Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Ιωάννη Στεργίου του Δημητρίου Αριθμός Μητρώου: 6380 Θέμα ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ Επιβλέπουσα Ελευθερία Πυργιώτη Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιούνιος 2014

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ιωάννη Στεργίου του Δημητρίου Αριθμός Μητρώου: 6380 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα Ο Διευθυντής του Τομέα Ελευθερία Πυργιώτη Επίκουρη καθηγήτρια Αντώνης Αλεξανδρίδης Καθηγητής 2

3 Θερμές Ευχαριστίες Στην Κυρία Ελευθερία Πυργιώτη καθηγήτρια μου και επιβλέπουσα στη διπλωματική μου εργασία για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγησή της. Στην οικογένεια μου για την στήριξη και υπομονή τους στη διάρκεια των σπουδών μου και Στην εταιρεία Ελληνικών Πετρελαίων (Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας) για την παροχή των απαραιτήτων στοιχείων, της δεξαμενής 7-ΤΚ-102, για τη μελέτη της αντικεραυνικής προστασίας αυτής. Copyright Ιωάννης Δ. Στεργίου, 2014 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύαται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς το συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Πανεπιστημίου Πατρών. 3

4 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ Φοιτητής: Ιωάννης Στεργίου του Δημητρίου Επιβλέπουσα: Ελευθερία Πυργιώτη Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική μελετάμε την προστασία μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής, και συγκεκριμένα της 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας, από κεραυνούς και στατικό ηλεκτρισμό, και αποτελείται από τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε την προστασία από κεραυνούς. Στα δέκα οκτώ πρώτα κεφάλαια παρουσιάζουμε την γενική θεωρία της προστασίας από κεραυνούς, σύμφωνα με τα πρότυπα και άλλες πηγές (που και αυτές βασίζονται στα πρότυπα). Με τη θεωρία αυτή θα μελετήσουμε την προστασία της δεξαμενής, αλλά μπορούμε γενικά να μελετήσουμε και την προστασία μιας οποιασδήποτε άλλης κατασκευής. Έτσι στα πρώτα κεφάλαια κάνουμε εισαγωγή στα γενικά περί κεραυνών, τα ηλεκτρικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα, τη δημιουργία και τα είδη των κεραυνών, τους μηχανισμούς των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων καθώς και τα είδη των κεραυνών μεταξύ σύννεφου - γης με τα οποία και θα ασχοληθούμε. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε το θέμα αντιμετώπισης της αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC μέρη 1, 2, 3, 4 που θα αποτελέσει και τη βασική πηγή της μελέτης μας. Ακολούθως δίνουμε τις βασικές παραμέτρους του κεραυνικού ρεύματος, τα Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας και τις Κλάσεις του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (I, II, III, IV), και ανά επίπεδο τα μέγιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ) από πλευράς αντοχής των υλικών και τα ελάχιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του ΣΑΠ από πλευράς αναχαίτισης των κεραυνών (ύψος και πυκνότητα στοιχείων συστήματος συλλογής). Κατόπιν, δίνουμε ορισμένα στοιχεία σχετικά με τις προκαλούμενες βλάβες από κεραυνούς σε έμβια όντα, κατασκευές και εσωτερικά συστήματα, τα μέτρα προστασίας αυτών καθώς και τις διαδικασίες επιλογής των μέτρων. Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση του ΣΑΠ. Τα μέρη αυτού (συστήματα συλλογής, αγωγοί καθόδου και γειώσεις), οι βασικές λειτουργίες και ιδιότητες ενός ΣΑΠ, το εξωτερικό και εσωτερικό ΣΑΠ, το απομονωμένο και μη- 4

