Embed Size (px)
Citation preview
HRVATSKA NORMA HRN EN 62305-1 Prvo izdanje 2008-XX
Zaštita od munje
1. dio:
Opća načela
2
SADRŽAJ
1. DJELOKRUG PROMATRANJA ................................................................................ 7 2. UPUĆIVANJE NA NORME ....................................................................................... 7 3. NAZIVLJE I DEFINICIJE ........................................................................................... 7
3.1 MUNJA ............................................................................................................................................................... 7
4. PARAMETRI STRUJE MUNJE ............................................................................... 13 5. ŠTETE ZBOG DJELOVANJA MUNJE ................................................................... 13
5.1 ŠTETE NA GRAĐEVINAMA ................................................................................................................................ 13 5.2 ŠTETE NA OPSKRBNIM VODOVIMA .................................................................................................................. 16 5.3 VRSTE GUBITAKA ............................................................................................................................................ 18
6. NUŽNOST I GOSPODARSKA OPRAVDANOST ZAŠTITE OD MUNJE ................ 20 6.1 NUŽNOST ZAŠTITE OD MUNJE ......................................................................................................................... 20 6.2 GOSPODARSKA OPRAVDANOST ZAŠTITE OD MUNJE ...................................................................................... 21
7. ZAŠTITNE MJERE .................................................................................................. 22 7.1 ZAŠTITNE MJERE ZA SMANJENJE POVREDA ŽIVIH BIĆA ZBOG DODIRNOG NAPONA I NAPONA KORAKA .......... 22 7.2 ZAŠTITNE MJERE ZA SMANJENJE MATERIJALNIH ŠTETA ................................................................................. 22 7.3 ZAŠTITNE MJERE ZA SMANJENJE KVAROVA NA ELEKTRIČNIM I ELEKTRO-NIČKIM SUSTAVIMA ....................... 23 7.4 IZBOR ZAŠTITNIH MJERA ................................................................................................................................. 23
8. OSNOVNI KRITERIJI ZA ZAŠTITU GRAĐEVINA I OPSKRBNIH VODOVA ......... 23 8.1 RAZINE ZAŠTITE OD MUNJE (LPL) .................................................................................................................. 24 8.2 ZONE ZAŠTITE OD MUNJE (LPZ) ..................................................................................................................... 28 8.3 ZAŠTITA GRAĐEVINA ....................................................................................................................................... 29 8.4 ZAŠTITA OPSKRBNIH VODOVA ......................................................................................................................... 30
Dodatak A (obavijesni) Parametri struje munje ............................................................33 Dodatak B (obavijesni) Ovisnost struje munje o vremenu za potrebe analiza..............42 Dodatak C (obavijesni) Simulacija struje munje za potrebe ispitivanja ................. 46 Dodatak D (obavijesni) Ispitni parametri kojima se simuliraju učinci munje na sastavnicama sustava za zaštitu od munje .......................................................... 50 Dodatak E (obavijesni) Udarni valovi struje munje u raznim točkama instalacije ............................................................................................................ 66 Izvori .................................................................................................................. 71 Slika 1 - Vrste gubitaka koje proizlaze iz raznih vrsta šteta ............................... 21 Slika 2. – Zaštitne zone (LPZ) određene za neki LPS (HRN EN 62305-3) .................. 27 Slika 3 – Zone zaštite definirane zaštitnim mjerama protiv LEMP (HRN EN 62305-4). 28 Slika A.1 – Definicije parametara kratkog udara (tipično T2 < 2 ms ) .................. 32 Slika A.2 – Definicije parametara dugog udara (tipično 2 ms < Tdugi < 1 s ) ..... .... 33 Slika A.3 – Moguće sastavnice silaznih munja (tipično za ravan teren i niske građevine) ............................................................................................................................... 33
3
Slika A.4 – Moguće sastavnice uzlazne munje (tipično za izložene i/ili više građevine) ............................................................................................................................... 38 Slika A.5 – Kumulativna učestalost raspodjele parametara struje munje (krivulje kroz vrijednosti 95% i 5%).............................................................................................. 39 Slika B.1 – Valni oblik struje čela prvoga kratkog udara......................................... 42 Slika B.2 – Valni oblik hrpta struje prvog udara...................................................... 42 Slika B.3 – Valni oblik čela vala struje slijedećih kratkih udara.............................. 43 Slika B.4 – Valni oblik hrpta struje za slijedeće kratke udare................................. 43 Slika B.5 – Amplitudna gustoća struje munje za LPL I........................................... 44 Slika C.1 – Primjer ispitnog generatora za simulaciju specifične energije prvoga kratkog udara i naboja dugog udara.................................................................................... 45 Slika C.2 - Definicija strmine struje prema tablici C.3........................................... 47 Slika C.3 – Primjer ispitnog generatora za simulaciju strmine čela prvoga kratkog udara za ispitivanje velikih predmeta ..................................................................... 48 Slika C.4 - Primjer ispitnog generatora za simulaciju strmine čela slijedećih kratkih udara za ispitivanje velikih predmeta .................................................................... 48 Slika D.1 - Opći položaj dvaju vodiča za proračun elektrodinamičke sile.............. 56 Slika D.2 - Tipičan položaj vodiča na nekom LPS................................................. 56 Slika D.3 - Dijagram naprezanja za konfiguraciju na slici D.2.............................. 57 Slika D.4 - Sila po jedinici duljine duž vodoravnog vodiča sa slike D.2................. 57 Tablica 1 – Učinci udara munja na razne vrste građevina ................................... 15 Tablica 2 – Učinci munja na razne vrste opskrbnih vodova ................................. 17 Tablica 3 – Štete i gubici na građevini ovisno o raznim točkama udara munje ...... 20 Tablica 4 – Štete i gubici na opskrbnim vodovima i opskrbi ovisno o raznim točkama udara munje .......................................................................................................... 20 Tablica 5 – Najveće vrijednosti parametara struje munje ovisno o LPL............... 26 Tablica 6 – Najmanje vrijednosti parametara struje munje i odgovarajućeg polumjera kotrljajuće kugle za određene razine zaštite od munje (LPL) .............................. 29 Tablica 7 – Vjerojatnosti za granice parametara struje munje.............................. 29 Tablica A.1 – Vrijednosti parametara struje munje prema podacima CIGRÉ ...... 36 Tablica A.2 – Parametri logaritamsko-normalne razdiobe struje munje (srednja vrijednost μ i standardna devijacija σlog izračunani iz 95 % i 5 % vrijednosti prema CIGRÉ (Electra No 41 ili No 69)) (Electra No 41 ili No 69 *) [3], [4] ........................ 37 Tablica B.1 - Parametri za jednadžbu B.1............................................................. 41 Tablica C.1 – Ispitni parametri za prvi kratki udar................................................. 46 Tablica C.2 – Ispitni parametri za duge udare ..................................................... 46 Tablica C.3 – Ispitni parametri za kratke udare..................................................... 47 Tablica D.1 - Zbirna tablica kritičnih parametara koje treba uzeti u obzir pri proračunu ispitnih vrijednosti za razne sastavnice LPS i razne razine zaštite (LPL) ............ 50 Tablica D.2 - Fizičke značajke tipičnih materijala koji se koriste za LPS sastavnice. ................................................................................................................................ 53 Tablica D.3 - Porast temperature vodiča raznih presjeka i materijala ovisno o W/R ................................................................................................................................ 53 Tablica E.1 – Impedancija uzemljenja Z i Z1 ovisno o otpornosti tla ................... 66 Tablica E.2 – Očekivani udarni strujni valovi zbog udara munja .......................... 67
4
MEĐUNARODNO ELEKTROTEHNIČKO POVJERENSTVO
ZAŠTITA OD MUNJE
1. dio: Opća načela
PREDGOVOR 1) Međunarodno elektrotehničko povjerenstvo (IEC) je međunarodna organizacija za normizaciju koja obuhvaća sve nacionalne elektrotehničke odbore (IEC nacionalni odbori). Cilj je IEC promicati međunarodnu suradnju o svim pitanjima koja se tiču normizacije na polju elektrotehnike i elektronike. Uz spomenute kao i druge aktivnosti, IEC objavljuje međunarodne norme, tehničke specifikacije, tehničke izvještaje, javne specifikacije (PAS) i Upute (nadalje navođene kao „IEC izdanja“). Priprema tih izdanja povjerena je tehničkim odborima; svaki IEC nacionalni odbor koji je zainteresiran za određeno pitanje može sudjelovati u pripremnim radovima. U tim pripremama također sudjeluju i međunarodne, vladine i nevladine organizacije povezane s IEC. IEC usko surađuje s međunarodnim organizacijama za normizaciju (ISO) u skladu s uvjetima određenim u ugovoru između te dvije organizacije. 2) Formalne odluke ili ugovori IEC-a o tehničkim pitanjima izražavaju, koliko je više moguće, međunarodni konsenzus mišljenja o određenim pitanjima dok u svakom tehničkom odboru sjede predstavnici svih zainteresiranih IEC nacionalnih odbora. 3) Objavljene publikacije imaju oblik preporuke za međunarodnu uporabu i objavljene su u obliku norma, tehničkih specifikacija, tehničkih izvještaja ili uputa i nacionalni ih odbori prihvaćaju u tom smislu. 4) Radi promicanja međunarodne usklađenosti, IEC nacionalni odbori će poduzeti sve da IEC publikacije budu jasno prikazane, koliko je više moguće u svojim nacionalnim i regionalnim izdanjima. Ako postoje neke razlike između IEC publikacije i odgova-rajućeg nacionalnog ili regionalnog izdanja, one moraju u ovim posljednjim biti jasno naznačene. 5) IEC ne koristi nikakve postupke označavanja da bi pokazao svoje odobrenje i ne može se smatrati odgovornim ako je za neku opremu dana izjava o sukladnosti s IEC publikacijom. 6) Svi se korisnici moraju pobrinuti da imaju najnovije izdanje ove publikacije. 7) IEC ili njegovi direktori, zaposlenici ili predstavnici kao i pojedini eksperti i članovi tehničkih odbora i nacionalnih odbora IEC-a ne mogu preuzeti nikakvu odgovornost za bilo koju povredu osobe, štetu na imovini ili ostale štete bilo koje prirode, bilo izravne ili neizravne, kao ni za troškove (uključujući zakonske obveze) koji bi proizašli na temelju publikacije, njene primjene ili pozivom na ovu ili koju drugu publikaciju IEC-a. 8) Treba obratiti pozornost na popis normi citiranih u ovoj publikaciji. Želi li se ispravno koristiti ovu publikaciju, popisane publikacije ne može se zamijeniti drugim izvorima.
9) Treba obratiti pozornost da neki dijelovi ove publikacije IEC-a mogu biti podložni patentnim pravima. Ne može se IEC smatrati odgovornim ako se ustanovi bilo koje ili
5
sva takva patentna prava. Međunarodnu normu IEC 62305-1 pripremio je Tehnički odbor 81 IEC-a: Zaštita od munje. Niz norma IEC 62305 (od 1. do 5. dijela) načinjen je u skladu s Novim planom objavljivanja koji su odobrili nacionalni odbori (81/171/RQ (2001-06-29)) i koji na jednostavniji način i u racionalnijem obliku nadomješta i osvježava izdanja serije IEC 61024, IEC 61312 i IEC 61663. Tekst ovog prvog izdanja IEC 62305-1 sastavljen je na temelju norme koju i nadomješta: - IEC 61024-1-1, prvo izdanje (1993). Tekst ove norme osniva se na sljedećim dokumentima:
FDIS Izvještaj o glasovanju 81/262/FDIS 81/267/RVD
Punu obavijest o glasovanju za odobrenje ove norme može se naći u izvještaju o glasovanju navedenom u gornjoj tablici. Ova je publikacija načinjena koliko je više bilo moguće u skladu s direktivama ISO/IEC, 2. dio. IEC 62305 se sastoji od sljedećih dijelova pod općim naslovom Zaštita od munje: 1. dio: Opća načela 2. dio: Upravljanje rizikom 3. dio: Materijalne štete na građevinama i opasnost za život 4. dio: Električni i elektronički sustavi unutar građevina 5. dio: Opskrbni vodovi1 Međunarodno je povjerenstvo odlučilo da će sadržaj ove publikacije ostati nepromijenjen do dana osvježavanja koji je naveden na IEC-ovoj internetskoj stranici "http://webstore.iec.ch" među podacima koji se odnose na pojedine naklade. Do tog nadnevka publikacija će biti:
• potvrđena; • povučena; • zamijenjena revidiranom publikacijom ili • izmijenjena
6
UVOD Ne postoje uređaji niti metode koje mogu izmijeniti tijek prirodnih vremenskih pojava u toj mjeri da bi mogle spriječiti izbijanje munja. Udari munja u građevine ili pokraj njih (ili u opskrbne vodove koji opskrbljuju te građevine) opasni su za ljude i za same građevine, njihov sadržaj i instalacije kao i za opskrbne vodove. To je razlog zašto su bitne zaštitne mjere od munje. Nužnost postavljanja zaštite, gospodarskih koristi od postavljenih zaštitnih mjera kao i izbora odgovarajućih zaštitnih mjera određuje se u okviru upravljanja rizikom. Metode upravljanja rizikom opisane su u HRN EN 62305-2. Kriteriji za projektiranje, postavljanje i održavanje zaštitnih mjera opisani su u tri zasebne skupine: - prva skupina se odnosi na zaštitne mjere za smanjenje materijalnih šteta i opasnosti za život u građevinama dana je u HRN EN 62305-3, - druga skupina se odnosi na zaštitne mjere za smanjenje kvarova električnih i elektroničkih sustava u građevinama dana je u HRN EN 62305-4, - treća skupina se odnosi na zaštitne mjere za smanjenje materijalnih šteta i kvarova opskrbnih vodova koji ulaze u građevine (uglavnom elektroenergetski i telekomunikacijski vodovi) dana je u HRN EN 62305-5.
7
ZAŠTITA OD MUNJE
1. dio: Opća načela
1. Djelokrug promatranja U ovom dijelu norme HRN EN 62305 dana su osnovna načela koja treba koristiti za zaštitu od munje:
− za građevine sa svim njihovim instalacijama i sadržajem te osobljem, − za opskrbne vodove koji ulaze u građevine.
Prema ovoj normi ne razmatraju se slijedeći objekti:
− željeznički sustavi, − vozila, brodovi, zrakoplovi, morske platforme, − podzemni visokotlačni cjevovodi. − cjevovodi, elektroenergetski i telekomunikacijski vodovi koji nisu spojeni na
razmatranu građevinu NAPOMENA – Za te sustave vrijede posebni propisi koje objavljuju razna posebna tijela.
2. Upućivanje na norme Norme navedene u sljedećem popisu prijeko su potrebne za uporabu ovog dokumenta. Za norme s datumom vrijedi samo citirana norma. Ako norma nije datirana koristi se samo navedena norma (uključujući sve dodatke). HRN EN 62305-2: Zaštita od munje - 2. dio: Upravljanje rizikom HRN EN 62305-3: Zaštita od munje - 3. dio: Materijalne štete na građevinama i opasnost za život HRN EN 62305-4: Zaštita od munje - 4. dio: Električni i elektronički sustavi unutar građevina HRN EN 62305-5: Zaštita od munje – 5. dio: Opskrbni vodovi1
3. Nazivlje i definicije Za potrebe ove norme rabit će se sljedeće definicije:
3.1 Izbijanje munje prema zemlji Električno izbijanje atmosferskog porijekla između oblaka i zemlje koje se sastoji od jednog ili više udara.
3.2 Silazna munja Munja pokrenuta uspostavom silaznog vodljivog kanala od oblaka do zemlje.
1objavit će se naknadno
8
NAPOMENA Silazni se udar sastoji od prvog kratkog udara iza kojeg slijedi više kratkih udara. Nakon jednog ili više kratkih udara može slijediti dugi udar.
3.3 Uzlazna munja Munja pokrenuta uspostavom uzlaznog vodljivog kanala od nekog objekta na zemlji do oblaka.
NAPOMENA Uzlazna se munja sastoji od prvog dugog udara iza kojeg nema udara ili slijedi više kratkih udara. Nakon jednog ili više kratkih udara može slijediti dugi udar.
3.4 Pojedinačni udar Pojedinačno električno izbijanje u ukupnom izbijanju munje u zemlju.
3.5 Kratki udar Pojedinačni udar koji odgovara udarnoj struji.
NAPOMENA Tipično poluvrijeme hrpta T2 te struje je manje od 2 ms (pogledajte sliku A.1).
