Elektrotehnika i zaštitaelectricbrushcarbon.com.mk/documents/doc_download/109-elektricne... · 2 ...

Microsoft Word - elektricne-instalacije-zastita od elektricen udar primena na strujta vo industrijata i domakinstvoto Electrol

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK

www.akademijaelectrolux.com.mk

Elektrotehnika i zatita

oktobar 2008

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK 1

Sadraj

38. DOPUNA 3

38.1. Vrtlone struje 3

38.2. Elektrotehniki grafiki simboli 4

39. ELEKTRINE INSTALACIJE I ZATITA 8

39.1. Uzemljenje i elektrine instalacije 8

39.2. Prenaponi 13

39.3. Izolacija 14

39.4. Zatita od sluajnog dodira i od napona dodira 15 39.4.1. Zatita od sluajnog dodira 16 39.4.2. Zatita od napona dodira 16

40. ZATITA OD STATIKOG ELEKTRICITETA 19

41. ZATITA OD ATMOSFERSKIH PRANJENJA 21

41.1. Svojstva atmosferskih pranjenja 22 41.1.1. Razvoj udara groma 22 41.1.2. Mehanizam atmosferskog pranjenja 23 41.1.3. Vrste i polaritet atmosferskih pranjenja 25

41.2. Osnovni parametri atmosferskih pranjenja 26 41.2.1. Amplituda struje groma 26 41.2.2. Strmina strujnog talasa 27 41.2.3. Udarna koliina elektriciteta 27 41.2.4. Kvadratni impuls struje groma ili toplotni impuls kompletnog pranjenja 27 41.2.5. Modeli udara groma 28 41.2.6. Klasini modeli 28

41.3. Optiki efekti atmosferskih pranjenja 28

41.4. Akustiki efekti atmosferskih pranjenja 29

41.5. Mehaniki efekti atmosferskih pranjenja 29

41.6. Termiki efekti atmosferskih pranjenja 30

2 WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTROTEHNIKA I ZATITA

42. ZATITA OBJEKATA OD UDARA GROMA 30

42.1. tetne posledice atmosferskih pranjenja 30

42.2. Klasifikacija tienih objekata 31

42.3. Gromobranske instalacije 32 42.3.1. Spoljanje gromobranske instalacije 32 42.3.2. Unutranja gromobranska zatita 42.43

43. STABILNE INSTALACIJE ZA DOJAVU POARA 43.48


38. Dopuna 38.1. Vrtlone struje

Slika 38.1. Vrtlone struje i nain za njihovo smanjenje

Vrtlone struje se indukuju u metalnoj ploi (Cu ili Al i sl.) koja se kree u magnetnom polju. Zamislimo ovakav ogled. Metalna ploa se zakai za ipku koja je vezana na jednom kraju i pusti da se ljulja napred nazad kroz magnetno polje, kao na slici 38.1. im ploa ue u polje, promena magnetnog fluksa dovodi do indukovanja EMS u ploi. To dovodi do kretanja slobodnih naelektrisanja elektrona i stvaranja krune, vrtlone struje. Po Lencovom pravilu, smer ove struje mora da bude takav da se suprotstavlja promeni zbog koje je nastala. Zbog toga vrtlona struja mora proizvesti magnetno polje u ploi koje e biti suprotnog smera od spoljanjeg magnetnog polja. Ovo dovodi do pojave sile koja se suprotstavlja kretanju kroz polje (da nije tako ploa bi se ubrzavala i njena energija bi se poveavala pri svakom ponovljenom prolasku kroz polje to je u suprotnosti sa zakonom odranja energije).

Poto indukavane vrtlone struje uvek dovode do pojave magnetne sile Fm koja usporava plou, ploa e se posle izvesnog vremena zaustaviti. Ako se u ploi iseku prorezi vrtlone struje se smanjuju jer se smanjuju krune petlje u kojima struja protie i otpor proticanju struje se poveava.

Sistemi za koenje inskih vozila i brzih vozova koriste pojavu elektronagnetne indukcijue i vrtlonih struja. Elektromagnet (solenoid sa gvozdenim jezgrom) privren je za vozilo u blizini ina. Kada se velika struja propusti kroz elektromagnet, dolazi do koenja. Kretanje magneta u odnosu na ine dovodi do indukovanja vrtlonji struja u inama. Smer ovih struja je ba takav da dovodi do pojave sile koja koi vozilo. Kako se vrtlone struje smanjuju pri koenju i smanjenju brzine vozila, koenje je ravnomerno.

Konice sa vrtlonim strujama koriste se u mernim ureajima i nekim mainama za zaustavljanje rotirajuih seiva pri gaenju maina.

Pojava vrtlonih struja esto nije poeljna jer predstavlja gubitak mehanike energije u vidu toplote. Da bi se gubici energije smanjili pokretni metalni delovi izrauju se od tankih limova odvojenih neprovodnim slojem (obino u vidu oksida metala) ili od feromagnetnog materijala u vidu praha koji se mea sa dielektrinim materijalom i presujeu eljeni oblik.. Slojevita ili granulasta struktura poveava elektrinu otpornost i ograniava vrtlonu struju na pojedinane slojeve ili granula. Ovakva se struktura materijala koristi za jezgra transformatora i motora ime se poveava efikasnost ovih ureaja.


38.2. Elektrotehniki grafiki simboli

Simbol Znaenje Simbol Znaenje

provodnik otpornik

tri provodnika u jednopolnoj emi otpornik

spojeni provodnici

reostat, promenljivi otpornik sa 2 ulaza za regulaciju napona na potroau

provodnici koji nisu spojeni

potenciometar, promenljivi otpornik sa 3 ulaza

izvor sastavljen od jedne baterijske elije, dua crta oznaava + pol

potenciometar, podeavanje zavrtanjem

izvor napona sastavljen od vie baterijskih elije, dua crta oznaava + pol

kondenzator

izvor jednosmernog napona - DC polarisan kondenzator

izvor naizmeninog napona - AC

promenljivi kondenzator

osigura trimer, podesiv kondenzator, sa zavrtnjem

transformator diode, tranzistori

uzemljenje, veza sa zemljom ili taka na nultom potencijalu

dioda, dozvoljava struju samo u jednom smeru

lampa, pretvara elektrine energije u svetlost

LED, elektrinu energiju pretvara u svetlost

sijalica, signalna lampa

Zener dioda, obezbeuje stalnu vrednost napona na krajevima

greja

fotodioda, dioda osetljiva na svetlost

motor, pretvara elektrine energije u mehaniku

NPN i PNP tranzistori

zvono, pretvara elektrine energije u zvuk

fototranzistor, tranzistor osetljiv na svetlost


zujalica, pretvara elektrine energije u zvuk

mikrofon, pretvara zvuka u elektrinu energiju

zavojnica, induktivnost

slualice, pretvara elektrine energije u zvuk

prekida, pritisni da provodi

zvunik, pretvara elektrinu energiju u zvuk

prekida, pritisni da ne provodi

piezo pretvara, pretvara elektrinu energiju u zvuk

prekida, on-off pojaava, blok simbol za pojaavako kolo

preklopnik

antena

dupli preklopnik (za istovremeno ukljuivanje faze i nule)

LDR, fotootpornik, menja otpornost pod uticajem svetlosti

relej, prekida kojim se upravlja na elektrini pogon

termistor, menja otpornost pod uticajem toplote

voltmetar

varistor variable resistor, velika otpornost pri malom naponu i obrnuto

ampermetar Logika kola

galvanometar

NOT ili NE kolo

ommetar

AND ili I kolo

osciloskop

OR ili ILI kolo


a)

b)

Sl.38.2. Trofazna troina mrea; (a) viepolna i (b) jednopolna ema, za napajanje elektrinih motora, veih elektrinih pei i za prenos elektrine energije pod visokim naponom.

(a)

(b)

Sl. 38.3. Trofazna etvoroina mrea, (a) viepolna i (b) jednopolna ema:

Primeri za trofaznu troinu i etvoroinu mreu dati su na slikama 38.2 i 3. Dve vrste elektrinih ema su prikazane: viepolna i jednopolna ema. U viepolnim emama prikazuje se svaki provodnik u kolu linijom (oznaka R, S, T ili L1, L2, L3) i svaki element posebnim simbolom. Jednopolna ema je jednostavnija jer se jednom linijom prikazuju jedan, dva ili vie provodnika a vie istih elemenata moe se prikazati jednim simbolom.


Trofazna etvoroina mrea pored tri fazna provodnika ima i etvrti koji se naziva nulti i oznaava sa N ili 0. Kada ovaj provodnik, izveden iz zvezde transformatora ili generatora, nije spojen sa zemljom naziva se neutralnim a kad je spojen sa zemljom, da bi se izvrila zatita od napona dodira sistemom nulovanja, ima naziv nulti. Napon izmeu faznog i nultog provodnika je fazni napon. Napon izmeu dva fazna provodnika je meufazni napon. Na meufazni napon prikljuuju se trofazni motori i trofazni prijemnici veih snaga a na fazni napon prikljuuju se sijalice, termiki aparati, jednofazni motori.


39. Elektrine instalacije i zatita Elektroenergetske mree, koje se koriste za prenos i distribuciju elektrine energije,

oznaavaju se, prema vrednosti napona koji se distribuira tom mreom, oznakom koja se zove nazivni napon mree (napon po kome se mrea naziva, oznaava i prema kome se daju radne karakteristike, pa tako imamo mree za 220 V ili mree za 110 V).

Nazivni napon trofazne elektroenergetske mree predstavlja meufaznu efektivnu vrednost napona. Stvarni radni napon mree u nekoj taki moe da varira u odnosu na nazivni napon zbog uticaja pogonskih uslova koji odreuju naponske prilike u mrei. Mejutim, za svaku mreu se definie najvii napon mree. To je najvia dozvoljena vrednost radnog napona koja sme da se pojavi u normalnom pogonu u mrei.

Najvii napon opreme predstavlja efektivnu vrednost meufaznog napona za koji je oprema konstruisana i pri kome ona moe normalno da funkcionie.

Svako poveanje napona iznad najvieg napona opreme smatra se da izlazi iz domena normalnog pogona i naziva se prenaponom. Prenapon predstavlja napon izmeu faznog provodnika i zemlje (ili izmeu faza) ija maksimalna vrednost prelazi odgovarajuu maksimalnu vrednost najvieg napona opreme.

Elektrine instalacije dele se u grupe prema nameni, naponu, sistemu uzemljenja i td. Prema nameni instalacije se dele na:

instalacije malog napona do 50 V izmeu provodnika (telefonija, sistemi nadzora, obavetavanja i zatite, i sl.)

instalacije niskog napona sa naizmeninim naponom do 240 V u odnosu na zemlju (u gradskim naseljima, zgradama za stanovanje i rad, kolama, ...);

instalacije visokog napona od 240 V navie u odnosu na zemlju (za industrijsku upotrebu).

Opta podela naizmeninih sistema napajanja prema broju provodnika je: jednofazni sa dva provodnika, dvofazni sa tri provodnika, dvofazni sa pet provodnika, trofazni sa tri provodnika, trofazni sa etiri provodnika.

39.1. Uzemljenje i elektrine instalacije Svaki sistem zatite uzima u obzir zemlju kao provodnik gde struja u jednom delu

prolazi, izmeu dve elektrode, kroz zemlju. Taj deo strujnog kola, koji ini zemlja, naziva se geoloki provodnik. Veza ureaja koji treba uzemljiti sa zemljom, geolokim provodnikom, naziva se uzemljenje. Delovi uzemljenja su: uzemljiva, zemljovod i sabirni zemljovod.

Uzemljiva je jedan ili vie provodnika koji su poloeni u tlo i sa njim su u neposrednom kontaktu, ili jedan ili vie provodnika koji su poloeni u beton koji je po velikoj povrini u dodiru sa tlom.