5 απομονωμένο ΣΑΠ, τις απαιτήσεις υλικών του ΣΑΠ, τα φυσικά στοιχεία ως τμήματα του ΣΑΠ και οι απαιτούμενες προδιαγραφές αυτών. Τις μεθόδους σχεδιασμού των συστημάτων συλλογής για αναχαίτιση των κεραυνών (μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας, μέθοδος πλέγματος και μέθοδος γωνίας προστασίας). Πληροφορίες για τους αγωγούς καθόδου, απαιτούμενος αριθμός, αποστάσεις και ύψη διασύνδεσης αυτών. Τύποι συστημάτων γείωσης και σύγκριση αυτών. Μέθοδοι και υποδείξεις τοποθέτησης των μερών του ΣΑΠ, ισοδυναμικές συνδέσεις και αποστάσεις ασφαλείας. Διαμοιρασμός ρεύματος, απαιτήσεις περιοριστών κρουστικών τάσεων και εντάσεων και σχεδιασμός του ΣΑΠ. Έλεγχοι, μετρήσεις και επιθεωρήσεις του ΣΑΠ. Έχοντας τελειώσει με τις γενικές πληροφορίες μπαίνουμε στο κύριο μέρος του υπολογισμού των κινδύνων από κεραυνούς (R 1 κίνδυνος ανθρώπινης ζωής, R 2 κίνδυνος απώλειας υπηρεσίας στο κοινό, R 3 κίνδυνος απώλειας πολιτιστικής κληρονομιάς, R 4 κίνδυνος οικονομικής απώλειας), αναλύοντας πρώτα τις πηγές των βλαβών, τους τύπους των βλαβών, τους τύπους των απωλειών, τις σχέσεις μεταξύ πηγής βλάβης, τύπου βλάβης και απώλειας. Δίνουμε τα βασικά για τον διαχωρισμό μιας κατασκευής ή υπηρεσίας σε ζώνες για υπολογισμό των συνιστωσών των κινδύνων ανά ζώνη και την οικονομικότερη λήψη μέτρων ανά ζώνη αντί γενικών μέτρων. Ο κάθε κίνδυνος υπολογίζεται σαν άθροισμα των συνιστωσών αυτού ανά ζώνη και η κάθε συνιστώσα προκύπτει από το άθροισμα των όρων της, όλων των ζωνών. Η κάθε συνιστώσα υπολογίζεται από μία βασική εξίσωση. Τα δεδομένα που απαιτούνται για τον υπολογισμό δίνονται στη συνέχεια και είναι πρώτον ο υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού επικινδύνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων που απαιτεί τις ημέρες καταιγίδας ανά έτος από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδος, τις επιφάνειες συλλογής, κατασκευών διαφόρων σχημάτων απλών και συνθέτων και υπηρεσιών και διαφόρους απαιτούμενους συντελεστές σχετικούς με το περιβάλλον. Δεύτερον ο υπολογισμός των πιθανοτήτων βλάβης για μία κατασκευή ή υπηρεσία που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, των γραμμών υπηρεσιών και περιβάλλοντος. Τρίτον ο υπολογισμός των διαφόρων τύπων απωλειών σε μία κατασκευή (ανθρώπινης ζωής, υπηρεσίας στο κοινό, πολιτιστικής κληρονομιάς και οικονομικής) που εξαρτώνται από την παρουσία ατόμων που δυνητικά κινδυνεύουν, την συνολική παρουσία ατόμων καθώς και από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, τον κίνδυνο φωτιάς, τα κατασταλτικά κατά της φωτιάς μέτρα και τυχόν ειδικούς κινδύνους (για τον R 1 ). Αντίστοιχα για τους άλλους κινδύνους και για τους κινδύνους σε μία υπηρεσία. Τέλος συγκρίνουμε τον κάθε κίνδυνο με ένα επίπεδο ανεκτού κινδύνου, καθορισμένου από επίσημες αρχές ή ελλείψει αυτών από το IEC , και αν είναι μεγαλύτερος από αυτόν προτείνουμε τα κατάλληλα μέτρα ώστε να μειωθεί στον ανεκτό κίνδυνο ή κάτω από αυτόν και μετά γίνεται υπολογισμός της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας. Ακολουθούν μερικά χρήσιμα στοιχεία αφ ενός μεν για τον σχεδιασμό, αφ ετέρου δε για την επιλογή διαφόρων συντελεστών και μέτρων προστασίας σε υπάρχουσες κατασκευές όπως η ελαχίστη διατομή της θωράκισης για αυτοπροστασία ενός εισερχομένου καλωδίου για αποφυγή επικινδύνων σπινθήρων, το κρουστικό ρεύμα κεραυνού που ρέει σε εξωτερικά αγώγιμα τμήματα και σε εισερχόμενες γραμμές στην κατασκευή για τις διάφορες πηγές βλάβης, τους συντελεστές που επηρεάζουν το διαμοιρασμό του κεραυνικού 5