3.6 Dugi udar Pojedinačni udar koji odgovara trajnoj struji.
NAPOMENA Trajanje Tdugi (vrijeme od 10 % vrijednosti na čelu vala do 10 % vrijednosti na hrptu) te trajne struje tipično je iznad 2 ms i manje od 1 s (pogledajte sliku A.2).
3.7 Višestruki udari Izbijanje munje koje se sastoji od prosječno 3 do 4 udara, s intervalima čije je tipično trajanje približno 50 ms.
NAPOMENA Ustanovljena su izbijanja koja sadrže do nekoliko desetaka udara s intervalima u trajanju od 10 ms do 250 ms.
3.8 Točka udara Točka gdje munja udari u zemlju ili u povišeni objekt (npr. građevinu, sustav zaštite od munje, opskrbni vod, drvo, i sl.). NAPOMENA – Munja može imati više točaka udara.
3.9 Struja munje i Struja koja teče kroz točku udara.
3.10 Vršna jakost struje I Najveća vrijednost struje munje.
3.11 Prosječna strmina čela struje kratkog udara Prosječna brzina promjene struje u vremenskom intervalu t2 − t1.
NAPOMENA Izražava se razlikom i(t2) − i(t1) jakosti struje na početku i na kraju tog intervala, podijeljenom s t2 − t1 (pogledajte sliku A.1).
9
3.12 Trajanje čela struje kratkog udara T1 Efektivni parametar određen 1,25 puta duljim vremenom između trenutaka postizanja 10 % i 90 % vršne vrijednosti struje (pogledajte sliku A.1).
3.13 Zamišljena izvorna jakost struje kratkog udara O1 Točka presjeka vremenske osi i pravca povučenog kroz referentne točke od 10 % i 90 % čela struje udara (pogledajte sliku A.1); ona prethodi za 0,1⋅T1 trenutku u kojem struja postiže 10 % svoje vršne vrijednosti.
3.14 Poluvrijeme struje kratkog udara T2 Parametar definiran kao interval između zamišljene izvorne jakosti struje O1 i trenutka u kojem struja opadne na polovicu vršne vrijednosti (pogledajte sliku A.1).
3.15 Trajanje izbijanja munje T Vrijeme tijekom kojeg struja munje teče kroz točku udara.
3.16 Trajanje struje dugog udara Tdugi Vrijeme tijekom kojeg jakost struje dugog udara iznosi između 10 % vršne vrijednosti pri porastu trajne struje i 10 % vršne vrijednosti tijekom opadanja trajne struje (pogledajte sliku A.2).
3.17 Naboj munje Qmunje Vremenski integral struje munje tijekom čitavog trajanja izbijanja munje.
3.18 Naboj kratkog udara Qkratki Vremenski integral struje kratkog udara.
3.19 Naboj dugog udara Qdugi Vremenski integral struje dugog udara.
3.20 Specifična energija W/R Vremenski integral kvadrata struje tijekom cijelog trajanja izbijanja munje.
NAPOMENA W/R predstavlja energiju koju struja izbijanja munje potroši na jediničnom otporu.
3.21 Specifična energija struje kratkog udara Vremenski integral kvadrata struje tijekom kratkog udara munje.
10
NAPOMENA – Specifična energija struje dugog udara je zanemariva.
3.22 Objekt koji treba zaštititi Građevina ili opskrbni vod koji treba zaštititi od učinaka munje.
3.23 Građevina koju treba zaštititi Građevina za koju se zahtijeva zaštita od djelovanja munje u skladu s ovom normom.
NAPOMENA - Građevina koju treba zaštititi može biti i dijelom veće građevine.
3.24 Opskrbni vod koji treba zaštititi Opskrbni vod spojen s građevinom za koju se zahtijeva zaštita od djelovanja munje u skladu s ovom normom.
3.25 Udar munje u objekt Udar munje u objekt koji treba zaštititi.
3.26 Udar munje pokraj objekta Udar munje pokraj objekta koji treba zaštititi, a koji (udar) može prouzročiti opasne prenapone.
3.27 Električni sustav Sustav koji sadrži sastavnice za opskrbu na niskom naponu.
3.28 Elektronički sustav Sustav koji sadrži osjetljive elektroničke sastavnice kao što je komunikacijska oprema, računala, sustavi za nadzor i instrumentaciju, radio sustavi, instalacije učinske elektronike.
3.29 Unutarnji sustavi Električni i elektronički sustavi unutar građevine.
3.30 Materijalne štete Štete na građevini (ili njezinu sadržaju) ili opskrbnom vodu zbog mehaničkih, toplinskih, kemijskih i eksplozijskih učinaka munje.
3.31 Povrede živih bića Povrede, uključujući gubitak života ljudi ili životinja zbog pojave dodirnog napona ili napona koraka koje je prouzročila munja.
11
3.32 Kvar električnog ili elektroničkog sustava Stalan kvar električnog ili elektroničkog sustava zbog elektromagnetnog učinka munje (LEMP).
3.33 Elektromagnetski udarni val (impuls) munje LEMP Elektromagnetska djelovanja struje munje. NAPOMENA – To uključuje i udarne napone dovedene vodljivom vezom kao i djelovanja zračenjem udarnog vala elektromagnetskog polja.
3.34 Udarni val Prolazna pojava vala u obliku prenapona i/ili udarne struje kao posljedica LEMP
NAPOMENA – Udarni val zbog pojave LEMP može nastati zbog (djelomičnih) struja munje, indukcije u instalacijskoj petlji i kao preostalih udarnih valova iza SPD.
3.35 Zona zaštite od munje LPZ Zona u kojoj vlada određeno elektromagnetsko okruženje. NAPOMENA – Granice LPZ ne moraju nužno biti fizičke granice (npr. zidovi, strop ili strop).
3.36 Rizik R Iznos vjerojatnih godišnjih gubitaka (ljudi i dobara) zbog izbijanja munja u odnosu na ukupnu vrijednost (ljudi i dobara) objekta koji treba zaštititi.
3.37 Prihvatljivi rizik RT Najveća vrijednost rizika koja se može prihvatiti za objekt koji treba zaštititi.
3.38 Razina zaštite od munje LPL Broj pridan sklopu vrijednosti parametara struje munje koje se odnose na vjerojatnost da odgovarajuće najveće i najmanje projektirane vrijednosti ne će biti prekoračene pri normalnoj pojavi izbijanja munje. NAPOMENA - Razina zaštite od munje upotrebljava se za projektiranje zaštitnih mjera u skladu s odgovarajućim vrijednostima parametara struje munje.
3.39 Zaštitne mjere Mjere koje treba poduzeti na objektu koji treba zaštititi da bi se smanjio rizik.
12
3.40 Sustav zaštite od munje LPS Cijeli sustav koji se koristi za smanjenje materijalnih šteta zbog udara munja u građevinu.
NAPOMENA LPS se sastoji od vanjskog i unutarnjeg sustava zaštite od munje.
3.41 Vanjski sustav zaštite od munje Dio LPS koji se sastoji od sustava hvataljka, sustava odvoda i sustava uzemljivača.
3.42 Unutarnji sustav zaštite od munje Dio LPS koji se sastoji od sustava za izjednačivanje potencijala i/ili električne izolacije vanjskog LPS.
3.43 Sustav hvataljka Dio vanjskog LPS koji se sastoji od metalnih dijelova kao što su štapovi, mreža vodiča ili ulančene žice koji je namijenjen prihvaćanju udara munja.
3.44 Sustav odvoda Dio vanjskog LPS koji je namijenjen odvodu struje munje od sustava hvataljka prema sustavu uzemljivača.
3.45 Sustav uzemljivača Dio vanjskog LPS koji je namijenjen odvodu i raspršivanju struje munje u zemlji.
3.46 Vanjski vodljivi dijelovi Istaknuti metalni dijelovi koji ulaze ili izlaze iz građevine koju treba zaštititi, kao što su cijevi, metalni dijelovi kabela, metalni kanali i sl., koji mogu prenijeti dio struje munje.
3.47 Izjednačivanje potencijala munje Spajanje na LPS pojedinih metalnih dijelova izravnim galvanskim spajanjem ili putem zaštitnog odvodnika udarnog vala, da bi se smanjilo razlike potencijala zbog struje munje.
3.48 Zaslon Metalni vodič koji se upotrebljava za smanjenje materijalnih šteta pri udaru munja u opskrbni vod.
3.49 Sustav zaštitnih mjera od LEMP-a LPMS
13
Cijeli sustav zaštitnih mjera unutarnjih sustava protiv LEMP.
3.50 Elektromagnetski zaslon Zatvoreni metalni mrežasti ili neprekinuti zaslon koji obuhvaća objekt koji treba zaštititi ili njegov dio da bi se smanjili kvarovi električnih i elektroničkih sustava.
3.51 Uređaj za zaštitu od udarnog vala SPD Uređaj čija je namjena ograničiti prolazni prenapon ili preusmjeriti udarni strujni val. Sadrži najmanje jednu nelinearnu sastavnicu.
3.52 Usklađena SPD zaštita Niz primjereno izabranih SPD, usklađenih i ugrađenih tako da se smanje kvarovi električnih i elektroničkih sustava.
3.53 Nazivna čvrstoća izolacije na udarni napon UW Podnosivi udarni napon koji deklarira proizvođač opreme ili njenog dijela, koji označuje otpornost njene izolacije na prenapone.
3.54 Običan otpor uzemljenja Omjer vršne vrijednosti napona i struje uzemljivača koje općenito ne nastupaju isto-dobno.
4. Parametri struje munje Parametri struje munje koji se upotrebljavaju u nizu norma HRN EN 62305 prikazani su u Dodatku A. Za potrebe analiza u Dodatku B je dana ovisnost struje munje o vremenu. Obavijesti o simulaciji struje munje za potrebe ispitivanja dane su u Dodatku C. Osnovni parametri koji se mogu koristiti u laboratoriju za simulaciju učinaka munje na sastavnice LPS prikazani su u Dodatku D. Obavijesti o udarnim valovima pri udarima munje u razne dijelove instalacije dane su u Dodatku E
5. Štete zbog djelovanja munje
5.1 Štete na građevinama Udar munje u građevinu može prouzročiti štetu na građevini, ljudima u njoj i njenom sadržaju, uključujući kvarove unutarnjih sustava. Štete i kvarovi se mogu proširiti na okolinu građevine i mogu čak utjecati na lokalni okoliš. Razmjeri tog širenja ovise o značajkama građevine kao i o značajkama izbijanja munje.
14
5.1.1 Učinci udara munje u građevinu Za učinke udara munja važne su slijedeće glavne značajke građevina:
− konstrukcija (npr. drvo, opeka, beton, armirani beton, čelične konstrukcije); − funkcija (stambena zgrada, ured, poljoprivredno gospodarstvo, kazalište, hotel,
škola, bolnica, muzej, crkva, zatvor, robna kuća, banka, tvornica, industrijsko postrojenje, športsko igralište);
− ljudi u zgradi i sadržaj (osoblje i životinje, zapaljivi ili nezapaljivi materijali, eksplozivni ili neeksplozivni materijal, električni ili elektronički sustavi s niskom ili visokom izolacijskom čvrstoćom na udarni napon);
− opskrbni vodovi (elektroenergetski vodovi, telekomunikacijski vodovi, cjevovodi);
− postojeće ili predviđene zaštitne mjere (npr. zaštitne mjere za smanjenje materijalnih šteta i opasnosti za život, zaštitne mjere za smanjenje kvarova unutarnjih sustava);
− razmjeri širenja opasnosti (građevine s otežanom evakuacijom ili građevine u kojima može nastati panika, građevine opasne za okolinu, građevine opasne za okoliš).
U tablici 1 prikazani su učinci udara munja na razne vrste građevina.
15
Tablica 1 – Učinci udara munja na raznim vrstama građevina Vrsta građevine prema namjeni i/ili sadržaju
Učinci udara munje
Stambene kuće Proboj električne instalacije, požar i materijalne štete. Štete su obično ograničene na predmete istaknute u smjeru točke udara ili prema stazi struje munje Kvar električne ili elektroničke opreme i ugrađenih sustava (npr. TV prijamnika, računala, modema, telefona, itd.)
Zgrade poljoprivrednih gospodarstava
Prvenstveno rizik od požara i opasnih dodirnih napona i napona koraka kao i materijalne štete Drugo, rizik od gubitka napajanja električnom energijom, opasnost za život domaćih životinja zbog kvara elektroničkog nadzora ventilacije i sustava za dopremu hrane i sl.
Kazališta i kina, hoteli, škole, robne kuće, športska igrališta
Štete na električnim instalacijama (npr. električnoj rasvjeti) koje mogu vjerojatno izazvati paniku Kvarovi požarnih alarma koji mogu imati za posljedicu kasno poduzimanje protupožarnih mjera
Banke, osiguravajuća društva, trgovačka društva, itd.
Sve kao gore, uz dodatak problema koji proizlaze iz gubitka komunikacija, kvarova računala i gubitka podataka
Bolnice, starački domovi, zatvori
Sve kao prije, uz dodatak problema s ljudima na intenzivnoj njezi i poteškoćama pri spašavanju nepokretnih ljudi
Industrija Dodatni učinci koji ovise o sadržaju tvornice, počevši od zanemarivih do neprihvatljivih šteta i gubitaka proizvodnje
Muzeji i arheološka nalazišta, crkve
Gubitak nenadomjestive kulturne baštine
Telekomunikacije, elektrane
Neprihvatljiv gubitak javne opskrbe
Tvornica eksploziva, tvornica streljiva
Posljedice požara i eksplozije za tvornicu i njenu okolinu
Kemijske tvornice, rafinerije, nuklearne elektrane, biokemijski laboratoriji i postrojenja
Požar i prestanak rada tvornice sa štetnim posljedicama za lokalnu i globalnu okolinu
5.1.2 Izvori i vrste šteta na građevini Izvor šteta je struja munje. Ovisno o točki udara munje u odnosu na razmatranu građevinu, u obzir se moraju uzeti sljedeće situacije:
− S1 : udari munje u građevinu, − S2 : udari munje pokraj građevine, − S3 : udari munje u opskrbne vodove spojenih na građevinu, − S4 : udari munje pokraj opskrbnih vodova spojenih na građevinu.
16
Udari munje u građevinu mogu prouzročiti: − neposredne mehaničke štete, požar i/ili eksplozije zbog pojave vrućeg
plazmatskog električnog luka pri ohmskom zagrijavanju zbog prolaza struje (pregrijavanje vodiča) ili zbog naboja čija je posljedica elektrolučna erozija (topljenje metala)
− požar i/ili eksploziju pokrenutu iskrenjem zbog prenapona koji nastaju zbog galvanske i induktvne veze kao i prolaza dijela struje munje,
− povrede ljudi zbog dodirnog napona i napona koraka zbog galvanske i induktivne veze,
− kvarove ili krivo djelovanje unutarnjih sustava zbog pojave LEMP. Udari munje pokraj građevine mogu prouzročiti:
− kvarove ili krivo djelovanje unutarnjih sustava zbog pojave LEMP. Udari munje u opskrbni vod spojen na građevinu mogu prouzročiti:
− požar i/ili eksploziju pokrenutu iskrenjem zbog prenapona i struje munje prenesene putem opskrbnog voda,
− povrede ljudi zbog dodirnih napona unutar građevine kao posljedice struje munje prenesene putem opskrbnog voda;
− kvarove ili krivo djelovanje unutarnjih sustava zbog pojave prenapona na opskrbnim vodovima koji ih prenose u građevinu.
Udari munje pokraj opskrbnog voda spojenog na građevinu mogu prouzročiti:
− kvarove ili krivo djelovanje unutarnjih sustava zbog pojave prenapona na opskrbnim vodovima koji ih prenose u građevinu.
