Optymalnym sposobem ochrony przed zagrożeniami wywołanymi przez zewnętrzne zaburzenia elektromagnetyczne np. piorunowy impuls elektromagnetyczny, jest układanie przewodów (na całej ich długości) w metalowych korytkach, rurach, kanałach lub stosowanie kabli ekranowanych.
Zapewnienie ochrony przed zagrożeniami wywołanymi przez indukowane przepięcia atmosferyczne wymaga ograniczenia powierzchni „pętli” tworzonych z przewodów sieci zasilającej, linii przesyłu sygnałów oraz przewodzących elementów konstrukcyjnych budynku, sieci wodnokanalizacyjnej, CO itp.
Przewody przesyłu sygnałów między kondygnacjami powinny być układane w biegnących pionowo ekranowanych kanałach (szybach, traktach). Jeśli jest to możliwe to kanału nie należy umieszczać przy zewnętrznych ścianach budynku w sąsiedztwie przewodów odprowadzających urządzenia piorunochronnego. Optymalnym rozwiązaniem jest kanał biegnący w środkowej części obiektu, możliwie najdalej od przewodów, w których może popłynąć prąd piorunowy.
Jeżeli przewody przesyłu sygnałów i zasilania nie są umieszczone w metalowych korytkach, rurach lub kanałach, to należy je układać możliwie najbliżej siebie (zachowując odległości uniemożliwiające wystąpienie przeników) i prowadzić trasą możliwie najkrótszą. W ten sposób unikamy tworzenia z przewodów pętli, w których mogłyby indukować się przepięcia.
Warunki prowadzenia kabli | Moc odbiorników | ||
P < 2 kVA | 5 kVA > P >2 kVA | P > 5 kVA | |
Nieekranowane linie zasilające. Nieekranujące korytka kabli telekomunikacyjnych. | 127 mm | 305 mm | 610 mm |
Nieekranowane linie zasilające. Ekranujące metalowe korytka kabli telekomunikacyjnych. | 64 mm | 152 mm | 305 mm |
Linie zasilające i telekomunikacyjne prowadzone w oddzielnych uziemionych metalowych korytkach | --- | 76 mm | 152 mm |
Początkowo w celu wyeliminowania przeników pomiędzy układami przewodów określono dopuszczalne zbliżenie pomiędzy przewodami instalacji elektrycznej a kablami telekomunikacyjnymi. Szczególną uwagę zwracano na dopuszczalne odstępy w przypadku:
• stosowania ekranowanych i nieekranowanych kabli,
• układania kabli w różnorodnych kanałach.
• przepływu znamionowych prądów o różnych wartościach w przewodach instalacji elektrycznej.
Przykłady zalecanych odstępów zestawiono w tabeli 1.
Początkowo, dane zestawione w tabeli 1 wykorzystywano również do koordynacji układania przewodów zasilających i okablowania strukturalnego lokalnych sieci komputerowych (tabela 2).
Minimalny odstęp od | Moc odbiorników | ||
< 2 kVA | 2 - 5 kVA | > 5 kVA | |
Kable elektroenergetyczne bez ekranów | 125 mm | 300 mm | 600 mm |
Kable energetyczne prowadzone w uziemionych korytkach, rurach, itp. | 40 mm | 75 mm | 150 mm |
Dodatkowo należy tak rozmieszczać trasy kabli, aby zapewnić ułożenie okablowania strukturalnego w następujących odległościach od układów zakłócających (odstępy minimalne): • 300 mm - od oświetlenia wysokonapięciowego (świetlówki), • 1000 mm - od rozdzielni elektrycznych, • 1000 mm - od transformatorów i silników. |
Środowisko elektromagnetyczne zgodne z wymaganiami zawartymi w normach serii PN-EN 50081 i PN-EN 50082 | |||
1.Długość równoległego ułożenia jest mniejsza od 35 m. 2.Kable informatyczne ekranowane. |
|||
1.Długość równoległego ułożenia jest większa od 35 m. 2.Kable informatyczne ekranowane. |
|||
Środowisko elektromagnetyczne, w którym wymagania dotyczące emisji i odporności przewyższają poziomy zawarte w normach serii PN-EN 50081 i PN-EN 50082 | |||
Stosowane przewody | Wymagane odstępy pomiędzy przewodami A | ||
Bez separatora lub z separatorem niemetalowym | Separator aluminiowy | Separator stalowy | |
Nieekranowany kabel elektroenergetyczny i nieekranowany kabel informatyczny | 200 mm | 100 mm | 50 mm |
Nieekranowany kabel elektroenergetyczny i ekranowany kabel informatyczny | 50 mm | 20 mm | 5 mm |
Ekranowany kabel elektroenergetyczny i nieekranowany kabel informatyczny | 30 mm | 10 mm | 2 mm |
Ekranowany kabel elektroenergetyczny i ekranowany kabel informatyczny | 0 mm | 0 mm | 0 mm |
Porządkowanie zaleceń i wymagań dotyczących technik informatycznych objęło również planowanie i wykonawstwo instalacji informatycznych. W normach przedstawiających zasady okablowania informatycznego wewnątrz i na zewnątrz obiektów budowlanych uzależniono zasady rozdzielenia kabli elektroenergetycznych i kabli przesyłu danych od warunków środowiska elektromagnetycznego [3, 4]. Wymagania dotyczące odstępów pomiędzy kablami elektroenergetycznymi i informatycznymi zestawiono w tabeli 3. Należy zauważyć, że obecnie próbuje się uzależnić odstępy minimalne pomiędzy przewodami okablowania strukturalnego i instalacji elektrycznej od następujących czynników:
• rodzaju kanału, w którym układane są przewody,
• typu oraz właściwości elektromagnetycznych przewodów okablowania strukturalnego,
• ilości i rodzaju obwodów instalacji elektrycznej.
