Skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa nie jest po prostu instalowana.Musi być indywidualnie skoordynowany – do systemu, który ma być chroniony i warunków otoczenia panujących na miejscu.Z tego powodu projekt i koncepcja muszą być spójne.Oznacza to, że należy wziąć pod uwagę wiele szczegółów, od rozważenia norm i przepisów aż po klasyfikację według strefy ochrony odgromowej.

Normy ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej

Normy krajowe i międzynarodowe stanowią wytyczne do tworzenia koncepcji ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej, a także projektowania indywidualnych urządzeń ochronnych.

Ochrona odgromowa zgodnie z IEC 62305:

Część 1: Charakterystyka uderzeń piorunów
W części 1 tej normy [1] uwzględniono charakterystyczne właściwości uderzeń piorunów, prawdopodobieństwo ich wystąpienia oraz potencjalne zagrożenie.

Część 2: Analiza ryzyka
Analiza ryzyka zgodnie z Częścią 2 tej normy [2] opisuje proces, za pomocą którego analizowana jest przede wszystkim potrzeba ochrony odgromowej dla systemu fizycznego.W centrum uwagi znajdują się różne źródła uszkodzeń, np. bezpośrednie uderzenie pioruna w budynek, a także rodzaje uszkodzeń z tego wynikających:
• Wpływ na zdrowie lub utratę życia
• Utrata usług technicznych dla ludności
• Utrata niezastąpionych obiektów o znaczeniu kulturowym
• Straty finansowe
Korzyści finansowe określa się w następujący sposób: jak roczny całkowity koszt instalacji odgromowej ma się do kosztów potencjalnych uszkodzeń bez systemu ochrony?Wycena kosztów opiera się na wydatkach na planowanie, montaż i konserwację instalacji odgromowej.

Części 3 i 4: Pomoce w planowaniu i specyfikacje
Jeżeli ocena ryzyka wykaże, że ochrona odgromowa jest wymagana i opłacalna, wówczas rodzaj i zakres konkretnych środków ochrony można zaplanować na podstawie części 3 [3] i 4 [4] tej normy.Poziom ochrony odgromowej określony przez zarządzanie ryzykiem ma decydujące znaczenie dla określenia rodzaju i zakresu środków.
W przypadku konstrukcji fizycznych, które wymagają wyjątkowo wysokiego poziomu bezpieczeństwa, prawie wszystkie uderzenia muszą zostać przechwycone i bezpiecznie przeprowadzone.W przypadku systemów, w których dopuszczalne jest wyższe ryzyko szczątkowe, uderzenia o niższych amplitudach nie są wychwytywane.

Ochrona przeciwprzepięciowa zgodnie z IEC 60364-4-44

Norma ta [5] opisuje warunki, w jakich należy stosować ograniczniki przepięć w układach niskonapięciowych w celu ochrony instalacji elektrycznej przed przepięciami.Obszar zastosowania jest zatem ograniczony do przepięć spowodowanych wpływami atmosferycznymi lub w wyniku procedur przełączania, które są przenoszone przez system zasilania.Bezpośrednie uderzenia pioruna w systemie konstrukcyjnym nie są brane pod uwagę, tylko uderzenia w lub w pobliżu linii zasilających.
Podobnie systemy konstrukcyjne zagrożone wybuchem, a także zastosowania konstrukcyjne, które mogą powodować szkody dla środowiska (np. systemy petrochemiczne lub elektrownie jądrowe) nie są objęte zakresem stosowania normy.W przypadku tych procesów należy stosować wyłącznie normę dotyczącą uderzeń piorunowych IEC 62305.
Urządzenia ochrony przed przepięciami powinny być stosowane, jeśli przejściowe przepięcie może mieć wpływ na:
• Życie ludzkie, np. systemy bezpieczeństwa, szpitale
• Instytucje publiczne i kulturalne, np. utrata usług publicznych, centra IT, muzea
• Działalność przemysłowa lub biznesowa, np. hotele, banki, systemy produkcyjne, gospodarstwa rolne.

Podstawowe środki i sprzęt ochronny

Aby konsekwentnie chronić system konstrukcyjny przed uderzeniami piorunów i przepięciami, wymagane są różne, dopasowane do siebie środki ochronne lub sprzęt.Szeroki podział można dokonać w następujący sposób:
• Zewnętrzna ochrona odgromowa
• Wewnętrzna ochrona odgromowa
• Uziemienie i wyrównanie potencjałów
• Skoordynowany system SPD

Zewnętrzna ochrona odgromowa

Zewnętrzna ochrona odgromowa (rys. 15) ma na celu odwrócenie uderzeń, które zbliżają się do chronionego obiektu i przeniesienie prądu piorunowego z miejsca uderzenia na ziemię.W związku z tym żadne uszkodzenia nie mogą być spowodowane efektami termicznymi, magnetycznymi lub elektrycznymi.Zewnętrzna ochrona odgromowa ma charakter systematyczny: składa się z terminala powietrznego, odgromników i systemu uziemienia.