NAPOMENA 1 - Niz norma HRN EN 62305 ne obrađuje nepravilan rad unutarnjih sustava. Treba se obratiti na normu IEC 61000-4-5. NAPOMENA 2 – Smatra se da požar može pokrenuti samo iskrenje zbog struje munje (ukupne ili djelomične). NAPOMENA 3 – Udari munja, izravni ili pokraj opskrbnih cjevovoda, ne uzrokuju štete na građevini uz uvjet da nisu spojeni na sabirnicu za izjednačivanje potencijala u građevini (pogledajte HRN EN 62305-3). Sveukupno udar munje može prouzročiti tri osnovne vrste štete:
− D1 : Povrede živih bića zbog pojave dodirnih napona i napona koraka − D2 : Materijalne štete (požar, eksplozija, mehaničko razaranje, kemijsko
ispuštanje) zbog učinaka struje munje, uključujući iskrenje − D3 : Kvarove unutarnjih sustava zbog pojave LEMP.
5.2 Štete na opskrbnim vodovima Udar munje u opskrbni vod može prouzročiti štetu na samom fizičkom objektu – vodu ili cjevovodu – koji se koristi za svrhe opskrbe, kao i na električnoj ili elektroničkoj opremi spojenoj na vod.
NAPOMENA Opskrbni vodovi koje treba uzeti su:
− što se tiče telekomunikacijskih vodova (TLC) - vodovi između telekomunikacijske centrale i građevine korisnika ili između dviju telekomunikacijskih centrala ili dviju građevina korisnika,
− nadalje za telekomunikacijske vodove (TLC) – vodovi između telekomunikacijskih centrala ili građevina korisnika i distribucijskog čvora ili dvaju distribucijskih čvorova,
17
− što se tiče elektroenergetskih vodova - vodovi između visokonaponskih (VN) transformatorskih stanica i građevina korisnika,
− što se tiče cjevovoda - cjevovodi između distribucijske stanice i građevine korisnika. Razmjeri štete ovise o značajkama voda, vrsti i veličini električnih i elektroničkih sustava kao i o značajkama udara munje.
5.2.1 Učinci udara munje u opskrbni vod Za učinke udara munje u opskrbne vodove najvažnije su sljedeće značajke voda:
− konstrukcija (vodovi: nadzemni, podzemni, sa zaslonom, bez zaslona, s optičkim vlaknima; cjevovodi: nadzemni, ukopani, metalni, plastični),
− namjena (telekomunikacijski vod, elektroenergetski vod, cjevovod), − kakvu građevinu opskrbljuje (konstrukcija, sadržaj, dimenzije, smještaj), − postojeće ili predviđene zaštitne mjere (npr. oklop od žice, SPD, pričuvna trasa,
spremnici fluida, agregati za proizvodnju električne energije, sustavi za neprekidno napajanje).
U tablici 2 navedeni su učinci munje na razne vrste opskrbnih vodova Tablica 2 – Učinci munja na razne vrste opskrbnih vodova
Vrsta opskrbnog voda Učinak udara munje
Telekomunikacijski vod Mehaničke štete na vodu, topljenje zaslona i vodiča, proboj izolacije kabela i opreme što uzrokuje bitan kvar s trenutačnim prekidom napajanja i gubitak opskrbe. Manje bitni kvarovi na kabelima od optičkih vlakana uz štete na kabelima, ali bez prekida opskrbe.
Elektroenergetski vodovi Štete na izolatorima niskonaponskih nadzemnih vodova, proboj izolacije kabelskog voda, proboj izolacije opreme voda te transformatora uz posljedični prekid napajanja.
Vodovodne opskrbne cijevi Štete na električnim i elektroničkim nadzornim uređajima što može vjerojatno prouzročiti prekid opskrbe.
Plinovodne opskrbne cijevi Cjevovodi za dovod goriva
Preskok na nemetalnim brtvama prirubnica, što vjerojatno može izazvati požar i/ili eksploziju. Štete na električnim i elektroničkim nadzornim uređajima koje mogu vjerojatno prouzročiti prekid opskrbe.
5.2.2 Izvori i vrste šteta na opskrbnim vodovima Izvor štete je struja munje. Pri razmatranju šteta na opskrbnim vodovima treba uzeti u obzir sljedeće situacije ovisno o točki udara munje:
− S1: udari u građevinu koju vod napaja, − S3: udari u opskrbni vod koji je spojen s građevinom, − S4: udari pokraj opskrbnog voda spojenog s građevinom.
18
Udari u građevinu koju vod opskrbljuje mogu prouzročiti:
− rastapanje metalnih žica kabelskog zaslona zbog djelomične struje munje koja teče kroz vod (što dovodi do otpornog zagrijavanja),
− proboj izolacije voda i priključene opreme (zbog galvanske veze), − proboj nemetalnih brtvi na prirubnicama cijevi kao i brtvi u izolacijskim
spojnicama. NAPOMENA 1 – Udari munja ne utječu na kabel s optičkim nitima bez metalnih vodiča koji je spojen na građevinu. Udari munja u opskrbni vod spojen na građevinu mogu prouzročiti:
− neposrednu mehaničku štetu metalnih vodiča ili cijevi opskrbnog voda zbog elektrodinamičkog udara ili zagrijavanja zbog protjecanja struje munje (prekid i/ili rastapanje metalnih žica, zaslona ili cijevi), i zbog topline razvijene u samom plazmatičnom električnom luku (proboj plastičnog zaštitnog oklopa),
− neposredne električne štete na vodovima (proboj izolacije) i na priključenoj opremi;
− proboj tankih nadzemnih metalnih cjevovoda i nemetalnih brtvi na prirubnicama, što kao posljedicu može imati proširenje požara i eksplozije ovisno o vrsti fluida koji vodom teče,
Udari munja pokraj opskrbnog voda spojenog na građevinu mogu prouzročiti:
− proboj izolacije voda i priključene opreme zbog induktivne veze (inducirani prenaponi).
NAPOMENA 2 – Udari munja u zemlju ne utječu na kabel s optičkim nitima bez metalnih vodiča. Sveusvemu, udar munje može prouzročiti dvije osnovne vrste štete:
− D2: materijalne štete (požar, eksplozija, mehanička razaranja, kemijska ispuštanja) zbog toplinskih učinaka struje munje
− D3: kvarove električnih i elektroničkih sustava zbog prenapona.
5.3 Vrste gubitaka Svaka vrsta štete, sama ili u kombinaciji s drugim vrstama, može proizvesti razne gubitke na objektu koji treba zaštititi. Vrsta gubitaka koja se može pojaviti ovisi o značajkama samog objekta. Za namjenu ove norme u obzir se uzimaju sljedeće vrste gubitaka:
− L1 : gubitak ljudskih života − L2 : gubitak javne opskrbe − L3 : gubitak kulturne baštine − L4 : gubitak gospodarskih vrijednosti (građevina i njen sadržaj, opskrba i gubitak
aktivnosti). Vrsta gubitaka L1, L2 i L3 može se razmatrati kao gubitak društvenih vrijednosti, dok se vrsta gubitaka L4 može uzeti kao čisti gospodarski gubitak. Gubici koji se mogu pojaviti na građevini jesu:
− L1: gubitak ljudskih života, − L2: gubitak javne opskrbe, − L3: gubitak kulturne baštine, − L4: gubitak gospodarskih vrijednosti (građevina i njezin sadržaj)
Gubici koji se mogu pojaviti na opskrbnom vodu jesu:
− L2: gubitak javne opskrbe, − L4: gubitak gospodarskih vrijednosti (opskrbni vod i gubitak aktivnosti)
NAPOMENA – U ovoj se normi ne razmatra gubitak ljudskih života na opskrbnom vodu Odnosi između izvora štete, vrste štete i gubitaka prikazani su za građevine u tablici 3, a u tablici 4 za opskrbne vodove (opskrbu). Tablica 3 – Štete i gubici na građevini ovisno o raznim točkama udara munje
Točka udara Izvor štete
Vrsta štete
Vrsta gubitaka
u građevinu
S1 D1 D2 D3
L1, L4** L1, L2, L3, L4
L1, L2, L4
pokraj građevine
S2 D3 L1*, L2 , L4
u opskrbni vod koji ulazi u građevinu
S3
D1
D2
D3
L1, L4**
L1, L2, L3, L4
L1*,L2 , L4
pokraj opskrbnog voda
S4 D3 L1*,L2, L4
*Samo za građevine s rizikom eksplozije i bolnice ili druge građevine gdje kvarovi unutarnjih sustava mogu neposredno ugroziti ljudske živote ** Samo u građevinama gdje mogu biti ugrožene životinje 19
Tablica 4 – Štete i gubici na opskrbnim vodovima i opskrbi ovisno o raznim točkama udara munje Točka udara Izvor štete Vrsta štete Vrsta gubitaka
u opskrbni vod S3 D2 D3
L2, L4 pokraj opskrbnog voda S4 D3
u građevinu koju vod napaja S1 D2 D3
Vrste gubitaka kao posljedica raznih vrsta štete i odgovarajući rizici prikazani su na slici 1.
1) – odnosi se samo na građevine 2) – odnosi se na bolnice ili druge građevine gdje kvarovi unutarnjih sustava mogu neposredno prouzročiti opasnost za ljudske živote 3) – samo za građevine gdje su ugrožene životinje
Slika 1 - Vrste gubitaka koje proizlaze iz raznih vrsta šteta
6. Nužnost i gospodarska opravdanost zaštite od munje
6.1 Nužnost zaštite od munje Treba razmotriti nužnost zaštite objekta koji treba zaštititi od munje da bi se smanjili gubici općih vrijednosti L1, L2 i L3 . Da bi se odredilo je li zaštita od munje nužna ili ne, treba procijeniti rizik prema postupcima opisanim u normi HRN EN 62305-2. U obzir treba uzeti sljedeće rizike u skladu s vrstama gubitaka prikazanim u odjeljku 5.3:
− R1 : rizik gubitka ljudskih života, − R2 : rizik gubitka javne opskrbe, − R3 : rizik gubitka kulturne baštine.
20
21
Zaštita je od munje nužna ako je rizik R (R1 do R3) veći od prihvatljivog rizika RT
R > RT
U tom slučaju poduzet će se zaštitne mjere da bi se rizik R (R1 do R3) smanjio na prihvatljivu razinu RT
R ≤ RT Ako se može pojaviti više od jedne vrste gubitaka na objektu koji treba zaštititi, uvjet R ≤ RT mora biti zadovoljen za svaku vrstu gubitaka (L1, L2 i L3). Iznosi prihvatljivog rizika RT za udare munja koji dovode do gubitka stvari od društvene vrijednosti treba biti u području odgovornosti nadležnoga nacionalnog tijela. NAPOMENA 1 – Nadležno tijelo može zahtijevati postavljanje zaštite od munje na određenim objektima bez procjene rizika. U tim slučajevima nadležno tijelo odlučuje koju će se razinu zaštite upotrijebiti. U nekim slučajevima može se procjena rizika obaviti tako da se nađe opravdanje za odstupanje od tih zahtjeva. NAPOMENA 2 – Podrobnije obavijesti o procjeni rizika i o postupku odabira zaštite opisani su u normi HRN EN 62305-2.
6.2 Gospodarska opravdanost zaštite od munje Osim nužnosti zaštite od munje objekta koji treba zaštititi, korisno je izračunati gospodarsku opravdanost predviđenih zaštitnih mjera da bi se smanjili gubici L4. U tom slučaju treba izračunati rizik R4 gubitaka gospodarskih vrijednosti. Uz pomoć procjene rizika R4 može se izračunati troškove gospodarskih gubitaka sa i bez zaštitnih mjera. Zaštita od munje je troškovno opravdana ako je zbroj troškova CRL preostalih gubitaka sa zaštitnim mjerama i troškova CPM zaštitnh mjera manji od troškova CL ukupnih gubitaka bez zaštitnih mjera:
CRL + CPM < CL NAPOMENA – Podrobnije obavijesti o procjeni gospodarske opravdanosti zaštite od munje dane su u normi HRN EN 62305-2.
22
7. Zaštitne mjere Da bi se smanjio rizik određene vrste štete, treba poduzeti odgovarajuće zaštitne mjere.
7.1 Zaštitne mjere za smanjenje povreda živih bića zbog dodirnog napona i napona koraka Moguće su sljedeće zaštitne mjere:
− odgovarajuća izolacija izloženih vodljivih dijelova, − izjednačivanje potencijala uz pomoć mrežastog sustava uzemljenja, − postavljanje fizičkih prepreka i oznaka upozorenja.
NAPOMENA 1 – Izjednačivanje potencijala nije učinkovito protiv dodirnih napona. NAPOMENA 2 – Opasnost za život može se smanjiti povećanjem površinske otpornosti tla unutar i izvan građevine.
7.2 Zaštitne mjere za smanjenje materijalnih šteta Moguće su sljedeće zaštitne mjere: a) za građevine - sustav zaštite od munje (LPS) NAPOMENA 1 – Ako je LPS postavljen, izjednačivanje potencijala je vrlo važna mjera za smanjenje opasnosti od požara i eksplozije kao i opasnosti za život. Za podrobnije obavijesti pogledajte normu HRN EN 62305-3. NAPOMENA 2 – Materijalne štete mogu se smanjiti mjerama za ograničenje širenja i napredovanja požara kao što su požarno otporni odjeljci, aparati za gašenje, hidranti, požarni alarmi i instalacije za gašenje požara. NAPOMENA 3 – Zaštita osoblja omogućuje se zaštićenim putovima za evakuaciju. b) za opskrbne vodove - zaslon (oklop) voda NAPOMENA 4 - Učinkovitu zaštitu kabelima u zemlji omogućuje se polaganjem u metalne kanale.
23
7.3 Zaštitne mjere za smanjenje kvarova na električnim i elektro-ničkim sustavima Moguće su sljedeće zaštitne mjere: a) za građevine - zaštitne mjere protiv LEMP (LPMS) koje se sastoje od sljedećih mjera koje se upotrebljavaju same ili u kombinaciji sa:
− uzemljivanjem i izjednačivanjem potencijala − elektromagnetskim zaslanjanjem (ili oklapanjem) − izborom trase voda − usklađenom SPD zaštitom.
b) za opskrbne vodove
− postavljanje odvodnika (SPD) duž opskrbnog voda i na njegovim krajevima, − elektromagnetsko zaslanjanje (oklapanje) kabela.
NAPOMENA 1 – Za kabele u zemlji vrlo učinkovitu zaštitu pruža neprekidni metalni zaslon odgovarajuće debljine. NAPOMENA 2 – Učinkovitu zaštitu za smanjenje gubitaka zbog prestanka djelovanja opskrbnog voda može se osigurati pričuvnim trasama, pričuvnom opremom, autonomnim generatorima, sustavima za neprekidno napajanje, spremnicima za fluid, sustavima za automatsko otkrivanje kvara. NAPOMENA 3 – Učinkovita zaštitna mjera od prenapona je povećana izolacijska čvrstoća kabela i opreme.
7.4 Izbor zaštitnih mjera Izbor najpogodnijih zaštitnih mjera obavljaju projektant i vlasnik ovisno o vrsti i veličini svake vrste štete kao i ovisno o tehničkim i gospodarskim aspektima raznih zaštitnih mjera. Kriteriji za procjenu rizika i odabir najpogodnijih zaštitnih mjera dani su u normi HRN EN 62305-2. Zaštitne mjere su učinkovite uz uvjet da su u skladu sa zahtjevima odgovarajućih norma i da mogu izdržati očekivana naprezanja na mjestu postavljanja.
8. Osnovni kriteriji za zaštitu građevina i opskrbnih vodova Idealna zaštita za građevine i opskrbne vodove bila bi zatvaranje objekta koji treba štititi u savršeno vodljivi neprekidni i uzemljeni zaslon odgovarajuće debljine kao i odgovarajuće spajanje opskrbnih vodova s tim zaslonom na mjestima ulaza u građevinu. Tako se može spriječiti prodor struje munje i pripadajućeg elektromagnetskog polja u objekt koji treba zaštititi i spriječiti opasne toplinske i elektrodinamičke učinke struje, te opasno iskrenje i opasne prenapone u električnim i elektroničkim sustavima. U praksi često nije moguće niti isplativo postavljati zaslon na cijeloj duljini da bi se takva optimalna zaštita ostvarila.
24
Ukoliko je oklop prekinut i/ili nema odgovarajuću debljinu, struje munje mogu prodrijeti kroz oklop što ima za posljedicu:
− materijalne štete i opasnost za život, − kvarove unutarnjih sustava, − prekid opskrbe i kvar priključenih sustava.
