Razlika med izoliranim in neizoliranim sistemom zaščite pred delovanjem strele

Udari strele so nevarni za ljudi in njihovo premoženje. Naprave ali metode, ki bi delovale tako, da bi preprečevale udare strele, ne obstajajo. Zato je pomembna uporaba sistemov zaščite pred delovanjem strele. Ta dokazano zmanjšuje možnost nastanka škode in poškodb. Pri izdelavi sistema zaščite pred delovanjem strele naletimo na dilemo, kako ustrezno zaščititi izpostavljene električne naprave, ki se nahajajo na strehah objektov. Njihova zaščita se izdeluje na dva načina, in sicer na izoliran ali pa neizoliran način. Razlike med načinoma izvedbe zaščite so pogosto nejasne, kar lahko privede do neustrezne izbire zaščite, s tem pa do okvar na električnih napravah.

Za lažje razumevanje delovanja, s tem pa razlik med načinoma izvedbe zaščite pred delovanjem strele smo izdelali model za posamezni način izvedbe zaščite in nato simulirali udar strele vanj. Izdelava modelov in simulacije so potekale v programskem orodju Matlab/Simulink, ki je numerična računska platforma za analizo podatkov, razvoj algoritmov in ustvarjanje modelov.

Časovni poteki toka glede na zaporedno število udara in naboj strele so standardizirani. V našem primeru smo simulirali tok prvega pozitivnega udara strele. Model generatorja smo sestavili na podlagi časovne funkcije toka za to vrsto strele ter je določen s standardom SIST EN 62395-1 in prikazan na sliki 1. V enačbi smo uporabili parametre za preizkušanje zaščite IV. zaščitnega nivoja, s tem pa dobili največjo vrednosti toka strele 100 kA.

S tem tokom smo nato simulirali udar strele v posamezni model izvedbe zaščite. Pri izdelavi modelov smo kot strelovodni vodnik uporabili matematični model voda, imenovan π-sekcijski vod. S tem smo lahko poleg upornosti upoštevali tudi induktivnosti strelovodnih vodnikov.

Model neizoliranega sistema je prikazan na sliki 2. Pri neizoliranem sistemu se električne naprave in sistem zaščite povežejo skupaj. S tem preprečimo nastanek nevarno velikih razlik med njunima potencialoma. Ker pa je električna naprava povezana na sistem zaščite, ni zaščitena pred neposrednim udarom strele. To smo tudi simulirali, pri čemer je bila točka udara strele električna naprava, na kateri se je potencial dvignil na 173,98 kV, potencial pri tleh objekta pa na 159,72 kV. Tako ugotovimo, da se na električni napravi, ki je ozemljena z enako ozemljitvijo, pojavi padec napetosti približno 14 kV, kar bi napravo zagotovo uničilo. Poleg tega pa bi preko električne povezanosti naprave te nevarne napetosti prešle v notranjost objekta ter tam povzročile dodatno škodo ali poškodbe ob prisotnosti ljudi.

Izoliran sistem temelji na električni izoliranosti predmeta ščitenja od sistema zaščite pred delovanjem strele. Tako predmeta ščitenja tukaj ne smemo povezati s sistemom zaščite na strehi, ampak moramo med njima zagotoviti ločilno razdaljo. To je najkrajša varna razdalja med njima, pri kateri ne bo prišlo do preskoka. Poleg tega pa se zaščita izvede tako, da neposreden udar strele v predmet ščitenja preprečimo z lovilnimi palicami.

Pri simulaciji je bila ta lovilna palica točka udara strele. Iz rezultatov simulacije razberemo, da je električni potencial nasploh večji. Njegova vrednost v točki udara je 263,3 kV, pri tleh pa 169,8 kV. Večji potencial je posledica manjšega števila vzporednih poti toka v zemljo, saj pri neizoliranem sistemu električne povezave naprav služijo kot dodatne vzporedne poti toka strele v zemljo. Električni potencial naprave se prav tako dvigne na 169,8 kV, kar pomeni, da ni potencialne razlike med ozemljitvijo in napravo. Predmet ščitenja pri izoliranem sistemu je vselej varen, saj se zaradi električne izoliranosti ne pride do preskoka zaradi velike razlike med potencialoma.

Pri neizoliranem sistemu smo ugotovili, da s povezavo predmeta ščitenja sicer preprečimo nastanek velikih razlik med potenciali, ampak s tem električni potencial, ki nastane pri udaru strele, prenesemo na sam predmet ščitenja. Tako na napravi nastane velik padec napetosti, kar privede do njene okvare. Če je ta naprava električno povezana z notranjostjo objekta, nevarno veliki toki preidejo še v notranjost objekta, kjer lahko povzročijo dodatno škodo na napravah ali poškodbe prisotnih ljudi. Pri izoliranem sistemu pa so poleg objekta samega zaščitene tudi izpostavljene električne naprave. Izoliran sistem preprečuje možnost neposrednega udara strele v predmet ščitenja. Prestrežene toke pa nato prevede do izenačitve po električno izolirani poti. Sodobni objekti imajo nemalokrat na strehi nameščene občutljive elektronske naprave, kot so prezračevalni sistemi, sončne elektrarne, komunikacijske antene, ki so tako bolj izpostavljene poškodbami oziroma uničenju. Če so te naprave zaščitene z izolirano izvedbo zaščite pred delovanjem strele, so varne. Seveda pa lahko prenapetosti v objekt pridejo tudi po prenosnih vodih, ki vodijo v objekt. Zato je za popolno zaščito naprav in ljudi treba vgraditi tako zunanjo oziroma strelovodno zaščito kot notranjo oziroma prenapetostno zaščito.

→ Celoten članek je objavljen v Elektrotehniški reviji številka 1/2023

Avtor:
Rok Repas dipl. inž. el.

Ne spreglejte pa tudi strokovnih predstavitev:

NOVA PRAVILNIKA in TEHNIČNI SMERNICI za nizkonapetostne inštalacije in zaščito pred delovanjem strele – Vse na enem mestu

Zaščita pred delovanjem strele in prenapetostna zaščita – Novi Pravilnik in Tehnična smernica

OBVEZNO zagotavljanje in preverjanje varnosti delovanja SONČNIH ELEKTRARN – Nova zakonodaja in nove Tehnične smernice

Obratovanje in vzdrževanje električnih inštalacij in postrojev – v skladu s predpisi in slovenskim standardom SIST EN-50110 – Obveznosti delodajalca in delojemalca za varno delo na električnih inštalacijah in postrojih ter obvezni INTERNI PRAVILNIKI