Zemljovod (dozemni vod, odvod) je provodnik koji spaja ureaj koji treba uzemljiti sa uzemljivaem ili sa sabirnim zemljovodom. Ako je na vezi sa uzemljivaem ili sabirnim zemljovodom ugraena spojnica ili rastavlja, zemljovod je samo deo provodnika od mesta ugradnje tog elementa do uzemljivaa ili sabirnog zemljovoda.

Sabirni zemljovod je provodnik na koji je prikljueno vie zemljovoda. On se na vie mesta povezuje sa uzemljivaem.

Po funkciji uzemljenja se dele na: zatitno uzemljenje; radno (pogonsko) uzemljenje;

gromobransko uzemljenje; zdrueno uzemljenje.


Zatitno uzemljenje (PE) je uzemljenje metalnih delova koji ne pripadaju strujnim kolima niti su posredno u elektrinom kontaktu sa njima ali u sluaju kvara mogu da dou pod napon. Ono obezbeuje da svi dostupni provodni delovi ureaja budu na istom potencijalu tj. na potencijalu koji ima povrina Zemlje. U sluaju kvara vrlo velika struja protee i aktivira neki od zatitnih elemenata (osigura, prekida u kolu) ime se izbegava opasnost od strujnog udara.

Radno uzemljenje je uzemljenje dela strujnog kola kojim se obezbeuje eljena funkcija ili radne karakteristike tog kola. Kroz njega, u normalnom reimu rada, struja moe proticati i ono je neophodno kod filtara za postizanje elektromagnetne kompatibilnost, tj. zatite ureaja od elektromagnetnih smetnji posebno kod nekih vrsta antena i mernih instrumenata.

Gromobransko uzemljenje je uzemljenje gromobranske instalacije koje slui za odvoenje atmosferskog pranjenja u zemlju.

Zatitno uzemljenje, radno uzemljenje i gromobransko uzemljenje mogu se meusobno povezati dajui zdrueno uzemljenje.

Dimenzionisanje uzemljivaa zavisi od toga koji tip uzemljenja e se koristiti. Uzemljivai se mogu razvrstati po tipovima prema materijalu od koga su izraeni,

nainu izvoenja uzemljivaa, sredini u koju se polau i obliku uzemljivaa. Prema meterijalu od koga su izraeni uzemljivai mogu biti:

cevi ili ipke (tapovi), trake ili ice, ploe, armatura u betonu samo za 10 mm, metalne vodovodne cevi (mogu se upotrebiti kao dodatni uzemljivai ako su

od metala i ako su vodomeri premoteni), ostale ukopane konstrukcije, osim cevovoda za grejanje i prenos zapaljivih

tenosti i gasova. Prema nainu izvoenja uzemljivaa razlikujemo sledee tipove:

horizontalne (povrinske), koji su sastavljeni od horizontalno poloenih provodnika koji su ukopani u zemlju na dubini od 0,5 m do 1 m (mogu biti mreasti, zrakasti, u vidu prstenova ili kao kombinacija tih oblika);

vertikalni (dubinski), koji su sastavljeni od jednog ili vie tapnih uzemljivaa (duine tapova obino 1 m do 5 m) koji su pobijeni vertikalno u tlo i meusobno povezani;

kosi uzemljivai, u osnovi tapni ali pobijeni koso u tlo. Prema sredini u koju se polau:

uzemljivai u tlu (oko uzemljivaa ukopanih u stene i ljunak mora se staviti provodljiv sloj zemlje jer ljunak ima veliki prelazni otpor);

temeljni uzemljivai (ugrauju se u spoljne zidove temelja objekta u vidu zatvorenog prstena i preko betona imaju spoj sa zemljom).

Prema obliku uzemljivaa: zrakasti, prstenasti, mreasti, kombinovani.


Sl. 39.1.a) irenje struje kroz zemlju sa cevastog

uzemljivaa

Uzemljiva kao celina sa zemljovodom i geolokim provodnikom ima otpor koji se sastoji iz otpora zemljovodnog provodnika, otpora samog uzemljivaa, prelaznog otpora (otpor koji se javlja pri prelasku struje sa uzemljivaa u zemlju) i otpora irenju struje kroz zemlju (na veoj dubini otpor je manji). Prva dva otpora zanemarljivo su mala pa se njihove vrednosti u proraunima ne uzimaju u obzir, dok druga dva daju veliinu koja se naziva otpor uzemljivaa ili otpor rasprostiranja.

U zemlji struja se rasprostire zrakasto, pa otpor rasprostiranja ne zavisi linearno od duine geolokog provodnika ve se menja po krivoj sa slike 39.1.b. Pad napona na geolokom provodniku predstavljen je zato krivom kao na slici 39.1.c. Kriva predstavlja raspodelu potencijala u zemlji oko uzemljivaa a ima oblik levka pa se naziva naponski levak uzemljivaa. Kriva predstavlja zavisnost potencijala od udaljenosti od uzemljivaa. Razlika potencijala oko uzemljivaa u stvari je napon izmeu dve take raznih prenika u povrini kruga sa oblikom levka. Ona postoji kada kroz kroz uzemljiva protie struja sve dok osigura ne pregori ili se izvor struje ne iskljui.

Napon koraka je onaj napon koji na naponskom levku na zemlji obuhvataju ovekove noge, Uk. Napon dodira je napon koji se uspostavi izmeu oveka i zemlje kada ovaj dodirne provodljivi deo ureaja koji je pod naponom, Ud.

Dublje ukopan uzemljiva ima manje strm naponski levak i manji napon dodira i napon koraka.

Sl. 39.1.b) Promena otpora geolokog provodnika u

zavisnosti od rastojanja od uzemljivaa

Sl. 39.1.c) Naponski levak uzemljivaa, zavisnost

potencijala od udaljenosti od uzemljivaa

U pogledu uzemljenja razvodnih sistema, u niskonaponskim mreama dozvoljeni su sledei sistemi napajanja prikazani na slikama 39.2a), b) i c) (International standard IEC 60364):

a) TN sistemi (TN-S; TN-C i TN-C-S ), b) TT sistem,


c) IT sistem. Korieni simboli imaju sledea znaenja:

Prvo slovo opisuje vezu sistema napajanja i zemlje: T direktan spoj sa zemljom u jednoj taki (Francuski terre); I nijedan provodnik pod naponom nije spojen sa zemljom (izolovani su), ili je moda jedna taka spojena sa zemljom preko impedanse.

Drugo slovo opisuje vezu napajanih elektrinih ureaja sa zemljom: T direktna veza elektrinog ureaja sa zemljom, nezavisno od uzemljenja sistema napajanja; N direktan spoj elektrinog ureaja sa uzemljenom takom sistema napajanja.

Ostala slova (ako postoje) definiu vezu neutralnih i zatitnih provodnika; S postoje posebni provodnici: neutralni N i zatitni PE (protectiv earth), C neutralni i zatitni provodnik objedinjeni su u jednom PEN-provodniku.

Sl. 39.2. a) TN- sistem

TN-S sistem: nulta taka transformatora je uzemljena, dostupni provodni delovi potroaa spojeni su sa PE provodnikom

TN-C sistem: nulta taka transformatora je uzemljena, dostupni provodni delovi potroaa spojeni su sa zajednikim PEN provodnikom

TN-C-S sistem: nulta taka transformatora je uzemljena, PEN provodnik od transformatora do razvodne table, PEN odvojen u N i PE provodnike od razvodne table za povezivanje potroaa posebno na N i PE

Sl. 39.2. b) TN-S, TN-C i TN-C-S sistemi


TT-sistem: nulta taka transformatora je uzemljena, dostupni provodni delovi potroaa nisu spojeni sa sistemom uzemljenja generatora ve preko sopstvenog uzemljenja

IT-sistem: nulta taka transformatora nije uzemljena, dostupni provodni delovi potroaa uzemljeni su preko sopstvenog uzemljenja

Sl. 39.2. c) TT i IT sistemi napajanja

U elektrinim instalacijama u zgradama pojedina strujna kola su vodovima, preko razvodne table, povezana sa gradskom mreom. Primer je dat na slici 39.2.d.

Sl. 39.2.d) Dovodni vod gradske mree povezan sa glavnim i sporednim razvodnim tablama:

jednofaznom sa dve sporedne i trofaznom sa tri sporedne razvodne table


Zatitni provodnici (PE provodnici), zatitno neutralni provodnici (PEN provodnici) i provodnici za izjednaenje potencijala moraju se oznaiti kombinacijom zelene i ute boje. Neutralni provodnik (N-provodnik) mora se oznaiti svetloplavom bojom. U strujnom kolu koje ima neutralni provodnik svetloplava boja se ne sme koristiti za bilo koje drugo oznaavanje provodnika. U strujnom kolu koje nema neutralni provodnik, ila kabla oznaena svetloplavom bojom moe se koristiti i za druge svrhe osim za oznaavanje zatitnog provodnika, PEN provodnika i provodnika za izjednaavanje potencijala, uz odgovarajue oznaavanje na njegovim krajevima.

Neizolovani provodnici mogu se oznaavati bojenjem na celoj svojoj pristupanoj duini, ili obmotavanjem trake odgovarajue boje, irine od 15 mm do 100 mm.

Prema standardima do 1988. g. oznaavanje polariteta odnosno faze sabirnica odgovarajuim bojama neizolovanih provodnika u razdelnim tablama (ureajima) koje su u redovnom pogonu pristupane sa zadnje strane, bilo je definisano na sledei nain: jednosmerna struja: pozitivni pol - crvena boja negativni pol - plava boja trofazna struja: prva faza - uta boja druga faza - zelena boja trea faza - ljubiasta boja neutralni provodnik - bela ili svetlosiva sa poprenim crnim prugama zatitni provodnik uta i zelena boja

Ovaj sistem oznaavanja neizolovanih faznih provodnika u praksi se i danas primenjuje. ak se navedene boje za oznaavanje faze sabirnica primenjuju za postrojenja srednjeg napona ( 35 kV). U nekim zemljama oznaavanje faze sabirnica odgovarajuim bojama vri se i u postrojenjima visokog napona (> 35 kV).

39.2. Prenaponi Prenaponi se prema uzroku nastanka mogu podeliti na dva osnovna tipa:

a) spoljanji ili atmosferski prenaponi i b) unutranji prenaponi.

a) Spoljanji ili atmosferski prenaponi nastaju usled atmosferskih pranjenja (udara groma) u elemente elektroenergetskih objekata ili u njihovu blizinu.

b) Unutranji prenaponi nastaju usled poremeaja u samom sistemu. Dele se prema uzroku na sledee grupe:

1. Sklopni ili komutacioni prenaponi koji nastaju pri sklopnim operacijama (ukljuenjima ili iskljuenjima) delova mree. Sklopni prenaponi traju od delova do nekoliko perioda industrijske uestanosti. Njihova uestanost varira od nekoliko stotina Hz do nekoliko desetina kHz. Poseban tip ultrabrzih sklopnih prenapona nastaje pri korienju rastavljaa, kada dolazi do viestrukih paljenja i gaenja elektrinog luka pri ukljuivanju ili iskljuivanju malih kapacitivnih struja.

Pri manipulacijama rastavljaima u postrojenjima kod kojih se kao izolaciono sredstvo koristi gas sumporheksafluorid (SF6), mogu se pojaviti prelazni procesi uestanosti ak do 50 MHz.

2. Privremeni (povremeni) prenaponi imaju due trajanje od atmosferskih i sklopnih prenapona. Njihovo trajanje je od nekoliko perioda napona industrijske uestanosti do nekoliko sati. Obino nisu mnogo vii od najvieg napona mree. Ovi prenaponi po pravilu ne ugroavaju izolaciju opreme, ve mogu da izazovu probleme u radu pojedinih aparata. Prema uzroku nastanka mogu se podeliti na sledee osnovne tipove:

prenapone pri nesimetrinom pogonu (pri nesimetrinim kvarovima ili pri nesimetrinom prekidu napajanja u trofaznim mreama);


rezonantne prenapone, koji nastaju u mreama kod kojih zbog odreenog uklopnog stanja ili pri kvaru, sopstvena uestanost mree postaje bliska uestanosti izvora;

ferorezonantne prenapone koji nastaju u mreama u kojima nelinearna induktivnost magneenja moe da sa kapacitivnostima kola stupi u rezonansu;

prenapone pri naglom rastereenju.