Za određeni komplet parametara struje munje protiv kojih se zahtijeva postavljanje zaštite, projektirat će se odgovarajuće zaštitne mjere zbog smanjenja spomenutih šteta kao i odgovarajućih posljedičnih gubitaka (razina raštite od munje)
8.1 Razine zaštite od munje (LPL) Za potrebe ove norme uvode se četiri razine zaštite od munje (I do IV). Za svaku razinu zaštite određeni su najveći i najmanji parametri struje munje. NAPOMENA 1 - Zaštita od munje čiji parametri struje munje nadilaze najveće i najmanje parametre koji se odnose na razinu I (LPL I) ne razmatraju se u ovoj normi. NAPOMENA 2 - Vjerojatnost pojave struje munje čiji najveći i najmanji parametri izlaze iz opsega parametara za razinu I je manja od 2 %. Vjerojatnost da najveće vrijednosti parametara struje munje koje se odnose na LPL I ne će biti prekoračene iznosi 99 %. Prema pretpostavljenom omjeru polariteta (pogledajte A.2), vjerojatnosti pozitivnih udara munje su ispod vrijednosti od 10 %, dok su vjerojatnosti negativnih udara ispod vrijednosti od 1 % (pogledajte A.3). Najveće vrijednosti struje munje koje se odnose na razinu LPL I smanjuju se na 75 % za razinu II, a za razinu III i IV na 50 % (linearno za I, Q i di/dt, a kvadratično za W/R). Vremenski parametri ostaju nepromijenjeni. Najveće vrijednosti parametara struje munje za razne razine zaštite dane su u tablici 5 i upotrebljavaju se za projektiranje sastavnica zaštite od munje (npr. presjeka vodiča, debljine metalnih zaslona (oklopa), struje odvodnika (SPD), sigurnosnih razmaka protiv opasnih iskrenja) i za određivanje ispitnih parametara za simulaciju učinaka munje na tim sastavnicama (pogledajte Dodatak D). Najmanje vrijednosti amplitude struje munje za razne razine zaštite (LPL) upotrebljavaju se za određivanje polumjera kotrljajuće kugle (pogledajte A.4) da bi se odredila zona zaštite od munje LPZ 0B koju ne može pogoditi izravan udar munje (pogledajte 8.2 i slike 2. i 3.). Najmanje vrijednosti parametara struje munje kao i odgovarajući polumjeri kotrljajuće kugle prikazani su u tablici 6. Upotrebljavaju se za određivanje mjesta hvataljka i određivanje zaštitne zone LPZ 0B (pogledajte 8.2).
25
Tablica 5 – Najveće vrijednosti parametara struje munje ovisno o LPL Prvi kratki udar Razina zaštite (LPL)
Parametri struje Oznaka Jedinica I II III IV Vršna jakost struje I kA 200 150 100 Naboj kratkog udara Qkratki C 100 75 50 Specif. energija W/R kJ/Ω 10.000 5.625 2.500 Vrem. parametri T1 / T2 µs / µs 10 / 350
Slijedeći kratki udar Razina zaštite (LPL) Parametri struje Oznaka Jedinica I II III IV
Vršna jakost struje I kA 50 37,5 25 Prosječ. strmina di/dt kA/µs 200 150 100 Vrem. parametri T1 / T2 µs / µs 0,25 / 100
Dugi udar Razina zaštite (LPL)
Parametri struje Oznaka Jedinica I II III IV
Naboj dugog udara Qdugi C 200 150 100 Vrem. parametri Tdugi s 0,5
Udar munje (svi udari zajedno) Razina zaštite (LPL)
Parametri struje Oznaka Jedinica I II III IVNaboj udara munje Qmunje C 300 225 150
1 građevina S1 udar munje u građevinu 2 sustav hvataljki S2 udar pokraj građevine 3 sustav odvoda S3 udar u opskrbni vod koji ulazi u građevinu 4 sustav uzemljivača S4 udar pokraj opskrbnog voda koji ulazi u građevinu 5 opskrbni vodovi r polumjer kotrljajuće kugle
s sigurnosni razmak za opasno iskrenje
∇ − razina tla
O točka izjednačivanja potencijala uz pomoć SPD Izravan udar, puna struja munje
LPZ 0A zona izravnih udara, računa se s punom strujom munje LPZ 0B zona bez izravnih udara, računa se s djelomičnom ili induciranom strujom munje
LPZ 1 zona bez izravnih udara, računa se s djelomičnom ili induciranom strujom munje
U zaštićenom obujmu unutar LPZ 1 mora se uvažiti sigurnosne razmake s.
Slika 2. – Zaštitne zone (LPZ) određene za neki LPS (HRN EN 62305-3)
26
1 građevina (zaslon za LPZ 1) S1 udar munje u građevinu 2 sustav hvataljki S2 udar munje pokraj građevine 3 sustav odvoda S3 udar munje u opskrbni vod koji ulazi u građevinu4 sustav uzemljivača S4 udar munje pokraj pojnog voda koji ulazi u građevinu
5 postorija (zaslon za LPZ 2) r polumjer kotrljajuće kugle 6 pojni vodovi za građevinu ds sigurnosni razmaci za prevelika magnetska polja
∇ razina tla
O mjesto izjednačivanja potencijala uz pomoć SPD
LPZ 0A zona izravnih udara, računa se s punom strujom munje i punim elektromagnetskim poljem
LPZ 0B zona bez izravnih udara, računa se s djelomičnom ili induciranom strujom munje i punim elektromagnetskim poljem
LPZ 1 zona bez izravnih udara, računa se s djelomičnom ili induciranom strujom munje i prigušenim elektromagnetskim poljem
LPZ 2 zona bez izravnih udara, računa se s induciranom strujom munje i još više prigušenim elektromagnetskim poljem
U zaštićenim prostorima unutar LPZ 1 i LPZ 2 mora se uvažavati sigurnosne razmake ds.
Slika 3 – Zaštitne zone određene zaštitnim mjerama protiv LEMP (HRN EN 62305-
4) 27
28
Tablica 6 – Najmanje vrijednosti parametara struje munje i odgovarajućeg polumjera kotrljajuće kugle za određene razine zaštite od munje (LPL) Kriterij zaštite LPL Oznaka Jedinica I II III IV
Najmanja vršna jakost struje I kA 3 5 10 16
Polumjer kotrljajuće kugle r m 20 30 45 60 Iz statističkih razdioba, prikazanih na slici A.5, mogu se odrediti odgovarajuće težine vjerojatnosti da parametri struje munje ne će biti manji od najvećih vrijednosti niti veći od najmanjih vrijednosti definiranih za svaku razinu zaštite (pogledajte tablicu 7). Tablica 7 – Vjerojatnosti graničnih parametara struje munje
Vjerojatnost da su parametri struje munje LPL
I II III IV manji od maksimuma određenih u tablici 5 0,99 0,98 0,97 0,97 veći od minimuma određenih u tablici 6 0,99 0,97 0,91 0,84
Zaštitne mjere navedene u HRN EN 62305-3, HRN EN 62305-4 i HRN EN 62305-5 učinkovite su za munje čiji su parametri struje unutar opsega razine zaštite (LPL) koja je odabrana projektom. Stoga se učinkovitost zaštitnih mjera uzima da je jednaka vjerojatnosti da su parametri struje munje unutar tog opsega.
8.2 Zone zaštite od munje (LPZ) Zone zaštite od munje (LPZ) određene su mjerama zaštite kao što je LPS, oklopljenim vodovima, elektromagnetskim zaslonima i SPD-ima. Niže razine zaštite od munje u odnosu na više razine LPZ karakterizira znakovito smanjenje elektromagnetskog impulsa munje (LEMP). S obzirom na opasnost od munje određene su sljedeće zone zaštite (pogledajte slike 2 i 3):
LPZ 0A zona izložena izravnim udarima munja i punom elektromagnetskom polju munje. Unutarnji sustavi mogu doći pod udar pune ili djelomične struje munje.
LPZ 0B zona zaštićena od izravnih udara munje, ali ostaje opasnost utjecaja punog elektromagnetskog polja munje. Na unutarnje sustave mogu djelovati djelomične udarne struje munje.
LPZ 1 zona u kojoj je ograničen utjecaj udarnih struja munje zbog postavljenih SPD uređaja na granici zone. Elektromagnetsko polje može se smanjiti postavljanjem prostornog zaslona.
LPZ 2, ..., n zona u kojoj su udarne struje još više ograničene zbog raspodjele struje munje kao i utjecaja dodatnih SPD-ova na granicama zona. Za daljnje smanjenje elektromagnetskog polja munje može se upotrijebiti prostorni zaslon.
29
NAPOMENA 1 – Općenito vrijedi da što veći broj pojedina zona nosi, to su parametri elektromagnetskog okruženja niži. Vrijedi općenito pravilo zaštite da štićeni objekt mora biti u onoj zoni zaštite (LPZ) čije su elektromagnetske značajke jednake mogućnostima objekta da podnese naprezanja koja bi mogla prouzročiti štete (materijalne štete, kvarove električnih i elektroničkih sustava zbog prenapona). NAPOMENA 2 – Obavijest o razini otpornosti može se za većinu električnih i elektroničkih sustava i uređaja dobiti od proizvođača.
8.3 Zaštita građevina
8.3.1 Zaštita zbog smanjenja materijalnih šteta i opasnosti za život Građevina koju valja zaštititi mora biti unutar zone LPZ 0B ili više zone, što se postiže postavljanjem sustava za zaštitu od munje (LPS). Sustav zaštite od munje sastoji se od vanjskog i unutarnjeg sustava zaštite (pogledajte sliku 2). Funkcije vanjskog sustava zaštite su:
− da prihvati udar munje u građevinu (uz pomoć sustava hvataljka), − da sigurno odvede struju munje prema zemlji (uz pomoć sustava odvoda), − da rasprši struju munje u zemlji (uz pomoć sustava uzemljivača).
Uloga unutarnjeg sustava zaštite je spriječiti opasna iskrenja unutar građevine izjednačivanjem potencijala ili sigurnosnim razmacima s (i zbog električnog odvajanja) između sastavnica sustava zaštite (LPS) i drugih vodljivih dijelova unutar građevine. Određene su četiri vrste sustava zaštite (i to LPS I, LPS II, LPS III i LPS IV) kao cjeloviti sklopovi koji imaju svoja pravila konstrukcije na osnovi odgovarajućih razina zaštite (LPL). Svaka vrsta zaštite ima svoja pravila projektiranja ovisno o razini zaštite (npr. polumjer kotrljajuće kugle, širine oka mreže itd.) i pravila projektiranja neovisno o razini zaštite (npr. presjek vodiča, vrsta gradiva itd.). Na mjestima gdje površinski otpor tla izvan zgrade ili otpor poda unutar zgrade nisu dovoljno visoki, mora se smanjiti opasnost za život zbog pojave dodirnog napona i napona koraka:
− izvan zgrade - izoliranjem istaknutih vodljivih dijelova, izjednačivanjem potencijala uz pomoć mrežastog sustava uzemljivača, oznakama upozorenja kao i fizičkim preprekama,
− unutar građevine izjednačivanjem potencijala opskrbnih vodova na mjestu ulaza u građevinu.
Sustav zaštite od munje (LPS) mora udovoljavati zahtjevima norme HRN EN 62305-3.
8.3.2 Zaštita u svrhu smanjenja kvarova unutarnjih sustava Zaštita od elektromagnetskih impulsa munje za smanjenje rizika kvarova unutarnjih sustava mora ograničiti:
30
− prenapone dovedene galvanskom ili induktivnom vezom pri udarima munja u građevinu,
− prenapone dovedene induktivnom vezom pri udarima munja pokraj građevine, − prenapone dovedene vodovima spojenim na građevinu pri udarima munja u te
vodove ili pokraj njih, − elektromagnetska polja koja su u izravnoj induktivnoj vezi s unutarnjim
sustavima. NAPOMENA – Kvarovi uređaja zbog elektromagnetskih polja koja izravno ozračuju opremu su zanemarivi, uz uvjet da uređaji podnose ispitivanja na emisije radio frekvencije (RF) i otpornosti prema zahtjevima odgovarajućih EMC norma za proizvode (pogledajte HRN EN 62305-2 i HRN EN 62305-4). Sustav koji treba zaštititi mora biti unutar zone LPZ 1 ili više zone. To se postiže uz pomoć elektromagnetskog zaslona koji prigušuje inducirano magnetsko polje i/ili odgovarajućim vođenjem vodiča tako da se smanje indukcijske petlje. Na granicama zaštitnih zona predvidjeti izjednačivanje potencijala svih metalnih dijelova i sustava koji prelaze granice zona, što se može učiniti uz pomoć vodiča za izjednačivanje ili, ako je potrebno, uz pomoć uređaja za zaštitu od udarnih valova napona i struje (SPD). Zaštitne mjere zona zaštite LPZ moraju biti u skladu s normom HRN EN 62305-4. Učinkovitu zaštitu od prenapona koji dovode do kvarova unutarnjih sustava, može se ostvariti i uz pomoć usklađene SPD zaštite, koja ograničuje prenapone na vrijednosti ispod nazivne otpornosti sustava koji se štiti. SPD uređaje treba odabrati i postaviti u skladu sa zahtjevima norme HRN EN 62305-4.
8.4 Zaštita opskrbnih vodova Opskrbni vod koji treba zaštititi mora biti:
− unutar zaštitne zone LPZ 0B ili više zone da bi se smanjile materijalne štete. To se postiže odabirom podzemnog voda umjesto nadzemnog ili upotrebom odgovarajuće postavljenog zaslona, čija učinkovitost ovisi o značajkama voda, a kod cjevovoda povećanjem debljine cijevi na odgovarajuću vrijednost kao i osiguranjem metalne neprekidnosti cijevi
− unutar zaštitne zone LPZ 1 ili više zone, zbog zaštite od prenapona koji dovode do kvarova opskrbnog voda. To se postiže smanjenjem razine induciranih prenapona munje uz pomoć odgovarajućih elektromagnetskih zaslona kabela, odvođenjem udarnih struja i ograničenjem prenapona uz pomoć odgovarajućih SPD-ova.
DODATAK A
(obavijesni)
Parametri struje munje A.1 Udari munja u zemlju Postoje dvije osnovne vrste izbijanja munja:
− silazna munja koja se pokreće s uspostavom silaznog voditelja od oblaka do zemlje i
− uzlazna munja koja se pokreće uspostavom uzlaznog voditelja od nekog uzemljenog objekta prema oblaku.
Najveći broj silaznih udara čine udari na ravnom terenu i pri manjim građevinama, dok su uzlazni udari dominantniji pri izloženim i/ili višim građevinama. Vjerojatnost udara raste s efektivnom visinom građevine (pogledajte HRN EN 62305-2, Dodatak A), a fizikalni se uvjeti mijenjaju. Struja munje sastoji se od jednog ili više raznih udara među kojima su:
− kratki udari u trajanju manjem od 2 ms (slika A.1) − dugi udari s trajanjem duljim od 2 ms (slika A.2).
O1 = zamišljeni početak, I = vršna jakost struje, T1 = trajanje čela, T2 = poluvrijeme hrpta udarnog vala
Slika A.1 – Definicije parametara kratkog udara (tipično T2 < 2 ms )
31
Tdugi = vrijeme trajanja, Qdugi = naboj dugog udara
Slika A.2 – Definicije parametara dugog udara (tipično 2 ms < Tdugi < 1 s ) Nadalje se udari razlikuju po polaritetu (pozitivnom ili negativnom) kao i po redosljedu unutar cjelokupnog izbijanja munje (prvi, slijedeći, superponirani). Moguće sastavnice za silazne munje prikazane su na slici A.3, a za uzlazne na slici A.4.
Slika A.3 – Moguće sastavnice silaznih munja (tipično za ravan teren i niske građevine)
32
Slika A.4 – Moguće sastavnice uzlazne munje (tipično za izložene i/ili više građevine)
Dodatne sastavnice uzlaznih munja su prvi dugi udar sa ili bez desetak superponiranih kratkih udara. Međutim, parametri svih kratkih udara uzlaznih munja su manji od onih za silazne munje. Još nije dokazano da je naboj dugog udara uzlazne munje veći. Stoga se smatra da su parametri struja uzlazne munje sigurno obuhvaćeni maksimalnim vrijednostima koje imaju silazne munje. U tijeku su podrobnije analize parametara struje munje i njezine jakosti ovisno o tome je li munja uzlazna ili silazna.
