Wielostopniowa ochrona przed przepięciami instalacji elektrycznych i teletechnicznych w obiektach budowlanych na podstawie norm z serii PN-EN 62305

fot. DEHN

Wprowadzone w Europie nowe normy z zakresu ochrony odgromowej zmieniły podejście do zagadnień ochrony przeciwprzepięciowej w obiektach budowlanych. Podstawą doboru środków ochrony stała się analiza ryzyka przeprowadzana zgodnie z normą EN-62305-2. Ważnym zapisem tej normy jest również zwrócenie uwagi na konieczność koordynacji poszczególnych stopni ochrony, tak aby nie dochodziło do uszkodzeń sprzętu elektronicznego mimo stosowania środków ochronnych.

Przyjęcie w roku 2006 przez kraje Wspólnoty Europejskiej nowych norm dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych spowodowało również zmianę w zakresie podejścia do ochrony przed przepięciami urządzeń elektrycznych i elektronicznych stanowiących wyposażenie obiektu. W roku 2010 nastąpiła zamiana i poszczególne arkusze normy zostały zastąpione poprzez wydanie drugie (Ed. 2) . W Polsce nowe arkusze normy zostały ustanowione przez PKN w roku 2011 (arkusze 1, 3, 4) oraz 2012 (arkusz 2). Edycja druga normy przyjęta została jako Polska Norma w języku oryginału.

Do zmian wprowadzanych przez nowe normy z serii EN-62305 zaczęto również dopasowywać normy z zakresu instalacji elektrycznych oraz normy ITU dotyczące instalacji teleinformatycznych.

Analiza ryzyka – ocena zagrożeń

Norma EN-62305 w zakresie ochrony odgromowej zmieniła podejście do toku postępowania przy projektowaniu decyzji o doborze środków ochrony dla obiektu. Podstawą do oceny czy dany obiekt powinien zostać wyposażony w urządzenie piorunochronne, czy też wystarczą inne środki zmniejszające poziom ryzyka poniżej wartości dopuszczalnej jest analiza rynkowa. Podstawowym ryzykiem, z którym musi się zmierzyć projektant to ryzyko R1 związane z utratą życia ludzkiego. Dla obiektu można również analizować ryzyko R2, związane utratą usługi publicznej, ryzyko R3 – związane z utratą dziedzictwa kulturowego oraz ryzyko R4 – związane z utratą wartości materialnej. Aby móc wyliczyć wartość ryzyka R należy zdefiniować i obliczyć jego komponenty zależne od źródla i typu uszkodzenia. W przypadku ryzyka R1 należy uwzględnić wszystkie 8 komponentów. Komponenty mogą być związane z porażeniem istot żywych napięciami dotykowymi i krokowymi, fizycznymi uszkodzeniami obiektu – zainicjowanie pożaru, awarią systemów elektrycznych i elektronicznych wskutek oddziaływania LEMP.

O ile wymóg wyposażenia budynku w urządzenie piorunochronne nie wynika z odpowiednich przepisów władz krajowych lub towarzystw ubezpieczeniowych projektant zobowiązany jest na podstawie analizy ryzyka dla danego obiektu dobrać odpowiednie środki minimalizująceryzyko poniżej wartości granicznej dopuszczalnej przez normę. Jednym ze środków pozwalających zminimalizować komponenty ryzyka związane z awarią układów elektrycznych i elektronicznych wewnątrz obiektu spowodowaną przez LEMP jest zastosowanie skoordynowanego układu SPD (ograniczników przepięć). Pod tym pojęciem należy rozumieć zestaw właściwie dobranych, skoordynowanych i zainstalowanych SPD w celu redukcji awarii układów elektrycznych i elektronicznych.

Rys.1. Źródła uszkodzenie i związane z nimi komponenty ryzyka

W budynkach z nieskoordynowanymi SPD może powstać uszkodzenie urządzenia elektronicznego, jeżeli SPD od strony odbiorów lub SPD w obrębie urządzenia przeszkodzi prawidłowemu działaniu SPD na wejściu urządzenia usługowego. W złożonych układach elektrycznych i elektronicznych, przy doborze i instalowaniu właściwego układu skoordynowanych SPD, muszą być brane pod uwagę zarówno obwody elektroenergetyczne, jak i sygnałowe.

W celu zapewnienia skuteczności przyjętych środków ochrony konieczne jest udokumentowanie lokalizacji wszystkich zainstalowanych SPD. Przy zastosowaniu rodzin skoordynowanych SPD, producent SPD powinien wykazać, że koordynacja jest osiągnięta.

Stąd też w niektórych zaleceniach branżowych, aby uniknąć problemów z prawidłowym działaniem poszczególnych stopni ochrony, zapisano, że w obiekcie należy stosować skoordynowany system SPD pochodzący od jednego producenta ( rodzina produktów).

Dobór najbardziej odpowiednich środków ochrony przed LEMP powinien być dokonywany na podstawie oceny ryzyka zgodnie z IEC 62305-2, przy uwzględnieniu czynników technicznych i ekonomicznych.

W ramach analizy ryzyka dla obiektu w normie EN-62305-2 wprowadzone zostało pojęcie PSPD – prawdopodobieństwa awarii układu wewnętrznego z zainstalowanymi SPD. Wartości współczynnika PSPD zależą od przyjętego poziomu ochrony odgromowej (LPL), któremu przyporządkowano SPD o odpowiednich parametrach.

Tabela 1. Wartość prawdopodobieństwa PSPD w zależności od LPL, któremu zostały przyporządkowane SPD:

Przyjęcie mniejszych wartości PSPD jest możliwe w przypadku zainstalowania SPD mających lepsze charakterystyki ochronne (większą wytrzymałość prądową, niższy poziom ochrony itp.) w porównaniu z wymaganymi podanymi dla LPL I.

Przyjęto tutaj, że następuje podział rozpływu prądu piorunowego w stosunku 50/50% – połowa prądu pioruna wnika w uziemienie systemu ochrony piorunochronnej rozpatrywanego budynku, druga połowa w instalacje przewodzące wchodzące do budynku. W najgorszym przypadku (gdy inne instalacje wykonane są z materiałów nieprzewodzących ) połowa prądu piorunowego może wpłynąć do instalacji elektrycznej. Stąd też wielobiegunowy ogranicznik przepięć na wejściu instalacji elektrycznej do budynku z urządzeniem piorunochronnym musi wytrzymać udar prądu o amplitudzie 100 kA w przypadku LPL I lub 50 kA w przypadku LPL III-IV.

Pomoc w zakresie analizy ryzyka może zapewnić projektantowi program DEHNsupport , który znacznie ułatwia i skraca czas obliczeń oraz umożliwia w prosty sposób dokonanie wielowariantowej analizy doboru środków ochrony pod kątem technicznym oraz ekonomicznym.

Rys. 2. Podział rozpływu prądu piorunowego po uderzeniu w budynek