6 ρεύματος σε γραμμές ισχύος και γενικές πληροφορίες σχετικά με τους περιοριστές κρουστικών φαινομένων. Στο δέκατο ένατο κεφάλαιο μελετάμε την προστασία από κεραυνούς της μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ (Ελληνικών Πετρελαίων στις Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας). Εφαρμόζοντας τα προηγούμενα κεφάλαια της μελέτης και βάσει των δεδομένων και χαρακτηριστικών της δεξαμενής, των γραμμών υπηρεσιών (ισχύος και ελέγχου) και του περιβάλλοντος αρχικά διαχωρίζουμε τη δεξαμενή σε τρεις ζώνες (εκτός, εντός και επί της δεξαμενής), υπολογίζουμε τις συλλεκτήριες επιφάνειες, τον αναμενόμενο ετήσιο αριθμό των επικινδύνων συμβάντων, τους διάφορους εμπλεκόμενους συντελεστές, τις πιθανότητες βλάβης, τις απώλειες και τέλος τις συνιστώσες κινδύνου και τον συνολικό κίνδυνο ανθρώπινης ζωής (R 1 ) που μας ενδιαφέρει και τον συγκρίνουμε με τον ανεκτό κίνδυνο R T = Λόγω των διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας και δεκαετούς μεγάλης συντήρησης της δεξαμενής ο R 1 υπολογίσθηκε και για τις δύο περιπτώσεις. Για την περίοδο λειτουργίας βρέθηκε R 1 = 2,968x10-5 > 10-5 = R T και για μείωση του κινδύνου προτείνεται η απαγόρευση της ανόδου επί της δεξαμενής σε ημέρες καταιγίδας οπότε θα έχουμε R 1 = 0. Για την περίοδο δεκαετούς συντήρησης βρέθηκε R 1 = 2,011x10-6 < 10-5 = R T οπότε δεν απαιτούνται μέτρα προστασίας. Στο δεύτερο μέρος μελετάμε την προστασία της δεξαμενής από στατικό ηλεκτρισμό κάνοντας αρχικά μια εισαγωγή στον στατικό ηλεκτρισμό σε σχέση με τα πετρελαιοειδή δηλαδή την γενική ταξινόμηση των πετρελαιοειδών, τους στατικούς και μη συσσωρευτές, τα εύφλεκτα χαρακτηριστικά των πετρελαιοειδών, την επικίνδυνη ατμόσφαιρα και την αποθήκευση αυτών. Στη συνέχεια αναφέρουμε τους κινδύνους στατικού ηλεκτρισμού από τη δημιουργία και συγκέντρωση αυτού, τη δημιουργία προαγωγών σπινθήρων, τη δημιουργία χώρου εύφλεκτων ατμών και τη δημιουργία σπινθήρων εναύσεως. Κατόπιν προτείνουμε μέτρα αποφυγής ή μείωσης του κινδύνου από στατικό ηλεκτρισμό όπως έλεγχο δημιουργίας και συσσώρευσης ηλεκτροστατικών φορτίων, οδηγίες αποφυγής ηλεκτροστατικής ανάφλεξης για δεξαμενές αποθήκευσης σε διάφορες λειτουργίες όπως γέμισμα, άδειασμα, μείξη, ανάδευση, καθαρισμός, αδρανοποίηση, κ.λπ. Στο τέλος του δευτέρου μέρους δίνουμε συγκεκριμένες οδηγίες επαρκούς γείωσης της δεξαμενής (και γενικότερα παρομοίων δεξαμενών) με εναλλακτικές μεθόδους. Στο τρίτο μέρος προτείνονται συγκεντρωτικά και επιγραμματικά τα μέτρα ασφαλείας από κεραυνό και στατικό ηλεκτρισμό για την 7-ΤΚ-102 σε δύο κατηγορίες. Πρώτον τα βασικά μέτρα σχεδιασμού και τα προληπτικά μέτρα λειτουργίας, επιθεώρησης και συντήρησης και δεύτερον τα κατασταλτικά μέτρα που θα πρέπει να υπάρχουν για καταστολή του οποιουδήποτε κινδύνου, που θα εκδηλωθεί παρά τα προληπτικά μέτρα, και περιορισμού της βλάβης στο ελάχιστο δυνατόν. Στο τέλος παρατίθενται τέσσερα υποβοηθητικά παραρτήματα. 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Α. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ. 18 Α.1 ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΚΕΡΑΥΝΟΥ.. Α.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ Α.2.1. Ηλεκτρική κατάσταση της γης Α.2.2 Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου Α.2.3 Είδη κεραυνών Α Κεραυνοί μέσα στα σύννεφα Α Κεραυνοί ανάμεσα στα σύννεφα Α Μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα Α Ορισμοί σχετικοί με τα μεγέθη του κεραυνού Α Πολικότητα κεραυνού Α Πολικότητα του ρεύματος του κεραυνού Α Κατεύθυνση οχετού προεκκένωσης Α Οχετός σύνδεσης Α Πολικότητα του οχετού προεκκένωσης Α Πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου Α Είδη κεραυνών μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα Α.2.4. Φυσικά χαρακτηριστικά του κεραυνού Εξομοίωση στο εργαστήριο Α Ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων Α Έναρξη της εκκένωσης του κεραυνού - φάση προεκκένωσης Α Φάση οχετού επιστροφής Α Συνδετικός οχετός, απόσταση διάσπασης, αρχή λειτουργίας των αλεξικεραύνων Α.3 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΘΕΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ.. 35 Α.3.1 Διεθνές πρότυπο IEC Προστασία έναντι κεραυνών Α.3.2 IEC : Μέρος 1: Γενικές Αρχές Α.3.3 IEC : Μέρος 2: Διαχείριση κινδύνου Α.3.4. IEC : Μέρος 3: Φυσικές βλάβες σε κατασκευές και κίνδυνοι ζωής Α.3.5 IEC Μέρος 4: Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός κατασκευών Α.4 ΡΕΥΜΑ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΥΤΟΥ. 39 Α.4.1 Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας - Κλάσεις του ΣΑΠ Α.4.2 Κεραυνικά πλήγματα στη γη Α.4.3 Παράμετροι ηλεκτρικού ρεύματος Α Μέγιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού 7