33
34
A.2 Parametri struje munje Parametri struje munje u ovoj normi temelje se na podacima Međunarodne konferencije za velike elektroenergetske mreže (CIGRÉ) prikazanim u tablici A.1. Može se uzeti da se parametri statistički vladaju po logaritamsko-normalnoj razdiobi. Odgovarajuće srednje vrijednosti μ i standardne devijacije σlog prikazane su u tablici A.2, a funkcija razdiobe na slici A.5. Na temelju vjerojatnosti pojave može se odrediti bilo koja vrijednost svakog parametra. Pretpostavlja se da prema polaritetu ima 10 % pozitivnih i 90 % negativnih udara. Omjer polariteta ovisi o području. Ako nema lokalnih podataka, treba uzeti ovdje predloženi omjer.
35
Tablica A.1 – Vrijednosti parametara struje munje prema podacima CIGRÉ (Electra No 41 ili No 69 *) [3], [4]
Parame- tar
Stalne vrijed- nosti LPL I
Vrijednosti Vrsta udara
Krivulja sa slike
A.5 95 % 50 % 5 %
I, kA
4(98%) 20(80%) 90 *prvi negativni kratki 1A+1B 50 4,9 11,8 28,6 *slijedeći negativni kratki 2
200 4,6 35 250 prvi pozitivni kratki (pojedini) 3 Qmunje , C
1,3 7,5 40 negativna munja 4 300 20 80 350 pozitivna munja 5
Qkratki, C
1,1 4,5 20 prvi negativni kratki 6 0,22 0,95 4 slijedeći negativni kratki 7
100 2 16 150 prvi pozitivni kratki (pojedini) 8 W/R , kJ/Ω
6 55 550 prvi negativni kratki 9 0,55 6 52 slijedeći negativni kratki 10
10 000 25 650 15.00 prvi pozitivni kratki 11 di/dtmax, kA/µs
9,1 24,3 65 * prvi negativni kratki 12 9,9 39,9 161,5 * slijedeći negativni kratki 13
20 0,2 2,4 32 prvi pozitivni kratki 14 di/dt30/90% kA/µs
200 4,1 20,1 98,5 * slijedeći negativni kratki 15
Qdugi , C 200 dugi Tdugi , s 0,5 dugi Trajanje čela vala, µs
1,8 5,5 18 prvi negativni kratki 0,22 1,1 4,5 slijedeći negativni kratki 3,5 22 200 prvi pozitivni kratki (pojedini)
Trajanje udara, µs
30 75 200 prvi negativni kratki 6,5 32 140 slijedeći negativni kratki 25 230 2 000 prvi pozitivni kratki (pojedini)
Vremenski interval, ms
7 33 150 višestruki negativni udari
Ukupno trajanje munje, ms
0,15 13 1100 negativna munja (svi udari)
31 180 900 negativna munja (bez pojdinačnih udara)
14 85 500 pozitivna munja
NAPOMENA – Jakosti struje I = 4 kA i I = 20 kA odgovaraju vjerojatnostima 98 % odnosno 80 %
36
Tablica A.2 – Parametri logaritamsko-normalne razdiobe struje munje (srednja vrijednost μ i standardna devijacija σlog izračunati iz 95 % i 5 % -tnih vrijednosti prema CIGRÉ (Electra No 41 ili No 69))
Parametar Srednja
vrijednost μ
Standardna devijacija
σlog Vrsta udara
Krivulja sa slike
A.5
I , kA
(61,1) 0,576 *prvi negativni kratki (80%) 1A 33,3 0,263 *prvi negativni kratki (80%) 1B 11,8 0,233 *slijedeći negativni kratki 2 33,9 0,527 prvi pozitivni kratki (pojedini) 3
Qmunje, C 7,21 0,452 negativna munja 4 83,7 0,378 pozitivna munja 5
Qkratki, C 4,69 0,383 prvi negativni kratki 6
0,938 0,383 slijedeći negativni kratki 7 17,3 0,570 prvi pozitivni kratki (pojedini) 8
W/R , kJ/Ω 57,4 0,596 prvi negativni kratki 9 5,35 0,600 slijedeći negativni kratki 10 612 0,844 prvi pozitivni kratki 11
di/dtmax, kA/μs 24,3 0,260 *prvi negativni kratki 12 40,0 0,369 *slijedeći negativni kratki 13 2,53 0,670 prvi pozitivni kratki 14
di/dt30/90%, kA/μs 20,1 0,420 *slijedeći negativni kratki 15
Qlong , C dugi Tlong , s dugi
Trajanje čela, μs
5,69 0,304 prvi negativni kratki 0,995 0,398 slijedeći negativni kratki 26,5 0,534 prvi pozitivni kratki (pojedini)
Trajanje udara, μs
77,5 0,250 prvi negativni kratki 30,2 0,405 slijedeći negativni kratki 224 0,578 prvi pozitivni kratki (pojedini)
Vremenski interval, ms 32,4 0,405 višestruki negativni udari
Ukupno trajanje munje, ms
12,8 1,175 negativne munje (svi udari)
167 0,445 negativne munje (bez pojedinačnih)
83,7 0,472 pozitivna munja
NAPOMENA - Parametri obrojčanih krivulja dani su na tablicama A.1 i A.2
Slika A.5 – Kumulativna učestalost raspodjele parametara struje munje (krivulje kroz točke 95% i 5%)
37
38
Sve vrijednosti dane za LPL u ovoj normi odnose se na silazne i uzlazne munje. NAPOMENA – Vrijednosti parametara munje obično se dobivaju mjerenjem na visokim objektima. Statistička raspodjela procijenjenih vršnih jakosti struje munje u kojoj nisu uzeti u obzir utjecaji visokih objekata može se pribaviti i iz podataka sustava za lociranje atmosferskih izbijanja. A.3 Određivanje najvećih parametara struje munje za LPL I Mehanički učinci udara munja određuju se na temelju vršnih vrijednosti struje (I) i specifične energije (W/R). Toplinski učinci računaju se na temelju specifične energije (W/R) kad se radi o galvanskoj vezi, te na temelju naboja (Q) kad se radi o pojavi lûka prema instalaciji. Prenaponi i opasna iskrenja prouzročeni induktivnom vezom u funkciji su prosječne strmine (di/dt) čela struje munje. Svaki pojedini parametar (I, Q, W/R, di/dt) nastoji se nametnuti pri svakom meha-nizmu kvara, što se mora uzeti u obzir u postupku ispitivanja. A.3.1 Prvi kratki udar i dugi udar Vrijednosti I, Q, W/R koje se odnose na mehaničke i toplinske učinke izračunate su na temelju pozitivnih munja (jer su njihove 10 % vrijednosti mnogo veće od odgova-rajućih 1 % vrijednosti negativnih munja). Iz slike A.5 (krivulje 3, 5, 8, 11 i 14) mogu se uz vjerojatnost ispod 10 % očitati sljedeće vrijednosti: I = 200 kA Qmunje = 300 C Qkratki = 100 C W/R = 10 000 kJ/Ω di/dt = 20 kA/μs Za prvi kratki udar prema slici A.1 na temelju navedenih vrijednosti dobiva se približna vrijednost trajanja čela vala: T1 = I / (di/dt) = 10 μs (T1 nadalje ima minorno značenje) Za udar koji eksponencijalno opada, vrijede sljedeći izrazi za približne veličine naboja i energije (T1 << T2): Qkratki = (1/0,7) • I • T2 W/R = (1/2) • (1/0,7) • I 2 • T2 Uz pomoć tih formula i navedenih vrijednosti dobiva se prvi približan iznos poluvremena trajanja udara: T2 = 350 μs Za duge se udare može naboj izračunati približno iz izraza: Qdugi = Qmunje − Qkratki = 200 C
39
Trajanje dugog udara prema slici A.2, može se izračunati iz trajanja izbijanja munje: Tdugi = 0,5 s. A.3.2 Slijedeći kratki udar Najveća vrijednost prosječne strmine di/dt za opasna iskrenja prouzročena induktivnom vezom, određena je na temelju slijedećih kratkih udara negativnih munja (jer je njihova 1 % vrijednost mnogo veća od 1 % vrijednosti negativnih udara ili odgovarajuće 10 % vrijednosti pozitivnih munja). Iz slike A.5 (krivulje 2 i 15) mogu se uz vjerojatnost ispod 1 % očitati sljedeće vrijednosti: I = 50 kA di/dt = 200 kA/μs Iz tih vrijednosti može se prema slici A.1 izračunati prva približna vrijednost trajanja čela vala slijedećog kratkog udara od: T1 = I / (di/dt) = 0,25 μs. Njegovo poluvrijeme trajanja može se izračunati iz trajanja udara negativnih slijedećih kratkih udara: T2 = 100 μs (T2 nadalje ima minorno značenje). A.4 Određivanje najmanjih parametara struje munje Učinkovitost zaštite LPS ovisi o najmanjim parametrima struje munje kao i o odgovarajućem polumjeru kotrljajuće kugle. Geometrijske granice prostora zaštićenih od izravnih udara munja mogu se odrediti metodom kotrljajuće kugle. Prema elektro-geometrijskom modelu, polumjer kotrljajuće kugle r (duljina zadnjeg skoka) je ovisan o vršnoj vrijednosti struje prvoga kratkog udara. U izvještaju radne grupe IEEE [5], ta je ovisnost izražena kao:
r = 10 • I 0,65
gdje je r – polumjer kotrljajuće kugle, m I – vršna jakost (amplituda) struje, kA. Za dani polumjer kotrljajuće kugle r može se pretpostaviti da će prirodna ili postav-ljena hvataljka prihvatiti sve munje vršne jakosti struje veće od odgovarajuće najmanje vršne jakosti I. Zbog toga se za vjerojatnost vršnih jakosti struje negativnih i pozitivnih prvih udara na slici A.5 (pravci 1A i 3) uzima da su vjerojatnosti hvatanja. Uzevši u obzir omjer polariteta od 10 % pozitivnih i 90 % negativnih munja, može se izračunati ukupna vjerojatnost hvatanja (pogledajte tablicu 7.).
DODATAK B (obavijesni)
Vremenske funkcije struje munje za potrebe analiza
Valni oblici struje - prvoga kratkog udara 10/350 μs - slijedećih kratkih udara 0,25/100 μs, mogu se odrediti uz pomoć izraza:
( )
( )( 2
10/1
101
/1 /
ttIik t
)e ττ
τ−= ⋅ ⋅
+ (B.1)
gdje pojedine oznake znače: I vršna jakost struje k korekcijski koeficijent za vršnu jakost struje t vrijeme τ1 vremenska konstanta čela τ2 vremenska konstanta hrpta. Za valne oblike struje prvoga kratkog udara i slijedećih udara kod raznih LPL, vrijede parametri dani u tablici B.1. Analitičke krivulje prikazane su na slikama B.1 do B.4. Tablica B.1 - Parametri za jednadžbu B.1
Parametri Prvi kratki udar Slijedeći kratki udari
LPL LPL I II III-IV I II III-IV
I (kA) 200 150 100 50 37,5 25 k 0,93 0,93 0,93 0,993 0,993 0,993 τ1 (µs) 19 19 19 0,454 0,454 0,454 τ2 (µs) 485 485 485 143 143 143
40
Slika B.1 – Valni oblik struje čela prvoga kratkog udara
Slika B.2 – Valni oblik hrpta struje prvog udara
41
Slika B.3 – Valni oblik čela vala struje slijedećih kratkih udara
Slika B.4 – Valni oblik hrpta struje za slijedeće kratke udare
42
Dugi se udar može opisati pravokutnim valnim oblikom sa srednjom jakošću struje I i trajanjem Tdugi prema tablici 5. Iz analitičkih se krivulja može odrediti amplitudna gustoća struje munje (slika B.5).
1 dugi udar 400 A 0,5 s 2 prvi kratki udar 200 kA 10/350 µs
3 slijedeći kratki udari 50 kA 0,25/100 µs 4 anvelopa
Slika B.5 – Amplitudna gustoća struje munje za LPL I
43
DODATAK C (obavijesni)
Simulacija (oponašanje) struje munje za potrebe ispitivanja
C.1 Općenito Kad munja pogodi koji objekt, struja se munje raspodijeli unutar njega. To se mora uzeti u obzir pri ispitivanju sastavnica pojedinih zaštitnih mjera, tako da se za svaku sastavnicu izaberu odgovarajući ispitni parametri. U tu se svrhu mora načiniti analiza cijeloga sustava. C.2 Simulacija specifične energije prvoga kratkog udara i naboja dugog udara Ispitni su parametri definirani u tablicama C.1 i C.2, a primjer ispitnog generatora prikazan je na slici C.1, koji se može upotrijebiti za simulaciju specifične energije prvoga kratkog udara u kombinaciji s nabojem dugog udara. Ispitivanjima se može procijeniti mehanička čvrstoća, toplinska otpornost kao i učinci topljenja. Odgovarajući ispitni parametri za simulaciju prvoga kratkog udara (vršna struja I, specifična energija W/R i naboj Qs) prikazani su u tablici C.1. Te se parametre mora uključiti u isti udarni val, što se može postići strujom koja približno eksponencijalno opada, tako da vrijeme T2 bude unutar 350 μs. Odgovarajući ispitni parametri za simulaciju dugoga udara (naboj Qdugi, trajanje T) dani su u tablici C.2. Ovisno o ispitivanom predmetu i očekivanom mehanizmu štete, ispitivanje na prvi kratki udar ili na dugi udar može se obaviti kao pojedinačno ili kombinirano kod kojeg neposredno iza prvoga kratkog udara slijedi dugi udar. Ispitivanje taljenja lûkom mora se obaviti za oba polariteta.
Slika C.1 – Primjer ispitnog generatora za simulaciju specifične energije prvoga kratkog udara i naboja dugog udara
44
45
Tablica C.1 – Ispitni parametri za prvi kratki udar
Ispitni parametar LPL Dopušteno
odstupanje I II III - IV
Vršna struja I (kA) 200 150 100 ± 10 % Naboj Qs (C) 100 75 50 ± 20 % Specifična energija W/R (kJ/Ω) 10000 5625 2500 ± 35 % Tablica C.2 – Ispitni parametri za dugi udar
Ispitni parametar LPL Dopušteno
odstupanje I II III - IV Naboj Ql (C) 200 150 100 ± 20 %
Trajanje T (s) 0,5 0,5 0,5 ± 10 % C.3 Simulacija strmine čela strujnoga vala kratkog udara Strmina struje određuje elektromagnetski inducirane napone na petljama blizu vodiča kroz koji teku struje munje. Strmina struje kratkoga udara određena je kao porast struje Δi tijekom vremena porasta Δt (slika C.2). Odgovarajući parametri za simulaciju te struje dani su u tablici C.3. Primjeri ispitnih generatora prikazani su na slikama C.3 i C.4 (koji se mogu upotrijebiti za simulaciju strmine čela struje munje u vezi s izravnim udarom munje). Simulacija se može izvesti za kratki prvi i slijedeći kratki udar. NAPOMENA – Ta simulacija vrijedi za strminu čela struje kratkih udara. Na tu vrstu simulacije ne utječe hrbat strujnoga vala. Simulacija prema odjeljku C.3 može se izvesti neovisno ili u kombinaciji sa simulacijom prema odjeljku C.2. Za daljnje obavijesti o ispitnim parametrima kojima se simuliraju učinci munje na sastavnice LPS pogledajte Dodatak D.
