Poniższy artykuł, którego autorem jest Rafał Budniok, ukazał się w magazynie Fachowy Elektryk, w numerze: 4/2014r.

Są takie obiekty, w przypadku których kluczowe jest aby zwodzenie prądów piorunowych nie było tylko skuteczne i bezpieczne, ale gdzie bezpieczeństwo ludzi i sprzętu ma wymiar nadrzędny. Niech za przykłady posłużą tutaj: dachy centrów handlowych będące ogródkami kawiarni, zwykle pełnymi ludzi; organy drewnianego kościoła, wymagające strojenia po każdym uderzeniu pioruna; centra przetwarzania informacji, oparte o magnetyczne nośniki danych; czy też biurowce ze stali i szkła. Wszędzie tam sprowadzenie przechwyconych prądów piorunowych tradycyjnymi przewodnikami jest niewystarczające.


Prawdą jest, że można stosować rury grubościenne do prowadzenia zwodów odprowadzających. Jest to jednak połowiczne rozwiązanie. Nie dość, że mało estetyczne, to przy niezbyt giętkich rurach, możliwości ich prowadzenia są mocno ograniczone. Co jednak najważniejsze rury te w żadnym stopniu nie zapobiegają powstawaniu silnego pola elektromagnetycznego wokół sprowadzającego prąd piorunowy zwodu, a to jest właśnie istota zagadnienia.

Rys. 1 – Przewód odprowadzający Ericore

W swojej praktyce, ostatnim przykładem, w którym mierzyłem się z sytuacją, gdzie konstruktor poszukiwał rozwiązania tego problemu, był most autostradowy w Mszanie (w biegu A1). Projektant chciał aby system ochrony odgromowej był nie tylko bezpieczny dla przemierzających most samochodów, ale także aby wyładowania atmosferyczne spływając do ziemi nie powodowały indukcji prądów na cięgnach podtrzymujących most. Zjawisko to w długim terminie z pewnością doprowadziłoby do ograniczenia żywotności cięgien a przez to do znacznego wzrostu kosztów przyszłych remontów. Pełna fizyczna separacja zwodów – również w kwestii indukcji pola elektromagnetycznego – była więc kluczowa. Bezkompromisowym rozwiązaniem został przewód odprowadzający Ericore od Erico.

Kabel Ericore jest ekranowanym i izolowanym przewodem odprowadzającym prąd piorunowy do uzieminia. Zapewnia przy tym minimalizację ryzyka przeskoku iskry, a unikalna półprzewodnikowa osłona zewnętrzna, wraz ze obejmami mocującymi przewód, pozwala na elektrostatyczne połączenie przewodu z obiektem chronionym. Przewód ten zbudowany jest z materiałów dielektrycznych, które zapewniają równowagę pojemnościową w warunkach silnego impulsu, a przy tym zapewniają trwałość izolacji.

Zwód ten został zaprojektowany z myślą o spełnieniu 4 wymagań:

  1. niskiej induktancji na jednostkę długości,
  2. niskiej impedancji udarowej,
  3. starannie kontrolowanej wewnątrz dystrybucji pola elektromagnetycznego w celu zminimalizowania oddziaływania na pole w warunkach impulsu prądu,
  4. redukowaniu napięcia zwodzonego poprzez specjalną konstrukcję górnej głowicy przewodu.

Rys. 2 – Most w Mszanie- autostrada A1

 

W przypadku klasycznych przewodów induktancję wynoszącą 1,6 μH/m uznaje się za małą. Jednak, jeśli przyjmiemy prąd narastający z prędkością 1010 A na sekundę i pojedynczy 60. metrowy odcinek przewodu, to napięcie na nim, będące spływającym średnio-silnym wyładowaniem, przekroczy 1 MV. Dla porównania induktancja Ericore wynosi 22 nH/m, czyli ponad 70 razy mniej. Sytuacja jest analogiczna w przypadku porównania każdej z 3 faz trwania zejścia prądów piorunowych. Przedstawia to Wykres 1 i Tabela 1.