8 Α Παράµετροι του ρεύµατος του κεραυνού για τη διαστασιολόγηση των ΣΑΠ Α Μέγιστο αναμενόμενο ρεύμα ανά επίπεδο προστασίας και πιθανότητες υπέρβασης αυτού Α Μέγιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού ανά επίπεδο προστασίας Α Καθορίζοντας τις μέγιστες παραμέτρους κεραυνικού ρεύματος για επίπεδο κεραυνικής προστασίας Ι Α Ελάχιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού Α Ελάχιστο αναμενόμενο ρεύμα ανά επίπεδο προστασίας και πιθανότητες υπέρβασης αυτού Μέθοδος σχεδιασμού κυλιόμενης σφαίρας Α Αποτελεσματικότητα Α.5 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ (ΣΑΠ) 60 Α.5.1 Βλάβες από κεραυνούς και Διαχείριση Α Κίνδυνοι σε έμβια όντα Α Κίνδυνοι στις κατασκευές και τα εσωτερικά συστήματα Α.5.2 Εισαγωγή στις μεθόδους προστασίας και τους κινδύνους Α Βασικές λειτουργίες ενός αποτελεσματικού ΣΑΠ Α Βασικές ιδιότητες ενός αποτελεσματικού ΣΑΠ Α Εξωτερικό και Εσωτερικό ΣΑΠ Α Μη - απομονωμένο και απομονωμένο ΣΑΠ Α.5.3 Απαιτήσεις υλικών συστήματος αντικεραυνικής προστασίας Α Απαιτήσεις υλικών Α Φυσικά Στοιχεία Α Φυσικά Στοιχεία συλλεκτηρίων συστημάτων Α Φυσικά στοιχεία αγωγών καθόδου Α Φυσικά ηλεκτρόδια γείωσης Α.5.4 Μέθοδοι Σχεδιασμού Α Μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας Α Μέθοδος κυλιόμενης - γενικά Α Υπολογισμοί για τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας με συλλεκτήριο σύστημα από ράβδους Α Υπολογισμοί για τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας με συλλεκτήριο σύστημα από αγωγούς πλέγματος ή υπερυψωμένων τεταμένων συρμάτων Α Μέθοδος πλέγματος Α Μέθοδος γωνίας προστασίας Α Μέθοδος γωνίας προστασίας - Γενικά Α Μέθοδος γωνίας προστασίας - Θεωρία Α Μέθοδος κώνου προστασίας Α.5.5 Εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας Α Συλλεκτήρια συστήματα Α Υποδείξεις τοποθέτησης Α Ιστοί και κεραίες Α Προστασία κατασκευών που προεξέχουν της οροφής Α Ισοδυναμική διασύνδεση εξοπλισμού οροφής Α Διαστολικά και διατρήσεις οροφής 8

9 Α Αγωγοί καθόδου Α Αγωγοί καθόδου σε απομονωμένα και μη απομονωμένα ΣΑΠ Α Αγωγοί καθόδου σε μη απομονωμένα ΣΑΠ Α Αγωγοί καθόδου για απομονωμένα ΣΑΠ Α Διαδρομή αγωγού καθόδου Α Στερέωση αγωγών καθόδου Α Ισοδυναμική Διασύνδεση και αποστάσεις ασφαλείας Α Ισοδυναμική διασύνδεση γραμμών υπηρεσιών και εξωτερικών αγωγίμων μερών Α Απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού Α Διαμοιρασμός του κεραυνικού ρεύματος μεταξύ των αγωγών Α Γειώσεις Α Απαιτήσεις αντίστασης γείωσης Α Συστήματα γείωσης Α Τύπος Α - κατακόρυφα και οριζόντια ηλεκτρόδια Α Τύπος Β - ηλεκτρόδιο δακτυλίου Α Σύγκριση διατάξεων τύπου Α και Β Α Έλεγχοι, μετρήσεις και συντηρήσεις Α Ειδικές απαιτήσεις Α.5.6 Εσωτερικό ΣΑΠ - LPMS Α Γενικά - IEC : Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός κατασκευών Α Σχεδιασμός και εγκατάσταση ενός συστήματος μέτρων προστασίας έναντι LEMP - LPMS Α Συνδέσεις εξίσωσης δυναµικών - ΙΣ Α Ισοδυναµική σύνδεση για μεταλλικές εγκαταστάσεις Α Ισοδυναµικές συνδέσεις για εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα Α Ισοδυναµικές συνδέσεις για ηλεκτρικές και τηλεπικοινωνιακές εγκαταστάσεις στο εσωτερικό της κατασκευής που χρήζει προστασίας Α Προστασία με SPDs Α Τι είναι ο περιοριστής κρουστικών υπερτάσεων Α Τι είναι μεταβατικές τάσεις Α Γενική διαδικασία επιλογής και εγκατάστασης SPDs Α Ονομαστικές τιμές κρουστικών Α Διανομή ρεύματος μεταξύ υπηρεσιών Α Επίπεδα προστασίας τάσης Α Απαιτήσεις SPD για εγκαταστάσεις χωρίς ΣΑΠ Α Επιλογική προστασία με SPDs Α Αποµόνωση του εξωτερικού ΣΑΠ Α.5.7 Σχεδιασµός του ΣΑΠ Α.6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΙΝΔΥΝΟΥ 146 Α.6.1 Βλάβη οφειλόμενη στους κεραυνούς [2] Α Βλάβη σε μία κατασκευή [2] Α Συνέπειες κεραυνού σε μία κατασκευή 9