Tablica C.3 – Ispitni parametri za kratke udare
Ispitni parametri LPL Dopušteno
odstupanje I II III - IV Prvi kratki udar ∆i (kA) ∆t (µs)
200 10
150 10
100 10
± 10 % ± 20 %
Slijedeći kratki udari ∆i (kA) ∆t (µs)
50 0,25
37,5 0,25
25 0,25
± 10 % ± 20 %
Slika C.2 - Definicija strmine struje prema tablici C.3
46
NAPOMENA – Vrijednosti na slici vrijede za LPL I
Slika C.3 – Primjer ispitnog generatora za simulaciju strmine čela prvoga kratkog udara pri ispitivanju velikih predmeta
NAPOMENA – Vrijednosti na slici vrijede za LPL I
Slika C.4 - Primjer ispitnog generatora za simulaciju strmine čela slijedećih kratkih udara pri ispitivanju velikih predmeta
47
48
DODATAK D (obavijesni)
Ispitni parametri za simulaciju učinaka munje na sastavnice LPS-a
D.1 Općenito U ovom Dodatku D dani su osnovni parametri za simulaciju učinaka munje u laboratoriju. Tu su opisane sve sastavnice LPS koje vode cijelu ili dio struje munje, a ovaj se Dodatak mora upotrebljavati zajedno s normama u kojima su posebno navedeni zahtjevi i načini ispitivanja svake pojedine sastavnice. NAPOMENA – Parametri koji se odnose na sustavna pitanja (npr. koordinaciju uređaja za zaštitu od prenapona) u ovom Dodatku nisu uzeti u obzir. D.2 Parametri struje munje s obzirom na mjesto udara Parametri struje munje koji imaju veću ulogu za fizičku cjelovitost LPS općenito su vršna struja I, naboj Q, specifična energija W/R, trajanje T i prosječna strmina čela vala struje di/dt. Svaki od ovih parametara može prevagnuti pri nastanku raznih kvarova, što će se analizirati u sljedećem odjeljku. Parametri struje koji se uzimaju pri ispitivanjima su kombinacije tih veličina, izabranih tako da se u laboratoriju čim vjernije simulira mehanizam kvara dijela LPS koji se ispituje. Kriteriji za izbor glavnih veličina dani su u odjeljku D.5. U tablici D.1 navedene su najveće vrijednosti I, Q, W/R,T i di/dt koje treba uzeti u obzir pri ispitivanju ovisno o zahtijevanoj razini zaštite.
49
Tablica D.1 - Zbirni pregled kritičnih parametara koje treba uzeti u obzir pri proračunu ispitnih vrijednosti za razne sastavnice LPS i razne razine zaštite (LPL) Sastavnica Glavni problem Kritični parametar munje Napomena
Hvataljka
erozija u točki spajanja (npr. tanki metalni lim)
LPL Qdugi ,C T I,
II, III-IV
200 150 100
<1s (uzmite Qdugi u jednom impulsu)
Hvataljka i vodič odvoda
ohmsko zagrijavanje
LPL W/R, kJ/Ω T uz dimenzioniranje prema HRN EN 62305-3 ispitivanje nije potrebno
I, II,
III-IV
10 000 5 600 2 500
upotrijebite W/R u adiabatskoj konfiguraciji
mehanički učinci
LPL Ι, kA W/R, kJ/Ω I
II III-IV
200 150 100
10 000 5 600 2 500
Spojni pribor složeni učinci (toplinski, mehanički, pojava lûka)
LPL l, kA W/R, kJ/Ω T I II
III-IV
200 150 100
10 000 5 600 2 500
< 2 ms (upotrijebite I i W/R u jedin-stvenom impulsu)
Uzemljivač erozija u točkama spajanja
LPL Qdugi ,C T dimenzioniranje obično određeno mehaničkim / kemijskim aspektima (hrđanje i sl.)
I II
III-IV
200 150 100
< 1s (upotrijebite Qdugi kao pojedin-
ačni impuls)
SPD s iskrištem
složeni učinci (toplinski, mehanički, pojava lûka)
LPL l, kA Qkratki ,C W/R, kJ/Ω di/dt,kA/µ upotrijebite I, Qkratki, i W/R u istom impulsu (trajanja T< 2 ms); upotrijebite ∆i/∆t u zasebnim impulsima
I II
III-IV
200 150 100
100 75 50
10 000 5 600 2 500
200 150 100
SPD s blokom metaloksidnog otpornika
energetski učinci (preopterećenje)
LPL Qkratki ,C provjeriti treba oba aspekta. mogu se uzeti u obzir zasebna ispitivanja
I II
III-IV
100 75 50
učinci na izolaciji (proboj odn. razlaganje)
LPL l, kA T I II
III-IV
200 150 100
<2 ms (upotrijebite I za pojedini
impuls)
D.3 Grananje struje munje Parametri dani u tablici D.3 odnose se na struju munje u točki udara. U stvarnosti struja munje putuje prema zemlji kroz više putanja, s obzirom da postoji više odvoda i prirodnih odvoda na vanjskom LPS. Osim toga postoji više raznih opskrbnih vodova koji ulaze u zaštićenu građevinu (cjevovodi za vodu i plin, električnu energiju i teleko-munikacije itd.) Za određivanje parametara stvarne struje koja teče kroz pojedine sastavnice LPS, u račun treba uzeti samo odgovarajući dio struje munje. Najbolje bi bilo izračunati amplitudu i oblik vala kroz sastavnicu na određenom mjestu LPS-a. Ako se takav proračun za pojedina mjesta ne može provesti, parametri struje munje mogu se procijeniti na način kao u daljnjem tekstu. Za proračun dijela struje munje na vanjskom LPS, može se uzeti koeficijent konfi-guracije kc (pogledajte HRN EN 62305-3, Dodatak C). Tim se koeficijentom određuje jakost dijela struje munje koja teče kroz odvode vanjskog LPS u najgorim slučajevima. Za proračun dijela struje kroz postojeće vanjske vodljive dijelove te elektroenergetske i telekomunikacijske vodove koji ulaze u zaštićenu građevinu, mogu se upotrijebiti približne vrijednosti ke i k’e navedene u Dodatku E. Opisani se postupak može upotrijebiti za proračun vršne jakosti struje koja teče nekim putom prema zemlji. Ostali parametri struje munje izračunavaju se na sljedeći način:
ip = k·I (D.1)
Qp = k·Q (D.2)
(W/R)p = k2 · (W/R) (D.3)
p
dd d
i kt t
⎛ ⎞ ⎛ ⎞=⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
di (D.4)
gdje je:
xp promatrana veličina (vršna struja Ip, naboj Qp, specifična energija (W/R)p, strmina struje (di/dt)p) koja se odnosi na određenu putanju "p" prema zemlji,
x promatrana veličina (vršna struja I, naboj Q, specifična energija (W/R), strmina struje (di/dt)) koja se odnosi na ukupnu struju munje
k koeficijent grananja struje, a posebno: kc koeficijent grananja struje za vanjski LPS (pogledajte Dodatak C u
HRN EN 62305-3) ke, k’
e koeficijenti grananja za postojeće vanjske vodljive dijelove i opskrbne vodove za elektroenergetiku i telekomunikacije koji ulaze u zaštićenu građevinu (pogledajte Dodatak E).
50
D.4 Učinci struje munje koji mogu prouzročiti štete D.4.1 Toplinski učinci Toplinski učinci zbog struje munje nastaju pri otpornom zagrijavanju zbog protoka struje munje kroz otpor vodiča ili u LPS. Ti su učinci također odgovorni za toplinu nastalu u korijenima lûkova u svim točkama i na svim razmaknutim dijelovima LPS gdje lûkovi mogu nastati (npr. iskrištima). D.4.1.1 Otporno zagrijavanje Otporno se zagrijavanje javlja u svakoj sastavnici LPS-a kroz koju teče znakovitiji dio struje munje. Izbor minimalno potrebnog poprečnog presjeka vodiča dovoljan je za sprječavanje pregrijavanja vodiča i opasnosti od požara za okolinu. Osim toplinskih stajališta obrađenih u D.4.1, moraju se za dijelove izložene atmosferskim uvjetima i/ili hrđanju uzeti u obzir i kriteriji mehaničke otpornosti i trajnosti. Proračun zagrijavanja vodiča zbog protoka struje munje potrebno je ponekad provesti kad se pojave problemi zbog rizika povrede ljudi i šteta zbog požara ili eksplozija. U daljnjem se daju upute za proračun porasta temperature vodiča kroz koji protječe struja munje. Analitički pristup sastoji se u sljedećem: Energija koja se trenutačno troši na zagrijavanje vodiča zbog protjecanja električne struje iznosi:
P(t) = i 2·R (D.5)
Toplinska energija koju proizvodi izbijanje munje prema tomu je jednaka umnošku omskog otpora na putu struje munje kroz sastavnicu LPS-a koju se promatra i specifične energije izbijanja. Ta je energija izražena u jouleima (J) ili vatsekundama (Ws):
2W R i dt= ⋅ ⋅∫ (D.6)
Faza velike specifične energije pri izbijanju munje je prekratka da bi se toplina stvorena u nekom dijelu mogla značajnije raspršiti: stoga se ta pojava mora promatrati kao adijabatski proces. Temperatura vodiča LPS-a može se izračunati iz sljedećeg izraza:
0
0 2
1 exp 1w
WRq C
α ρθ θ
α γ
⎡ ⎤⋅ ⋅⎢ ⎥− = ⋅ −⎢ ⎥⋅ ⋅⎢ ⎥
⎣ ⎦
(D.7)
gdje pojedine oznake znače:
porast temperature vodiča, K θ 0θ−α temperaturni koeficijent otpora, 1/K
51 W/R specifična energija strujnoga udarnog vala, J/Ω
ρo omska otpornost vodiča na temperaturi okoline, Ωm q površina presjeka vodiča, m2 γ gustoća gradiva vodiča (specifična masa), kg/m3 Cw specifični toplinski kapacitet vodiča, J/kgK
temperatura taljenja, oC sθ
U tablici D.2 prikazane su karakteristične vrijednosti fizičkih parametara prema gornjoj jednadžbi (D.7) za različite materijale koji se upotrebljavaju u LPS-u. U tablici D.3 prikazan je primjer upotrebe te formule za proračun porasta temperature vodiča od različitih materijala ovisno o W/R i površini presjeka vodiča. Tipično izbijanje munje sadrži kratak udar (poluvrijeme hrpta nekoliko 100 μs) i veliku vršnu jakost struje; u tim se okolnostima u razmatranje mora uzeti također i skin efekt. Međutim, u većini praktičnih primjera, što se tiče sastavnica LPS-a, značajke materijala (dinamička magnetska permeabilnost vodiča LPS-a) i geometrijski oblik (površina presjeka vodiča LPS) smanjuju dodatni utjecaj porasta temperature zbog skin efekta na zanemarive vrijednosti. Najbitnija sastavnica munje za nastanak tog zagrijavanja je prvi povratni udar. Tablica D.2 - Fizičke značajke tipičnih gradiva za LPS sastavnice
Veličina Gradivo aluminij meko željezo bakar nehrđajući čelik (*)
ρo , Ωm 29 ·10-9 120 ·10-9 17,8 ·10-9 0,7 ·10-6 α, 1/K 4,0·10-3 6,5 10-3 3,92 ·10-3 0,8 ·10-3 γ, kg/m3 2 700 7 700 8 920 8 000
θs , °C 658 1 530 1 080 1 500 Cs , J/kg 397·103 272 ·103 209 ·103 - Cw, J/kgK 908 469 385 500 (*) austenitski nemagnetičan Tablica D.3 - Porast temperature vodiča raznih presjeka i gradiva ovisno o W/R
Pres-jek
vodiča
mm2
Gradivo aluminij meko željezo bakar nehrđaj. čelik (*)
W/R, MJ/Ω W/R, MJ/Ω W/R, MJ/Ω W/R, MJ/Ω 2,5 5,6 10 2,5 5,6 10 2,5 5,6 10 2,5 5,6 10
4 - - - - - - - - - - - - 10 564 - - - - - 169 542 - - - - 16 146 454 - 112 - - 56 143 309 - - - 25 52 132 283 211 913 - 22 51 98 940 - - 50 12 28 52 37 96 211 5 12 22 190 460 940
100 3 7 12 9 20 37 1 3 5 45 100 190(*) austenitski nemagnetičan
52
D.4.1.2 Toplinsko oštećenje u točki udara Toplinsko oštećenje u točki udara može se uočiti na svim sastavnicama LPS-a na kojima se pojavi luk, npr. na sustavu hvataljka, iskrištima itd. Na točkama udara može se pojaviti topljenje materijala i erozija; zapravo, na području korijena luka javlja se velika koncentracija topline, i to kako od samog luka tako i zbog omskog zagrijavanja pri povećanoj gustoći struje. Većina toplinske energije stvara se na površini metala ili blizu nje. Toplina stvorena u neposrednom korijenu luka nadilazi toplinu koju metal može apsorbirati i odvesti, pa se taj višak topline troši na taljenje ili uplinjavanje metala i toplinsko zračenje. Žestina tog procesa ovisi o amplitudi struje i njenom trajanju. D.4.1.2.1 Općenito Razvijeni su neki teorijski modeli za proračun toplinskih učinaka u točki udara kanala munje u metalnu površinu. U ovoj normi će se, zbog jednostavnosti, opisati samo model gubitka napona na anodi ili katodi. Upotreba tog modela djelomično je uspješna kad se radi o tankom metalnom limu. U svim slučajevima taj model daje konzervativne rezultate, s obzirom da se računa da se sva energija koju munja injektira u točku udara upotrijebi za taljenje ili pretvaranje materijala vodiča u paru, zanemarujući širenje topline u metalu. U drugim se modelima uvodi ovisnost štete na točki udara o trajanju strujnog impulsa. D.4.1.2.2 Model gubitka napona na anodi ili katodi Računa se da je ulazna energija W u korijenu luka jednaka gubitku napona na anodi/katodi ua,c pomnoženom s nabojem Q struje munje:
a,c a,c a,cd d= = =∫ ∫W u i t u i t u ⋅Q (D.8)
S obzirom da je ua,c približno stalan u opsegu struja koje se ovdje promatra, naboj struje munje (Q) je najodgovorniji za pretvorbu energije u korijenu luka. Gubitak napona na anodi ili katodi ua , c iznosi nekoliko desetaka volta. Pojednostavnjeni pristup uzima u obzir da sva energija nastala u korijenu luka biva iskorištena za topljenje. U sljedećoj se jednadžbi (D.9) koristi ta pretpostavka koja, međutim, dovodi do precjenjivanja zapremnine rastopljenog materijala.
( ), 1a c
w s u s
u QV
c cγ θ θ⋅
= ⋅− +
(D.9)
gdje je : V: zapremnina rastopljenog metala, m3 ua,c: gubitak napona na anodi ili katodi (uz pretpostavku da je stalan), V Q: naboj struje munje, C γ : gustoća gradiva, kg/m3 Cw: toplinski kapacitet, J/kgK 53
θs: temperatura taljenja, °C θu: temperatura okoline, °C cs: latentna toplina taljenja, J/kg U tablici D.2 navedene su karakteristične vrijednosti fizičkih parametara iz te jednadžbe za različite materijale koji se upotrebljavaju za LPS. U osnovi, naboj koji se uzima u obzir je zbroj naboja povratnog udara i trajne struje munje; laboratorijska ispitivanja otkrila su da su učinci povratnog udara zanemarivi u usporedbi s učincima trajne struje. D.4.2 Mehanički učinci Mehanički učinci zbog struje munje ovise o amplitudi i trajanju struje te o elastičnosti pogođene mehaničke konstrukcije. Ti učinci također ovise i o silama trenja, ako su dovoljno velike, koje djeluju između dijelova LPS kad ti dijelovi dođu u međusobni dodir. D.4.2.1 Elektromagnetsko međudjelovanje Između dvaju različitih vodiča kojima teku struje ili na jednom vodiču kad je vodič savijen pod kutem ili u petlju, razvijaju se elektromagnetske sile. Kad struja teče kroz krug, amplituda elektrodinamičkih sila koje nastaju u raznim pozicijama kruga ovise o amplitudi struje munje i o geometrijskom obliku kruga. Mehanički učinak tih sila, međutim, ne ovisi samo o njihovoj amplitudi nego i o općem obliku struje, njenom trajanju kao i o geometrijskom obliku instalacije. D.4.2.1.1 Elektrodinamičke sile Elektrodinamičke sile nastale zbog struje i koja teče kroz paralelno položene vodiče na odsječku duljine l i razmaku d (duga i mala petlja), kao što prikazuje slika D.1, mogu se približno izračunati iz jednadžbe:
2 7 20( ) ( ) 2 10 ( )2
lF t i t i td d
lμπ
−= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ (D.10)
gdje je : F(t): elektrodinamička sila, N i: struja, A μo: magnetska permeabilnost vakuuma (4π·10-7 H/m) l: duljina vodiča, m d: razmak između ravnih paralelnih odjeljaka vodiča, m
54
Slika D.1 - Opći položaj dvaju vodiča za proračun elektrodinamičke sile Tipičan primjer u LPS-u su simetrično postavljeni vodiči pod kutem od 90° sa spojnicom smještenom u blizini kuta, kao što pokazuje slika D.2. Dijagram naprezanja za tu konfiguraciju prikazan je na slici D.3: aksijalna sila na vodoravnom vodiču nastoji izvući vodič iz spojnice. Numerički iznosi sile duž vodoravnog vodiča, uzevši u obzir vršnu jakost struje od 100 kA i duljinu okomitog vodiča od 0,5 m, prikazani su na slici D.4.
