Odstęp izolacyjny systemu ochrony odgromowej (IEC 62305-3) — dlaczego zwód pionowy nie może stać zbyt blisko metalu

Przewodnik o analizie ryzyka według IEC 62305-2 omawia poprzedni krok: czy, i przy jakiej klasie ochrony (LPL), potrzebny jest system ochrony odgromowej (LPS). Ten artykuł omawia kolejny, zorientowany na instalację krok z IEC 62305-3: jaki odstęp musi zachować zwód lub przewód odprowadzający tego LPS od części przewodzących budynku lub od samej instalacji, aby zapobiec groźnemu przeskokowi iskrowemu.

Problem: prąd piorunowy może przeskoczyć na pobliskie części metalowe

Gdy przewód odprowadzający systemu ochrony odgromowej przewodzi część prądu piorunowego do ziemi, na długości tego przewodu powstaje znaczna różnica potencjałów — skutek bardzo szybkiej zmiany prądu (wysokie di/dt) w połączeniu z indukcyjnością własną przewodu. Jeśli w niewielkiej odległości znajduje się część przewodząca niewłączona do LPS (na przykład rynna, kanał wentylacyjny lub przewód elektryczny), ta różnica potencjałów może spowodować groźny przeskok iskrowy (przeskok boczny) z przewodu odprowadzającego na tę część — z ryzykiem pożaru lub uszkodzenia sprzętu.

Wzór na odstęp izolacyjny

IEC 62305-3 §6.3 określa dlatego minimalny odstęp izolacyjny (s) między zewnętrznym LPS a pobliskimi częściami przewodzącymi:

s = ki × (kc / km) × l

• ki zależy od wybranej klasy LPL (zob. przewodnik o analizie ryzyka): 0,08 dla klasy I, 0,06 dla klasy II i 0,04 dla klasy III/IV — im wyższa klasa ochrony, tym większy wymagany odstęp izolacyjny przy tej samej długości.
• km zależy od materiału izolacyjnego między LPS a pobliską częścią przewodzącą: 1,0 dla powietrza i 0,5 dla stałych materiałów izolacyjnych, takich jak beton lub mur (powietrze izoluje więc lepiej niż ściana — mniejsza wartość km wymaga większego odstępu izolacyjnego).
• kc zależy od rozkładu prądu na liczbę przewodów odprowadzających: przy jednym przewodzie odprowadzającym przewodzi on cały prąd piorunowy (kc bliżej 1), podczas gdy przy wielu, wzajemnie połączonych przewodach odprowadzających prąd się rozdziela, a kc jest niższe.
• l to długość, mierzona wzdłuż przewodu odprowadzającego, od punktu, w którym rozważany jest odstęp izolacyjny, do najbliższego punktu połączenia wyrównawczego (punktu uziemienia lub głównej szyny wyrównawczej).

Uwaga: ten artykuł omawia zasadę obliczeniową z IEC 62305-3 na podstawie niezależnie zweryfikowanych źródeł. Dokładne wartości kc dla poszczególnych konfiguracji (liczba przewodów odprowadzających, przewód pierścieniowy) znajdują się w tabelach pełnej normy — przy konkretnym projekcie zawsze należy skonsultować pełny tekst IEC 62305-3 pod kątem dokładnych wartości tabelarycznych.

Co jeśli wymagany odstęp izolacyjny nie jest osiągalny?

Jeśli obliczony odstęp izolacyjny nie jest w praktyce osiągalny — na przykład ponieważ konstrukcja dachowa z metalową balustradą znajduje się zbyt blisko zwodu pionowego — istnieją dwa powszechne rozwiązania:

1. Bezpośrednie połączenie pobliskiej części przewodzącej z LPS (staje się ona wówczas częścią samego systemu ochrony, a nie zagrożeniem dla niego);
2. Zwiększenie odstępu izolacyjnego poprzez zwiększenie liczby przewodów odprowadzających (co zmniejsza kc) lub skrócenie drogi do punktu wyrównawczego (co zmniejsza l).

Praktyczne znaczenie

Przy projektowaniu lub ocenie zewnętrznego systemu ochrony odgromowej nie wolno pomijać kontroli odstępu izolacyjnego po ustaleniu już liczby i pozycji przewodów odprowadzających: LPS, który na papierze spełnia właściwą klasę LPL (zob. przewodnik o analizie ryzyka), może nadal być niebezpieczny, jeśli przewody odprowadzające przebiegają zbyt blisko metalowych elementów elewacji, przejść dachowych lub przewodów elektrycznych bez ich włączenia do systemu lub zwiększenia odstępu.

Najczęstsze błędy

1. Pomijanie obliczenia odstępu izolacyjnego ponieważ analiza ryzyka (IEC 62305-2) została już wykonana — to dwa osobne kroki: jeden określa, czy i przy jakiej klasie potrzebny jest LPS, drugi jak bezpiecznie rozmieścić system zewnętrzny.
2. Zakładanie km = 1,0 (powietrze), gdy przewód odprowadzający biegnie wzdłuż murowanej elewacji lub przez betonową ścianę — dla stałych materiałów izolacyjnych obowiązuje niższa wartość km = 0,5, co wymaga większego odstępu izolacyjnego.
3. Niepodłączanie pobliskiej części przewodzącej (rynna, balustrada, kanał wentylacyjny) i jednoczesne niezwiększanie odstępu izolacyjnego — pozostawia to nierozwiązane ryzyko przeskoku.
4. Zakładanie, że więcej przewodów odprowadzających zawsze jest lepsze bez wykorzystania obniżenia kc — zwiększenie liczby wzajemnie połączonych przewodów odprowadzających jest właśnie jednym z dwóch powszechnych sposobów zmniejszenia wymaganego odstępu izolacyjnego.

Powiązane

• Ochrona odgromowa — analiza ryzyka i klasa LPL (IEC 62305-2)
• Ochrona odgromowa konstrukcji szklarniowych
• Ochrona przeciwprzepięciowa (SPD) — §443
• Połączenia wyrównawcze z obcymi częściami przewodzącymi