Zestawienie wymaganych odstępów minimalnych przedstawiono w tabeli 4.
Sposób układania | Klasyfikacja kabli informatycznych | |||
a | b | c | d | |
Odstęp bez stosowania barier elektromagnetycznych | 300 mm | 100 mm | 50 mm | 10 mm |
Otwarty metalowy kanał* | 225 mm | 75 mm | 38 mm | 8 mm |
Kanał metalowy perforowany* | 150 mm | 50 mm | 25 mm | 5 mm |
Jednolity pełny metalowy kanał* | 0 mm | 0 mm | 1 mm | 1 mm |
*- dokładne informacje o właściwościach kanałów zawarto w normie PN-EN 50174-2:2009 [5] | ||||
Klasyfikacja kabli | Właściwości | |||
a | Ekranowane CA < 40 dB, Nieekranowane TCL < (50-10xlgf) dB, Współosiowe SA <40 dB | |||
b | Ekranowane CA ≥ 40 dB, Nieekranowane TCL ≥ (50-10xlgf) dB, Współosiowe SA ≥40 dB | |||
c | Ekranowane CA < 55 dB, Nieekranowane TCL < (60-10xlgf) dB, Współosiowe SA <55 dB | |||
d | Ekranowane CA ≥ 80 dB, Nieekranowane TCL < (70-10xlgf) dB, Współosiowe SA <85 dB | |||
CA ( Coupling attenuation) – tłumienie sprzężeń od 30 MHz do 100 MHz, TCL (Transverse conversion loss) – strata konwersji poprzecznej [ ] od 30 MHz do 100 MHz, SA (screening attenuation) – tłumienie ekranu od 30 MHz do 100 MHz. |
Otrzymane wielkości odstępów minimalnych należy pomnożyć przez tzw. współczynnik p uzależniony od ilości przewodów instalacji elektrycznej. W przypadku niewielkiej liczby obwodów instalacji elektrycznej (poniżej 12) współczynnik jest mniejszy od 1. Zwiększenie liczby obwodów powoduje zwiększenie wartości współczynnika do wartości p = 6 dla ponad 75 obwodów.
Dostępne są także zalecenia określające odstępy pomiędzy przewodami przesyłu sygnałów a kablami instalacji elektrycznej w zależności od długości równoległego ułożenia przewodów oraz sposobów ich układania (tabela 5).
W opracowywanych obecnie zaleceniach [1, 2] po szczegółowym scharakteryzowaniu właściwości kabli i sygnałów, wyodrębniono 6 klas kabli (tabela 6).
Sposób układania przewodów | Długość równoległego ułożenia przewodów | Minimalna odległość pomiędzy kablami zasilającymi i sygnałowymi | |
Przekrój kabla zasilającego 35 mm2 | Przekrój kabla zasilającego < 35 mm2 | ||
W kanale | dowolna | 400 mm | 200 mm |
W stalowej rurze | dowolna | 200 mm | 100 mm |
Nieekranowane na ścianie | < 5m | 0 mm | 0 mm |
Klasa kabli | Charakterystyka |
Kable klasy I | Bardzo czułe sygnały. Klasa ta obejmuje kable stosowane do wszystkich sygnałów niskiego poziomu (sygnały analogowe mniejsze od 1 V, 1 mA lub, gdy źródło ma impedancję wyższą niż 1 k a sygnał ma częstotliwość większą niż 1 MHz). Kable tej klasy to dobrze ekranowane skręcone pary przewodów. Przy doprowadzeniach kabli do urządzeń ekran jest łączony na całej powierzchni z lokalnym systemem wyrównawczym. W przypadku ułożenia tych kabli bliżej niż 1 m do wysokonapięciowego kabla (ponad 1kV) powinny być one ułożone wewnątrz metalowych korytek lub osłon. |
Kable klasy II | Mniej wrażliwe sygnały. Kable tej klasy wykorzystywane są do sygnałów 4-20 mA, 0-10 V, częstotliwość mniejsza niż 1 MHz. Do przesyłu sygnałów wykorzystuje się kable ekranowane – skręcone. |
Kable klasy III | Mało zakłócające sygnały. Są to kable sterujące z rezystancyjnym lub indukcyjnym obciążeniem. Kable tej klasy mogą być ekranowane, wielożyłowe lub składające się z pojedynczych żył, dobrze jak są skręcone. |
Kable klasy IV | Silnie zakłócające sygnały. Kable do zasilania silników, indukcyjności, przekaźników, przetworników tyrystorowych. Są to kable ekranowane (w płaszczach stalowych) lub nieekranowane. |
Kable klasy V | Kable średniego napięcia |
Kable klasy VI | Kable wysokiego napięcia. |
Unikanie wzajemnego oddziaływania wymaga zachowania odpowiednich odstępów pomiędzy kablami poszczególnych klas. Wymagane odstępy pomiędzy ułożonymi równolegle na przewodzącym podłożu kablami różnych klas przedstawiono na rys. 1 i 2.