Slika 39.3. Procena amplituda i vremena trajanja pojedinih tipova prenapona. Napon

na ordinatnoj osi dat je u relativnim jedinicama u odnosu na najvii napon mree Na slici 39.3 simbolino su prikazane amplitude i trajanja pojedinih tipova prenapona.

Moe se uoiti da atmosferski prenaponi, koji imaju najviu amplitudu, ujedno i najkrae traju, dok privremeni prenaponi, koji dugo traju, imaju amplitudu neto viu od najvieg napona mree. Sa druge strane, izolacija moe kratkotrajno da podnese vie prenapone, dok prenaponi dueg trajanja mogu da otete izolaciju ak iako su nie amplitude.

39.3. Izolacija Izolacija opreme slui da odvoji delove koji su u normalnom pogonu pod naponom od

delova koji su uzemljeni, ili da odvoji delove koji su pod razliitim naponima. Ona je projektovana da moe trajno da radi pri najviem naponu opreme. Ukoliko se pojave prenaponi, oni izazivaju naprezanje izolacije. Naprezanje izolacije zavisi od amplitude prenapona, njegovog talasnog oblika i trajanja.

Ukoliko izolacija ne izdri prenapon, dolazi do pojave razornog pranjenja. Razorno pranjenje predstavlja gubitak dielektrinih svojstava izolacije, tako da izolacija poinje da prvodi struju kao provodnik.

Prema ponaanju pri razornom pranjenju, izolacija se deli na dva tipa: samoobnovljivu izolaciju, koja posle zavretka razornog pranjenja potpuno

obnavlja svoja izolaciona, svojstva; neobnovljivu izolaciju, koja trajno gubi ili ne obnavlja u potpunosti izolaciona

svojstva nakon razornog pranjenja. Proces razornog pranjenja na neobnovljivoj izolaciji naziva se probojem, a na

samoobnovljivoj izolaciji preskokom.


Prolazni kvarovi na samoobnovljivoj izolaciji se u odreenom broju mogu tolerisati, jer oni ujedno predstavljaju zatitu neobnovljive izolacije od trajnih kvarova poto na mestu preskoka znaajno smanjuju prenapone. Broj prolaznih kvarova se mora ograniiti na tehniki prihvatljivu meru.

Prema upotrebi izolacija se deli na: spoljanju izolaciju, koju ine vazduni razmaci i vazduh po povrini

spoljanje vrste izolacije; podvrgnuta je atmosferskim uticajima kao to su vlaga, zaprljanje, ivotinje itd;

unutranju izolaciju, koja predstavlja vrstu, tenu ili gasovitu izolaciju zatienu od atmosferskih i drugih spoljanjih uticaja.

Dielektrina izdrljivost se definie preko napona koji izolacija moe da podnese. Prema standardima se definiu sledei naponi koji odreuju dielektrinu izdrljivost izolacije:

konvencionalni podnosivi napon, koji predstavlja napon koji izolacioni sistem mora uvek da izdri, bez obzira na broj izlaganja naponu.

statistiki podnosivi napon, koji izolacija izdrava u 90 % ispitivanja. Da bi se izolacija opreme zatitila od opasnih prenapona, primenjuju se zatitna sred-

stva koja slue da ogranie prenapone na dozvoljeni nivo. Osnovno zatitno sredstvo koje se primenjuje u elektroenergetskim mreama je odvodnik prenapona. On nakon pojave pre-napona poinje da provodi struju odvodei energiju prenapona, da bi po prestanku dejstva prenapona prekinuo odvoenje energije, ponovno uspostavljajui veliku otpornost izmeu prikljuaka. Pored odvodnika prenapona, primenjuju se i druga zatitna sredstva za ograni-enje prenapona.

Danas se sprovodi statistiki postupak koordinacije izolacije, pomou koga se procenjuje srednji broj godina bez kvara izolacije (oznaava se sa MTBF od engleskog izraza Mean Time Between Failures) i uporeuje sa tehniki dozvoljenim brojem godina bez kvara.

39.4. Zatita od sluajnog dodira i od napona dodira Utvreno je da naizmenina struja uestanosti do 50 Hz, industrijska struja, u

vrednosti do 15 mA, izaziva jaa i slabija grenja miia. Struja jaine od 15 do 20 mA izaziva grenje miia do te mere da zahvaena osoba teko otvara aku da bi se oslobodila uhvaenog provodnika. Struja od 20 do 50 mA onemoguava zahvaenoj osobi da se samostalno oslobodi provodnika pod naponom, dok struja od 50 do 150 mA moe ubiti oveka, pogotovu ako prode kroz srce, ili ga uguiti ako proe kroz disajne organe. Struja od 150 mA do 1 A, pa i do 2 A, u veini sluajeva, izaziva obamrlost srca, mada ako struja nije tekla due od oko 1/10 sekunde, zahvaena osoba esto ostaje bez ikakvih posledica. Struja od 1 do 5 A u veini sluajeva nije smrtonosna ali stvara duboke opekotine, teko izleive ili neizleive, to vodi trajnom invaliditetu.

Struja visoke uestanosti je manje opasna od struje industrijske uestanosti. Jo je Tesla ukazao na lekovitost visokofrekventne struje, ije se primene u medicini prouavaju pod nazivima darsonvalizacija i dijatermija.

U pogledu bezbednosti od strujnog udara razlikuju se: - sluajni dodiri do kojih dolazi pri kontakti oveka i provodljivih delova ureaja

koji su normalno pod naponom, npr. grlo sijalice, no prekidaa, go provodnik i sl., i - naponi dodira koji nastaju na provodljivim delovima ureaja koji nisu normalno

pod naponom, (npr. metalni oklop motora, tednjaka, metalne ruice otpornika, elektrini alat sa metalnim oklopom i sl.) ali u toku rada zbog kvara na izolaciji ili drugih uzroka mogu doi pod napon.


39.4.1. Zatita od sluajnog dodira Tehniki propisi uslovljavaju da delovi elektrinih instalacija i ureaja koji su

normalno pod naponom iznad 42 V moraju biti zatieni od sluajnog dodira. Zatita od sluajnog dodira izvodi se: izolovanjem, udaljavanjem ili nekom drugom merom.

Izolovanje se postie upotrebom presvlaka od gume, sintetike izolacione mase (PVC, neopren i sl.), strunim omotavanjem spojeva izolacionom trakom, upotrebom porculanskih i slinih keramikih elemenata kao podloga, cevi i sl. U izolovanje se ne smatraju presvlake lakom, emajlom, oksidni slojevi kao i opletanje i omotavanje vlaknastim materijama ak i ako su impregnisane.

Udaljavanje je mera kojom se predmet, koji treba zatititi od sluajnog dodira, stavi van domaaja ruku, uini nepristupanim, i to:

- postavljanjem neizolovanog predmeta na visinu 2,5 m od mogueg stajalita oveka (npr. od poda) a u horizontalnom smeru ili nanie od mogueg stajalita na udaljenosti 1,25 m (npr. ispod prozora ili sa strane prozora). Ove visine tehniki propisi dozvoljavaju i za gole neizolovane provodnike ako je sasvim sigurno da lica koja prenose kakve provodne predmete ne mogu doi u dodir sa neizolovanim provodnicima. Ukoliko se na gornjim udaljenostima neizolovani predmeti mogu dodirnuti prenoenjem provodnih predmeta, udaljenosti moraju biti vee (na pr. za vazdune mree iznad polja, drumova, ulica, reka i sl. date su posebne razdaljine),

- odvajanjem neizolovanog predmeta upljikavom pregradom, koja ne sme imati otvore vee od 12 mm u preniku i iza koje predmet pod naponom mora biti udaljen najmanje 80 mm,

- zatvaranjem neizolovanog predmeta poklopcem, oklopom, prikljunom kutijom i sl., koji moraju biti pouzdano privreni i mehaniki dovoljno otporni (npr. zatitni platevi i omotai kablova i izolovanih vodova moraju biti uvedeni u ukljune kutije ili u oklope ureaja i ne smeju trati u prostoru ili izvan prostora ureaja, osim u kablovskim glavama i ormanima).

39.4.2. Zatita od napona dodira Napon dodira je razlika potencijala koja se uspostavi izmeu oveka i zemlje kada

ovaj dodirne provodljivi deo ureaja koji je pod naponom (sl. 39.1.c i 39.4.a i b). Ova se pojava dogaa kada je oteena izolacija na provodniku koji dodiruje metalni, provodljivi deo ureaja ili kada su prikljuni krajevi na ureaju izolaciono nezatieni i sl.

Kada se jednom rukom dodirne predmet koji je pod naponom, tada struja prolazi kroz oveje telo i odlazi u zemlju (sl. 39.4). Vrednost ove struje zavisi od napona dodira i od prelaznog otpora koji sainjavaju tri na red vezana otpora: ulazni otpor - na mestu dodira, otpor oveijeg tela i izlazni otpor izmedu nogu i zemlje.

Ulazni otpor Ru ima razliite vrednosti jer zavisi od stepena vlanosti ruku, debljine i stanja koe i vrednosti veliine povrine dodira. Ove se vrednosti za suve ruke radnika, a za napone od 20 do 500 V, kreu i do 100 000 /cm2, dok za vlane ruke ulazni otpor opada i ispod 1 000 /cm2. Prosena vrednost ulaznog otpora za dve suve ruke kojima se uhvate provodnici procenjuje se na oko 2 000 do 3 000 , a za jednu ruku na oko 1 000 .

Otpor oveijeg tela, otpor dodira Rd, takoe nije stalna vrednost, ali se procenjuje da je ona mala i u posmatranom kolu, prema vrednosti ulaznog otpora, bez uticaja, pa se najee zanemaruje.

Izlazni otpor, Rl, ima vrednosti koje su promenljive u vrlo irokim granicama, jer zavise od vrste zemljita, geolokog sastava, stepena vlanosti zemljita, vlanosti nogu, vrste obue i visine napona. Bosonog ovek na vlanom zemljitu ima vrlo malu vrednost izlaznog otpora, ispod 10 , dok u obui sa gumenim onovima na suvom zemljitu izlazni otpor prelazi vrednost 300 000 , a na vlanom zemljitu moe biti i ispod 10 000 .


Da bismo upoznali okolnosti pod kojima je ivot oveka doveden u opasnost, posmatrajmo uopten primer.

Sl. 39.4.a). Metalni delovi koji su ukopani u zemlju a nalaze se u prostoru naponskog

levka, takoe su pod naponom levka

Sl. 39.4.b) Motor pod naponom: Ri - otpor faze; Ru - ulazni otpor; Rl - izlazni otpor; Rd otpor dodira; RP - dodirni otpor ureaja; Rt - otpor uzemljivaa transformatora

Jedan motor prikljuen je na etvoroinu mreu koja u transformatorskoj stanici ima

uzemljeno zvezdite sekundara transformatora (sl. 39.4.b) Namotaji motora su pod naponom 3x380 V. Neka je na motoru, iz ma kojih razloga, oteena izolacija namotaja ili spojnog provodnika, usled ega je oklop motora pod naponom prema zemlji koji iznosi 380 V/ 3 = 220 V (sl. 29.28). Motor se nalazi na betonskom postolju pa je prelazni otpor oklopa prema zemlji, odnosno dodirni otpor ureaja Rp = 40 . Dalje, neka nam je poznat prelazni otpor pogonskog uzemljaa transformatora Rt = 3 i otpor jednog provodnika preko koga je motor dobio napon Ri = 0,5 . Kroz ovo zatvoreno elektrina kolo (provodnik Ri, oklop motora, prelazni otpor oklopa prema zemlji Rp, zemlja, prelazni otpor pogonskog uzemljivaa Rt ) prolazi struja kvara koja e imati vrednost:

AARRR

UIpit

k 5405,03220

Ova e struja izazvati pad napona na prelaznom otporu oklopa motora prema zemlji u vrednosti

40 kpd IRU V. Kada ovek dodirne ovaj motor, on e biti u paralelnoj vezi sa dodirnim otporom

ureaja Rp, odnosno pod naponom dodira od 200 V. Da bismo odredili struju koja e proi kroz oveka, potrebno je da znamo vrednosti ulaznog i izlaznog otpora. Neka je vrednost ulaznog otpora oko 1000 . Ako ovek stoji na vlanom zemljitu, vrednost izlaznog otpora zanemarljivo je mala prema vrednosti ulaznog, pa je moemo zanemariti. U ovom sluaju struja kroz oveka imae vrednost

mAV 200

1000200

dI .

