Uderzenie pioruna to krótkotrwały przepływ prądu elektrycznego o natężeniu kilkunastu tysięcy amperów, przy napięciu dochodzącym do setek tysięcy woltów. Towarzyszą temu zjawiska cieplne, dynamiczne i elektryczne. Wszystkie mogą powodować szkody materialne, a w przypadku zakładów produkcyjnych, urzędów i instytucji, dodatkowo problemy z zachowaniem ciągłości funkcjonowania.

Czy jesteśmy bezbronni?
Bezpośrednie uderzenie pioruna w budynek może spowodować pożar, ale również uszkodzić znajdujące się w nim instalacje techniczne i urządzenia. W kontekście instalacji chodzi przede wszystkim o sieć elektryczną, teletechniczną i informatyczną – oczywiście jeżeli nie są one właściwie zabezpieczone. Nie mamy wpływu na klimat i na pogodę, więc nie od nas zależy, kiedy występują burze z piorunami.

Możemy jedynie śledzić, na których terenach dochodzi do nich najczęściej. Możemy też chronić obiekty, wpływając na kierunek pioruna w końcowej fazie jego drogi i sprowadzając go do ziemi w miejscu dla nas wygodnym i bezpiecznym. Służą do tego piorunochrony, które są stosowane od 250 lat do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. Za ich wynalazcę uważa się Benjamina Franklina (1706-1790), który już w 1752 r. instalował takie urządzenia. W Polsce pierwszy piorunochron zabudowano w 1778 r. Chronionym obiektem był Zamek Królewski w Warszawie, a stało się to z inicjatywy króla Stanisława Augusta Poniatowskiego. Konstrukcja pierwszych piorunochronów okazuje się bardzo prosta. Zwykle był to metalowy, zaostrzony pręt, który montowano pionowo na dachu chronionego budynku. Pręt łączono z ziemią metalowym drutem lub linką o przekroju nie mniejszym niż 50 mm2. Jak każda dziedzina techniki, tak i budowa urządzeń ochrony odgromowej rozwijała się w kierunku zapewnienia w możliwie największym stopniu skutecznej i pełnej ochrony obiektów.

Obecnie w Polsce, podobnie jak w innych krajach Unii Europejskiej, stosuje się nowe rozwiązanie elementu ochrony odgromowej. To piorunochrony z wczesną emisją lidera, czyli tzw. piorunochrony aktywne. Nie wchodząc głęboko w zagadnienia fizyki i zjawiska powstawania wyładowania piorunowego w atmosferze, można przyjąć, że piorunochrony z głowicą wczesnej emisji lidera są bardziej skuteczne niż tradycyjne, wcześniej stosowane rozwiązania. Nowe głowice zwiększają prawdopodobieństwo lokalizacji wyładowania. Wskutek wstępnej jonizacji powietrza wyładowanie następuje szybciej niż przy zastosowaniu tradycyjnego zwodu pionowego. Większą skuteczność nowych piorunochronów potwierdziły badania przeprowadzone w specjalistycznych laboratoriach w Polsce i we Francji. Właściwie dobrane, zainstalowane i konserwowane urządzenia odgromowe mogą ochronić przed bezpośrednim uderzeniem pioruna oraz jego skutkami cieplnymi i dynamicznymi. Niestety, nie ochronią przed działaniem pośrednim, czyli przepięciami.

1

Zagrożenie przepięciami

Przepięcia to impulsy elektryczne o wartości napięcia wielokrotnie większej od napięcia znamionowego sieci. W ogólnym ujęciu przepięcia można podzielić na zewnętrzne i wewnętrzne. Te pierwsze są niezależne od aktualnych zdarzeń i stanów zachodzących w sieci elektroenergetycznej. Pochodzą od bezpośrednich uderzeń piorunów w linie energetyczne lub są indukowane wskutek oddziaływania elektromagnetycznego. Przepięcia od bezpośrednich uderzeń przenoszone są przewodami po sieci – po drodze uszkadzają urządzenia, które są nieodporne na wartość przepięcia i nie zostały zabezpieczone lub ich zabezpieczenia były nieskuteczne. Przepięcia indukowane są skutkiem działania pola elektromagnetycznego, które powstaje podczas uderzenia pioruna, tj. przepływu prądu piorunowego do ziemi. Badania wykazały, że zniszczeniem są zagrożone urządzenia znajdujące się w promieniu nawet do 3 km od miejsca uderzenia.