Układając kable wewnątrz obiektów budowlanych należy także przestrzegać kilku prostych zaleceń, które zestawiono poniżej.
• Kable powinny krzyżować się pod kątem prostym.
• Metalowe konstrukcje wykorzystywane do prowadzenia kabli powinny być „uziemiane” na obu końcach. Jeżeli ich długość przekracza 50 m należy zastosować dodatkowe połączenia z systemem uziemiającym.
• Połączenia uziemiające powinny być możliwie najkrótsze.
• Pokrycia metalowych korytek i korytka powinny spełniać te same wymagania.
• Przy wprowadzaniu kabli do urządzenia mogą wystąpić trudności z zachowaniem wymaganych odstępów pomiędzy kablami. W takich przypadkach kable mogą być ułożone obok siebie na możliwie najkrótszym odcinku.
• Odstępy pomiędzy przyłączami oraz kablami wewnątrz urządzeń mogą być odmienne w porównaniu z odstępami wymaganymi w obiekcie.
Układając przewody instalacji elektrycznej oraz kable sygnałowe należy zwrócić również uwagę na ich wzajemne położenie względem przewodów urządzenia piorunochronnego. Należy unikać równoległego układania kabli sygnałowych i zasilających względem zwodów i przewodów odprowadzających lub przewodzących elementów konstrukcyjnych wykorzystywanych do odprowadzania prądu piorunowego.
Jeśli warunki występujące w obiekcie stwarzają konieczność takiego układania to należy stosować ekranowane linie transmisji sygnałów lub układać je w metalowych kanałach oraz ograniczyć do minimum ich równoległy przebieg. W przypadku równoległego układania w odległości nie mniejszej od ok. 1 m od siebie linii przesyłu sygnałów i przewodów instalacji piorunochronnej sugerowana dopuszczalna długość odcinków ich równoległego ułożenia może wynosić:
• 2 m w przypadku przewodów dochodzących do szczególnie wrażliwych urządzeń elektronicznych,
• 10 m w pozostałych przypadkach.
Obiekt budowlany o wysokości H | Odstęp do przewodu odprowadzającego na ścianie | Odstęp do zwodu na dachu obiektu |
H < 5 m | 100 mm | 300 mm |
5 m ≤ H < 10 m | 200 mm | 400 mm |
10 m ≤ H < 20 m | 400 mm | 600 mm |
H ≤ 20 m | 600 mm | 800 mm |
Do wstępnego oszacowania bezpiecznych odstępów można wykorzystać informacje zestawione w tabeli 7.
W obiektach wielokondygnacyjnych, w których uwzględniane jest zagrożenie piorunowe, należy unikać rozmieszczania rozbudowanych systemów elektronicznych na najwyższych kondygnacjach (1 - 3 górnych kondygnacji).
Stosowanie przedstawionych zasad układania przewodów powinno zapewnić poprawne i bezawaryjne działania niektórych urządzeń i systemów elektrycznych i elektronicznych.
Andrzej Sowa
Literatura
[1]Williams T., Armstrong K.: EMC for Systems and Installations. Newness 2000.
[2]Wiliams T., Amstrong K.: Installations cabling and earthing technique for EMC 2002
[3]PN-EN 50174-2:2002, Technika informacyjna. Instalacje okablowania. Część 2. Planowanie i wykonanie instalacji wewnątrz budynku.
[4]PN-EN 50174-3:2005, Technika informatyczna. Instalacja okablowania. Część 3. Planowanie i wykonawstwo instalacji na zewnątrz budynków.
[5]PN-EN 50174-2: 2009 (oryg.), Technika informatyczna. Instalacje okablowania. Część 2. Planowanie i wykonanie instalacji wewnątrz budynku.
[6]Pigler F.: EMV und Blitzschutz Leittechnischer Anlagen. Siemens Aktiengesellschaft 1990.
[7]Pigler F.: Blitzschutz elektronischer Anlagen. Grundlagen und praktische Losungen. Franzis -Verlag 1998.