Ova struja smrtonosna je po oveka.


Za odstranjivanje opasnosti koju sadre prijemnici sa svojim provodljivim oklopom kada je ovaj pod naponom, preuzimaju se zatitne mere od napona dodira, pri emu se uzima u obzir

da je struja od oko 50 mA gornja granina vrednost koja se moe dozvoliti da prode kroz oveje telo i

da je vrednost ulaznog Ru i izlaznog Rl otpora oveijeg tela 1000 . Na osnovu ovih pretpostavki moe se utvrditi gornja granica bezopasnog napona

dodira: klud IRRU 1000 0,05 A = 50 V.

Prema tehnikim normativima utvrene su granine vrednosti napona dodira u zavisnosti od vremena trajanja zemljospoja:

Udoz = 1000V za t 0,075 s

Udoz = t75

V za 0,075 s t 1,153 s

Udoz = 65 V za t 1,153 s Zatitne mere od previsokog napona dodira su: - zatitno izolovanje (spreava svaki dodir delova pod naponom jer se poveava

prelazni otpor, bilo da je u pitanju ulazni otpor, izlazni otpor ili oba otpora), - zatitno uzemljenje (zatitno uzemljenje je metalni spoj oklopa ureaja sa zemljom

(sl. 39.2.a, b, c). Ono ima zadatak da struja kvara dobije to veu vrednost da bi izazvala pregorevanje osiguraa oteenog ureaja ali da napon dodira na oklopu oteenog ureaja ne bude vei od 65 V);

- nulovanje (to je veza metalnog oklopa zatienog ureaja sa nultim uzemljenim provodnikom mree, pri emu nulti provodnik vri funkciju zemlje i zatitnog uzemljivaa, i kod koga struja kvara izaziva pregorevanje osiguraa);

- sistem zatitnog voda (svi provodni delovi ureaja i instalacija koje treba tititi i svi provodni delovi u prostorijama vodovodne, gasovodne i topolovodne cevi, konstruktivni delovi zgrade spajaju se na sabirni zatitni vod koji se uzemljuje i iji otpor uzemljivaa mora biti manji od 20 ),

- zatitni naponski (ZN) i strujni (ZS) prekidai (automatski iskljuuju strujno kolo u kome se javi napon dodira i spreavaju ukljuenje sve dok se kvar ne otkloni),

- zatitni transformatori za galvansko odvajanje (transformator mora imati odvojen primarni namotaj od sekundarnog i opadajuu karakteristiku sekundarnog napona, kao na slici 39.5, gde porast struje optereenja dovodi do opadanja napona. Pri pojavi napona dodira na sekundaru kolo postaje zatvoreno za struju, ime se ostvaruje zatitna funkcija transformatora. Primenjuje se kod raznih alata, za prikljunice u kupatilima, maine za pranje i suenje i sl.).

Sl. 39.5. Transformator za galvansko odvajanje i karakteristika napona u zavisnosti od optereenja

struje potroaa


40. Zatita od statikog elektriciteta Opasnost od statikog elektriciteta nastaje kad se na jednom mestu sakupi dovoljna

koliina naelektrisanja da moe doi do pranjenja i da se, u granicama eksplozivnosti, mogu pri tome zapaliti eksplozivni materijali. Sredine koje su ugroene zbog pojave statikog elektriciteta su kompletna postrojenja za proizvodnju, prevoz i skladitenje raznih vrsta eksplozivnih materijala (privrednih eksploziva u prahu, plastinih privrednih eksploziva, nitroceluloznog baruta, crnog baruta, inicijalnih eksploziva, detonatora, lovake municije, sportske municije i dr.), tekstilna industrija, industrija papira, tampanje i litografija, industrija prirodne i sintetike gume, lakirnice, prenosna i razna druga postrojenja, kao i delovi tehnolokog procesa koji sadre: transmisije, maine za mlevenje, maine za suvo ienje, proces isputanja gasova iz rezervoara, zapaljive i loe provodljive tenosti koje se kreu u sudama, odnosno protiu kroz cevi ili pretau, povrine tela na koja udara mlaz komprimovanog vazduha, gasa ili pare itd.

Skupljanje statikog elektriciteta u proizvodnim procesima spreava se: 1. uzemljenjem; 2. odravanjem odgovarajue vlage u vazduhu; 3. jonizacijom vazduha; 4. antistatikom preparacijom; 5. poveanjem provodljivosti loe provodljivih materijala; 6. odvoenjem statikog elektriciteta.

1. Uzemljenje se mora primenjivati na svim provodljivim delovima maina, bez obzira na to da li se upotrebljavaju i druge mere zatite od statikog elektriciteta. Uzemljenje se izvodi galvanskim vezivanjem svih provodljivih delova postrojenja na uzemljiva. Presek fiksno poloenog bakarnog provodnika, s obzirom na mehaniku vrstou, ne sme da bude manji od 4 mm. Umesto bakarnih provodnika moe se upotrebiti elina pocinkovana traka najmanjeg preseka 20 mm x 3 mm. Za fleksibilne vodove i spojeve treba koristiti bakarno ue preseka 10 mm2. uzemljivai mogu se koristiti svi tipovi uzemljivaa predvieni odredbama Pravilnika o tehnikim normativima za zatitu objekata od atmosferskog pranjenja, odnosno prikljuak n postojei sistem zatitnog uzemljenja. Sa mesta koncentracije statikog elektriciteta, postrojenje mora da se povee najkraim putem na sistem uzemljenja.

Tabela 40.1. Otpor razliitih materijala za podove Materijal Izmereni otpor Ploice 107 - 109 Daske za brodski pod 106 1010 Linoleum 106 1010 Provodna guma 102 Peene ploice 107 1010 Vetaki kamen - neprovodan 1011 Obini beton debjine 3 cm 105 Specijalni beton debjine 5 cm 102 Provodni penuavi pod 102 Ter 105- 107 Provodni teraco 103 Asfalt 1010

Pokretni delovi postrojenja, preko bakarnih, bronzanih ili ugljenih etkica, prikljuuju

se na sistem uzemljenja. etkice moraju biti vertikalno i fiksno postavljene na rotirajuu osovinu sa pritiskom na povrinu od 0,4 do 0,8 N/cm2. Obrtni delovi izmeu leita i osovine


kod maloga procepa i odgovarajueg maziva, mogu da ispune uslove u pogledu otpornosti uzemljenja.

Provodljivi podovi koji se koriste u sistemu za odvoenje statikog elekriciteta, moraju imati prelaznu otpornost manju od 106

Prelazna otpornost podova mora se kontrolisati u odreenim vremenskim razmacima. Materijali za izradu rovodljivih podova i njihova prelazna otpornost navedeni su u tabeli 30.1.

2. Odravanje odgovaraju vlage u vazduhu moe se primeniti samo ukoliko to doputaju tehnoloki postupak i svojstva materijala koji se obrauje. Doziranje relativne vlage vri se mou ventilacionih klima-ureaja ili se para dovodi mou rasprskivaa (parni mlaz) koji se postavlja u blizini najvee koncentracije statikog elektriciteta. Putanje pare kroz cevi i prskalice moe u njima da sakupi statiki elektricitet, pa se stoga cevi moraju galvanski povezati na sistem uzemljenja. Kontrola relativne vlanosti mora se vriti u odreenim vremenskim razmacima pomocu higromera, odnosno stalno mu higrografa. Pri relativnoj vlanosti vazduha od 70% ne pojavljuje se opasnost od naelektisanja. Izuzetno, relativna vlanost vazduha moe se smanjiti i ispod 70% u pojedinim tehnolokim procesima pri kojima se moraju primenjivati propisana sredstva i metode za svaku sredinu koja je ugroena zbog jave statikog elektricitieta. Takoe se merenjem mora utvrditi da se pri nioj vlanosti n pojavljuje statiki elektricitet koji izaziva smetnje i tete, a nije opasan u atmosferi eksplozivnih smea.

3. Za jonizaciju vazduha radi neutralisanja elektrostatikih pojava upotrebljavaju se visokonaponski ili radioaktivni jonizatori, koji se postavljaju u blizini mesta na kojima se skuplja statiki elektricitet. Jonizatori se postavljaju na sledei nain:

- to blie materijalu sa kog treba odstraniti statiki elektricitet, ali na tolikoj udaljenosti da ne dodiruju materijal (oko 15 mm iznad materijala);

- na oko 100 mm ispred take sa koje se materijal odvaja ad metalnih valjaka maine. 4. Antistatikom preparacijom poboljava se odvoenje statikog elektriciteta. Radi

toga je potrebno povrinu materijala premazati ili poprskati tankim slojem provodljivih materija ili materijal potopiti u antistatik. Sredstva za antistatike preparacije moraju biti takva da ne utiu tetno na svojstva prepariranog materijala i da ne izazivaju koroziju maina i njihovih delova. Kod tekstilnog materijala antistatika preparacija mora da bude postojana u rnu. U toku tehnolokog postupka treba, po potrebi, ponoviti antistatiku preparaciju.

5. Poveanje provodljivosti loe provodljivih materijala postie se tako to se prirodnoj ili sintetikoj gumi dodaje koloidalni grafit. Kao dodaci mogu se koristiti i metalni oksidi. Umesto poveanja provodljivosti materijala esto je dovoljno poveati samo povrinsku provodljivost. U tu svrhu se povrina materijala premazuje koloidalnim grafitom, ai ili glicerinom. Te premaze treba povremeno obnavljati.

Provodljivost tenosti i rastvora vv se dodavanjem etil alkohola. 6. Odvodenje statikog elektriciteta moe biti: (a) dodirom ili (b) influencom. a) Na delovima maina, koji se u toku tehnolokog postupka obru odnosno sa kojih

se odvaja tekstil ili folijski materijal, mora se iznad mesta najjaeg naelektrisanja postaviti uzemljena mesingana ipka na kojoj su u razmacima od 50 mm privreni mesingani lanii. Lanii dodiruju povrinu materijala u toku njegovog kretanja i odvode statiki elektricitet.

b) Odvodenje statikog elektriciteta influencom je proces u kojem se odvajaju naelektrisanja suprotnih znakova u provodnicima koji su u elektrinom polju. Ako odvoenje statikog elektriciteta influencom ne daje zadovoljavajui rezultat, treba ga kontrolisati, a prema potrebi broj mesta za odvoenje influencom poveari. Na kraju, ako ni to ne zadovoljava, treba primeniti druge metode odvodenja statikog elektriciteta.


41. Zatita od atmosferskih pranjenja Kao jedan od prirodnih fenomena grom je kroz najvei deo istorije fascinirao i plaio

oveka zaokupljajui njegovu matu.

