SPIS TREŚCI 1. WSTĘP.......................................................................... 9 1.1. Podstawowy zakres wiedzy wymagany przy projektowaniu urządzeń piorunochronnych................................................ 12 1.2. Wykaz podstawowych definicji............................................ 13 1.3. Wykaz skrótów............................................................ 21 2. ŹRÓDŁA ZAGROŻEŃ ORAZ SKUTKI ODDZIAŁYWAŃ PIORUNOWYCH.. 22 2.1. Określanie zagrożeń piorunowych......................................... 23 2.2. Prądy udarowe stosowane w badaniach zagrożeń piorunowych............. 25 2.3. Oddziaływanie prądu piorunowego na elementy przewodzące.............. 33 2.4. Badanie elementów urządzenia piorunochronnego......................... 42 2.5. Metody badania zagrożenia piorunowego w rzeczywistych obiektach....... 44 2.5.1. Rejestracje prowadzone podczas naturalnych wyładowań piorunowych....................................................... 45 2.5.2. Badania nad narażeniami piorunowymi stwarzanymi przez wyładowania prowokowane.................................. 45 2.5.3. Symulacyjne badania terenowe..................................... 51 2.5.3.1. Typowe obiekty budowlane.............................. 51 2.5.3.2. Obiekty radionadawcze................................... 60 2.5.3.3. Stacje elektroenergetyczne............................... 65 2.6. Badania laboratoryjne..................................................... 68 2.7. Piorunowy impuls elektromagnetyczny.................................... 70 3. PRĄDY PIORUNOWE W INSTALACJACH NISKONAPIĘCIOWYCH....... 72 3.1. Podział prądu piorunowego w instalacjach dochodzących do obiektu....... 72 3.2. Prądy piorunowe w instalacji elektrycznej.................................. 77 3.3. Podział prądu piorunowego w stacjach bazowych telefonii komórkowej.... 88 3.4. Prądy piorunowe w obwodach przesyłu sygnałów......................... 91 4. NAPIĘCIA I PRĄDY UDAROWE INDUKOWANE W OBWODACH NISKIEGO NAPIĘCIA....................................... 93 4.1. Wyładowania piorunowe w urządzenia piorunochronne obiektów budowlanych.................................................... 93 4.2. Wyładowania piorunowe w sąsiedztwie obiektu budowlanego.............. 99 4.3. Wyładowania piorunowe w sąsiedztwie linii dochodzących do obiektu..... 102 4.4. Przepięcia rejestrowane w instalacjach elektrycznych w obiektach budowlanych................................................. 109 4.5. Przenoszenie napięć udarowych przez transformatory....................... 114 4.6. Napięcia i prądy udarowe rejestrowane w obwodach sygnałowych......... 119

4 SPIS TREŚCI 4.6.1. Obwody telekomunikacyjne........................................ 119 4.6.2. Systemy informatyczne............................................ 124 4.6.3. Systemy kontrolno-pomiarowe w stacjach elektroenergetycznych... 133 5. STREFOWA KONCEPCJA OCHRONY ODGROMOWEJ..................... 139 5.1. Ogólna koncepcja ochrony................................................. 139 5.1.1. Podział obiektu na strefy zagrożenia................................ 140 5.1.2. Charakterystyka poszczególnych stref.............................. 142 5.2. Strefowa koncepcja ochrony a kompatybilność elektromagnetyczna........ 144 6. ODPORNOŚĆ UDAROWA URZĄDZEŃ....................................... 146 6.1. Udary...................................................................... 146 6.2. Przebiegi oscylacyjne tłumione............................................ 151 6.3. Serie szybkich zakłóceń impulsowych..................................... 153 6.4. Poziomy odporności udarowej urządzeń.................................... 155 6.4.1. Przyłącza zasilania................................................. 155 6.4.2. Przyłącza sygnałowe............................................... 158 6.5. Badania nad odpornością na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola magnetycznego......................................... 159 6.6. Badania nad kompatybilnością elektromagnetyczną a rzeczywiste zagrożenie piorunowe........................................ 161 7. ZEWNĘTRZNE URZĄDZENIA PIORUNOCHRONNE NA OBIEKTACH BUDOWLANYCH.......................................... 168 7.1. Materiały stosowane do wykonania urządzeń piorunochronnych........... 169 7.2. Zwody.................................................................... 173 7.3. Przewody odprowadzające i zaciski probiercze............................. 176 7.4. Przewody uziemiające...................................................... 177 7.5. Układ uziemiający.......................................................... 178 7.5.1. Uziomy naturalne.................................................. 179 7.5.2. Uziomy sztuczne................................................... 