Slika D.2 - Tipičan položaj vodiča na nekom LPS
55
Slika D.3 - Dijagram naprezanja za konfiguraciju na slici D.2
NAPOMENA – Dijagram vrijedi za vršnu struju jakosti 100 kA i duljinu okomitog vodiča od 0,5 m
Slika D.4 - Sila po jedinici duljine duž vodoravnog vodiča sa slike D.2 D.4.2.1.2 Učinci elektrodinamičkih sila U okvirima amplitude narinute sile, trenutačna vrijednost elektrodinamičke sile, F(t), razmjerna je kvadratu I(t)2 trenutačne vrijednosti struje. Govoreći o nastanku naprezanja unutar mehaničke konstrukcije LPS-a koji je izražen umnoškom δ(t)·k, tj. elastične deformacije δ(t) i konstante elastičnosti k konstrukcije LPS, moraju se uzeti u obzir dva učinka. Najvažniji parametri su prirodna (vlastita) mehanička frekvencija (vezana s elastičnim svojstvima konstrukcije LPS) i trajna deformacija te konstrukcije (ovisna o plastičnim svojstvima). Međutim, u mnogim slučajevima vrlo veliku važnost imaju i učinci sila trenja unutar konstrukcije. Amplituda vibracija elastične LPS konstrukcije zbog elektrodinamičke sile pri struji munje može se izračunati uz pomoć diferencijalnih jednadžba drugog reda; ključni čimbenik pritom je omjer trajanja impulsa (udara) struje i periode prirodne (vlastite) mehaničke frekvencije konstrukcije LPS. Tipičan uvjet koji se susreće pri LPS je da je perioda prirodne frekvencije konstrukcije mnogo dulja od periode narinute sile (trajanje impulsa struje munje). U tom slučaju najveće mehaničko naprezanje nastaje nakon prolaza impulsa (udarnog vala) struje i ima vršnu vrijednost koja ostaje niža od one za
56
57
narinutu silu, te se u većini slučajeva može zanemariti. Plastično izobličenje nastaje kad naprezanje postane veće od granice elastičnosti gradiva. Ako bi gradivo od kojeg je načinjen sustav LPS bilo mekano, kao npr. aluminij ili kaljeni bakar, elektrodinamičke sile bi mogle izobličiti vodiče u kutovima i petljama. Sastavnice LPS zbog toga moraju biti konstruirane tako da se mogu suprotstaviti takvim silama i da budu elastične. Ukupno mehaničko naprezanje koje se javlja na konstrukciji LPS ovisi o vremenskom integralu narinute sile, a time i o specifičnoj energiji odgovarajućeg strujnog impulsa. To naprezanje također ovisi o valnom obliku i trajanju strujnog impulsa (u usporedbi s periodom prirodne frekvencije konstrukcije). Stoga se pri ispitivanju svi spomenuti utjecajni parametri moraju uzeti u obzir. D.4.2.2 Šteta zbog nastanka zvučnoga udarnog vala Kad struja munje teče lukom, nastaje zvučni udarni val. Jakost udarnog vala ovisi o vrijednosti vršne struje kao i o brzini porasta struje. Zbog udarnoga zvučnog vala je šteta na metalnim dijelovima LPS-a općenito zane-mariva, ali na okolnim sastavnicama val može prouzročiti štetu. D.4.2.3 Složeni učinci U stvarnosti toplinski i mehanički učinci nastaju istodobno. Ako je zagrijavanje gradiva sastavnica (štapova, spojnica itd.) dovoljno da omekša to gradivo, može nastati mnogo veća šteta nego inače; u krajnjim se slučajevima vodič može rastopiti uz eksploziju i prouzročiti znatnu štetu na okolnoj konstrukciji. Ako je površina presjeka metala dovoljna da sigurno izdrži cijeli događaj, mora se provjeriti samo njegova mehanička cjelovitost. D.4.3 Iskrenje Iskrenje, općenito, postaje važno samo u zapaljivoj sredini: za sastavnice LPS, u najvećem broju stvarnih slučajeva iskrenje nije važno. Mogu se pojaviti dvije vrste iskrenja i to "toplinsko iskrenje" i "naponsko iskrenje ". Toplinsko se iskrenje dogodi kad vrlo jaka struja mora proći kroz spojnicu između dvaju vodljivih materijala. Najviše toplinskih iskrenja nastaje blizu rubova unutar spojnice kad je tlak u njoj prenizak: primarni uzrok je velika gustoća struje i neodgovarajući tlak u spojnici. Jakost toplinskog iskrenja vezana je uz specifičnu energiju i zbog toga je prvi povratni udar najkritičnija faza munje. Naponsko se iskrenje dogodi kad je struja prisiljena putovati po spirali, npr. unutar spojnice, ako inducirani napon na takvoj petlji postane veći od probojnog napona između metalnih dijelova. Inducirani napon je razmjeran samoinduktivnosti pomnoženoj sa strminom struje munje. Stoga je među sastavnicama munje za naponsko iskrenje najkritičniji slijedeći negativni udar.
58
D. 5 Sastavnice LPS, odgovarajući problemi i ispitni parametri Sustavi zaštite od munje načinjeni su od nekoliko različitih sastavnica od kojih svaka unutar sustava ima posebnu zadaću. Značajke sastavnica i specifična naprezanja kojima su podvrgnute zahtijevaju posebnu pozornost pri postavljanju ispitnih konfiguracija u laboratoriju za provjeru njihovih svojstava. D.5.1 Hvataljke Učinci na sustavu hvataljka posljedica su zajedno mehaničkih i toplinskih učinaka (što je raspravljeno u daljnjem tekstu u D.5.2, ali uz napomenu da će najveći dio struje munje teći vodičem koji je pogođen), a u nekim slučajevima i zbog erozijskih učinaka luka, posebno na prirodnim sastavicama LPS kao što je limeni krov (nastanak rupa ili previsokih temperatura ispod lima) i priključeni vodiči. Kad se radi o erozijskim učincima lûka, treba uzeti u obzir dva glavna ispitna parametra, npr. naboj struje dugog udara i njegovo trajanje. Naboj određuje koliko će energije ući u korijen luka. Pokazalo se da su za taj učinak najkritičniji dugi udari, dok se kratki udari mogu zanemariti. Trajanje struje ima važnu ulogu u prijenosu topline u gradivo. Trajanje ispitne struje tijekom ispitivanja može se usporediti s dugim udarima munja (0,5 s do 1 s). D.5.2 Odvodi Učinci na vodičima zbog udara munja mogu se podijeliti na dva glavna razreda:
− toplinske učinke zbog otpornog zagrijavanja − mehaničke učinke u vezi s magnetskim interakcijama kad je struja munje
razdijeljena po vodičima smještenim jedan blizu drugoga ili kad struja mijenja smjer (mjesta savijanja ili spojevi među vodičima smještenim jedan prema drugom pod kutem).
U većini slučajeva ta dva učinka djeluju nezavisno jedan od drugog, pa se svaki učinak može laboratorijski zasebno ispitivati. Takav se pristup može usvojiti u svim slučajevima kad zagrijavanje zbog protoka struje munje ne mijenja bitno mehaničke značajke. D.5.2.1 Otporno zagrijavanje Radove o proračunima i mjerenjima zagrijavanja vodiča različitih površina presjeka i materijala zbog protoka struje munje objavilo je nekoliko autora. Glavni su rezultati u obliku dijagrama i formula prikazani u odjeljku D.4.1.1. Zbog toga nije potrebno nikakvo laboratorijsko ispitivanje za provjeru svojstava vodiča što se tiče promatranja sa stajališta porasta temperature. U svim slučajevima za koje se zahtijeva laboratorijsko ispitivanje, u obzir će se uzeti sljedeće razmatranje. Glavni ispitni parametri koje treba uzeti u obzir u ovom slučaju su specifična energija i trajanje impulsa struje. Specifična energija određuje koliki će biti porast temperature zbog Jouleove topline pri
59
proticanju struje munje. Numeričke vrijednosti koje treba uzeti u obzir su vrijednosti koje se odnose na prvi udar. Kad se uzmu pozitivni udari, dobiju se konzervativni podaci. Trajanje impulsa munje ima odlučujući utjecaj na tijek izmjene topline s obzirom na okolinu promatranog vodiča. U većini slučajeva trajanje struje impulsa je tako kratko da se tijek zagrijavanja može promatrati kao adijabatski proces. D.5.2.2 Mehanički učinci Kao što je razmatrano u odjeljku D.4.2.1, postoje mehanički utjecaji među vodičima kroz koje teče struja munje: sila je razmjerna umnošku jakosti struja kroz vodiče (ili kvadratu jakosti struje u pojedinom vodiču ako je vodič savijen) te obrnuto razmjerna razmaku dvaju vodiča. Uobičajena situacija kad se može primijetiti i vizualni učinak nastaje kad je vodič savijen u petlju ili je samo savijen. Kada kroz takav vodič protječe struja munje, na njega će djelovati mehanička sila koja ga nastoji ispružiti ili izravnati kut i savinuti ga prema van. Jakost te sile je razmjerna kvadratu amplitude struje. Mora se jasno, međutim, razlikovati elektrodinamička sila koja je razmjerna kvadratu amplitude struje i odgovarajuće naprezanje koje ovisi o elastičnim značajkama mehaničke konstrukcije LPS-a. Za konstrukcije LPS koje imaju relativno nisku vlastitu frekvenciju, naprezanje unutar konstrukcije LPS je znatno manje nego kod elektrodinamičke sile. U tom slučaju nisu potrebna nikakva laboratorijska ispitivanja za provjeru savijanja vodiča pod pravim kutom, ukoliko su ispunjeni zahtjevi što se tiče površine presjeka vodiča, kakva je dana u ovoj normi. U svim slučajevima u kojima se zahtijeva laboratorijsko ispitivanje (posebno za mekane matarijale), treba uzeti u obzir sljedeće razmatranje. Treba računati s tri parametra prvoga povratnog udara, kao što su trajanje, specifična energija impulsa struje i - ako se radi o krutoj konstrukciji – amplituda struje. Trajanje impulsa struje, u usporedbi s periodom vlastitih mehaničkih oscilacija konstrukcije LPS, određuje mehaničku reakciju konstrukcije u obliku neke vrste pomicanja:
− ako je trajanje impulsa mnogo kraće od periode vlastitih mehaničkih oscilacija konstrukcije LPS (normalni slučaj konstrukcije LPS pogođene udarom munje), njezina masa i elastičnost sprječavaju znatnije pomicanje, a odgovarajuće mehaničko naprezanje je u biti vezano na specifičnu energiju impulsa struje. Vršna vrijednost impulsa struje ima ograničeni učinak.
− ako je trajanje impulsa usporedivo ili veće od periode vlastitith mehaničkih oscilacija konstrukcije LPS, pomicanje konstrukcije je osjetljivije na valni oblik danog naprezanja. U tom se slučaju tijekom ispitivanja mora simulirati vršna vrijednost impulsa struje i njegova specifična energija.
Specifična energija strujnog impulsa određuje naprezanje uzrokujući elastične i plastične deformacije konstrukcije LPS. Vrijede numeričke vrijednosti koje su specifične za prvi udar. Najveće vrijednosti impulsa struje određuju duljinu najvećeg pomaka konstrukcije LPS,
60
ako se radi o krutoj konstrukciji, koja ima visoke vlastite frekvencije titranja. Vrijede numeričke vrijednosti koje su specifične za prvi udar. D.5.3 Spojnice Spojnice dvaju blizih vodiča LPS-a moguća su slaba mjesta zbog pojave vrlo velikih mehaničkih i toplinskih naprezanja. U primjeru kad je spojnica načinjena tako da vodiči čine pravi kut, glavni učinci naprezanja bit će mehaničke sile koje nastoje izravnati vodiče uz razaranje spojnice, zatim sile trenja između spojnice i vodiča, te moguća pojava luka u točkama dodira raznih dijelova. Štoviše, ne treba zanemariti ni učinak zagrijavanja zbog koncentracije struje na maloj površini dodira. Laboratorijska su ispitivanja pokazala da je teško odvojiti pojedine učinke, s obzirom da se radi o složenoj sinergiji. Mehaničku čvrstoću ugrožava lokalno topljenje površine kontakta. Međusobno pomicanje dijelova spojnice doprinosi razvitku luka i potom intenzivnog zagrijavanja itd. Ako nema odgovarajućeg modela, laboratorijska ispitivanja moraju se voditi tako da čim bolje oponašaju odgovarajuće parametre struje munje u najkritičnijoj situaciji: npr. odgovarajući se parametri struje munje moraju upotrijebiti u istom pojedinačnom ispitivanju. U tom slučaju mora se uzeti u obzir tri parametra: npr. vršnu vrijednost, specifičnu energiju i trajanje impulsa struje. Najveće vrijednosti impulsa struje određuju najveću silu ili ako je elektrodinamička vlačna sila veća, odnosno nakon što postane veća od sile trenja, onda te vrijednosti impulsa određuju i najveći pomak LPS konstrukcije. Vrijede numeričke vrijednosti koje su specifične za prvi udar. Kad se uzmu pozitivni udari dobiju se konzervativni podaci. Specifična energija impulsa struje određuje koliko će se zagrijati kontaktne površine, gdje je struja koncentrirana na male površine. Vrijede numeričke vrijednosti koje su specifične za prvi udar. Kad se uzmu pozitivni udari dobiju se konzervativni podaci. Trajanje impulsa struje određuje najveći pomak konstrukcije nakon nadvladavanja sila trenja i ima važnu ulogu u prijenosu topline u materijal. D.5.4 Uzemljivači Stvarni problemi uzemljivača vezani su s kemijskom hrđanjem (korozijom) i meha-ničkim oštećenjima u kojima ne sudjeluju elektrodinamičke sile. U praktičnim slučajevima, erozija uzemljivačke elektrode u korijenu luka ovdje nema nikakvog značenja. Međutim, treba uzeti u obzir da, suprotno nego kod hvataljke, tipičan LPS ima više uzemljivača. Struja munje se grana na nekoliko uzemljivača i tako prouzročuje manje važne učinke u korjenu luka. U ovom se slučaju moraju uzeti u obzir dva glavna ispitna parametra: naboj i trajanje dugotrajnog impulsa struje.
61
Kolika će energija ući u korijen luka određeno je veličinom naboja. Posebice se može zanemariti doprinos prvoga udara jer je za tu sastavnicu najkritičniji dugotrajni udar. Trajanje impulsa struje ima važnu ulogu pri prijenosu topline u materijal. Trajanje strujnih impulsa narinutih tijekom ispitivanja mora biti usporedivo s trajanjem dugo-trajnih udara (0,5 s do 1 s). D.6 Uređaj za zaštitu od udarnog vala (SPD) Učinci naprezanja na SPD zbog munje ovise o vrsti SPD koju se promatra, posebno imaju li ili nemaju iskrište. D.6.1 SPD koje sadrže iskrište Učinci na iskrištu zbog munje mogu se podijeliti na dvije glavne kategorije:
− erozija elektroda iskrišta zbog zagrijavanja, topljenja i isparavanja materijala − mehaničko naprezanje zbog udarnog vala izboja.
Izuzetno je teško istraživati te učinke odvojeno, jer su oba ovisni o glavnim parametrima struje munje čije su međuovisnosti vrlo složene. Laboratorijska ispitivanja iskrišta moraju se voditi tako da se čim bolje oponašaju odgovarajući parametri struje munje u najkritičnijoj situaciji, npr. moraju se u istom pojedinačnom električnom izboju primijeniti odjednom svi odgovarajući parametri. U ovom slučaju treba uzeti u obzir pet parametara, npr. vršnu vrijednost, naboj, trajanje, specifičnu energiju i brzinu porasta struje impulsa. Vršna vrijednost struje određuje žestinu udarnog vala. Vrijede numeričke vrijednosti specifične za prvi udar. Kad se uzmu pozitivni udari dobiju se konzervativni podaci. Naboj određuje veličinu energije koja ulazi u luk i koja će zagrijati, rastopiti i na kraju pretvoriti u paru dio materijala elektrode na mjestu dodira luka. Vrijede numeričke vrijednosti koje se odnose na cijeli udar munje. Posebno se u mnogim slučajevima može zanemariti naboj struje dugotrajnog udara ovisno o sustavu zaštite elektro-energetskog sustava (TN, TT, IT). Način prijenosa topline na masu elektrode i posljedično napredovanje fronte taljenja određeno je trajanjem strujnog impulsa. Specifična energija impulsa struje određuje veličinu sažimanja luka zbog vlastitoga magnetskog polja i fiziku izboja plazme na prijelazu između površine elektrode i luka (koja može otpuhati znatnu količinu rastopljenog materijala). Vrijede numeričke vrijednosti specifične za prvi udar. Kad se uzmu pozitivni udari dobiju se konzervativni podaci. NAPOMENA: Kod iskrišta koja se upotrebljavaju u elektroenergetskim mrežama, važan čimbenik naprezanja je amplituda naknadne pojave struje mrežne frekvencije, što također treba uzeti u obzir.