Sl. 41.1. Atmosferska pranjenja

U antiko doba u gotovo svim narodima i kulturama grom i grmljavina bili su znaci boanskog delovanja. Starim grcima grom je predstavljao jedno od Zevsovih oruja koje je za njega napravila Minerva, boginja mudrosti. I Grci i Rimljani su posmatrali nebo, plaili se grmljavine kao znaka da su bogovi loe volje ili da se meu njima dogaaju svae i obrauni. elei da odobrovolje bogove, oboavajui ih i bojei ih se, svoje hramove su najee gradili na mestima koja je pogodio grom i koja su stoga za njih bila sveta. Asteci su bogove pokuavali da odobrovolje prinosei rtve. U nekim sredinama jo se i danas veruje da zvuk crkvenih zvona moe odagnati gromove, a sanke Deda Mraza po celom svetu vuku jeleni po imenu Donner (grmljavina) i Blitzen (munja).

Preokret u razmiljanjima o fenomenu groma dogodio se sredinom 18. veka zahvaljujui istraivanjima Bendamina Frenklina. On je pomou ogleda sa zmajem dokazao da je grom elektrina pojava. Konstruisao je gromobrane kojima su se objekti i ljudi u njima mogli zatititi. To je svakako bio ogroman korak napred ali trebalo je da proe jo dosta vremena da njegove ideje budu prihvaene u nauci i praksi.

Sledei vei napredak dogodio se krajem 19. veka, kad su naunicima postali dostupni fotografski i spektroskopski alati. Struju groma meu prvima je uspeo da izmeri nemaki naunik Pockels. On je merio jainu magnetnog polja koje stvara grom i posredno, preko tog podatka izraunao jainu struje groma (1897-1900).

Savremena istraivanja zapoinju s radom C.T.R. Wilsona koji je prvi vrio merenja elektrinog polja da bi odredio strukturu naelektrisanja u oblacima koji uestvuju u atmosferskim pranjenjima. Wilson je svojim radom puno doprineo dananjem razumevanju tih fenomena, a za izum "maglene komore" (Cloud Chamber) dobio je Nobelovu nagradu.

Novija istraivanja groma idu u vie pravaca. Jedan od njih je razvoj mree ureaja za detekciju i registraciju gromova. Takva

mrea uspostavljena je u veini zapadnih zemalja. Sastoji se od senzora koji su osjetljivi na promene elektrinog i magnetnog polja koje stvara udar groma. Senzori su meusobno povezani te se s jednog mesta moe pregledno posmatrati situacija na veem podruju. To omoguava praenje razvoja oluje u realnom vremenu i pripremu elektroenergetskog sistema na oteane i rizine uslove rada, ali slui i za dobijanje tanih podataka o raspodeli broja udara groma u toku godine na nekom podruju, to je vrlo vaan podatak za dimenzioniranje gromobranske zatite.


Drugi vaan pravac istraivanja je da se neprestano snimaju i matematiki opisuju pojave pri udaru groma. Pri tome naunici su imali puno koristi od ogleda sa vetaki izazvanim gromovima. Grom se dobijao tako to se prema olujnom oblaku lansira raketa uzemljena pomou ice koja se odmotava u toku leta. U veini sluajeva dolazi do udara groma u uzemljenu raketu pa se pomou raznih instrumenata snimaju pojave koje se pri tome dogaaju.

41.1. Svojstva atmosferskih pranjenja

41.1.1. Razvoj udara groma Udar groma je pranjenje statikog elektriciteta nakupljenog u oblacima. Olujni

oblak odgovoran za gromove naziva se kumulonimbus. To je oblak velike mase koji se die u visinu i do 15 km, a osnovica mu je udaljena od povrine zemlje 2-3 km. Obino nastaje u toplim razdobljima godine kad se povrina zemlje zagreje pa nastane velika temperaturna razlika u atmosferskim slojevima. Tada se sa povrine zemlje die topao vazduh i kree prema visokim i hladnim slojevima u atmosferi (slika 30.2 prikazuje razliite naine formiranja gradonosnih oblaka). Drugi vaan uslov za formiranje grmljavinskog oblaka je postojanje velike koncentracije vodene pare u toploj struji vazduha (oko 7 g vodene pare na 1 kg suvog vazduha).

Pri odreenoj brzini strujanja vazduha, kine kapi usmerene prema povrini Zemlje, koja ima sopstveno elektrini polje, kreu se i sudaraju jedna s drugom pri emu nastaju vee i manje naelektrisane kapljice. Manje kapljice postaju negativno a vee kapljice pozitivno naelektrisane. Manje i lake kapljice vetar odnosi u jedan deo oblaka pa dolazi do razdvajanja naelektrisanja u oblaku.

Slika 41.2. Formiranje fronta sukobom toplih i hladnih vazdunih masa

(1 - topla vlana vazduna struja, 2 hladna vazduna struja, 3 more, 4 zagrejano kopno)


Slika 41.3. Nastanak i distribucija naelektrisanja u gradonosnom oblaku

41.1.2. Mehanizam atmosferskog pranjenja Kako su najei udari groma koji poinju od oblaka i zavravaju se na povrini

zemlje negativnog polariteta, bie navedene faze formiranja atmosferkog pranjenja za takav sluaj.

Kada su oblaci niski, a zailjeni predmeti na zemlji visoki, nastaje jako elektrino polje koje dovodi do pojave korone na njima, tj. svetlucanja usled obrazovanja lavine jona udarnom jonizacijom u jakom elektrinom polju. Negativno naelektrisanje iz oblaka poinje da se kree prema tlu kad jaina elektrinog polja u blizini oblaka premai elektrinu vrstinu vazduha i vodenih kapljica (500 - 1000 kV/m). Pojedinani skokovi nastaju svakih 40-100 ms na udaljenosti od otprilike 50 m. Nakon svakog pranjenja obino se menja smer pa pranjenje izgleda takasto i naziva se takasto pranjenje. U ovoj fazi mogu se javiti u prostoru pranjenja izmeu taaka sa najjaim poljem koja obrazuju razgranate tanke kanale koji se nazivaju strimeri.

[Napomena: U toku lepog vremena Zemljina povrina je nosilac negativnog naelektrisanja dok je u jonosferi skoncentrisano pozitivno naelektrisanje. Za vreme oluje u niim delovima oblaka koncentracija negativnih naelektrisanja postaje velika. Takav oblak menja smer elektrinog polja na Zemlji pa i struja takastog pranjenja menja smer. Na osnovu ove pojave grade se sistemi za obavetavanje o nailasku olujnih oblaka. Sistem radi na principu osetljivog instrumenta koji meri veoma malu struju takastog pranjenja kroz iljak na vrhu jarbola. Kada struja promeni smer i intenzitet znai da se pribliavaju olujni oblaci.]


a) b)

Slika 41.4. Razvoj skokovitog predvodnika a) i glavno pranjenje b)

Slika 41.5. Vremenski razvoj atmosferskog pranjenja

Najistureniji, poetni deo naelektrisanja koji se kree ka zemlji naziva se predvodnik

(lider). Kanal kojim je on proao ostaje jonizovan i pun negativnog naelektrisanja. U poetnoj fazi predvodnik se naziva skokoviti lider jer se pomera u koracima od 15 do 30 m u intervalima od 20 do 50 s. to se vie predvodnik pribliava zemlji i isturenim objektima na njoj, on na njima privlai sve vie pozitivnih naelektrisanja koja se sakupljaju na najisturenijem delu objekta. Privlaenje je jae to je predvodnik blie zemlji ili objektu na njoj. Zbog toga naglo raste jaina elektrinog polja u blizini zemlje te kad ona premai elektrinu vrstinu vazduha, dolazi do uzlaznog pranjenja suprotnog (pozitivnog) naelektrisanja od zemlje prema predvodniku. U trenutku kad se ta dva proboja spoje dolazi do jakog prodora pozitivnog naelektrisanja iz uzlaznog proboja u negativno jonizovani kanal predvodnika i do neutralizacije naelektrisanja. To nazivamo glavnim pranjenjem. Ono traje 70-100 ms i praeno je jakim svetlucanjem i bljeskovima.

U jednom glavnom pranjenju dolazi do neutralizacije samo onih naelektrisanja koja se nalaze nagomilana u kanalu groma. Posle glavnog pranjenja i pauze od nekoliko desetina milisekundi, od oblaka prema zemlji kroz ve prethodno jonizovan kanal, javlja se pranjenje koje nazivamo streloviti lider. Kada streloviti lider dodirne zemlju javlja se drugo glavno


pranjenje i niz novih uzastopnih pranjenja. Neutralisanje naelektrisanja oblaka vri se u fazi viestrukih udara.

Slika 41.6. Prostorno vremenski dijagram razvoja kompletnog atmosferskog

pranjenja dobijen specijalnom kamerom sa linearno pokretnim filmom (1, 2, 3)

Slika 41.7. Vremenski oblik struje kompletnog pranjenja. Sa A oznaen je period kada se formira skokoviti lider (0,005 s do 0,01 s), sa B period glavnog pranjenja 1 sa slike 30.5

(50 s do 100 s), sa C period posle glavnog pranjenja (struja od 100 A do 200 A) i sa D i E period uzastopnog praznjenja 2 i 3. Amplituda struje prvog udara je najvea ali je strmina

uspostavljanja na elu vea kod uzastopnih udara.

41.1.3. Vrste i polaritet atmosferskih pranjenja Fizike pojave pri nastajanju groma, objanjene u prethodnom poglavlju, tumaene su

uz pretpostavku negativnog proboja iz oblaka prema tlu. Mehanizam je takav u 80-90% sluajeva u krajevima s umerenom klimom. Meutim, ima i drugih rasporeda naelektrisanja u oblacima i drugih vrsta udara groma prema polaritetu i smeru udara groma. Moemo imati sledee sluajeve koji su prikazani na slikama:

Uzlazni gromovi, koji zapoinju na nekom objektu na zemlji i kreu se prema naelektrisanom oblaku, puno su rei.

Kod najeih silaznih negativnih pranjenja cela pojava je nakon 100 ms gotovo u potpunosti zavrena, a struja nakon toga sve vie slabi. Kod reih silaznih pozitivnih gromova strujni impulsi due traju, jaina struje je neto vea, no vee je i vreme za koje struja postigne maksimalnu vrednost.


Slika 41.8. Vrste i polaritet groma

41.2. Osnovni parametri atmosferskih pranjenja Osnovni parametri atmosferskih pranjenja su broj udara, trajanje struje groma,

amplituda struje groma, strmina strujnog talasa, neutralisano naelektrisanje ili udarna koliina elektriciteta, kvadratni impuls struje groma.

41.2.1. Amplituda struje groma Sa stanovita zatite najvanija veliina je struja groma jer ona prilikom udara

protie kroz pogoeni objekat. Ta struja nije konstantna u vremenu nego ona vrlo brzo naraste do maksimalne vrednosti i dalje postepeno opada (priblino eksponencijalno). Ova maksimalna vrednost struje groma naziva se amplituda struje groma. Vreme od poetka pojave do postizanja amplitude struje nazivamo elom groma. Negativni udari groma stvaraju strujne talase koji se po obliku mogu relativno mnogo razlikovati. U prvom pranjenju trajanje ela negativnog proboja je 10-15 ms. Pri sledeim pranjenjima (ako postoje) trajanje ela je puno krae ali struja opada sporije. Takoe, pri tim probojima amplituda struje manja je nego pri prvom proboju.

a)

b)

Slika 41.9. Struja groma a) i merenje struje groma pomou mernog transformatora b)

Pozitivni udari groma se obino sastoje od jednog pranjenja koje traje od 0,1-0,2 s. Trajanje ela je relativno dugo i kree se od 20 do 50 ms, a amplituda pozitivne struje moe narasti i na vie od 1000 kA pa ima razornije dejstvo.

Amplituda struje groma je najvanija veliina jer se pomou nje moe izraunati pad napona koji ona stvara protiui kroz neki objekat na zemlji korienjem izraza U = IgR. Stoga je ona bitna za proraunavanje zatite od groma.