Wewnętrzna ochrona odgromowa

Wewnętrzny system ochrony odgromowej powinien zapobiegać tworzeniu się niebezpiecznych iskier wewnątrz systemu.Iskry mogą być spowodowane prądem piorunowym w zewnętrznej instalacji odgromowej lub w innych przewodzących częściach systemu konstrukcyjnego.
Wewnętrzny system ochrony odgromowej składa się z wyrównania potencjałów i izolacji elektrycznej zewnętrznych systemów ochrony odgromowej.
Wyrównanie potencjałów odgromowych jest kombinacją środków, które zapobiegają różnicom potencjałów.Łączą one głównie instalację odgromową z instalacjami metalowymi, systemami wewnętrznymi oraz systemami elektrycznymi i elektronicznymi w systemie.Odbywa się to za pomocą linii wyrównania potencjałów, urządzeń przeciwprzepięciowych lub iskierników izolacyjnych.

Uziemienie i wyrównanie potencjałów

System uziemienia ma na celu rozprowadzenie i rozładowanie wychwyconego prądu piorunowego do ziemi.Tutaj rodzaj systemu uziemienia jest ważniejszy niż rezystancja uziemienia.Prąd piorunowy to bardzo krótki impuls, który zachowuje się jak prąd o wysokiej częstotliwości.Ważne jest również skuteczne połączenie wyrównawcze.Wyrównanie potencjałów łączy wszystkie elektrycznie przewodzące części ze sobą za pomocą przewodów – aktywne przewody są chronione przez urządzenia przeciwprzepięciowe.W ten sposób chroni przed wszelkiego rodzaju połączeniami.

Skoordynowany system SPD

Przez skoordynowany system SPD rozumie się wielopoziomowy system skoordynowanych ze sobą urządzeń ochrony przed przepięciami.
Poniższe kroki są zalecane w celu uzyskania systemu SPD o wysokiej wydajności.
• Podział systemu konstrukcyjnego na strefy ochrony odgromowej
• Włącz wszystkie linie, które przecinają różne strefy, do lokalnego połączenia wyrównawczego za pomocą odpowiednich SPD
• Koordynuj różne typy SPD: urządzenia muszą adresować się do siebie selektywnie, aby zapobiec przeciążeniu poszczególnych komponentów
• Użyj krótkich linii zasilających do równoległego połączenia SPD między aktywnymi przewodami a wyrównaniem potencjałów
• Linie chronione i niechronione układać oddzielnie
• Tylko sprzęt naziemny za pośrednictwem odpowiedniego SPD (zalecane)

Strefy ochrony odgromowej

Decyzja, gdzie zainstalować ograniczniki przepięć w systemie strukturalnym, opiera się na koncepcji stref ochrony odgromowej wyjaśnionej w Części 4 normy ochrony odgromowej IEC 62305 [4].

Dzieli systemy konstrukcyjne na strefy ochrony odgromowej (LPZ) i robi to od zewnątrz do wewnątrz, zmniejszając poziom ochrony odgromowej.W strefach zewnętrznych można używać tylko odpornego sprzętu.Jednak w strefach wewnętrznych można również używać czułego sprzętu.Poszczególne strefy są scharakteryzowane i nazwane następująco:

LPZ 0A
Niezabezpieczony obszar na zewnątrz budynku, w którym istnieje możliwość bezpośredniego uderzenia pioruna.Bezpośrednie sprzężenie prądów piorunowych w liniach, nieosłabione pole magnetyczne uderzenia pioruna.

LPZ 0B
Obszar na zewnątrz budynku, który jest chroniony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna za pomocą terminala powietrznego.Nieosłabione pole magnetyczne uderzenia pioruna indukowało jedynie prądy udarowe na liniach.

LPZ 1
Obszar wewnątrz budynku, który nadal może być narażony na wysokie napięcia udarowe lub prądy udarowe oraz silne pola elektromagnetyczne.

LPZ 2
Obszar wewnątrz budynku, który nadal może być narażony na przepięcia lub prądy przepięciowe oraz pola elektromagnetyczne, które zostały już znacznie osłabione.

LPZ 3
Obszar wewnątrz budynku, który może być narażony na działanie bardzo niskich lub prawie żadnych napięć udarowych lub prądów udarowych oraz bardzo słabych lub nieistniejących pól elektromagnetycznych.

Wszystkie linie przecinające strefy muszą być wyposażone w skoordynowane urządzenia ochrony przed przepięciami.Ich wartości mocy są oparte na klasie ochrony, którą należy osiągnąć, która jest określana zgodnie ze specyfikacjami prawnymi lub za pomocą analizy ryzyka.Przy doborze ograniczników przepięć należy kierować się standardem, zakładając, że 50% prądu piorunowego będzie odprowadzane do ziemi.Pozostałe 50% prądu piorunowego jest kierowane do instalacji elektrycznej przez główne połączenie wyrównawcze i stamtąd musi być odprowadzone z dala od systemu SPD.