Elektricne-instalacije

TEHNIKUM TAURUNUM - VISS

V. Drini

Elektrotehnika i zatita

skripta

Beograd, oktobar 2008

2 V. DRINI ELEKTROTEHNIKA I ZATITA

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

V. DRINI ELEKTROTEHNIKA I ZATITA 3

42. ZATITA OBJEKATA OD UDARA GROMA 30

42.1. tetne posledice atmosferskih pranjenja 30

42.2. Klasifikacija tienih objekata 31

42.3. Gromobranske instalacije 3242.3.1. Spoljanje gromobranske instalacije 32

42.3.2. Unutranja gromobranska zatita 42.43

43. STABILNE INSTALACIJE ZA DOJAVU POARA 43.48


38. 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 umagnetnom polju. Zamislimo ovakav ogled. Metalna ploa se zakai za ipku koja je vezanana jednom kraju i pusti da se ljulja napred nazad kroz magnetno polje, kao na slici 38.1. imploa ue u polje, promena magnetnog fluksa dovodi do indukovanja EMS u ploi. Todovodi do kretanja slobodnih naelektrisanja elektrona i stvaranja krune, vrtlone struje. PoLencovom pravilu, smer ove struje mora da bude takav da se suprotstavlja promeni zbog kojeje nastala. Zbog toga vrtlona struja mora proizvesti magnetno polje u ploi koje e bitisuprotnog smera od spoljanjeg magnetnog polja. Ovo dovodi do pojave sile koja sesuprotstavlja kretanju kroz polje (da nije tako ploa bi se ubrzavala i njena energija bi sepoveavala pri svakom ponovljenom prolasku kroz polje to je u suprotnosti sa zakonomodranja energije).

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

Sistemi za koenje inskih vozila i brzih vozova koriste pojavu elektronagnetneindukcijue i vrtlonih struja. Elektromagnet (solenoid sa gvozdenim jezgrom) privren jeza 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. Smerovih struja je ba takav da dovodi do pojave sile koja koi vozilo. Kako se vrtlone strujesmanjuju pri koenju i smanjenju brzine vozila, koenje je ravnomerno.

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

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


38.2. Elektrotehniki grafiki simboli


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 zatitaElektroenergetske 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 cevastoguzemljivaa

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 uzavisnosti od rastojanja od uzemljivaa

Sl. 39.1.c) Naponski levak uzemljivaa, zavisnostpotencijala 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) iprovodnici za izjednaenje potencijala moraju se oznaiti kombinacijom zelene i ute boje.Neutralni provodnik (N-provodnik) mora se oznaiti svetloplavom bojom. U strujnom kolukoje ima neutralni provodnik svetloplava boja se ne sme koristiti za bilo koje drugooznaavanje provodnika. U strujnom kolu koje nema neutralni provodnik, ila kablaoznaena svetloplavom bojom moe se koristiti i za druge svrhe osim za oznaavanjezatitnog provodnika, PEN provodnika i provodnika za izjednaavanje potencijala, uzodgovarajue oznaavanje na njegovim krajevima.

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

Prema standardima do 1988. g. oznaavanje polariteta odnosno faze sabirnicaodgovarajuim bojama neizolovanih provodnika u razdelnim tablama (ureajima) koje su uredovnom pogonu pristupane sa zadnje strane, bilo je definisano na sledei nain:

jednosmerna struja: pozitivni pol - crvena bojanegativni pol - plava boja

trofazna struja: prva faza - uta bojadruga faza - zelena bojatrea faza - ljubiasta bojaneutralni provodnik - bela ili svetlosiva sa poprenim crnim prugamazatitni provodnik uta i zelena boja

Ovaj sistem oznaavanja neizolovanih faznih provodnika u praksi se i danasprimenjuje. ak se navedene boje za oznaavanje faze sabirnica primenjuju za postrojenjasrednjeg napona ( 35 kV). U nekim zemljama oznaavanje faze sabirnica odgovarajuimbojama 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 (udaragroma) u elemente elektroenergetskih objekata ili u njihovu blizinu.

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

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

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

2. Privremeni (povremeni) prenaponi imaju due trajanje od atmosferskih i sklopnihprenapona. Njihovo trajanje je od nekoliko perioda napona industrijske uestanosti donekoliko sati. Obino nisu mnogo vii od najvieg napona mree. Ovi prenaponi po pravilune 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 prinesimetrinom 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

UI

pit

k 5405,03

220=

++

=

++

=

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

vrednosti

40== kpd IRU 50 = 200 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

mA

V200

1000

200==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:

( ) =+=kludIRRU 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 elektricitetaOpasnost od statikog elektriciteta nastaje kad se na jednom mestu sakupi dovoljna

koliina naelektrisanja da moe doi do pranjenja i da se, u granicama eksplozivnosti, mogupri tome zapaliti eksplozivni materijali. Sredine koje su ugroene zbog pojave statikogelektriciteta su kompletna postrojenja za proizvodnju, prevoz i skladitenje raznih vrstaeksplozivnih 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 idelovi tehnolokog procesa koji sadre: transmisije, maine za mlevenje, maine za suvoienje, proces isputanja gasova iz rezervoara, zapaljive i loe provodljive tenosti koje sekreu u sudama, odnosno protiu kroz cevi ili pretau, povrine tela na koja udara mlazkomprimovanog 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, bezobzira na to da li se upotrebljavaju i druge mere zatite od statikog elektriciteta. Uzemljenjese izvodi galvanskim vezivanjem svih provodljivih delova postrojenja na uzemljiva. Presekfiksno poloenog bakarnog provodnika, s obzirom na mehaniku vrstou, ne sme da budemanji od 4 mm. Umesto bakarnih provodnika moe se upotrebiti elina pocinkovana trakanajmanjeg preseka 20 mm x 3 mm. Za fleksibilne vodove i spojeve treba koristiti bakarnoue preseka 10 mm2. uzemljivai mogu se koristiti svi tipovi uzemljivaa predvieniodredbama Pravilnika o tehnikim normativima za zatitu objekata od atmosferskogpranjenja, odnosno prikljuak n postojei sistem zatitnog uzemljenja. Sa mestakoncentracije statikog elektriciteta, postrojenje mora da se povee najkraim putem nasistem 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, prikljuujuse na sistem uzemljenja. etkice moraju biti vertikalno i fiksno postavljene na rotirajuuosovinu 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 pranjenjaKao 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 znaciboanskog delovanja. Starim grcima grom je predstavljao jedno od Zevsovih oruja koje jeza njega napravila Minerva, boginja mudrosti. I Grci i Rimljani su posmatrali nebo, plaili segrmljavine 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 najeegradili na mestima koja je pogodio grom i koja su stoga za njih bila sveta. Asteci su bogovepokuavali da odobrovolje prinosei rtve. U nekim sredinama jo se i danas veruje da zvukcrkvenih zvona moe odagnati gromove, a sanke Deda Mraza po celom svetu vuku jeleni poimenu Donner (grmljavina) i Blitzen (munja).

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

Sledei vei napredak dogodio se krajem 19. veka, kad su naunicima postalidostupni fotografski i spektroskopski alati. Struju groma meu prvima je uspeo da izmerinemaki 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 merenjaelektrinog polja da bi odredio strukturu naelektrisanja u oblacima koji uestvuju uatmosferskim pranjenjima. Wilson je svojim radom puno doprineo dananjem razumevanjutih 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 napromene elektrinog i magnetnog polja koje stvara udar groma. Senzori su meusobnopovezani te se s jednog mesta moe pregledno posmatrati situacija na veem podruju. Toomoguava praenje razvoja oluje u realnom vremenu i pripremu elektroenergetskog sistemana oteane i rizine uslove rada, ali slui i za dobijanje tanih podataka o raspodeli brojaudara groma u toku godine na nekom podruju, to je vrlo vaan podatak za dimenzioniranjegromobranske zatite.

Drugi vaan pravac istraivanja je da se neprestano snimaju i matematiki opisujupojave 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. Upoetnoj fazi predvodnik se naziva skokoviti lider jer se pomera u koracima od 15 do 30 mu intervalima od 20 do 50 s. to se vie predvodnik pribliava zemlji i isturenim objektimana njoj, on na njima privlai sve vie pozitivnih naelektrisanja koja se sakupljaju nanajisturenijem delu objekta. Privlaenje je jae to je predvodnik blie zemlji ili objektu nanjoj. Zbog toga naglo raste jaina elektrinog polja u blizini zemlje te kad ona premaielektrinu vrstinu vazduha, dolazi do uzlaznog pranjenja suprotnog (pozitivnog)naelektrisanja od zemlje prema predvodniku. U trenutku kad se ta dva proboja spoje dolazido jakog prodora pozitivnog naelektrisanja iz uzlaznog proboja u negativno jonizovani kanalpredvodnika i do neutralizacije naelektrisanja. To nazivamo glavnim pranjenjem. Onotraje 70-100 ms i praeno je jakim svetlucanjem i bljeskovima.

U jednom glavnom pranjenju dolazi do neutralizacije samo onih naelektrisanja kojase nalaze nagomilana u kanalu groma. Posle glavnog pranjenja i pauze od nekoliko desetinamilisekundi, od oblaka prema zemlji kroz ve prethodno jonizovan kanal, javlja se pranjenjekoje 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 kaoFaradejev kavez.