10 Α Πηγή βλαβών Α Κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της κατασκευής μπορούν να προξενήσουν: Α Κεραυνικά πλήγματα σε μία υπηρεσία που είναι συνδεδεμένη στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον μίας υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Τύποι βλαβών στις κατασκευές Α Βλάβη σε μία υπηρεσία Α Αποτελέσματα κεραυνού σε μία Υπηρεσία Α Πηγές και τύποι βλαβών σε μία υπηρεσία Α Κεραυνικά πλήγματα στην τροφοδοτούμενη κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Κεραυνικά πλήγματα σε μία γραμμή υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον μίας γραμμής υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: Α Τύποι βλαβών στις υπηρεσίες Α.6.2 Τύποι απωλειών Α.6.3 Σχέση μεταξύ πηγής βλάβης, τύπου βλάβης και απώλειας Α.6.4 Κίνδυνος σε μία κατασκευή για κάθε τύπο βλάβης και απώλειας Α.6.5 Κίνδυνος και συνιστώσες κινδύνου Α Κίνδυνος Είδη κινδύνων Α Τύποι απώλειας σαν αποτέλεσμα τύπων βλάβης και των αντιστοίχων κινδύνων Α Συνιστώσες κινδύνου σε κατασκευή Α Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων επί της κατασκευής Α Συνιστώσα κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της κατασκευής Α Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία υπηρεσία διασυνδεδεμένη με την κατασκευή Α Συνιστώσα κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μίας υπηρεσίας διασυνδεδεμένης με την κατασκευή Α Συνιστώσες κινδύνου σε υπηρεσία Α Συνιστώσα κινδύνου για μία υπηρεσία λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της υπηρεσίας Α Συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία λόγω κεραυνικών πληγμάτων επί της κατασκευής στην οποία η υπηρεσία είναι συνδεδεμένη Α Σύνθεση και ομαδοποίηση συνιστωσών κινδύνου Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου σχετικών με μία 10

11 κατασκευή Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου σχετικών με μία υπηρεσία Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου με αναφορά στην πηγή της βλάβης Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία κατασκευή Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία υπηρεσία Α.6.7 Διαχείριση κινδύνου Α Ανεκτός κίνδυνος Α Βασική διαδικασία Α Θεωρούμενη κατασκευή για τον υπολογισμό του κινδύνου Α Θεωρούμενη υπηρεσία για τον υπολογισμό του κινδύνου Α Διαδικασία για τον υπολογισμό της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας - Κίνδυνος R 4 Α.7 ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ. 175 Α.7.1 Βασικά κριτήρια για προστασία κατασκευών και υπηρεσιών Α Μέτρα προστασίας για μείωση της βλάβης εμβίων όντων Α Μέτρα προστασίας κατά τάσεων επαφής Α Μέτρα προστασίας κατά βηματικών τάσεων Α Πλευρικό πλήγμα Α Μέτρα προστασίας για μείωση φυσικής βλάβης Α Μέτρα προστασίας για μείωση της αστοχίας ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων Α.7.2 Επιλογή μέτρων προστασίας Α Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε κατασκευές Α Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε υπηρεσίες Α.8 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΓΙΑ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ 185 Α.8.1 Βασική εξίσωση Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στην κατασκευή - S 1 Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της κατασκευής - S 2 Α Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία γραμμή διασυνδεδεμένη με την κατασκευή- S 3 Α Υπολογισμός συνιστώσας κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μίας υπηρεσίας διασυνδεδεμένης με την κατασκευή - S 4 Α Παράμετροι σχετικοί με τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου για μία κατασκευή Α Σύνοψη συνιστωσών κινδύνου σε μία κατασκευή 11