Wykres 1 – Natężenie prądu piorunowego w czasie – typowy przebieg udaru piorunowego

 

Tabela 1 – Charakterystyka przewodu Ericore

Cecha:

Wartość:

Impedancja charakterystyczna [Ω] 4,5
Induktancja [nH/m] 22
Kapacytancja [pF/m] 1100
Pole przekroju przewodnika [mm2] 55
Oporność RDC [mΩ/m] 0,5
Oporność Rimpulsowa [mΩ/m] (ze względu na efekt naskórkowości) 6
Wytrzymywane napięcie przez górną głowicę przewodu [kV] 250
Waga [kg/m] 1,2
Średnica [mm] 36

Rys. 3 – Wieża do spalania gazu

W kwestii awaryjności przewodu – przebicia w powietrzu przy  nominalnym natężeniu pola elektrycznego 3MV/m i napięciu końcowym 250 kV – producent wylicza, że maks. wartość prądu piorunowego będzie przekraczana tylko przy ok. 5% wyładowań. Co, przy średniej ilości wyładowań w Polsce w ilości 2,7 na km2,  daje średni wynik 1 awarii na około 50 lat. Ogólnie też, można przyjąć, że przewód ten gwarantuje ekwiwalent 4,5 m odstępu separacyjnego w powietrzu dla klasycznego przewodnika.

Rys. 4 – Siedziba Nextel i wieża telekomunikacyjna

Dodać trzeba, że Ericore jest elementem Systemu 3000, będącego zaawansowanym rozwinięciem systemów pasywnych w ochronie odgromowej,  do zapoznania się z czym zachęcam po za niniejszym artykułem.

Podsumowując

Zaprezentowana wyżej technologie zwodzenia prądów piorunowych pozwala spojrzeć w zupełnie nowy sposób na problemy ochrony odgromowej w miejscach, wymagających maksymalnego bezpieczeństwa.

Zastosowanie zwodów Ericore jest bezkonkurencyjne poprzez:

  • minimalizację ryzyka przeskoku iskry,
  • minimalizację ryzyka wewnętrznej usterki dielektryka,
  • brak generowania impulsu pola elektromagnetycznego,
  • pełne bezpieczeństwo dla ludzi i pracy wrażliwego sprzętu,
  • możliwość zastosowania pojedynczego przewodu – jako rozwiązania zamierzenie ponadnormatywnego,
  • łatwość instalacji i prowadzenia,
  • minimalne nakłady konserwacyjne.

Zwody Ericore pozwalają „zapomnieć” projektantom, inwestorom i użytkownikom o wielu popularnych problemach, pozwalając im skupić się na istocie chronionych obiektów.

 

Referencje Ericore – również jako całego Systemu 3000 (przykłady zastosowania):

Polska:

  1. Most Autostradowy w Mszanie (MA532)
  2. CH Sfera 2 w Bielsku Białej
  3. Leutron – Zakład Produkcyjny w Zgorzelcu
  4. Frito Lav – Zakład Produkcyjny w Tomaszowie Mazowieckim

Rys. 5 – Wieża radarowa na lotnisku w Sydney

 

Przykłady ze świata:

  1. Lotnisko międzynarodowe w Dubaju
  2. Siedziba Bosch-Thermotechnik w Wernau, w Niemczech
  3. Szpitale we Włoszech: COT w Mesynie, w Reggio di Calabria, ICOT w Latinie
  4. Muzeum Porsche w Stuttgarcie;
  5. Kampus uniwersytecki Króla Abdula Aziza w Dżudda, w Arabii Saudyjskiej

… i kilkaset innych lokalizacji.

Tabela 2 – Dedykowane przeznaczenie:

Ericore

ISODC

  • szpitale,
  • serwerownie i centra informatyczne,
  • biurowce- w tym budynki wysokościowe,
  • zakłady produkcyjne i przetwórcze,
  • kominy,
  • centra handlowe – np. te gdzie na dachach zlokalizowane są trasy, restauracje i ogrody,
  • lotniska, porty morskie,
  • terminale i zbiorniki paliw i gazu,
  • platformy wiertnicze.
  • maszty kratownicowe z systemami antenowymi,
  • zabytki drewniane i murowane,
  • wieżowe turbiny wiatrowe,
  • wszędzie tam, gdzie zwody prowadzone są w bezpośrednim sąsiedztwie traktów pieszych (również w zastosowaniu tylko odcinkowym),
  • mniejsze centra biurowe i informatyczne,
  • zakłady obróbcze i przetwórcze o wiekszej niewrazliwości na impulsy elektromagnetyczne.

 

Rys. 6 – Szyna z ułożonym przewodem Ericore