Sistem za merenje struje atmosferskog pranjenja u tornju prikazan je na slici 41.9. Toranj je postavljen na izolacione nosae da bi merena struja proticala kroz provodnik koji se vodi kroz otvor mernog transformatora. Ovaj provodnik slui kao primarni namotaj. Struja sa


sekundarnog namotaja se vodi kablom do ureaja za registraciju, koji je zatvoren u oklop kao Faradejev kavez.

41.2.2. Strmina strujnog talasa Strmina strujnog talasa ili strmina struje groma je brzina postizanja amplitude struje

groma, a izraunavamo je tako da podelimo vrednost amplitude struje sa trajanjem ela talasa

ili kao dtdis .

Ona je za nas bitna jer nagle promene struje stvaraju isto tako brzo promjenjiva magnetna polja, a od brzne promene magnetnog polja direktno zavisi veliina napona koji se indukuje na objektima unutar tog polja. to je vea strmina struje groma indukovae se vei naponi i pojaviti vee struje na objektima u blizini pranjenja (objektima koji ne moraju biti

direktno pogoeni gromom). Ti naponi dobijaju se iz izraza dtdiLU . Ako tim objektima i

ne nakode indukovani naponi i struje u njima, mogu im nakoditi elektromagnetne sile koje se pojavljuju zbog proticanja struja kroz njih.

Prilikom prorauna gromobranske instalacije mora se voditi rauna i o tome da sile na delove gromobrana ne budu prevelike i ne otete sam gromobran.

41.2.3. Udarna koliina elektriciteta Udarna koliina elektriciteta je ukupno naelektrisanje koje se neutralie prilikom

jednog udara idtq a obuhvata struju skokovitog lidera i struju glavnog pranjenja.

Ukupna koliina elektriciteta koja protie u zemlju u toku svih n pranjenja je

n

iu idtq

1.

Tabela 30.2. Karakteristine vrednosti struja groma verovatnoa prekoraenja

amplituda struje groma naelektrisanje strmina

kvadratni impuls struje trajanje

[%] [kA] [As] [kA/s] [kA2] [s] 50 26 9 48 0,54 0,09 10 73 69 54 1,5 0,56 1 180 330 97 35 2,7

41.2.4. Kvadratni impuls struje groma ili toplotni impuls kompletnog pranjenja

Kako se na mestu udara pri neutralisanju naelektrisanja oslobaa toplotna energija, koliina naelektrisanja e uticati na topljenje vrha gromobrana ili aluminijumskog oklopa aviona. Ta energija se moe dobiti kao akqUE , gde je q neutralisana koliina naelektrisanja (najee vrednosti 50 As, do maksimalno 300 As), a Uak katodni pad napona na mestu nudara (pri dodiru predvodnika pranjenja sa vrhom gromobrana ova vrednost je oko 10 V). Dobijaju se dosta male vrednosti, pa su oteenja na mestu udara mala, i to objanjava zato se u prirodi teko nalaze mesta udara groma.

Struja groma je odgovorna i za zagrevanje provodnika kojima prolazi. Proraun zagrevanja gromobranske instalacije koja provodi struju groma, vri se prema izrazu

dtiRE g2 , gde je R omski otpor provodnika, i trenutna vrednost struje groma, a t vreme.


41.2.5. Modeli udara groma Modeli udara groma su analitiki alati za izradu studija o zatiti od udara groma.

Modele koristimo jer su fizike pojave prilikom udara groma sloene i jo delimino neistraene i teko ih je matematiki opisati. Kad bismo i mogli uzeti u obzir sve uticaje dobili bismo model koji bi bio verovatno jako komplikovan i teak za praktinu upotrebu. Zato su nuna odreena pojednostavljenja koja su dala razliite modele.

Modeli daju matematiki izraz za udarno rastojanje ili za radijus privlaenja. Oni omoguavaju da odredimo poloaj i dimenzije gromobrana i ostvarimo odgovarajuu zatitu. Odgovarajua zatita je postignuta kada se silazni predvodnik ne moe nai na mestu koje bi bilo udaljeno od objekta za vrednost manju od radijusa privlaenja objekta i istovremeno od samog gromobrana na udaljenosti veoj od radijusa privlaenja gromobrana.

41.2.6. Klasini modeli Klasini modeli temelje se na udarnom razmaku Rud. To je takva udaljenost pri kojoj

ako glava predvodnika upadne unutar te udaljenosti, raunato od najisturenije take objekta, taj e objekat privui grom. Udarni razmak zavisi od koliine naelektrisanja predvodnika, to jest od amplitude struje groma I (izraene u kiloamperima da bi se udarno rastojanje dobilo u metrima),

Rud = I

Tabela 30.3. Vrednosti koeficijenata i za klasine modele

Ovo je vrlo vana relacija jer direktno povezuje amplitudu struje groma i udarno rastojanje. Prema klasinim modelima taj je razmak isti za zemlju i za objekte. Bitna je samo pretpostavka da kad se predvodnik priblii nekom objektu na udaljenost probojnog razmaka, da e tada doi do pogotka u taj objekat. Razliiti autori su predlagali razliite vrednosti koeficijenata i , a u tabeli 30.3 date su neke od tih vrednosti.

Vano je rei da iako su ovo najstariji modeli, koji se jo uvek iroko primenjuju, pogotovo kad se pri zatiti objekta moemo zadovoljiti niim sigurnosnim uslovima ili kod projektovanja manjih gromobranskih instalacija

MODEL

Whitehead et Brown 6 0,8

Whitehead 6,4 0,75

IEEE1993 8 0,65

Love 10 0,65

41.3. Optiki efekti atmosferskih pranjenja

Slika 41.10. Optiko dejstvo atmosferskog pranjenja

Prema svetlosnim efektima koji se javljaju pri atmosferskom pranjenju usvojeni su razliiti narodni nazivi za munje. Tako, ako je pranjenje vidljivo naem oku u obliku jedne crte koja se u blizini tla grana, takvo pranjenje nazivamo linijskom munjom, a ako ima vie takvih crta to je tzv. trakasta munja. Dogaa se da pranjenje vidimo u obliku malih svetlih kuglica koje slede jedna za drugom i to nazivamo perlasta munja. Ukoliko pranjenje


vidimo u obliku vee lopte, dueg repa, nazivamo ga loptasta munja. Katkad ne ujemo nikakvu grmljavinu, a vidimo samo svetlost, pa to pranjenje nazivamo munja sevalica ili svetlucanje vremena. Ponekad e biti obrnuto: ujemo samo grmljavinu, a ne vidimo svetlost, pa je to tzv. tamna munja. Svetlost munje nam se ponekad ini da "titra", a to se dogaa onda kad u kratkim vremenskim razmacima od nekoliko stotih delova sekunde prolazi nekoliko uzastopnih munja istim kanalom.

Danas, kad su fizika svojstva munje vie ili manje istraena, moemo rei da su njeni svetlosni efekti zapravo zraenje plazme od oko 3000C.

41.4. Akustiki efekti atmosferskih pranjenja U kanalu u kojem tee struja pranjenja vladaju visoka temperatura i pritisak pod

kojim se nalazi provodna plazma. To stanje traje dok kanalom tee struja. im prestane da tee struja koja je silama vlastitog magnetnog polja bila sabijena na vrlo mali presek, oslobaa se pritisak plazme i iri se radijalno prema spolja. Taj, sada gasni pritisak, deluje na nae uho i mi ujemo grmljavinu.

Slika 41.11. Promena pritiska u vazduhu prostire se kao talas

Promena pritiska se prostire kao talas. Najvii je pritisak u samoj blizini, nekoliko santimetara od kanala munje, zatim se na nekoj udaljenosti on naglo smanjuje (slika 41.11) Grmljavinu, koja je akustiki efekat tog pritiska, ujemo na izvesnoj udaljenosti od udara munje kao prasak uz tutnjavu, a ako smo jo udaljeniji, ujemo je kao neku buku. Na udaljenosti ve od 10 km ne ujemo od te pojave nita. Ako bismo se nalazili sasvim blizu udara munje u zemlju, moglo bi nam se dogoditi da, zbog visokog pritiska koji vlada u toj zoni, izgubimo svaki oseaj za zbivanja u njoj.

41.5. Mehaniki efekti atmosferskih pranjenja

Slika 41.11. Sve mehanike deformacije elektrinih instalacija

kroz koje je tekla struja groma nastaju zbog elektrodinamikih sila

Grom osim akustikog i optikog ima i mehaniko delovanje. Udar munje moe otetiti delove zgrade, npr. dimnjak, ili razoriti stablo ili drveni stub. Prolaskom struje groma kroz neke provodnike oni postaju izoblieni. Znai, struji groma odgovara neka sila koja je u stanju mehaniki da deluje; razara, deformie i sl.

Mehaniko delovanje ispoljava se na dva naina.


Prvi, koji izaziva mehaniku silu, deluje uz pomo pritiska koji je vrlo veliki. Meutim, taj pritisak postaje mnogo jai kad se cela pojava zbiva u zatvorenom prostoru, a ne u vazduhu. Tako, ako struja groma prolazi kroz pukotinu u zidu neke kue, i posebno ako je pukotina vlana, onda pritisak u njoj toliko naraste da ga stranice zida ne mogu izdrati i nastupa oteenje. Kad struja groma prolazi kroz kapilare nekog stabla ili drvenog stuba deava se da doe do rasprsnua stabla ili stuba.

Drugi nain delovanja mehanikih sila javlja se kad struja groma prolazi kroz magnetno polje normalno na linije indukcije, npr. ako struja groma tee kroz provodnik a on se nalazi u magnetnom polju Zemlje. To se retko susree, a i nije tako atraktivno jer je Zemljino magnetsko polje malo pa su i sile koje nastaju male, a raunale bi se prema izrazu

BLiFm

(Fm je sila, i jaina struje groma, L duina provodnika, B magnetna indukcija, slika 30.11). Mnogo se jae sile uspostavljaju pod uticajem magnetnog polja koje je u nekoj petlji stvorila sama struja groma. Ta je sila jaa, pa uz odreene uslove postaje

proporcionalna kvadratu struje groma i moe se izraziti formulom diLFm

2

20 . Ako u

provodnicima koji ine petlju struja protie u istom smeru, onda se provodnici primiu jedan prema drugom, a ako protie u suprotnim smerovima, provodnici se udaljavaju. Uglavnom, sve mehanike deformacije elektrinih instalacija ili aparata kroz koje je tekla struja groma nastaju zbog elektrodinamikih sila.

41.6. Termiki efekti atmosferskih pranjenja Najvia temperatura u kanalu groma postie se na mestu gde struja ulazi u neku

metalnu povrinu, na dnu kanala. Zato se na tim mestima rastopi metalna povrina. Prenik tih rastopljenih delova povrine ne iznosi vie od 5 do 20 mm pa je te rupice teko pronai u prirodi ili na bilo kom drugom mestu koje nije posebno posmatrano. To se tumai time to najvei deo energije groma prelazi zraenjem i pritiskom u okolinu, a manji se deo potroi na zagrevanje i topljenje metalne povrine. Utroak energije na povrini iznosi za srednje munje 150 Ws, a za jae munje najvie do 7000 Ws. Moe se raunati da e jaka munja napraviti rupu prenika od 20 mm u elinom limu debljine 0,5 mm.

Kod termikog delovanja groma, pri topljenju materijala, bilo povrine ili provodnika, nastaju visoki pritisci pa su zbog toga mogua i mehanika razaranja, posebno ako su putanje kojima tee struja u zidovima zgrada. Eventualni poari i eksplozija mogu se protumaiti kao posledica varnienja metalnih delova na mestima gde ulazi ili izlazi struja, ili su rezultat jakog zagrevanja na mestima gde struja groma naie na veliki prelazni otpor zbog loeg kontakta ili nekih drugih razloga.

