Strefy ochrony odgromowej (LPZ) — dlaczego lokalizację SPD określa podział na strefy, a nie tylko sama instalacja

Poradnik o odległości separacji i zewnętrznym systemie ochrony odgromowej opisuje zewnętrzną ochronę odgromową (system zwodów, przewody odprowadzające, uziemienie). Poradnik o koordynacji energetycznej SPD opisuje, jak ograniczniki przepięć typu 1 i typu 2 są ze sobą koordynowane. Ten artykuł omawia koncepcję leżącą u podstaw obu poradników: strefy ochrony odgromowej (LPZ) według IEC 62305-4, które określają, gdzie w instalacji jaki rodzaj ochrony jest potrzebny.

Koncepcja: elektromagnetyczny klimat piorunowy maleje strefami

IEC 62305-4 opisuje ochronę systemów elektrycznych i elektronicznych przed impulsem elektromagnetycznym pioruna (LEMP) poprzez podział budynku i jego otoczenia na kolejne strefy, gdzie każda następna strefa ma znacznie niższy poziom zagrożenia niż poprzednia — zarówno dla bezpośredniego prądu uderzenia pioruna, jak i dla pola elektromagnetycznego oraz indukowanych przez nie przepięć:

• LPZ 0A: niechroniony obszar zewnętrzny, bezpośrednio narażony na możliwe bezpośrednie uderzenie pioruna oraz na pełne, nietłumione pole elektromagnetyczne uderzenia pioruna.
• LPZ 0B: również obszar zewnętrzny, ale chroniony przed bezpośrednim uderzeniem przez system zwodów zewnętrznego systemu ochrony odgromowej (LPS) — patrz powiązany poradnik — podczas gdy pełne pole elektromagnetyczne jest tutaj nadal obecne.
• LPZ 1: zwykle wnętrze budynku, gdzie obudowa budowlana oraz celowe, ciągłe wyrównanie potencjałów wszystkich metalowych części i przewodów przekraczających granicę strefy (patrz niżej) już znacznie zmniejszają zarówno składową prądową, jak i pole elektromagnetyczne.
• LPZ 2 i wyższe: strefy położone jeszcze głębiej wewnątrz (na przykład okablowana, metalowa obudowa lub specjalnie ekranowane pomieszczenie), gdzie dodatkowe ekranowanie, wyrównanie potencjałów i SPD dalej obniżają poziom — przeznaczone dla najbardziej wrażliwego sprzętu elektronicznego.

Dlaczego każda granica strefy jest punktem wyrównania potencjałów i/lub SPD

Podstawową zasadą podziału LPZ jest to, że każdy przewodnik przechodzący ze strefy o wyższym zagrożeniu do strefy o niższym zagrożeniu — kabel zasilający, kabel danych, metalowa rura — tworzy potencjalną drogę, którą prąd piorunowy lub indukowane przepięcie ze strefy wyższej może nadal przeniknąć do strefy niższej, lepiej chronionej, chyba że na tej granicy strefy zastosowane zostanie wyrównanie potencjałów (bezpośrednie połączenie metalowych, nieprądowych części) oraz, dla przewodów prądowych, SPD. Jest to dokładnie logika leżąca u podstaw koordynacji typów SPD opisanej w poradniku o koordynacji energetycznej SPD: SPD typu 1 powinien znajdować się na przejściu z LPZ 0 do LPZ 1 (na przykład rozdzielnica główna przy wejściu kabla zasilającego, gdzie nadal może wystąpić część bezpośredniego prądu piorunowego), SPD typu 2 na kolejnej granicy strefy (na przykład LPZ 1 do LPZ 2, jak rozdzielnica obwodowa w głębi instalacji), a ewentualnie SPD typu 3 jeszcze bliżej wrażliwego urządzenia końcowego.

Dlaczego to więcej niż tylko rozmieszczenie SPD

Choć koordynacja SPD jest najbardziej widocznym zastosowaniem koncepcji LPZ, podejście strefowe IEC 62305-4 wyraźnie obejmuje również środki niezwiązane z SPD: efekt ekranujący samej konstrukcji budowlanej (na przykład żelbet lub metalowa elewacja), prowadzenie kabli (najlepiej nie tuż przy zewnętrznej powłoce strefy wyższej) oraz wyrównanie potencjałów wszystkich metalowych rur i koryt kablowych przekraczających granicę strefy — nie tylko przewodów prądowych. Instalacja, w której umieszczono jedynie SPD bez uporządkowania pozostałego wyrównania potencjałów na granicy strefy, nie osiąga pełnego stopnia ochrony zamierzonego przez koncepcję LPZ.

Uwaga: dokładna liczba stref, lokalizacja granic stref oraz wymagane środki SPD i wyrównania potencjałów dla każdej granicy wynikają z oceny ryzyka konkretnej instalacji (patrz również poradnik o analizie ryzyka ochrony odgromowej) oraz projektu systemowego według IEC 62305-4; ten artykuł omawia podstawową koncepcję stref, a nie gotowy projekt stref dla każdej instalacji.

Znaczenie praktyczne

Przy ocenie ochrony przepięciowej instalacji warto najpierw zidentyfikować granice LPZ budynku — gdzie kabel przechodzi z zewnątrz (LPZ 0) do wewnątrz (LPZ 1), i czy dalej w instalacji występują kolejne przejścia strefowe do wrażliwego sprzętu (LPZ 2)? — zanim określone zostaną SPD. SPD umieszczony na niewłaściwej granicy strefy lub granica strefy, na której SPD jest obecny, ale konsekwentne wyrównanie potencjałów pozostałych części metalowych nie jest wykonane, nie zapewnia ochrony zakładanej przez podział na strefy.

Częste błędy

1. Określanie SPD bez wcześniejszego zidentyfikowania granic stref LPZ instalacji — właściwy typ i lokalizacja SPD wynikają z chronionego przejścia strefowego, a nie ze stałej reguły praktycznej.
2. Wyrównywanie potencjałów lub instalowanie SPD tylko na przewodach prądowych na granicy strefy, a zapominanie o metalowych rurach/korytach kablowych przekraczających tę samą granicę — stanowią one równie realną drogę dla przewodzonego przepięcia lub sprzężonego pola.
3. Mylenie LPZ 0B z w pełni chronioną strefą — system zwodów chroni przed uderzeniem bezpośrednim, ale pole elektromagnetyczne uderzenia pioruna gdzie indziej jest w LPZ 0B nadal w pełni obecne.
4. Zakładanie, że samo umieszczenie SPD jest wystarczające, bez zastosowania pozostałych, niezwiązanych z SPD środków koncepcji LPZ (ekranowanie, prowadzenie kabli, wyrównanie potencjałów).

Powiązane

• Ochrona odgromowa — odległość separacji i zewnętrzny system ochrony odgromowej (LPS)
• Koordynacja energetyczna SPD — typ 1 i typ 2 (IEC 61643)
• Ochrona odgromowa — analiza ryzyka według IEC 62305
• Ochrona odgromowa szklarni