180 7.5.2.1. Uziomy pionowe......................................... 182 7.5.2.2. Uziomy poziome......................................... 185 7.5.2.3. Uziom fundamentowy sztuczny........................... 186 7.5.2.4. Uziom miejscowy na potrzeby uziemień funkcjonalnych.. 187 7.5.3. Wyznaczanie wartości rezystancji uziemienia....................... 188 7.5.3.1. Rezystancje udarowe uziomów........................... 191 7.5.4. Wyznaczanie wymiarów układów uziomów........................ 193 7.5.5. Napięcia dotykowe i krokowe...................................... 196 7.6. Ochrona odgromowa w strefach zagrożonych wybuchem.................. 205 7.7. Eksploatacja i konserwacja urządzenia piorunochronnego.................. 207 8. PODZIAŁ PRĄDU PIORUNOWEGO W URZĄDZENIU PIORUNOCHRONNYM.................................... 210 8.1. Obiekty halowe........................................................... 211 8.1.1. Badania na modelach obiektów.................................... 211 8.1.2. Metody wykorzystujące teorię pola elektromagnetycznego......... 216

SPIS TREŚCI 5 8.1.3. Obwodowe metody wyznaczania podziału prądu piorunowego...... 220 8.2. Urządzenia piorunochronne typowych obiektów budowlanych............. 225 8.3. Obiekty radionadawcze.................................................... 227 9. OCHRONA URZĄDZEŃ PRZED BEZPOŚREDNIM WYŁADOWANIEM PIORUNOWYM......................................... 229 9.1. Przeskoki iskrowe do instalacji ułożonych wewnątrz obiektu............... 229 9.2. Urządzenia na dachach obiektów budowlanych............................. 231 9.3. Przestrzenie chronione..................................................... 237 9.3.1. Kąty ochronne..................................................... 238 9.3.2. Odstępy izolacyjne................................................ 243 9.4. Przewody o izolacji wysokonapięciowej................................... 267 9.4.1. Badania laboratoryjne przewodów................................. 269 10. OCHRONA ODGROMOWA SYSTEMÓW NADAWCZO-ODBIORCZYCH... 273 10.1. Zewnętrzne systemy antenowe............................................. 273 10.1.1. Ochrona odgromowa anten......................................... 273 10.1.2. Ochrona odgromowa masztów antenowych........................ 277 10.1.3. Anteny na ścianach obiektów budowlanych....................... 279 10.1.4. Anteny na dachach obiektów bez urządzenia piorunochronnego..... 280 10.2. Ochrona odgromowa stacji bazowych na dachach obiektów................ 282 10.2.1. Obiekt z urządzeniem piorunochronnym........................... 282 10.2.2. Obiekt bez urządzenia piorunochronnego........................... 288 10.3. Wolnostojące obiekty nadawczo-odbiorcze................................. 290 10.3.1. Ochrona anten instalowanych na wieżach.......................... 290 10.3.2. Wykorzystanie wieży do odprowadzania prądów piorunowych..... 291 10.3.3. Kable antenowe i falowody........................................ 293 10.3.4. Odstępy izolacyjne wewnątrz obiektów budowlanych.............. 298 10.3.5. Systemy uziomowe wolno stojących stacji bazowych............... 299 10.3.6. Rozbudowane układy antenowe.................................... 301 11. OGRANICZANIE PRZEPIĘĆ W INSTALACJACH NA ZEWNĄTRZ OBIEKTÓW BUDOWLANYCH............................ 307 11.1. Ograniczanie przepięć w napowietrznych liniach elektroenergetycznych niskiego napięcia......................................................... 307 11.2. Ograniczanie przepięć dochodzących do urządzeń stacyjnych.............. 310 11.3. Zasady montażu układów SPD............................................. 312 11.4. Ograniczanie przepięć w liniach telekomunikacyjnych..................... 313 11.4.1. Linie kablowe nadziemne.......................................... 313 11.4.2. Tory napowietrzne................................................. 314 11.4.3. Linie mieszane..................................................... 314 12. OGRANICZANIE PRZEPIĘĆ W INSTALACJI ELEKTRYCZNEJ W OBIEKCIE BUDOWLANYM............................................... 316 12.1. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1............................... 318 12.1.1. Zasady doboru i montażu.......................................... 325 12.1.1.1. Układy połączeń.......................................... 326

