Wewnątrz obiektu budowlanego, w którym brak systemu wyrównywania potencjałów lub został on wykonany w sposób nieprawidłowy, powstające różnice potencjałów mogą spowodować:
• zagrożenie porażeniowe ludzi przebywających wewnątrz obiektu,
• uszkodzenie instalacji elektrycznej oraz obwodów przesyłu sygnałów,
• uszkodzenie urządzeń,
• zagrożenie pożarowe.
Ograniczenie występujących zagrożeń zapewnia wyr��wnywanie potencjałów instalacji przewodzących wprowadzanych do obiektu oraz przebiegających w jego wnętrzu.
Podstawowe zasady wyrównania potencjałów zewnętrznych instalacji przewodzących wprowadzanych do budynku zawarto w normach dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych (serie PN-IEC 61312, PN-IEC 61024, PN-EN 62305). Przedstawiane zalecenia dotyczą obiektów budowlanych posiadających urządzenia piorunochronne, ale powinny być również stosowane w obiektach nie chronionych przed wyładowaniem piorunowym. Postępując zgodnie z tymi zasadami należy wyrównać potencjały wszelkich przewodzących instalacji wprowadzanych do obiektu. Poniżej zestawiono podstawowe wymagania, jakie należy przestrzegać wprowadzając instalacje przewodzące do obiektów budowlanych.
Połączenia układów SPD z główną szyną wyrównawczą powinny być możliwie najkrótsze i o małej impedancji.
Podstawowymi elementami wspólnych sieci połączeń wyrównawczych wewnątrz obiektów budowlanych są szyny oraz pierścienie wyrównawcze. Poniżej zestawiono podstawowe wymagania dotyczące tych elementów. Szczególną uwagę zwrócono na główne szyny lub pierścienie wyrównawcze.
Główna szyna wyrównawcza
Główny pierścień wyrównawczy
Przewody uziemiające, stanowią połączenie głównego pierścienia wyrównawczego lub głównej szyny wyrównawczej z uziomami naturalnymi lub sztucznymi, powinny być:
- wykonane w sposób pewny i trwały pod względem mechanicznym i elektrycznym;
- prowadzone w miarę możliwości najkrótszymi drogami;
- zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi, na przykład za pomocą ceownika lub kątownika stalowego.
Należy stosować połączenia spawane albo, jeżeli jest to trudne lub niemożliwe do wykonania, połączenia mechaniczne (np. połączenia śrubowe) mające zacisk lub zaciski zabezpieczone przed rozluźnieniem się. Miejsca połączenia przewodów uziemiających z uziomami naturalnymi powinny być zabezpieczone przed korozją.
W normach ochrony odgromowej podano wymagania dotyczące wymiarów przewodów uziemiających stosowanych do połączeń z szyną lub pierścieniem wyrównawczym (tabela 2).
Źródło informacji | PN-IEC 61312-1 | PN-EN 62305-4 | |
Rodzaj przewodu | Przepływ znacznej części prądu piorunowego | Przepływ nieznacznej części prądu piorunowego | Połączenia szyna – system uziomowy |
Przewód miedziany | 16 mm² | 6 mm² | 14 mm² (16 mm²) |
Przewód aluminiowy | 25 mm² | 10 mm² | 22 mm² (25 mm²) |
Przewód stalowy | 50 mm² | 16 mm² | 50 mm² |
W nawiasach podano przekroje przewodów zgodne z IEC 62305-4, Ed.2 (Draft CDV) |
Przewody uziemiające powinny być połączone z pierścieniem lub szyną wyrównywania potencjałów za pomocą zacisków probierczych pozwalających odłączać instalację uziemiającą od uziomów przy wykonywaniu pomiarów rezystancji. Zaciski probiercze powinny znajdować się w miejscu łatwo dostępnym, a ich rozłączanie powinno być możliwe jedynie z użyciem narzędzi.
Zaciski powinny być tak dobrane, aby po zamontowaniu miały obciążalność prądową nie mniejszą niż główny przewód uziemiający. Zaciski probierze są zbyteczne, jeśli prawidłowo prowadzone pomiary rezystancji uziemienia nie wymagają odłączenia sieci uziemiającej od części uziemianych.
W obiekcie, w którym pracują systemy elektroniczne o szczególnych wymaganiach dotyczących niezawodności ich pracy (centra komputerowe, budynki telekomunikacyjne) zalecane jest stosowanie szyny wyrównawcze w postaci płyty metalowej w miejscu wprowadzenia instalacji do obiektu, tzw. płyta dławiąca (rys. 4).
Płytę należy połączyć ze wszystkich stron, tj. na całym jej obwodzie, z prętami zbrojenia budynku lub z ekranem zastosowanym w obiekcie. Jeżeli w obiekcie nie występują elementy ekranujące to płytę należy połączyć z systemem uziomowym obiektu.
Wytrzymałość mechaniczna płyty powinna zapewniać utrzymanie elementów koniecznych do zapewnienia przejścia wszystkich instalacji i przewodów do budynku np. rur, złącz wtykowych, bolców lub gniazd przyłączeniowych, itp. Metalowe rury stosowanych przepustów należy dokładnie na całym ich obwodzie zespawać lub szczelnie przylutować do ekranu obiektu lub do płyty, jeśli taką zastosowano na wejściu do obiektu.