12 Α.9 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΜΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΕ ΖΩΝΕΣ Z S [3] ΖΩΝΕΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ - LPZ 190 Α.9.1 Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου σε μία κατασκευή με ζώνες Z S Α Κίνδυνοι R 1, R 2 και R 3 Α Κατασκευή μιας και μόνο ζώνης Α Κατασκευές πολλαπλών ζωνών Α.10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΓΙΑ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ 192 Α.10.1 Βασική εξίσωση Α Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στη γραμμή - S 3 Α Υπολογισμός συνιστώσας κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της υπηρεσίας - S 4 Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στην κατασκευή στην οποία είναι διασυνδεδεμένη η υπηρεσία - S 1 Α Παράμετροι σχετικοί με τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία Α Σύνοψη συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία Α Διαχωρισμός μιας υπηρεσίας σε ζώνες S S Α.11 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΤΗΣΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ N ΤΩΝ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΩΝ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ Α.11.1 Γενικά Α.11.2 Καθορισμός του μέσου ετησίου αριθμού επικινδύνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία κατασκευή N D και σε μία κατασκευή συνδεδεμένη στο άκρο «α» μιας γραμμής N Da Α.11.3 Καθορισμός της επιφάνειας συλλογής A d Α Ορθογώνια κατασκευή Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Ορθογωνικής μορφής Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Κυλινδρικής μορφής Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Κυλινδρικής μορφής με προεξέχοντα στοιχεία Α Κατασκευή σαν τμήμα ενός κτιρίου Α.11.4 Σχετική τοποθεσία της κατασκευής Α.11.5 Αριθμός των επικινδύνων συμβάντων N D για μία κατασκευή - άκρο «β» μιας υπηρεσίας Α.11.6 Αριθμός επικίνδυνων συμβάντων N Da για μία παρακείμενη κατασκευή - άκρο «α» μιας υπηρεσίας Α.11.7 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μιας κατασκευής N M Α.11.8 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων σε μία 12

13 υπηρεσία N L Α.11.9 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μιας υπηρεσίας N I Α.12 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ ΒΛΑΒΗΣ P X ΓΙΑ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Α.12.1 Η πιθανότητα P A για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει βλάβη σε έμβια όντα Α.12.2 Η πιθανότητα P B για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει φυσική βλάβη Α.12.3 Η πιθανότητα P C για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων Α.12.4 Η πιθανότητα P M για ένα πλήγμα πλησίον μίας κατασκευής να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων Α.12.5 Η πιθανότητα P U για ένα πλήγμα σε μία υπηρεσία να προκαλέσει βλάβη σε έμβια όντα Α.12.6 Η πιθανότητα P V για ένα πλήγμα σε μία γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει φυσική βλάβη Α.12.7 Η πιθανότητα P W για ένα πλήγμα σε μία γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων Α.12.8 Η πιθανότητα P Z για ένα πλήγμα πλησίον μιας εισερχομένης γραμμής υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων Α.13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΣΕ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Α.13.1 Μέση σχετική ποσότητα απώλειας ανά έτος Α.13.2 Απώλεια ανθρώπινης ζωής Α.13.3 Καθορισμός των συντελεστών απώλειας Α.13.4 Μη αποδεκτή απώλεια υπηρεσίας στο κοινό Α.13.5 Απώλεια αναντικατάστατης πολιτιστικής κληρονομιάς Α.13.6 Οικονομική απώλεια Α.14 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ P X ΤΗΣ ΒΛΑΒΗΣ ΣΕ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ 223 Α.14.1 Γραμμές με μεταλλικούς αγωγούς Α Πιθανότητες P' B και P'c για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβες Α Πιθανότητες P V και P W για ένα κεραυνικό πλήγμα στην γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβες Α Η πιθανότητα P'z για ένα κεραυνικό πλήγμα πλησίον της γραμμής υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβη Α.15 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΑΠΩΛΕΙΑΣ L x ΣΕ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ

14 Α.15.1 Μέση σχετική ποσότητα απώλειας ανά έτος Α.15.2 Μη αποδεκτή απώλεια υπηρεσίας στο κοινό Α.15.3 Οικονομική απώλεια Α.16 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΗΣ ΚΟΣΤΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ - ΚΙΝΔΥΝΟΣ R 4 Α.17 ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΗΣ ΘΩΡΑΚΙΣΗΣ ΓΙΑ ΑΥΤΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΕΝΟΣ ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΟΥ ΚΑΛΩΔΙΟΥ ΓΙΑ ΑΠΟΦΥΓΗ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΩΝ ΣΠΙΝΘΗΡΩΝ.. Α.18 ΡΕΥΜΑ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΠΟΥ ΡΕΕΙ ΣΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ΑΓΩΓΙΜΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΕ ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Α.18.1 Κρουστικά ρεύματα λόγω πλήγματος στην κατασκευή πηγή βλάβης S 1 Α Κρουστικά ρεύματα που ρέουν δια μέσου εξωτερικών αγωγίμων μερών και γραμμών συνδεδεμένων στην κατασκευή Α Συντελεστές που επηρεάζουν το διαμοιρασμό του κεραυνικού ρεύματος σε γραμμές ισχύος Α.18.2 Κρουστικά ρεύματα σχετικές με υπηρεσίες συνδεδεμένες στην κατασκευή Α Κρουστικά ρεύματα λόγω πληγμάτων επί των υπηρεσιών πηγή βλάβης S 3 Α Κρουστικά ρεύματα λόγω πληγμάτων πλησίον των υπηρεσιών - πηγή βλάβης S 4 Α.18.3 Κρουστικά ρεύματα λόγω επαγωγικών φαινομένων πηγές βλάβης S 1 ή S 2 Α Κρουστικά ρεύματα εντός μη θωρακισμένης ζώνης LPZ 1 Α Κρουστικά ρεύματα εντός θωρακισμένων ζωνών LPZs Α.18.4 Γενικές πληροφορίες σχετικά με τα SPDs Α.19 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ 7-ΤΚ Α.19.1 Μελέτη κινδύνου δεξαμενής 7-ΤΚ-102 από κεραυνούς Α Δεδομένα και χαρακτηριστικά της δεξαμενής Α Καθορισμός ζωνών της Δεξαμενής και χαρακτηριστικών αυτών Α Τα χαρακτηριστικά της ζώνης 1 Α Τα χαρακτηριστικά της ζώνης 2 Α Τα χαρακτηριστικά της ζώνης 3 Α Υπολογισμός σχετικών ποσοτήτων Α Οι συλλεκτήριες επιφάνειες Α Ο αναμενόμενος ετήσιος αριθμός των επικινδύνων συμβάντων Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου Α Οι παράμετροι για υπολογισμό των συνιστωσών 14