6 SPIS TREŚCI 12.1.1.2. Podstawowe zasady montażu............................. 333 12.1.2. Urządzenia do ograniczania przepięć o napięciowym poziomie ochrony poniżej 4000 V................. 338 12.1.3. Urządzenia do ograniczania przepięć o napięciowym poziomie ochrony poniżej 2500 V................. 341 12.1.4. Urządzenia do ograniczania przepięć o napięciowym poziomie ochrony poniżej 1500 V................. 342 12.1.5. Koordynacja właściwości urządzeń do ograniczania przepięć typu 1 z wymaganiami kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń.... 349 12.1.6. Oddziaływanie prądów udarowych na zabezpieczenia nadprądowe.. 350 12.2. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2................................ 354 12.2.1. Zasady doboru i montażu.......................................... 356 12.3. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3................................ 360 12.3.1. Dobór i instalacja................................................... 362 12.4. Współdziałanie układów urządzeń ograniczających przepięć różnych typów. 363 12.4.1. Układy urządzeń do ograniczania przepięć typu 1 i 2................ 364 12.4.2. Układy urządzeń do ograniczania przepięć typu 2 i 3................ 369 12.4.3. Układ urządzeń do ograniczania przepięć i chronionych urządzeń... 370 12.5. Zasady tworzenia wielostopniowego systemu ograniczania przepięć........ 375 12.6. Ograniczanie przepięć w nietypowych instalacjach elektrycznych........... 379 12.6.1. Wozy retransmisyjne i kontenery z aparaturą elektroniczną......... 380 12.6.2. Stacje przekaźnikowe.............................................. 382 12.6.3. Stacje bazowe z antenami na słupach linii wysokiego napięcia...... 383 12.7. Zagrożenie przyłączy zasilania urządzeń chronionych przez urządzenia do ograniczania przepięć................................. 386 12.8. Badania wielostopniowych systemów ograniczania przepięć................ 393 12.9. Eksploatacja i konserwacja urządzeń do ograniczania przepięć............. 402 13. OGRANICZANIE PRZEPIĘĆ W OBWODACH SYGNAŁOWYCH............ 405 13.1. Iskierniki gazowe.......................................................... 406 13.2. Półprzewodnikowe elementy ograniczające przepięcia..................... 415 13.2.1. Warystory.......................................................... 415 13.2.2. Diody zabezpieczające............................................. 417 13.2.3. Diody tyrystorowe................................................. 419 13.2.4. Elementy ograniczające zakłócenia................................. 421 13.3. Urządzenia do ograniczania przepięć...................................... 423 13.3.1. Badania właściwości............................................... 424 13.3.2. Zasady doboru..................................................... 426 13.3.3. Zasady poprawnego montażu...................................... 435 13.3.3.1. Spadki napięć na przewodach łączących SPD............. 436 13.3.3.2. Koordynacja współdziałania różnych kategorii urządzeń do ograniczania przepięć................................. 438 13.3.3.3. Różnice potencjałów pomiędzy instalacjami dochodzącymi do urządzenia............................................ 440

SPIS TREŚCI 7 13.4. Ograniczanie przepięć w systemach kontrolno-pomiarowych............... 441 13.4.1. Sterowniki......................................................... 441 13.4.2. Przetworniki i czujniki............................................ 444 13.4.3. Obwody iskrobezpieczne.......................................... 446 13.5. Ograniczanie przepięć w systemach telewizyjnych......................... 450 13.6. Ograniczanie przepięć dochodzących do telekomunikacyjnych urządzeń abonenckich............................ 453 13.7. Ograniczanie przepięć w okablowaniu strukturalnym...................... 455 13.8. Ograniczanie przepięć w systemach telemechaniki......................... 458 13.9. Ograniczanie przepięć w obwodach wielkiej częstotliwości................ 460 14. WYRÓWNYWANIE POTENCJAŁÓW W OBIEKTACH BUDOWLANYCH... 462 14.1. Wyrównywanie potencjałów instalacji wprowadzanych do obiektu......... 462 14.2. Wyrównanie potencjałów wewnątrz obiektów budowlanych................ 467 14.2.1. Szyny i pierścienie wyrównawcze.................................. 468 14.2.2. Układ wspólnych połączeń wyrównawczych........................ 472 14.2.3. Konfiguracje systemów wyrównywania potencjałów................ 475 14.3. Wyrównanie potencjałów w niewielkich obiektach......................... 480 15. KOORDYNACJA UKŁADANIA INSTALACJI NISKONAPIĘCIOWYCH W OBIEKTACH BUDOWLANYCH............................................ 483 15.1. Ogólne zasady układania przewodów w obiekcie budowlanym............. 483 15.2. Odstępy między przewodami różnych instalacji............................ 485 15.3. Układanie przewodów między obiektami................................... 496 PODSUMOWANIE................................................................ 497 LITERATURA...................................................................... 498 STRESZCZENIE................................................................... 530 SUMMARY........................................................................ 531