Strefowa koncepcja ochrony odgromowej i przepięciowej

Strefowa koncepcja ochrony odgromowej i przepięciowej

Strefowa koncepcja ochrony odgromowej i przepięciowej (LPZ - ang. lightning protection zone) stanowi optymalne rozwiązanie, uwzględniające aspekty techniczne i ekonomiczne. Ogólne zasady tworzenia strefowej ochrony przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP) w obiekcie budowlanym zawarto normie PN-EN 62305-4.

Na urządzenia elektryczne i elektroniczne zainstalowane w budynku, który znajduje się w strefie działania udaru piorunowego, oddziaływać mogą udary zakłócające o różnych kształtach i amplitudach. Podobne zagrożenie mogą wprowadzać udary dochodzące do urządzenia liniami zasilania lub przesyłu sygnałów a spowodowane poprzez innego rodzaju zakłócenia, np. stany nieustalone w sieciach energetycznych.

Przestrzeń chroniona powinna być podzielona na strefy ochrony odgromowej (LPZ) w celu wyznaczenia przestrzeni o różnej intensywności LEMP i ustalenia punktów połączeń na granicy stref.

Strefy charakteryzują się zasadniczą zmianą warunków elektromagnetycznych na ich granicach. Przechodząc z jednej strefy do drugiej przepięcia oraz impulsowe pole elektromagnetyczne są ograniczane do wartości dopuszczalnych w danej strefie. Do celów ochrony wykorzystuje się:

  • różnego rodzaju ekrany,
  • ograniczniki przepięć instalowane w instalacjach elektrycznych i torach sygnałowych.

W każdej w wyodrębnionych stref określone zostały dopuszczalne wartości parametrów charakteryzujących:

  • impulsowe pole elektromagnetyczne,
  • przepięcie i przetężenia jakie mogą dochodzić do urządzeń pracujących wewnątrz danej strefy.

Podział przestrzeni chronionej na różne strefy ochrony

Strefa 0A (LPZ 0A) to strefa, w której urządzenia elektryczne i elektroniczne są narażone na bezpośrednie uderzenie piorunu. Przez urządzenia znajdujące się w tej strefie możliwy jest przepływ prądu piorunowego (od części aż do całkowitego włącznie). Występuje w niej nietłumione pole elektromagnetyczne. Zagrożone są urządzenia lub systemy pracujące na wolnym powietrzu, nieekranowane przed polem elektromagnetycznym i niezabezpieczone przed udarami napięciowymi i prądowymi.

Strefa 0B (LPZ 0B) to strefa, w której urządzenia elektryczne i elektroniczne nie są już narażone na bezpośrednie uderzenie piorunu. Występuje w niej jednak nietłumione pole elektromagnetyczne oraz udary napięciowe i prądowe indukowane przez prądy piorunowe. W strefie tej mogą się znaleźć urządzenia zainstalowane w nieekranowanych obiektach, pozbawione własnych ekranów elektromagnetycznych (np. metalowa osłona lub obudowa) oraz niezabezpieczone przed udarami napięciowymi i prądowymi.

Strefa 1 (LPZ 1) to obszar w którym urządzenia nie są narażone na bezpośrednie uderzenie piorunu i prądy we wszystkich znajdujących się w niej częściach przewodzących są zredukowane w stosunku do prądu w strefie 0B. W strefie tej, w zależności od przyjętych środków ekranowania, może wystąpić tłumione pole elektromagnetyczne.

Urządzenia elektroniczne pracujące w strefie 1 chronione są przed:

  • bezpośrednim działaniem impulsowego pola elektromagnetycznego przez pojedynczy ekran, który tworzą najczęściej połączone ze sobą przewodzące elementy konstrukcji budynków,
  • udarami napięciowymi i prądowymi przez elementy i układy zabezpieczające, tworzące tzw. podstawową ochronę przed przepięciami (ochrona przepięciowa jednostopniowa).

Kolejne strefy ochronne (LPZ 2, ...)

Jeżeli jest wymagane dodatkowe zmniejszenie prądów przewodzonych oraz pola elektromagnetycznego to powinny być wprowadzone następne strefy. Wymagania tych stref powinny być dopasowane do wymagań zainstalowanych w nich urządzeń. Dobierając wartości udarów panujących w danej strefie należy uwzględnić ich odporność udarową.

Tworzenie kolejnych stref wymaga wprowadzenia dodatkowych ekranów oraz kolejnych stopni ochrony przed udarami napięciowymi i prądowymi. Wykorzystywane są ekranujące właściwości:

  • żelbetowych ścian pomieszczeń wewnątrz obiektu,
  • litych ekranów pomieszczeń,
  • stalowych osłon i obudów samych urządzeń.

W przypadku rzeczywistych obiektów budowlanych i rozbudowanych, wrażliwych systemów elektronicznych najczęściej stosowana jest dwu- lub trójstopniowa ochrona przepięciowa.

Wszystkie części przewodzące oraz linie elektroenergetyczne i telekomunikacyjne wchodzące do kolejnych stref LPZ powinny być na ich granicy połączone. Połączenie powinno być wykonane za pomocą lokalnej szyny wyrównawczej, do której należy także przyłączyć elementy ekranujące lub inne lokalne przedmioty metalowe (np. obudowy wyposażenia).

Parametry prądowe zacisków i ograniczników przepięć (SPD), stosowanych do połączeń wyrównawczych powinny być dobierane indywidualnie. Maksymalne przepięcia udarowe na granicy stref LPZ powinny być skoordynowane z wytrzymałością rozpatrywanych systemów. Ograniczniki przepięć (SPD) na granicach różnych stref powinny być również skoordynowane pod względem ich zdolności energetycznej. Również wszystkie wewnętrzne części przewodzące o znaczących rozmiarach, takie jak: prowadnice wind, dźwigi, podłogi metalowe, obramowanie drzwi metalowych, rury instalacyjne i korytka kablowe, powinny być połączone możliwie najkrótszą trasą z najbliższą szyną wyrównawczą lub z innym połączonym z nią urządzeniem metalowym.

Strefy ochrony odgromowej i kompleksowe środki ochronne

Urządzenia do ograniczania przepięć są sklasyfikowane jako ograniczniki przepięć typu 1 (potocznie „odgromniki”), ograniczniki typu 1 kombinowanego oraz ograniczniki przepięć typu 2 i 3 zgodnie z wymaganiami dotyczącymi miejsca ich instalacji. Ograniczniki przepięć typu 1 (kombinowanego) są instalowane na granicy stref LPZ 0A i 1 / LPZ 0A i 2. Spełniają one najbardziej rygorystyczne wymagania w zakresie wydajności rozładowania. Ograniczniki te muszą być zdolne do kilkukrotnego wyładowania częściowych prądów pioruna o fali 10/350 μs bez zniszczenia, zapobiegając w ten sposób wnikaniu części prądu pioruna w instalację elektryczną budynku.

Ograniczniki przepięć typu 2 i 3 są instalowane na granicy stref LPZ 0B i 1 oraz za ogranicznikiem typu 1 (kombinowanego) na granicy stref LPZ 1 i 2 oraz wyższych. Ich zadaniem jest ograniczanie prądów resztkowych pozostałych po przejściu przez wcześniejsze zabezpieczenia oraz ograniczanie przepięć indukowanych lub powstałych w instalacji.

Opisane środki ochrony odgromowej i przepięciowej na granicach stref muszą być stosowane zarówno w przypadku instalacji zasilających, jak i systemów informatycznych i telekomunikacyjnych. Konsekwentne wdrażanie opisanych środków ochrony zapewnia stałą dostępność nowoczesnej infrastruktury.