Vrlo se esto proticanje struje groma posle udara nastavlja kroz zemlju. Pa budui da struja groma proizvodi toplotu, po prestanku strujanja nailazimo na izgoreli pesak cevastog oblika. To su tzv. fulguriti.

42. Zatita objekata od udara groma 42.1. tetne posledice atmosferskih pranjenja

Gromobranska zatita treba da sprei dodir kanala atmosferskog pranjenja sa tienim objektom. Njena uloga je da prihvati i sprovede u zemlju struju atmosferskog pranjenja bez posledica po objekat, kao i da zatiti sve elektrine i telekomunikacione instalacije i ureaje od tetnog dejstva elektromagnetskih uticaja, kao i od povienih potencijala koji se mogu pojaviti na uzemljivau objekta pri proticanju struje groma.


Ukoliko ipak doe do direktnog atmosferskog pranjenja u tieni objekat mimo gromobranske zatite, ili objekat nije uopte zatien od direktnog udara groma, to moe da ima sledee posledice:

Usijani gasovi iz kanala groma mogu da izazovu paljenje i eventualno poar irih razmera na zapaljivim objektima (drveni ili slamni krovovi ili zapaljiva konstrukcija krova).

Visoka temperatura na mestu dodira kanala groma i objekta moe da izazove meha-niko oteenje objekta usled naglog irenja i prskanja materijala.

Visoka temperatura na mestu dodira moe da izazove topljenje metalnih povrina. Pri pravilno izabranim presecima metalnih provodnika ova pojava nije uobiajena.

Proticanje velike struje kroz metalne provodnike koji nisu deo gromobranskog sistema moe da izazove topljenje provodnika.

Proticanje struje atmosferskog pranjenja kroz metalne provodnike moe da dovede do kidanja provodnika usled elektrodinamikih sila.

Udar u drvee ili drvene stubove moe da dovede do njihovog paljenja ili mehanikog razaranja usled naglog irenja isparene vlage u sitnim kapilarima ovlaenog drveta.

Preskok izmeu gromobranske instalacije (ili metalne konstrukcije koja provodi struju groma) i elektroenergetske instalacije niskog napona, telefonske ili neke druge teleko-munikacione instalacije unutar objekta, moe da izazove oteenje ili potpuno unitenje te instalacije. Preskok moe nastati ako nisu pravilno izvedene mere za izjednaavanje potencijala unutar tienog objekta.

Povieni potencijal uzemljivaa u odnosu na provodne elemente unutar objekta moe da ugrozi ivot i zdravlje ljudi usled opasnih napona koraka i dodira.

Struja groma moe svojim indirektnim dejstvom (elektromagnetska indukcija) da iza-zove oteenje osetljivih elektrinih, a posebno elektronskih ureaja.

42.2. Klasifikacija tienih objekata Svi objekti se prema vanosti i posledicama od atmosferskih pranjenja mogu podeliti

na sledee kategorije: Uobiajeni objekti

Stambeni objekti kod kojih postoji opasnost od oteenja elektrinih instalacija, poara i materijalne tete usled atmosferskih pranjenja.

Farme kod kojih se javlja 1. opasnost od poara i opasnih napona koraka. 2. opasnost koja nastaje usled gubitka elektrine energije sa smrtnom opasnou po ivotinje zbog oteenja elektronskog sistema za upravljanje ventilacijom, dotura hrane itd.

Pozorita, bioskopi, robne kue, kole, sportski i drugi objekti u kojima se sakuplja vei broj ljudi zbog opasnosti od oteenja elektrinih instalacija, to moe da izazove paniku usled nestanka elektrinog osvetljenja i ispad alarmnog sistema za protivpoarnu zatitu.

Banke, osiguravajui zavodi, komercijalne ustanove zbog prisustva velikog broja ljudi ali i zbog dodatnih problema usled gubitka komunikacija, ispada raunara i gubitka podataka.


Bolnice, jasle, zatvori imaju zbog prisustva velikog broja ljudi, ali i zbog dodatne ugroenosti bolesnika na intenzivnoj nezi i problema pruanja pomoi nepokretnim bolesnicima.

Industrija zbog manjih oteenja koja mogu dovest do velikih gubitaka u proizvodnji. Muzeji i arheoloka nalazita zbog opasnosti od nenadoknadivog gubitka kulturnog

naslea.

Objekti ogranienih opasnosti Telekomunikacije, elektroenergetska postrojenja, industrije ugroene poarom gde

postoje posledice koje su neprihvatljive za javne slube, odnosno postoji opasnost po neposrednu okolinu od poara.

Objekti opasni za neposrednu okolinu Rafinerije, ostala postrojenja za napajanje gorivom, fabrike municije i zapaljivih

materijala zbog mogueg izbijanja poara i eksplozije proizvodnih pogona i opasnosti po okolinu.

Objekti opasni za iru okolinu

Hemijska industrija, nukleama postrojenja, biohemijska postrojenja zbog mogueg poara i prestanaka rada postrojenja sa ugroavanjem ue i ire okoline.

Postoje jo objekti posebne konstrukcije za koje treba predvideti gromobransku

zatitu. To su: 1. objekti vii od 60 m, 2. atori, kampovi, igralita, 3. privremene instalacije (objekti), 4. objekti u izgradnji.

Posledice od atmosferskih pranjenja koje se razmatraju pri klasifikaciji objekata su:

Mehanika oteenja Ranjavanje ljudi i ivotiiija Oteenje elektrine i elektronske opreme

42.3. Gromobranske instalacije Gromobranska instalacija deli se na spoljanju i unutranju. Spoljanja gromobranska instalacija ima zadatak da na sebe preuzme direktna

atmosferska pranjenja u objekat i bez posledica struju atmosferskog pranjenja sprovede u zemlju.

Unutranja gromobranska instalacija ima zadatak da sprei pojavu velikih razlika potencijala unutar objekta i da zatiti ureaje i instalacije u objektu od visokih atmosferskih prenapona.

42.3.1. Spoljanje gromobranske instalacije

42.3.1.1. Nivo zatite spoljanje gromobranske instalacije Ne postoji apsolutno sigurna zatita od direktnog udara groma koja bi bila ekonomski

prihvatljiva. Smatra se da je objekat zatien od direktnog atmosferskog pranjenja ako je verovatnoa pranjenja mimo gromobranske zatite manja od neke tehniki prihvatljive vrednosti. Zbog toga se definiu zone zatite u kojima se objekti mogu sa velikom verovatnoom smatrati zatienim od direktnog udara groma.


Pored zatite od direktnog udara groma definie se i zatita objekata od oteenja, koja mogu nastati usled induktivnih uticaja atmosferskih pranjenja u gromobransku instalaciju tienog objekta ili usled atmosferskog pranjenja u blizinu tienog objekta. Induktivni uticaji se javljaju na niskonaponskim elektroenergetskim, telekomunikacionim i drugim instalacijama osetljivim na prenapone.

Za pojedine tipove objekata se definie najvei nivo rizika oteenja koji se moe tolerisati, koji zavisi od intenziteta grmljavinske aktivnosti na posmatranom podruju. Kao merilo intenziteta grmljavinske aktivnosti usvaja se godinja gustina pranjenja u horizontalnu povrinu zemlje Ng.

Uestanost direktnog udara groma u objekat Nobj definie se na bazi srednje godinje gustine pranjenja u horizontalnu povrinu zemlje Ng, [Ng ] = broj udara/km2god, i ekvivalentne prihvatne povrine objekta Ae.

Nobj = Ng Ae 10-6 , [Nobj ] = broj udara/god. (41.1) Pod ekvivalentnom prihvatnom povrinom objekta podrazumeva se povrina

horizontalnog tla koja ima istu uestanost direktnih udara gromova kao i posmatrani objekat. Odreivanje ekvivalentne prihvatne povrine predstavlja jedan od kljunih zadataka

gromobranske zatite. Ekvivalentna prihvatna povrina usamljenog objekta Ae odreuje se u preseku

povrine tla i dui koja rotira oko objekta a povuena je sa vrha objekta i nagnute u odnosu na horizontalnu ravan u odnosu 1:3. Rotiranjem nagnute dui oko objekta u preseku sa horizontalnom ravni dobija geometrijsko mesto taaka koje ograniava ekvivalentnu prihvatnu povrinu, kao na slici 32.1.

Slika 42.1: Ekvivalentna prihvatna povrina jednostavnog usamljenog objekta

Za objekat na slici 42.1 ekvivalentna prihvatna povrina objekta Ae ima vrednost

Ae = ab + 6h(a + b) + 9h2 (2) gde su: a-duina objekta, b-irina objekta , h-visina objekta ([a] = [b] = [h] = m).

U sluaju neravnog terena ekvivalentna prihvatna povrina objekta se odreuje na slian nain. Postavlja se ravan koja prolazi kroz najviu taku objekta pod nagibom 1:3 prema horizontali. Granice ekvivalentne prihvatne povrine se nalaze u preseku sa povrinom zemlje, bez obzira na kanfiguraciju povrine. Primer odreivanja ekvivalentne prihvatne povrine objekta za sluaj nagnutog terena prikazan je na slici. Na slian nain bi se i za druge konfiguracije terena odredila prihvatna povrina [videti JUS N.B4.801 od 1995, eqv IEC 1024/1/1:1993, Gromobranske instalacije].


Slika 42.2: Ekvivalentna prihvatna povrina objekta na neravnom terenu

Slika 42.3: Ekvivalentna prihvatna povrina objekta u blizini drugih objekata

Ukoliko objekat nije usamljen, ve se u njegovoj blizini nalazi drugi objekat koji ima svoju ekvivalentnu prihvatnu povrinu, tada se ekvivalentna prihvatna povrina objekta rauna samo za one delove povrine terena koji ne pripadaju ekvivalentnoj prihvatnoj povrini susednih objekata. Primer odreivanja ekvivalentne prihvatne povrine posmatranog objekta Pl u ijoj su blizini objekti Sl, S2 i S3 prikazan je na slici 42.3. Na slici 42.3 ekvivalentna prihvatna povrina objekta Ae je povrina unutar trougla oko objekta omeena pravama koje predstavljaju prodore ravni pod nagibom 1:3 postavljenih sa najviih taaka objekata Sl, S2 i S3 normalno na dui xl, x2 i x3 koje predstavljaju najkrae rastojanje izmeu posmatranog objekta Pl i susednih objekata. Spoljanja zatvorena kriva linija oznaava ekvivalentnu prihvatnu povrinu koja bi postojala kad ne bi bilo susednih objekata. Zbog toga delovi trougla koji su van ekvivalentne prihvatne povrine usamljenog objekta Pl ne pripadaju ni povrini Ae.

Za svaki tip objekta se usvaja uestanost udara groma NC, koja predstavlja broj udara u objekat u toku jedne godine koji moe da se tolerie. Usvojena uestanost udara groma je veliina koja zavisi od tipa objekta, odnosno ugroenosti objekta i ljudi od atmosferskog pranjenja. Ovu veliinu procenjuje projektant ili investitor pre poetka projek-tovanja gromobranske instalacije. Ukoliko ne postoje drugi podaci, usvojena uestanost udara groma odreuje se na osnovu sledeih faktora (vrednosti date u tabelama 1, 2, 3 i 4):

tip konstrukcije objekta, sadraj objekta, namena objekta, posledice udara groma u objekat.