15 κινδύνου Α Οι συνιστώσες κινδύνου που επηρεάζουν τη δεξαμενή Α Οι τιμές των πιθανοτήτων Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή στη λειτουργία Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή στη 10ετή συντήρηση Α.19.2 Έλεγχος ασφάλειας από κρουστικά ρεύματα που ρέουν δια μέσου εξωτερικών αγωγίμων μερών και γραμμών συνδεδεμένων στην κατασκευή λόγω πλήγματος στην κατασκευή ή στην γραμμή Α Ρεύµα του κεραυνού στα εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα και στις εισερχόμενες γραμμές Α Ρεύμα αστοχίας Α.19.3 Αξιολόγηση αποτελεσμάτων - προτάσεις Α Λειτουργία της δεξαμενής Α Δεκαετής συντήρηση της δεξαμενής Α Προτάσεις Β. ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ. 272 Β.1 ΓΕΝΙΚΑ Β.1.1 Γενική ταξινόμηση των πετρελαιοειδών Β Στατικοί συσσωρευτές Β Εύφλεκτα χαρακτηριστικά Β Επικίνδυνη ατμόσφαιρα Β Αποθήκευση Β.2 ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΑΠΟ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ 275 Β.2.1 Δημιουργία φορτίων στατικού ηλεκτρισμού Β.2.2 Συσσώρευση φορτίων και ανακούφιση Β.2.3 Μηχανισμοί Στατικής εκφόρτισης Β Εκφόρτιση σπινθήρα Β Brush discharge Β.2.4 Εκφόρτιση εναύσεως Β.2.5 Προαγωγοί σπινθήρων Β.3 ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΚΑΙ ΟΔΗΓΙΕΣ ΑΠΟΦΥΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ ΓΙΑ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ. 280 Β.3.1 Αποφυγή δημιουργίας ηλεκτροστατικών φορτίων Β Γέμισμα - Άδειασμα - ταχύτητες 15

16 Β Μείξη - ανάδευση Β.3.2 Αποφυγή συγκέντρωσης ηλεκτροστατικών φορτίων Β Ισοδυναμική διασύνδεση - γείωση Β.3.3 Αποφυγή εκφόρτισης σπινθήρα εναύσεως Β Αποφυγή εύφλεκτης ατμόσφαιρας Β Αδρανοποίηση Β.3.4 Καθαρισμός: Β.3.5 Δεξαμενές πλωτής οροφής Β Ανοικτές δεξαμενές πλωτής οροφής Β.3.6 Δεξαμενές κωνικής οροφής Β.4 ΓΕΙΩΣΕΙΣ. 287 Γ. ΣΥΝΟΨΗ ΜΕΤΡΩΝ ΜΕΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ Γ.1 ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ..... Γ.2 ΚΑΤΑΣΤΑΛΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ Δ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ.... ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α. Έρευνα στους σπινθήρες εκφόρτισης από κεραυνούς και στα μέτρα προστασίας μεγάλων δεξαμενών πλωτής οροφής ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β. PowerPR: Articles Responding to API RP 545 to Improve Petroleum Tank Lightning Safety Date: 06/25/2010 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ - ΣΧΕΔΙΑ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Δ. Ονοματολογία και Ορισμοί ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

17 ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ Το 90% των περιστατικών ανάφλεξης των δεξαμενών πλωτής οροφής προέρχεται από: Ηλεκτρικές εκκενώσεις της ατμόσφαιρας (30% - 31%) Στατικό ηλεκτρισμό (60% - 59%) Για το λόγο αυτό: Στην παρούσα εργασία θα μελετήσουμε την προστασία μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής για ασφαλή λειτουργία αυτής και του εμπλεκόμενου προσωπικού σχετικά με: Α. Προστασία από κεραυνούς. Β. Προστασία από στατικό ηλεκτρισμό. 17