Nieprzewodzące rury lub przewody np. światłowodowe powinny być wprowadzane do obiektu przez króćce rurowe. Falowody, zewnętrzne przewody kabli koncentrycznych, metalowe powłoki, ekrany i osłony kabli telekomunikacyjnych i energetycznych łączyć należy na całym ich obwodzie z rurami przepustów.
W przypadkach, w których ekrany wykorzystywane są podczas normalnej pracy i takie połączenie nie jest możliwe, należy zastosować specjalne, dodatkowe środki ochronne np. dodatkowy ekran lub połączenia ochronne.
W instalacji elektrycznej do wyrównywania różnic potencjałów wywołanych przez rozpływający się prąd piorunowy wykorzystywane są urządzenia do ograniczania przepięć typu 1, które powinny spełnić wymagania próby klasy I.
Dobierając przewody do połączenia SPD typu 1 z przewodami fazowymi, neutralnym oraz szyną wyrównywania potencjałów należy uwzględnić zjawiska termiczne i dynamiczne wywoływane przez przepływ prądu udarowego o wartości szczytowej dochodzącej do 100 kA i kształcie 10/350 – odwzorowującego część prądu piorunowego. Początkowo zalecano stosowanie do połączeń SPD typu 1 przewodów o przekroju wynoszącym, co najmniej 10 mm² Cu. Obecnie pojawiają się wymagania zwiększenia przekroju do 16 mm² Cu.
Przewody stosowane do połączeń odgromników powinny być możliwie najkrótsze gdyż zapobiega to powstawaniu spadków napięć na indukcyjnościach przewodów przy przepływie prądów udarowych.
SPD typu 1 nie posiadają wewnętrznych zabezpieczeń zwarciowych i powinny być chronione przed skutkami zwarć. Rozwiązaniem tego problemu może być dodatkowe zabezpieczanie nadprądowe włączane w szereg z ogranicznikiem. Na rysunku 5 przedstawiono typowe układy połączeń SPD w różnych systemach sieci.
Przykładowe rozwiązanie połączeń SPD typu 1 przeznaczonych do montażu na szynie 35 mm lub w gniazdach bezpiecznikowych przedstawiono na rys. 6.
Pozostałe instalacje niskonapięciowe wchodzące do budynku np. przewody telekomunikacyjne, antenowe, linie przesyłu sygnałów należy również połączyć z główną szyną wyrównywania potencjałów (rys. 7):
• bezpośrednio np. ekrany kabli (rys. 7),
• za pomocą urządzeń ograniczających przepięcia.
W powyższych instalacjach do ochrony podstawowej przed działaniem części prądu piorunowego wykorzystywane są najczęściej iskierniki gazowe dwu- lub trój- elektrodowe (rys. 9). Typowe układy połączeń iskierników gazowych przedstawiono na rys. 8.
W zależności od ilości przewodów oraz układu połączeń można zastosować różnorodne sposoby montażu urządzeń ograniczających przepięcia.
W obiekcie budowlanym, w zależności od rozmieszczenia urządzeń oraz ich odporności udarowej, może zaistnieć potrzeba stosowania wielostopniowych układów ograniczających miejscu wprowadzania przewodów do obiektu budowlanego.
W takich przypadkach stosowane są najczęściej różnorodne połączenia iskierników gazowych gazowanych z diodami zabezpieczającymi.
Przedstawione zasady ograniczania skoków potencjałów w instalacjach dochodzących do obiektów budowlanych zapewniają również podstawowy stopień ochrony przed wszelkiego rodzaju przepięciami jakie mogą wystąpić w tych instalacjach. Kolejnym etapem jest dobór kolejnych stopni ograniczających przepięcia. Ich rozmieszczenie oraz parametry techniczne uzależnione są od poziomów odporności udarowej chronionych urządzeń.
Andrzej Sowa
LITERATURA
1. Hasse P., Wiesinger J.: Handbuch für Blitzschutz und Erdung. Richard Pflaum Verlag GmbH & Co. KG, Munchen 1998.
2. Kiefer G.: VDE 0100 und die Praxis. Wegweisern für Anfänger und Profis. VDEVerlag GMBH. Berlin und Offenbach 1997.
3. Sowa A.: Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa. Biblioteka COSiW SEP Warszawa 2005.
4. ITU-T Recommendation K.12 (02/2006), Characteristics of gas discharge tubes (GDT) for the protection of telecommunications installations.
5. PN-IEC 60364-5-534:2003, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami.
6. PN-IEC 60364-4-443:1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi.
7. PN-HD 60364-4-443:2008, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi (oryg.).
8. PN-EN 61643-311:2002, Elementy do niskonapięciowych urządzeń ograniczających przepięcia – Część 311: Wymagania dla iskierników gazowych (GDT) (oryg.).
9. PN-EN 61643-21:2004, Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Część 21: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych. Wymagania eksploatacyjne i metody badań.
10. PN-EN 61643-11:2006, Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć – Część 11. Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia – Wymagania i próby
11. PN-IEC 61024-1-2:2002, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B – Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych.
12. PN-T-83020:1996, Ochronnik telefoniczny abonencki. Ogólne wymagania i badania.
13. PN-EN 62305-3:2009, Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia.
14. PN-EN 62305-4:2009, Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.
15. Materiały informacyjne firmy DEHN.