Przepięcia wewnętrzne, zwane również łączeniowymi, są generowane w sieci elektroenergetycznej podczas wyłączania maszyn elektrycznych o charakterze indukcyjnym. Dzieje się tak np. podczas wyłączania dużych transformatorów, które w chwili wyłączenia nie są obciążone, czyli pracują na biegu jałowym. Inny przykład to wyłączanie szybkimi wyłącznikami próżniowymi silników elektrycznych dużej mocy. Wartość przepięcia będzie tym większa, im krótszy będzie czas wyłączenia maszyny indukcyjnej.

Skutki przepięć są coraz rozleglejsze, coraz bardziej dotkliwe ze względu na powszechne stosowanie urządzeń elektronicznych. Obniżanie wartości przesyłanych sygnałów oraz rozległość sieci, którymi urządzenia są połączone, zwiększają podatność systemu na uszkodzenia.

mapaNajbardziej narażone na uszkodzenia są:

  • sieci komputerowe i systemy informatyczne,
  • sieci telekomunikacyjne, centrale telefoniczne,
  • sieci łączności radiotelefonicznej,
  • systemy telewizji przemysłowej,
  • aparatura medyczna (uszkodzone urządzenie w szczególnych okolicznościach może stanowić zagrożenie dla zdrowia lub życia człowieka),
  • sprzęt elektroniczny domowego użytku: komputery osobiste, urządzenia RTV, urządzenia AGD wyposażone w elektroniczne systemy sterowania i kontroli prac.

 

 

W zakładach przemysłowych, w których coraz częściej wykorzystuje się urządzenia produkcyjne wyposażone w podzespoły elektroniczne, np. obrabiarki sterowane numerycznie, należy liczyć się ze szkodami wtórnymi. Awaria elektronicznego sterowania może doprowadzić do uszkodzenia maszyny i w konsekwencji spowodować ograniczenia lub przestój w produkcji.

W zakładach przemysłowych, w których coraz częściej wykorzystuje się urządzenia produkcyjne wyposażone w podzespoły elektroniczne, np. obrabiarki sterowane numerycznie, należy liczyć się ze szkodami wtórnymi. Awaria elektronicznego sterowania może doprowadzić do uszkodzenia maszyny i w konsekwencji spowodować ograniczenia lub przestój w produkcji.

2

Jak się chronić?

Obecnie ochrona przeciwprzepięciowa nabiera coraz większego znaczenia i staje się de facto ochroną majątku i aktywów firmy. W nowych i modernizowanych obiektach instalacje elektryczne, informatyczne i teletechniczne powinny być wyposażone w urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej. Konieczność ich stosowania wynika z rozporządzenia Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. 2002, nr 75, poz. 690).

Pomimo coraz większej świadomości o skutkach uderzenia pioruna, w wielu budynkach np. przemysłowych lub biurowych instalacje przeciwprzepięciowe są w nie najlepszym stanie technicznym. Uderzenie pioruna w chroniony instalacją odgromową budynek użyteczności publicznej może wskutek przepięcia spowodować straty liczone w nawet w setkach tysięcy złotych. Błędne jest przeświadczenie, że instalacja odgromowa zapewnia bezpieczne użytkowanie sprzętu elektronicznego wewnątrz obiektu. Piorunochron nie uchroni go przed przepięciami. Zrobić to mogą jedynie odpowiednio dobrane zabezpieczenia przeciwprzepięciowe.

Na właściwą ochronę odgromową i przepięciową obiektu budowlanego składają się trzy elementy:

• zewnętrzna instalacja odgromowa,

• odgromniki przeciwprzepięciowe,

• zabezpieczenia przeciwprzepięciowe instalowane według zasad przyjętej koncepcji ochrony.

ZEWNĘTRZNA INSTALACJA OGROMOWA
Pełni funkcję sprowadzania prądu piorunowego do ziemi. Drogę dla prądu stanowią przewody lub połączone ze sobą metalowe elementy budynku. Budynek jest chroniony przed pożarem i w pewnym stopniu przed uszkodzeniami mechanicznymi, które powstają na skutek dynamicznego działania prądu elektrycznego.