Usvojena uestanost udara groma izraunava se primenom sledeeg izraza: NC =310-3ClC2C3C4 (42.3)

gde su koeficijenti Cl, C2, C3 i C4 dati u u tabelama 42.1, 42.2, 42.3 i 42.4. Efikasnost gromobranske zatite se procenjuje na bazi odnosa uestanosti direktnog

udara groma u objekat Nobj i usvojene uestanosti udara groma NC. Ukoliko je ispunjen uslov da je Nobj NC, tada gromobranska instalacija nije potrebna. Ako je Nobj > NC tada je gromobranska instalacija potrebna. Raunska efikasnost gromobranske instalacije se u tom sluaju moe odrediti iz izraza:

obj

Cr N

NE 1 (4)

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTRINE INSTALACIJE I ZATITA 42.35

Tabela 42.1. Tip konstrukcije objekta Cl

Konstrukcija objekta Cl

met

alni

kr

ov

kom

bino

vani

kr

ov

zapa

ljiv

kr

ov

metalna 0,5 1 2

kombinovana 1 1 2,5

zapaljiva 2 2,5 3 Tabela 42.2. C2-sadraj objekta

Sadraj objekta C2

Bez vrednosti i nezapaljiv 0,5

Mala vrednost ili uglavom zapaljiv 1

Vea vrednost ili naroito zapaljiv 2

Izvanredno velika vrednost, nenadoknadive tete, vrlo zapaljiv ili eksplozivan

3

Tabela 42. 3. C3-namena objekta

Namena objekta C3Nezaposednut 0,5

Uglavnom nezaposednut 1

Teka evakuacija ili oito zapaljiv, opasnost od panike 3

Tabela 42.4. C4-Posledice od udara groma u objekat

Posledice od udara groma u objekat

C4

Nije obavezna neprekidnost pogona i bez uticaja (posledica) na okolinu 1

Obaveza neprekidnog pogona, ali bez uticaja (posledica) po okolinu 5

Uticaj (posledice) na okolinu 10

Tabela 42.5. Izbor nivoa zatite gromobranske instalacije

Iz tabele 42.5 moe se uoiti da kod I nivoa zatite amplituda struje prvog glavnog

pranjenja kroz objekat ne sme da bude vea od 2,8 kA. Ukoliko je struja vea, ona se mora sprovesti gromobranskom zatitom u zemlju. Kod IV nivoa zatite maksimalna struja pranjenja u objekat koja se jo moe tolerisati iznosi 14,7 kA.

Udarno rastojanje, dato u tabeli 42.5, izraunava se iz amplitude struje groma primenom izraza

Rud = 10 I 0,67 (5)

42.3.1.2. Principi spoljanje gromobranske zatite Principi spoljanje gromobranske zatite zasniva se na namernom izazivanju

atmosferskog pranjenja u zatitni sistem koji ini gromobranska instalacija. Gromobranska instalacija se deli na spoljanju i unutranju.

Spoljanju gromobransku instalaciju ine: prihvatni sistem, spusni provodnici, uzemljiva.

Unutranju gromobransku instalaciju ine:

Amplituda struje groma I [kA

Udarno rastojanje Rud m

Raunska efikasnost Er

Nivo zatite

E> 0,98 Nivo I sa dodatnim merama 2,8 20 0,98 >Er > 0,95 Nivo I5,2 30 0,95 >Er> 0,90 Nivo II 9,5 45 0,90 >Er> 0,80 Nivo III 14,7 60 0,80 >Er > 0 Nivo IV

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTRINE INSTALACIJE I ZATITA

42.36

elementi koji smanjuju elektromagnetni uticaj struje atmosferskog pranjenja u tienom prostoru i

elementi koji slue za izjednaavanje potencijala uzemljivaa i nultog potencijala razliitih elektrinih i telekomunikacionih instalacija i ostalih metalnih masa u objektima.

Spoljanja gromobranska instalacija moe biti: izolovana spoljanja gromobranska instalacija kod koje put struje pri pranjenju u

gromobransku instalaciju nema nikakvog kontakta sa tienim prostorom; neizolovana spoljanja gromobranska instalacija koja predstavlja takvu instalaciju kod

koje su prihvatni sistem i spusni provodnici tako postavljeni da put struje pri pranjenju u gromobransku instalaciju moe da bude u kontaktu sa tienim prostorom.

Prihvatni sistem predstavlja sistem provodnika ija je uloga da na sebe prihvate direktno atmosfersko pranjenje i na taj nain spree oteenje objekta. Prihvatni sistem moe biti bilo koja kombinacija sledeih elemenata:

tapnih hvataljki ili hvataljki sa pojaanim dejstvom, razapetih ica, mree provodnika.

Pod tapnom hvataljkom se podrazumeva vertikalni metalni tap odreene visine postavljen na vrhu objekta, koji je jednim krajem najkraom vezom vezan za uzemljiva. Veze izmeu prihvatnog sistema i uzemljivaa nazivaju se spusni provodnici.

U cilju poveanja efikasnosti zatite tapnih hvataljki predlau se razliita tehnika reenja koja bi trebalo da poveaju privlano dejstvo tapne hvataljke. To su hvataljke sa pojaanim dejstvom. U tu svrhu su se ugraivale hvataljke sa izvorom jonizujueg zraenja (radioaktivni gromobrani), za koje se pokazalo da su od iste efikasnosti kao i klasina tapna hvataljka, mada je za njih bila deklarisana znatno ira zatitna zona u odnosu na klasian gromobran. Prilikom razvoja skokovitog lidera u pretposlednjem skoku se na vrhu klasine tapne hvataljke koja se nalazi u blizini glave lidera pojavljuje elektrino polje iji je inten-zitet znatno vei od kritinog polja za vazduh, ime otpoinje proces udarne jonizacije koji je znatno izraeniji nego to je jonizacija usled izvora jonizujueg zraenja. Time se dejstvo hvataljke sa izvorom jonizujueg zraenja moe izjednaiti sa dejstvom klasine tapne hvataljke.

Danas se zakonom zabranjuje ugradnja novih hvataljki sa izvorom jonizujueg zraenja, a stare hvataljke je potrebno ukloniti. To stvara tekoe oko ispunjavanja odreenih tehnikih zahteva u pogledu zatitne zone koje su za hvataljke sa izvorima jonizujueg zraenja bile deklarisane znatno ire od klasinih tapnih hvataljki, mada su realno te zone priblino iste.

Danas se predlau i druga tehnika reenja hvataljki sa pojaanim dejstvom. Najjednostavnija zatita, koja je i najjeftinija, je pomou obine, tapne hvataljke, kao i zatita primenom mree provodnika (to je skuplje, ali efikasnije reenje).

Klasina gromobranska zatita je veoma efikasna i potpuno proverena i teorijski i kroz praksu.

42.3.1.3. Zatitne zone prihvatnog sistema Pod zatitnom zonom prihvatnog sistema se podrazumeva zona u kojoj se sa malom

verovatnoom moe dogoditi direktno atmosfersko pranjenje. Danas se koriste dva pristupa u odreivanju zatitne zone prihvatnog sistema. To su:

1. zatitni ugao (ugao koji ini izvodnica kupe koja definie zatitnu zonu i vertikalne linije postavljene kroz osu tapne hvataljke, kao na slici 42.5).

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTRICITET I MAGNETIZAM 42.37

2. kotrljajua sfera koja ima poluprenik jednak udarnom rastojanju za jednu odreenu struju groma (koja zavisi od nivoa zatite objekta). Zatitna zona se dobija kao ge-ometrijsko mesto taaka u kojima sfera dodiruje horizontalnu podlogu pri rotiranju oko tapne hvataljke, tako da sfera stalno dodiruje i hvataljku.

U sluaju primene mree provodnika kao prihvatnog sistema, definie se veliina okaca mree u zavisnosti od traenog nivoa zatite.

U tabeli 42.6 prikazani su zatitni uglovi , poluprenik kotrljajue sfere R i irina okaca mree, prema vaeim JUS propisima.

Slika 42.5. Skica zatitne zone odreene metodom zatitnog ugla i kotrljajue sfere

Zona zatite tapnog gromobrana visine h iznad zemlje (slika 42.6), odnosno ha iznad

tienog objekta (visina objekta hx i h = hx+ ha), predstavlja krug poluprenika Rx na visini hx. Poluprenik zatitne zone se odreuje primenom sledeeg izraza

p

hhhR xax

1

6,1 (6)

gde je p = l za h < 30 m i p = h5,5 za h >30 m.

Slika 42.6. Zatitna zona tapnog gromobrana

esto se u praktinoj primeni koristi linearna aproksimacija granica zatitne zone tapnog gromobrana, tako da se geometrijskim putem moe odrediti zatitna zona kao na slici 42.7. Zatitna zona za objekte visine preko 2/3 od ukupne visine tapa od zemljine povrine h odreuje se kao zona unutar kupe ija je izvodnica pod uglom = 36,8 u odnosu na vertikalu. Visina i poluprenika osnove kupe stoje u odnosu 4:3.

Za nie objekte je zona zatite unutar kupe visine 0,8h, ije su izvodnice pod uglom = 56,3. Odnos visine i poluprenika osnove kupe je 2:3.

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTRINE INSTALACIJE I ZATITA

42.38

Slika 42.7. Zatitna zona tapnog gromobrana u linearizovanom obliku

Tabela 42.6. Zatitne zone u funkciji nivoa zatite

R [m] h = 20 m h = 30 m h = 45 m h = 60 m

Nivo zatite [] [] [] []

Sirina okca mree [m]

I 20 25 5

II 30 35 25 10

III 45 45 35 25 10

IV 60 55 45 35 25 20

42.3.1.4. Prirodne komponente prihvatnog sistema Pod prirodnim komponentama prihvatnog sistema se podrazumevaju delovi objekta

koji nisu postavljeni specijalno zbog gromobranske zatite, ali mogu da preuzmu njenu ulogu. Sledei delovi objekta mogu se smatrati prirodnim prihvatnim sistemom:

1. metalni limovi koji prekrivaju tieni prostor, ukoliko ispunjavaju uslove da je ostvarena trajna elektrina veza izmeu razliitih metalnih delova i debljina lima ne sme da bude manja od vrednosti koja je data u tablici 42.7,

ukoliko je potrebno da se lim zatiti od proboja strujom atmosferskog pranjenja ili ukoliko postoji problem vruih taaka;

2. ako metalni delovi koji predstavljaju prirodne komponente nisu obloeni izolacionim materijalom (tanki slojevi zatitne boje ili 0,5 mm asfalta ili 1 mm PVC-ane smatraju se izolacijom);

3. svi nemetalni materijali ili metalni objekti prekriveni nemetalnim materijalima koji su na metalnim limovima ili iznad njih;

4. metalni oluci oko krova, dekoracije, ograde, cevi, rezervoari i drugi metalni delovi ija je debljina vea od one zadate u tablici 42.7, ukoliko proticanje struje pranjenja kroz njih ne moe da dovede do pojave opasnosti usled pregrevanja materijala.

Tabela 42.7. Minimalna debljina metalnog lima kada se koristi kao prihvatni sistem

Nivo zatite materijal debljina [mm]

I do IV elik 4 bakar 5

aluminijum 7

WWW.AKADEMIJAELECTROLUX.COM.MK ELEKTRICITET I MAGNETIZAM 42.39

42.3.1.5. Spusni provodnici Spusni provodnici imaju zadatak da najkraim putem sprovedu struju atmosferskog

pranjenja do zemlje. Na spusnom provodniku se pri proticanju struje atmosferskog pranjenja pojavljuje

poveanje potencijala u odnosu na taku referentnog potencijala zbog: 1. pada napona na uzemljivau pri proticanju udarne struje pranjenja i 2. indukovanog pada napona na spusnom provodniku.

Visok potencijal spusnog provodnika moe da bude opasan ako se u njegovoj blizini nalazi neka druga instalacija, kao to je na primer elektroenergetska instalacija niskog napona, telefonska linija, dovod plina ili vodovodna instalacija. U sluaju kada je rastojanje izmeu gromobranske instalacije i instalacije na potencijalu referentne nule manje od bezbednog

Elektrotehnika i zaštitaelectricbrushcarbon.com.mk/documents/doc_download/109-elektricne... · 2 ...

Documents

Transcript of Elektrotehnika i zaštitaelectricbrushcarbon.com.mk/documents/doc_download/109-elektricne... · 2 ...