wyładowanie ślizgowe w układzie.

Różnice w wartościach przenikalności dielektrycznej powietrza i izolacji przewodu powodują, że

C 1 « C i przeważa składowa normalna natężenie pola elektrycznego.

W przedstawionym układzie pojemności przyłożenie napięcia udarowego o stosunkowo niskiej

wartości szczytowej powoduje rozwój wyładowań niezupełnych od uziemionego elementu.

Powstające wyładowania, charakteryzujące się dużym natężeniem prądu, w porównaniu z innymi

formami wyładowań elektrycznych, oraz przemieszczaniem się po powierzchni izolacji przewodu,

nazwano wyładowaniami ślizgowymi.

W wyładowaniach ślizgowych rezystancje silnie zjonizowanych kanałów są niewielkie i

występujące na nich spadki napięć są również niewielkie.

Taki rozwój wyładowania umożliwia przenoszenia dużych wartości natężenia pola elektrycznego

na znaczne odległości i w konsekwencji dalsze wydłużanie iskier. Praktycznie w wielu przypadkach

osiągniecie napięcia początkowego powstawania wyładowań ślizgowych jest równoważne w

osiągnięciem napięcia przeskoku w układzie.

Występowanie wyładowań ślizgowych znacznie obniża wartości napięć przeskoków na

powierzchni izolacji przewodu w porównaniu z wartościami napięć przeskoków po powierzchni

samej izolacji (bez przewodu).

Poniżej, w celu przedstawienia występujących różnic, porównano wartości napięć przeskoków

rozwijających się po powierzchni izolatora wsporczego i przepustowego (rys.5).

Porównanie wartości otrzymanych przy napięciu udarowym 1/50 obu biegunowości wskazuje na:

znacznie niższe poziomy napięć przeskoków dla przewodu pokrytego izolacją w

porównaniu z napięciami przeskoków na samej izolacji,

możliwości wystąpienia przy niskim napięciu udarowym przeskoków na znaczne odległości

po izolacji pokrywającej przewód.

A. Sowa Eliminacja przeskoków iskrowych występujących podczas wyładowania piorunowego w obiekt budowlanych

Wysokie

napięcie

Wysokie

napięcie

Rys.5. Napięcia przeskoku w układach modelowych izolatora wsporczego i przepustowego [1, 2]

Wystąpienie wyładowań ślizgowych, ograniczające wytrzymałość udarową przewodu w izolacji,

praktycznie eliminuje jego zastosowanie do eliminacji przeskoków iskrowych występujących

podczas wyładowań piorunowych.

Przewody odprowadzające w izolacji z pokryciem półprzewodzącym

Zastosowanie do ochrony odgromowej przewodu w izolacji wysokonapięciowej wymaga

stworzenia warunków zapobiegających występowaniu wyładowań ślizgowych.

Można to osiągnąć:

•

podwyższając napięcie początkowe wyładowań ślizgowych, (np. zwiększenie grubości

izolacji przewodu),

stosując ekrany w izolacji przewodu (np. cienki folie metalowe wewnątrz izolacji).

zmieniając rozkład natężenia pola elektrycznego w miejscu wystąpienia wyładowań

ślizgowych.

Dwie pierwsze metody zapobiegania wyładowaniom ślizgowym praktycznie nie znalazły

zastosowania przy produkcji przewodów wykorzystywanych do celów ochrony odgromowej.

W przypadku metody trzeciej, poprawę rozkładu pola elektrycznego w miejscu powstawania

wyładowań ślizgowych można osiągnąć stosując przewody w izolacji wysokonapięciowej z

pokryciem przewodzącym lub półprzewodzącym.

Taki sposób ochrony przed wyładowaniami ślizgowymi zastosowano w HVI- przewodach (High

Voltage Insulated Conductor) produkowanych przez firmę DEHN.

Przewody te posiadają izolację wysokonapięciową pokrytą warstwą półprzewodzącą i można je

stosować w przypadku konieczności układania przewodów odgromowych obok uziemionych,

przewodzących instalacji lub urządzeń.

Zastosowanie takich przewodów eliminuje wymóg zachowania odstępów bezpiecznych

wynoszących:

•

ok. 0,75 m dla odstępów w powietrzu,

ok. 1,5 m dla odstępów w dielektryku stałym.

Przewody przeszły pomyślnie próby wysokonapięciowe w następującym układzie pomiarowym

(rys.6.):

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: