Pentru realizarea corectă a unei instalaţii de protecţie împotriva trăsnetelor trebuie intocmit un mic studiu prealabil pentru determina nivelul de protectie in conformitate cu Normativul românesc I 20-2000, amplasarea optima a sistemului de captare, traseul conductorului de coborire si a prizei de pamânt.
In plus, trebuie ţinut seama de protectia instalatiilor electrice impotriva impulsului electromagnetic generat de trăsnet, acest aspect nu poate fi ignorat, din simplul motiv ca efectul indirect al unei lovituri de trasnet, intr-o instalatie de paratrăsnet va induce in instalatia electrica a cladirii protejate supratensiuni periculoase care pot distruge echipamente si aparate. Din acest motiv recomandam montarea unor dispozitivele de protectie la supratensiuni, pentru a realiza o protectie completa.
Instalaţii de protecţie contra trăsnetului, IPT, sunt acele instalaţii care servesc pentru protecţia
împotriva efectelor directe ale loviturilor de trăsnet şi care sunt alcătuite din următoarele elemente:
- elemente de captare
- elemente de coborâre
- priza de pământ
1. Trăsnetul şi efectele sale
Trăsnetul reprezintă o descărcare electrică între un nor încărcat cu sarcină electrică şi pământ.
Descărcarea se produce prin scurgerea sarcinii electrice a norului, de regulă negativă spre pământ. Fenomenul începe prin ionizarea aerului datorită intensităţii câmpului electric care atinge o valoare critică de 200kV/cm la concentrări mari de sarcini electrice. Trăsnetul se dezvoltă apoi ca urmare a diferenţei mari de potenţial, de ordinul milioanelor de volţi dintre nor şi pământ. Perioadele descărcării trăsnetului sunt arătate schematic în figura 1 în faza preliminară are loc o descărcare incompletă prin efluvii în care canalul luminos (liderul) se dezvoltă relativ încet şi este înconjurat de o zonă cu sarcini electrice de o anumită polaritate. Pe măsură ce canalul lider se aproprie de pământ, sarcina electrică ionizată din atmosferă atrage din pământ o sarcină de sens contrar care se concentrează pe părţile proeminente de la suprafaţa pământului.
Aceste părţi proeminente aflate în zona de câmp foarte intens din faţa canalului de lider
favorizează un alt fenomen de descărcare electrică dinspre pământ spre nor (strimer de întâmpinare). Faza descărcării principale are loc în momentul atingerii liderului cu strimerul de întâmpinare, fenomen ce este însoţit de o lumină intensă şi un sunet puternic. În cazul construcţiilor civile descărcarea prin trăsnet are o particularitate importantă. Când înălţimea construcţiilor este de până la 30m, lungimea stimerului de întâmpinare este de câţiva metri, iar când înălţimea construcţiei este în jur de 100m lungimea strimerului are valoarea de 30 – 40m
2. Determinarea zonei de protecţie a trăsnetului
Paratrăsnetele pot fi verticale sau orizontale. Referitor la paratrăsnetele verticale s-a stabilit că nu contează forma vârfului ci înălţimea şi legarea lui sigură la o priză de pământ cu rezistenţă de dispersie cât mai mică. La trecea deasupra lui a unui nor cu sarcină negativă, paratrăsnetul, care are potenţialul pământului şi care are o anumită înălţime deasupra solului, se încarcă cu sarcină pozitivă prin inducţie electrostatică. Intensitatea câmpului electric la vârful paratrăsnetului este foarte mare. Aceasta favorizează formarea unui canal de descărcare (strimer de întâmpinare) dinspre paratrăsnet spre nor, care va întâlni canalul ionizat (lider) ce se dezvoltă de la nor spre paratrăsnet, orientând lovitura de trăsnet spre paratrăsnet.
Zona de protecţie este spaţiul din jurul unui paratrăsnet în care probabilitatea loviturilor directe este nulă.. Construcţia de protejat trebuie să fie cuprinsă complet în acestă zonă.
3 Compunerea instalaţiilor de paratrăsnet
3.1 Elemente de captare
Drept elemente de captare se folosesc cu pregădere părţile metalice ale clădirilor dacă clădirile sunt:
- cu structura complet metalică, având continuitatea electrică asigurată,
- cu acoperişul din tablă cu grosimea de minim 0,5mm îmbinată prin fălţuire, nituire, lipire sau alte
procedee prin care se realizează continuitate electrică sigură sau cu acoperişul din materiale izolante electric montate pe schelete metalice prinse prin elemente de fixare metalice montate la distanţe fixe.
- coşurile metalice împreună cu cablurile de ancorare care se pot lega la elementele metalice din pământ.
Dacă aceste condiţii nu pot fi satisfăcute, construcţiile vor fi prevăzute cu conductoare de captare
care pot fi metalice sau dispozitive cu amorsare continua montate pe clădirile respective, în locurile în care probabilitatea loviturilor de trăsnet este cea mai mare.
Tipul sistemului de dispunere a conductelor de captare pe acoperiş se alege după forma şi tipul acoperişului, astfel:
- sistemul reţea (cu ochiuri de 20x20m – normal sau 10x10m – întărit) se foloseşte la acoperişurile
plate cu 1 sau 2 pante la care coama acoperişului depăşeşte marginea acestuia cu cel mult 1m, Fig 8.7).
- sistemul de coamă (de creastă), se foloseşte la acoperişurile cu pante, sau cu sheduri de coamă, la
care coama acoperişului depăşeşte marginea sa cu mai mult de 1m.
- sistemul cu tijă, (captator) se foloseşte pentru acoperişurile în formă de cort sau cu coamă scurtă,
pentru elementele proeminente ale construcţilor sau pentru construcţii în formă de turn sau alte cazuri similare.
- combinat, la acoperişurile complexe. De ex. coşurile nemetalice care ies din planul acoperişului vor fi
prevăzute cu ramă metalică din OL minim 70X8mm, pe care se fixează tije din OL Zn 20mm, înălţimea 1m, la intervale de 2,5…5m.
- dispozitivul cu amorsare automata diferă de tija metalică de captare prin faptul că creează artificial o ionizare suplimentară la vârful său. Când există condiţii de trăsnet, datorită acumulării de sarcinii, reacţionează primul, înaintea tuturor dispozitivelor de captare vecine, asigurând o zonă de protecţie superioară tijei de captare simple.
3.2 Elemente de coborâre
Ca elemente de coborâre se folosesc cu prioritate elementele metalice ale construcţiei
respective, cum ar fi:
- scheletul metalic, armăturile metalice sau pereţii metalici ai construcţiei, care îndeplinesc condiţiile de secţiune şi continuitate electrică, dacă pot înlocui numărul de coborâri principale în proporţie de 100%.
- elemente metalice verticale (conducte de apă, de încălzire, scări de incendiu, burlane de scurgere, etc.), care pot înlocui 50% din numărul de coborâri necesar, cu condiţia să asigure o continuitate sigură şi o secţiune minimă de 100mm2.
Dacă aceste condiţii nu pot fi îndeplinite se pot monta conductoare metalice instalate pe exteriorul
clădirii. Numărul şi dispunerea coborârilor sunt în funcţie de forma şi dimensiunile acoperişului, astfel pentru clădiri având:
- lungimea < 12m, se montează două coborâri, dispuse pe diagonală
- lungimea 12m, – se montează patru coborâri, dispuse în Z
Conductoarele de coborâre se vor poza aparent pe exteriorul clădirii. Se admite şi montarea
îngropat sub materialul de finisaj a 50% din coborâri la construcţiile din lemn, cărămidă şi beton nearmat, cu protecţie faţă de materialele combustibile şi îmbinare sudată.
3.3 Priza de pământ
În mod obişnuit priza de pământ pentru instalaţia de paratrăsnet poate fi comună cu priza de pământ aferentă instalaţiei de protecţie împotriva electrocutărilor. Valoarea rezistenţei de dispersie a prizei de pământ în acest caz va fi mai mică de 1 ohm.
Când nu este posibil se prevede o priză de pământ proprie cu precădere naturală sau artifricială. Această priză se montează la minim 1,5m şi maxim 5m de fundaţia clădirii şi va fi îngropată la 0,5m adâncime. Rezistenţa de dispersie a prizei de pământ, dacă aceasta este numai pentru instalaţii paratrăsnet va fi:
- Priză naturală – 5 ohmi,
- Priză artificială – 10 ohmi,
Elementele de captare se montează la priza de pământ prin piese metalice numite de separaţie care sunt fixate cu şuruburi şi care se pot decupla atunci când se face măsurarea prizei de pământ
Conductorul din OL Zn 25X4mm, pentru cele două coborâri va fi pozat aparent pe peretele exterior al
casei cu piese de fixare. Se va lega la priza de pământ prin intermediul pieselor de separaţie.
Materiale:- Tijă de captare verticală, cu v’rf ascuţit montată pe coş, OlZn rotund, = 10mm, l = 3m....... .1buc
- Conductor de captare, orizontal, montat pe coama casei, OlZn 25x4mm................................. 30m
- Conductor de coborâre, montat aparent pe pereţii exteriori, OlZn 25x4mm...............................12m
- Priză de pământ, montată în apropierea casei, la minim 1,5m şi maxim 5m de pereţii exteriori, formată din conductor OlZn 25x4mm şi electrozi din ţeavă din OlZn 2 ½” (numărul de electrozi se alege până când valorea de dispersie a prizei de pământ este mai mică de 10 ohmi)................1ans
- Piesă de separaţie .......................................................................................................................3buc
4.2. Paratrăsnet pentru o casă folosind ca element de captare dispozitiv de amorsare (PDA - DAT CONTROLER PLUS)
Funcţionarea unu paratrăsnet cu dispozitiv de amorsare, PDA, se bazează pe acumularea artificială a sarcinilor electrice realizând un traseu ascedent în avans pentru a întâln traseul descedent al trăsnetului.
Există patru tipuri de PDA: radioactiv, cu declanşare electronică, piezo-electric, cu profil special. Spaţiul
nu ne permite să detaliem cele patru tipuri de paratrăsnete PDA.
Trebuie să amintim ca avantaj simplitatea instalaţiei iar ca dezavantaje: preţul (preţul unui PDA
este în jur de 1000eu) cât şi faptul ca în anumite cazuri, existenţa ploii, a ninsorii, a gheţii, contaminarea atmosferică, sau alţi factori din mediul ambiant, pun în contact electric cele două armături, anulând acţiunea dispozitivului de amorsare şi transformând un produs de înaltă tehnologie într-o simplă tijă.
În tabelul de mai jos se prezintă câteva tipul de paratrăsnet cu dispozitiv de amorsare STAR. Celelalte elemente ale instalaţiei de protecţie sunt identice cu cele de la paratrăsnetele clasice.
Comparând cele două sisteme de protecţie, se pot trage următoarele concluzii:
o sistemul clasic, convenţional:
- este relativ ieftin, (pentru exemplul prezentat preţul nedepăţind valoarea de 1800lei)
- rezistent în timp
- fiabil
- uşor de realizat, nu necesită cunoştiinţe deosebite,
o sistemul PDA
- preţul pentru un dispozitiv cu amorsare, PDA, pentru o casă, este în jur de 1000eu
- este garantat pentru cinci ani
- defectarea dispozitivului în anumite condiţii atmosferice
- este indicat pentru cladiri mai mari
Pentru a realiza o protecţie completă, atât împotriva loviturilor directe cât şi împotriv efectelor indirecte (supratensiuni) instalaţia electrică aferentă casei trebuie completată cu descărcătoarele de supratensiuni. Acestea se montează în tabloul electric şi realizează o protecţie completă la supratensiunile atmosferice. Recomandăm montarea acestor dispozitive de protecţie la supratensiuni şi la casele vecine, chiar dacă acestea nu sunt prevazute cu paratrăsnete.
Proiectarea şi realizarea unei instalaţii de protecţii împotriva efectelor directe ale trăsnetelor
trebuie efectuată de personal calificat care va trebui să elibereze un Raport de incercare al prizei de pământ.