62
D.6.2 SPD s metal-oksidnim varistorima (MOV) Naprezanje metal-oksidnih varistora zbog munje može se podijeliti na dvije glavne vrste: preopterećenje i izbijanje. Svaka vrsta ima karakteristične kvarove koji potječu od različitih pojava i koje određuju razni parametri. Kvar metal-oksidnog SPD vezan je s najslabijim značajkama i zato nije vjerojatno istodobno djelovanje raznih krajnjih naprezanja. Stoga se čini prihvatljivim obaviti zasebno ispitivanje svakog naprezanja i tako provjeriti ponašanje pri svakoj okolnosti kvara. Kad apsorbirana energija postane veća od apsporpcijske mogućnosti uređaja, nastaju preopterećenja. Taj je višak energije ovisan o samoj veličini udara munje. Međutim, mora se uzeti u obzir da kod SPD-a spojenog na elektroenergetsku mrežu važnu ulogu pri njegovu uništenju može igrati naknadno injektirana struja u uređaj iz mreže odmah nakon prolaza struje munje. Konačno, SPD može biti uništen zbog toplinske nestabilnosti pod naponom ovisnim o negativnom temperaturnom koeficijentu karakteristike napon-struja otpornika. Za simulaciju preopterećenja metaloksidnog varistora mora se računati s jednim glavnim parametrom - nabojem. Koliko će energije ući u metaloksidni otporni blok ovisi o veličini naboja, računajući da je preostali (rezidualni) napon otpornog bloka stalan. Vrijede numeričke vrijednosti koje se odnose na udar munje. Uzrok preskoka i prskanja je amplituda impulsa struje koja nadilazi svojstva otpornika. Kvar se obično očituje vanjskim preskokom duž jarma, a katkad prodre u blok otpornika uzrokujući raspukline ili rupe okomito na jaram. Većinom je kvar vezan uz proboj izolacije jarma otporničkoga bloka. Za simulaciju pojave munje mora se uzeti u obzir dva glavna parametra: najveću vrijednost i trajanje impulsa struje. Najveća vrijednost impulsa struje određuje, putem odgovarajuće razine preostalog napona, je li ugrožena izolacijska čvrstoća na jarmu otpornika. Vrijede numeričke vrijednosti koje su specifične za prvi udar. Konzervativni podaci dobiju se kad se uzmu pozitivni udari. Koliko će vremena trajati naprezanje izolacije na jarmu otpornika određeno je trajanjem impulsa struje. D.7 Zbirni prikaz ispitnih parametara koje treba upotrijebiti pri ispitivanju sastavnica LPS U tablici D.1 dan je zbirni prikaz najkritičnijih aspekata svake sastavnice LPS tijekom ispitivanja njezinih funkcija kao i parametara struje munje koje treba ponoviti pri laboratorijskim ispitivanjima. Numeričke vrijednosti u tablici D.1 odnose se na parametre munje na mjestu udara. Ispitne se vrijednosti moraju izračunati uzevši u obzir dio struje koja se može izraziti uz pomoć koeficijenta grananja, kao što je objašnjeno u odjeljku D.3.
63
Numeričke vrijednosti parametara koji će se upotrebljavati tijekom ispitivanja mogu se stoga izračunati na temelju podataka iz tablice D.1, uz pomoć koeficijenata redukcije ovisno o grananju struje, kao što je opisano u odjeljku D.3.
Dodatak E (obavijesni)
Udarni valovi zbog udara munje u različite točke instalacije
Općenito Za dimenzioniranje vodiča, SPD-ova i uređaja, mora se odrediti opasnost pojave udarnih valova na pojedinim mjestima u instalaciji. Udarni valovi mogu nastati zbog (djelomičnih) struja munje i zbog indukcije na petljama u instalaciji. Opasnost tih udarnih valova mora biti manja od razine otpornosti upotrijebljenih sastavnica (što se, ako je potrebno, određuje odgovarajućim ispitivanjima). E.1 Udarni valovi zbog udara munja u građevinu (izvor štete S1) E.1.1 Udarni valovi koji teku kroz vanjske vodljive dijelove i opskrbne vodove spojene s građevinom Na putu prema zemlji struja se munje grana na pojedine uzemljivače, vanjske vodljive dijelove i opskrbne vodove izravno ili preko SPD-ova koji su na njih spojeni. Ako je efI k I= ⋅ (E.1)
dio struje munje koja je mjerodavna za svaki vanjski vodljivi dio ili vod, onda ke ovisi o:
− broju paralelnih putova, − običnoj impedanciji uzemljenja za uzemljene dijelove ili otporu uzemljenja za
nadzemne dijelove kad su dijelom uzemljeni, − običnoj impedanciji uzemljenja za sustav uzemljivača.
• za instalaciju pod zemljom e1
1 1 22
ZkZZ Z n nZ
=⎛ ⎞
(E.2) + +⎜ ⎟
⎝ ⎠
• za instalaciju iznad zemlje e2
2 2 11
ZkZZ Z n nZ
=⎛ ⎞
+ +⎜ ⎟⎝ ⎠
(E.3)
gdje je: Z - impedancija uzemljenja sustava uzemljivača Z1 - impedancija uzemljenja vanjskih dijelova ili vodova pod zemljom (tablica
E.1) Z2 - otpor uzemljenja sustava uzemljenja nadzemnih vodova. Ako otpor
uzemljenja uzemljenih mjesta nije poznat, može se upotrijebiti vrijednost Z1 iz tablice E.1 (gdje se otpor odnosi na točke uzemljenja).
NAPOMENA U gornjoj je formuli pretpostavljeno da je ta vrijednost jednaka u svakoj točki uzemljenja. Ako nije tako, moraju se upotrijebiti složenije jednadžbe.
n1 je ukupan broj vanjskih dijelova ili vodova pod zemljom n2 je ukupan broj vanjskih nadzemnih dijelova ili vodova I je struja munje mjerodavna za promatranu vrstu LPS.
64
Uz prvobitnu pretpostavku da polovica struje munje teče kroz sustav uzemljivača i da je Z2 = Z1, iznos ke može se izračunati za vanjski vodljivi dio ili vod uz pomoć izraza:
e1 2
0,5( )
kn n
=+
(E.4)
Ako vodovi koji ulaze u građevinu nisu oklopljeni (npr. elektroenergetski i telekomunikacijski vodovi) ili nisu položeni u metalnim kanalima, kroz svaki od n' vodiča teče jednaki dio struje munje:
ee
kkn
′ =′ (E.5)
gdje je n’ ukupan broj vodiča. Za oklopljene vodove čiji je oklop spojen na izjednačivanje potencijala na ulazu u građevinu, jakost struje k’
e u svakom od n' vodiča oklopljenog voda izračunava se uz pomoć izraza:
e Se
S C( )k Rk
n R R⋅′ =
′ ⋅ + (E.6)
gdje je Rs jedinični uzdužni omski otpor oklopa Rc jedinični uzdužni omski otpor unutarnjeg vodiča.
NAPOMENA 3 Ovom formulom moguće je podcijeniti ulogu oklopa pri odvođenju struje munje zbog uzajamnog induktiviteta između žila i oklopa. Tablica E.1 – Impedancija uzemljenja Z i Z1 ovisno o otpornosti tla
ρ
Ωm Z1 Ω
Običan otpor uzemljenja ovisno o vrsti LPS
Z, Ω I II III - IV
<100 8 4 4 4 200 11 6 6 6 500 16 10 10 10 1 000 22 10 15 20 2 000 28 10 15 40 3 000 35 10 15 60
NAPOMENA Vrijednosti u ovoj tablici odnose se na običnu impedanciju uzemljenja vodiča u zemlji u uvjetima udarnog vala (10/350 μs).
65
66
E.1.2 Čimbenici koji utječu na grananje struje munje u elektroenergetskim vodovima U podrobnijim proračunima ima nekoliko čimbenika koji mogu utjecati na amplitudu i valni oblik takvih udarnih valova:
• duljina kabela može utjecati na grananje struje i značajke oblika vala zbog omjera L/R,
• na grananje struje među vodičima može utjecati i razlika impedancija neutralnog i faznih vodiča, NAPOMENA Primjerice, ako je neutralni (N) vodič na više mjesta uzemljen, niža impedancija N vodiča u usporedbi s impedancijom faznih vodiča L1, L2 i L3 može imati rezultat da 50 % struje teče kroz N vodič, a ostatak od 50 % se dijeli na 3 fazna vodiča (17 % svaki). Ako N, L1, L2 i L3 imaju jednake impedancije, kroz svaki vodič teći će približno 25 % struje.
• na grananje struje mogu utjecati različite impedancije transformatora (taj je učinak zanemariv ako je transformator zaštićen SPD-ima koji premošćuju njegovu impedanciju),
• omjer običnog otpora uzemljenja transformatora i uzemljenja dijelova mreže na strani potrošnje može utjecati na grananje struje (čim je impedancija transformatora niža, tim je veća struja udarnog vala koja teče kroz mrežu niskog napona)
• paralelno spojeni potrošači dovode do smanjenja impedancije nisko-naponske mreže što može povećati jakost struje munje koja ulazi u mrežu.
E.2 Udarni valovi mjerodavni za opskrbne vodove spojene na građevinu E.2.1 Udarni valovi zbog udara munja u opskrbne vodove (izvor štete S3) Pri izravnim udarima munja u opskrbne vodove, u obzir treba uzeti grananje struje munje u oba smjera kao i proboj izolacije. Izbor veličine Iimp može se temeljiti na podacima prikazanim u tablici E.2 gdje su odabrane vrijednosti Iimp prikazane ovisno o razini zaštite od munje (LPL). Tablica E.2 – Očekivani udarni strujni valovi zbog udara munja
LPL
Niskonaponske mreže Telekomunikacijski vodovi Udar
munje u opskrbni
vod
Udar munje pokraj
opskrbnog voda
Udar munje pokraj ili u građevinu
Udar munje u opskrbni
vod
Udar munje pokraj
opskrbnog voda
Udar munje pokraj ili u građevinu
Izvor štete S3 (izravni
udar), valni oblik: 10/350 µs
(kA)
Izvor štete S4
(neizravni udar),
valni oblik: 8/20 µs
(kA)
Izvor štete S1 ili S2
(inducirana struja samo
kod S1), valni oblik: 8/20 µs
(kA)
Izvor štete S3 (izravni
udar), valni oblik: 10/350 µs
(kA)
Izvor štete S4 (neizravni
udar), izmjereno: 5/300 µs
(procijenjeno: 8/20 µs)
(kA)
Izvor štete S2
(inducirana struja),
valni oblik: 8/20 µs
(kA)
III-IV 5 2,5 0,1 1 0,01 (0,05) 0,05
I-II 10 5 0,2 2 0,02 (0,1) 0,1
67
Za zaslonjene vodove mogu se vrijednosti udarnih struja prikazane u tablici E.2 smanjiti za koeficijent 0,5.
NAPOMENA Pretpostavlja se da je otpor zaslona približno jednak paralelnom otporu svih opskrbnih vodiča. E.2.2 Udarni valovi zbog udara munja pokraj opskrbnih vodova (izvor štete S4) Udarni valovi zbog udara munja pokraj opskrbnih vodova imaju manju energiju od udara u opskrbne vodove (izvor štete S3). Očekivane jakosti udarnih struja za određenu razinu zaštite od munje (LPL) dane su u tablici E.2. Za zaslonjene vodove mogu se jakosti udarnih struja dane u tablici E.2 smanjiti za koeficijent 0,5. E.3 Udarni valovi zbog indukcije (izvor štete S1 or S2) Udarni val zbog indukcije od elektromagnetskog polja, koji nastaje zbog blizih udara munja (izvor S2) ili zbog struje munje koja teče kroz vanjski LPS ili prostorni zaslon LPZ 1 (izvor S1) ima tipičan valni oblik struje 8/20 μs. S takvim udarnim valovima treba računati na stezaljkama uređaja ili blizu njih unutar LPZ 1 kao i na granici LPZ 1/2. E.3.1 Udarni valovi unutar nezaslonjene LPZ 1 Unutar nezaslonjene LPZ 1 (npr. zaštićene samo vanjskim LPS prema HRN EN 62305-3 sa širinom oka mreže većom od 5 m) mogu se očekivati relativno veliki udarni valovi zbog indukcije od strane neprigušenoga elektromagnetskog polja. Očekivane vrijednosti udarne struje, ovisno o navedenoj razini zaštite od munje (LPL) prikazane su u tablici E.2. E.3.2 Udarni valovi unutar zaslonjenih zona zaštite (LPZ) Unutar LPZ-a koje imaju učinkovite prostorne zaslone (zahtijevane širine oka mreže ispod 5 m prema Dodatku A, HRN EN 62305-4), jako je smanjen nastanak udarnih valova zbog indukcije od elektromagnetskog polja. U takvim su slučajevima udarni valovi mnogo niži od onih danih u E.3.1. Uutar LPZ 1 su učinci indukcije manji zbog prostornog zaslona koji prigušuje elektromagnetsko polje. Unutar LPZ 2 su udarni valovi još manji zbog kaskadnog učinka prostornih zaslona zona LPZ 1 i LPZ 2.
68
E.4 Opće obavijesti o SPD uređajima Upotreba SPD uređaja ovisi o njihovoj izdržljivosti, klasificiranoj u IEC 61643-1 [6] za elektroenergetske mreže, a u IEC 61643-21 za telekomunkacijske mreže. SPD koji će se upotrijebiti prema mjestu u instalaciji jesu: a) Na ulazu voda u građevinu (na granici zone LPZ 1, npr. na glavnoj razdjelnoj ploči (MB)):
• SPD ispitani strujom Iimp (tipičan valni oblik 10/350, npr. SPD ispitan prema klasi I);
• SPD ispitani strujom In (tipičan valni oblik 8/20, npr. SPD ispitan prema klasi II).
b) Blizu uređaja koji treba zaštititi (na granici zone LPZ 2 i viših zona, npr. na sekundarnom razdjelniku (SB), ili na utičnici (SA)):
• SPD ispitani strujom In (tipičan valni oblik 8/20, npr. SPD ispitan prema klasi II);
• SPD ispitan kombiniranim valom (tipičan valni oblik struje 8/20, npr. SPD ispitan prema klasi II).
69
Izvori
[1] IEC 60664-1:1992, Usklađivanje izolacije za opremu u niskonaponskim mrežama – 1. dio: Načela, zahtjevi i ispitivanja
[2] IEC 61000-4-5:1995, Elektromagnetska spojivost (EMC) – 4-5. dio: Tehnika
ispitivanja i mjerenja – Ispitivanje otpornosti na udarne valove [3] Berger K., Anderson R.B., Kröninger H., Parametri udara munja. CIGRE
Electra No 41 (1975), p. 23 – 37 [4] Anderson R.B., Eriksson A.J., Parametri munja u inženjerskoj praksi. CIGRE
Electra No 69(1980), p. 65 - 102 [5] Izvještaj IEEE radne skupine, Procjena otpornosti prijenosnih vodova na
atmosferska izbijanja II, 1992 [6] IEC 61643-1:2005, Niskonaponski uređaji za zaštitu od udarnih valova – 1. dio:
Uređaji za zaštitu od udarnih valova spojeni na niskonaponsku razdjelnu mrežu – Zahtjevi i ispitivanja
[7] IEC 61643-12:2002: Niskonaponski uređaji za zaštitu od udarnih valova – 12.
dio: Uređaji za zaštitu od udarnih valova spojeni na niskonaponsku razdjelnu mrežu – Izbor i načela upotrebe