41.2.2. Strmina strujnog talasa

Strmina strujnog talasa ili strmina struje groma je brzina postizanja amplitude strujegroma, a izraunavamo je tako da podelimo vrednost amplitude struje sa trajanjem ela talasa

ili kao dt

dis = .

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

direktno pogoeni gromom). Ti naponi dobijaju se iz izraza dt

diLU = . Ako tim objektima i

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

Prilikom prorauna gromobranske instalacije mora se voditi rauna i o tome da sile nadelove 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

i

u idtq1

.

Tabela 30.2. Karakteristine vrednosti struja gromaverovatnoa

prekoraenja amplituda

struje gromanaelektrisanje strmina

kvadratniimpuls struje

trajanje

[%] [kA] [As] [kA/s] [kA2] [s]50 26 9 48 0,54 0,0910 73 69 54 1,5 0,561 180 330 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 oklopaaviona. Ta energija se moe dobiti kao akqUE = , gde je q neutralisana koliinanaelektrisanja (najee vrednosti 50 As, do maksimalno 300 As), a Uak katodni pad naponana mestu nudara (pri dodiru predvodnika pranjenja sa vrhom gromobrana ova vrednost jeoko 10 V). Dobijaju se dosta male vrednosti, pa su oteenja na mestu udara mala, i toobjanjava zato se u prirodi teko nalaze mesta udara groma.

Struja groma je odgovorna i za zagrevanje provodnika kojima prolazi. Proraunzagrevanja 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

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

MODEL

Whitehead et Brown 6 0,8

Whitehead 6,4 0,75

IEEE1993 8 0,65

Love 10 0,65


vidimo u obliku vee lopte, dueg repa, nazivamo ga loptasta munja. Katkad ne ujemonikakvu grmljavinu, a vidimo samo svetlost, pa to pranjenje nazivamo munja sevalica ilisvetlucanje 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 dogaaonda kad u kratkim vremenskim razmacima od nekoliko stotih delova sekunde prolazinekoliko uzastopnih munja istim kanalom.

Danas, kad su fizika svojstva munje vie ili manje istraena, moemo rei da su njenisvetlosni 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 podkojim se nalazi provodna plazma. To stanje traje dok kanalom tee struja. im prestane datee 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 nanae 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, nekolikosantimetara 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 udaramunje kao prasak uz tutnjavu, a ako smo jo udaljeniji, ujemo je kao neku buku. Naudaljenosti ve od 10 km ne ujemo od te pojave nita. Ako bismo se nalazili sasvim blizuudara munje u zemlju, moglo bi nam se dogoditi da, zbog visokog pritiska koji vlada u tojzoni, 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 moeotetiti delove zgrade, npr. dimnjak, ili razoriti stablo ili drveni stub. Prolaskom struje gromakroz neke provodnike oni postaju izoblieni. Znai, struji groma odgovara neka sila koja je ustanju 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 d

iLFm

pi

2

2

0= . 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 pranjenjaGromobranska 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) + 9pih2 (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)


Tabela 42.1. Tip konstrukcije objekta Cl

Konstrukcija

objekta Cl

metalni

krov

kombinovan

i krov

zapaljiv

krov

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 C3

Nezaposednut 0,5

Uglavnom nezaposednut 1

Teka evakuacija ili oito zapaljiv,

opasnost od panike3

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 okolinu1

Obaveza neprekidnog pogona, ali bez

uticaja (posledica) po okolinu5

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.

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 I

5,2 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


Unutranju gromobransku instalaciju ine:

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 ivertikalne linije postavljene kroz osu tapne hvataljke, kao na slici 42.5).

2. kotrljajua sfera koja ima poluprenik jednak udarnom rastojanju za jednuodreenu 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 okotapne hvataljke, tako da sfera stalno dodiruje i hvataljku.

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

U tabeli 42.6 prikazani su zatitni uglovi , poluprenik kotrljajue sfere R i irinaokaca 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 iznadtienog objekta (visina objekta hx i h = hx+ ha), predstavlja krug poluprenika Rx na visini hx.Poluprenik zatitne zone se odreuje primenom sledeeg izraza

p

h

hhR

x

ax

+

=

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 zonetapnog gromobrana, tako da se geometrijskim putem moe odrediti zatitna zona kao na slici42.7. Zatitna zona za objekte visine preko 2/3 od ukupne visine tapa od zemljine povrine hodreuje se kao zona unutar kupe ija je izvodnica pod uglom = 36,8 u odnosu navertikalu. Visina i poluprenika osnove kupe stoje u odnosu 4:3.


Za nie ob

Elektricne-instalacije

Documents

Transcript of Elektricne-instalacije