CCF20110312002

2.2.2. Siły elektrodynamiczne działające pomiędzy przewodami z prądem udarowym

Dobierając elementy urządzenia piorunochronnego należy dodatkowo uwzględnić zagrożenie stwarzane przez działanie sił elektrodynamicznych wywołanych przez rozpływający się prąd piorunowy (rys. 8). Siły elektrodynamiczne pomiędzy dwoma równoległymi przewodami, w których płyną prądy, opisuje równanie [P-10], [P-20]:

F=L ^Mo )• t, • <₂ • / = 2• tj • /₂ • (—)• 10~⁷ [N]    (2.7)

2-n-a    a

gdzie: irh- chwilowe wartości prądów płynących w przewodach [A],

a - odstęp między przewodami,    / - długość przewodów ułożonych równolegle.

a)    b)

Rys. 8. Przykłady rozkładu sił działających na elementy instalacji piorunochronnej

Należy zaznaczyć, że działanie sił elektrodynamicznych na przewody w układach ochronnych ogranicza się tylko do krótkiej chwili czasowej, np w przypadku prądów udarowych siły będą działały na przewody tylko przez kilkadziesiąt kilkaset ps. Jest to czas zbyt krótki w porównaniu z wywołanymi przez te siły drganiami mechanicznymi

Podejmowane są również próby wyznaczania sił elektrodynamicznych wykorzystując zależności określające tzw. energię właściwą prądu udarowego W wynoszącą:

W= fi²dt    (2.8)

Jednostkowe impulsy sił są proporcjonalne do energii właściwej prądu udarowego

\Fdt=f\i²dt    (2.9)

gdzie / jest współczynnikiem proporcjonalności, którego wartości uzależnione od wzajemnego ułożenia przewodów.

Wartość współczynnika/wynosi:

układ dwu przewodów równoległych (rys.8a)

(2.10)

^f=Y~

gdzie : a - odstęp pomiędzy przewodami,

18

Podręcznik

gdzie : / -długość przewodu liczona od środka promienia krzywizny, r - promień krzywizny zagięcia przewodu.

Wykorzystując przedstawione zależności i parametry prądu piorunowego można określić siły działające na przewody i wyznaczyć występujące zagrożenie.

2.3. Ocena zagrożenia piorunowego

Oceniając zagrożenie obiektów budowlanych oraz urządzeń elektrycznych i elektronicznych należy przeanalizować następujące przypadki:

•    bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt budowlany oraz w dochodzące do niego instalacje elektryczne i linie przesyłu sygnałów

•    wyładowanie w sąsiedztwie obiektu,

•    wyładowanie w sąsiedztwie linii zasilających i sygnałowych dochodzących do obiektu,

•    bezpośrednie wyładowanie w pobliskie obiekty.

Analizując każde z powyższych zagrożeń należy posiadać podstawowe informacje o intensywności burzowej obszaru, w którym znajdują się obiekty.

Intensywność burzową określają tzw. mapy burzowe, na których podawane są poziomy kerau-niczne (tzn. przeciętne ilości dni burzowych w roku). Brak szczegółowych danych o ilości dni burzowych w poszczególnych rejonach kraju spowodował przyjęcie zasady prognozowania dla większych obszarów. W normie PN-86/E-5003/01 przyjęto, że do oceny zagrożenia piorunowego należy przyjąć występowanie:

•    25 dni burzowych w roku dla południowo-zachodniego krańca Polski,

•    20 dni burzowych w roku dla pozostałej części kraju.

Przykładowa ocena zagrożenia piorunowego przedstawiona zostanie dla następujących obiektów:

•    wysokiego budynku o niewielkim przekroju poprzecznym (np. wieża stacji bazowej i elektrownia wiatrowa),

•    typowego wielokondygnacyjnego budynku mieszkalnego,

•    rozległego obiektu budowlanego (np. rozległa hala przemysłowa lub handlowa).

2.3.1. Bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt

Spodziewaną częstość bezpośrednich wyładowań piorunowych w analizowany obiekt określa zależność:

N_d=N_g-A_e-10"⁶    (2.12)

gdzie N_g - średnia gęstość wyładowań doziemnych, na km² i na rok w rejonie, w którym znajduje się obiekt,

A_e - równoważna powierzchnia zbierania wyładowań piorunowych przez obiekt.

Średnie gęstości wyładowań N_g, wg normy [N-23], [N-39], [N-9] zestawiono w tabeli 11. Wartość N_g należy wyznaczyć na podstawie wyników rejestracji prowadzonych przez systemy lokalizacji wyładowań piorunowych. Obecnie na terenie Polski, do czasu uzyskania wiarygodnych wyników obserwacji prowadzonych przez takie systemy, zalecane jest [N-49] przyjmowanie rocznej gęstości wyładowań zgodnie z wymaganiami normy PN-86/E-05003/01.

19

• układ przewodu zgiętego (rys.8b)

/ = 10'⁷ • ln

l + r

(2.11)

Zeszyt 11