OGROMNIKI PRZECIWPRZEPIĘCIOWE
Są instalowane na kablach zasilających budynek w energię elektryczną. Ich zadaniem jest ograniczenie wartości udarów napięciowych i prądowych na początku instalacji elektrycznej budynku.

ZABEZPIECZENIA PRZECIWPRZEPIĘCIOWE
Urządzenia elektroniczne o dużej wartości oraz te, które pełnią istotną funkcję w przesyłaniu, przetwarzaniu i archiwizowaniu informacji, powinny być chronione metodą strefową. Jej koncepcja polega na wydzieleniu w budynku stref i określeniu maksymalnych wartości przepięć, które mogą w danej strefie wystąpić. Poszczególne strefy są chronione ekranami, których zadaniem jest tłumienie zmiennego pola elektromagnetycznego, oraz urządzeniami ochrony przeciwprzepięciowej. Jako ekrany najczęściej wykorzystuje się elementy konstrukcyjne budynku. Funkcję ekranu mogą również pełnić ściany pomieszczeń, specjalne metalowe osłony lub obudowa urządzenia. Ważne jest również to, aby instalacja elektryczna w budynku była prawidłowo wykonana i dawała możliwość uziemienia oraz wyrównania potencjałów urządzeń, które zapewnia prawidłową pracę zabezpieczeń. Ma też zapobiegać przeskokom iskry pomiędzy elementami o różnych potencjałach elektrycznych.

Pierwszą strefę ochrony stanowią zewnętrzne ściany budynku oraz urządzenia podstawowej ochrony przepięciowej. Kolejne strefy wprowadza się w zależności od potrzeb, poprzez wykorzystywanie istniejących lub tworzenie nowych ekranów oraz instalowanie ochronników przeciwprzepięciowych. Dla zapewnienia skutecznej ochrony niezwykle ważny jest prawidłowy dobór miejsca zainstalowania poszczególnych ochronników. Zazwyczaj są one instalowane na granicy kolejnych stref. W danej strefie mogą pracować tylko te urządzenia, których odporność izolacji na przepięcia jest większa od wartości przepięć mogących wystąpić w tym miejscu.

Izolacja większości urządzeń elektrycznych i elektronicznych jest na tyle mała, że wymaga zastosowania drugiego stopnia ochrony, który ograniczy wartość przepięcia do bezpiecznego dla urządzenia poziomu. Ochronniki drugiego stopnia ochrony instaluje się wewnątrz obiektu.

Ochronniki powinny być montowane nie tylko w instalacji elektrycznej zasilającej urządzenia, ale też w liniach przesyłu sygnałów w sieciach informatycznych, teletechnicznych antenowych i innych. Jako ochronę uzupełniającą stosuje się niekiedy układy ochronne instalowane bezpośrednio przed urządzeniami elektronicznymi. Ich celem jest zabezpieczenie sprzętu elektronicznego przed przepięciami indukowanymi w budynku, w pętlach przewodów zasilających i sygnałowych w przypadku ich nieprawidłowego ułożenia. Projektowaniem systemów ochrony i doborem środków ochronnych w każdym przypadku powinien zajmować się specjalista w dziedzinie ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej.

Statystyki pokazują, że ponad jedna trzecia szkód w sprzęcie elektronicznym jest spowodowana przepięciami od wyładowań piorunowych. W wielu przypadkach straty mogłyby być mniejsze, gdyby poprawnie zastosowano odpowiednie systemy ochrony przepięciowej.

 

Podsumowanie
Statystyki pokazują, że ponad jedna trzecia szkód w sprzęcie elektronicznym jest spowodowana przepięciami od wyładowań piorunowych. Technika w zakresie elementów zabezpieczeń rozwija się bardzo dynamicznie – powstają nowe generacje urządzeń zabezpieczających. Ważny jest właściwy ich dobór w sytuacji, gdy urządzenia są coraz bardziej wrażliwe na zakłócenia w napięciu zasilającym. W wielu przypadkach straty mogłyby być mniejsze, gdyby poprawnie zastosowano odpowiednie systemy ochrony przepięciowej. Jednak nawet najlepsze systemy ochrony nie dadzą pewności, że elektronika przetrzyma skutki burzy po upalnym letnim dniu.

About the author

Tagi: , , , , , , , , , , ,

POLECANE DLA CIEBIE

TAGI