18 Α. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ [1], [5] Α.1 ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΚΕΡΑΥΝΟΥ [1], [5] Κεραυνός είναι οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα και οφείλεται σε συγκέντρωση αρνητικών και θετικών φορτίων μεταξύ σύννεφου γης, σύννεφου σύννεφου ή Εντός του ίδιου του σύννεφου. Σε όλη τη γη πέφτουν σχεδόν την ημέρα που δημιουργούνται από πάνω καταιγίδες. Κατά τη διάρκεια του κεραυνού δημιουργείται έντονος ιονισμός των αερίων του αέρα, τα οποία εκπέμπουν ισχυρό φως οπότε έχουμε το φαινόμενο της αστραπής. Η υψηλή θερμοκρασία προκαλεί ατμοποίηση των υδρατμών που υπάρχουν δημιουργώντας έτσι τοπικά αραιώματα και πυκνώματα του αέρα, δηλαδή ένα ηχητικό κύμα, που στην αρχή βρίσκεται στην περιοχή των υπερήχων, μετά όμως καταλήγει στον δυνατό κρότο που ονομάζουμε βροντή. Επειδή το φως ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα από τον ήχο, μπορούμε να υπολογίσουμε κατά προσέγγιση την απόσταση του σημείου που βρισκόμαστε από το σημείο που εκδηλώθηκε η πτώση κεραυνού. Το οπτικό φαινόμενο της αστραπής, που αναφέραμε, είναι πολύ εντυπωσιακό, όπως φαίνεται και από ορισμένες φωτογραφίες που δίδονται παρακάτω. 18

19 Φωτογραφία 1. Κεραυνικό πλήγμα στο λιμάνι της Νέας Υόρκης Φωτογραφία 2. Κεραυνός που χτυπά κεραία στο Χονγκ Κονγκ 19

20 Φωτογραφίες 3 και 4. Φωτογραφίες κεραυνών 20

21 Α.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ [1] Α.2.1. Ηλεκτρική κατάσταση της γης [1] Η γη εμφανίζεται μόνιμα φορτισμένη με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο της τάξης των C. Το φορτίο αυτό προκαλεί στην επιφάνεια της γης, υπό συνθήκες καλοκαιρίας, ηλεκτρικό πεδίο με την κατεύθυνση από την ατμόσφαιρα προς την γη με ένταση περίπου 0,13 kv/m. Ισοδύναμη ποσότητα θετικού φορτίου παραμένει κατανεμημένη στην ατμόσφαιρα με μεγαλύτερη πυκνότητα στα χαμηλότερα στρώματα. Η παρουσία του κατανεμημένου θετικού φορτίου έχει σαν αποτέλεσμα την προοδευτική μείωση του πεδίου της γης με το ύψος. Εξαιτίας αυτού του κατακόρυφου πεδίου η γη βρίσκεται συνεχώς σε τάση 300 kv σε σχέση με τα ανώτερα τμήματα της ατμόσφαιρας. Είναι γνωστό πως ιονισμένα σωματίδια και των δύο προσήμων που παράγονται από κοσμική ακτινοβολία, γήινη ραδιενέργεια και από άλλες αιτίες προσδίδουν στον αέρα ορισμένη αγωγιμότητα. Εξαιτίας αυτής της αγωγιμότητας και του ηλεκτρικού πεδίου της ατμόσφαιρας, ιόντα και των δύο προσήμων κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό θα είχε σαν αποτέλεσμα την εξομάλυνση του γήινου πεδίου και κατά συνέπεια την εκφόρτιση της γης. Το γεγονός ότι αυτό δεν συμβαίνει οφείλεται στο ότι η γη δέχεται ταυτόχρονα αρνητικό φορτίο ισοδύναμο μ αυτό του ρεύματος των θετικών ιόντων. Πιστεύεται πως η κύρια αιτία (πηγή) που τροφοδοτεί τη γη με αρνητικό φορτίο είναι τα ηλεκτρισμένα σύννεφα και οι κεραυνοί. Α.2.2 Ηλεκτρική συμπεριφορά του σύννεφου [1], [5] Η πιο συνηθισμένη ηλεκτρική εικόνα ενός σύννεφου είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο με αρνητική την προς τη γη πλευρά του και θετικό την προς την κορυφή αυτού. Η μορφή αυτή φυσικά δεν αποτελεί και τον γενικό κανόνα. Έως σήμερα δεν υπάρχει συμφωνία αναφορικά με το μηχανισμό συγκέντρωσης ηλεκτρικού φορτίου στα σύννεφα. Έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες μη κοινά αποδεκτές μπορούν όμως να χωρισθούν σε δύο διαφορετικές κατηγορίες: Εκείνη που βασίζεται στην φόρτιση σταγονιδίων του νέφους, που συμβαίνει μόλις αρχίσει η πτώση τους προς τη γη και σε Εκείνη που βασίζεται στη μεταφορά φορτίων σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας με ανοδικά ρεύματα που οφείλονται σε θερμοκρασιακές διαφορές όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 1. 21

22 Σχήμα 1. Καταιγιδοφόρα σύννεφα δημιουργούμενα από μετωπικές καταιγίδες [5]. Α.2.3 Είδη κεραυνών [1] Ο κεραυνός ξεκινά από σημεία υψηλής πεδιακής έντασης. Δύο ετερόσημα φορτία μέσα στο ίδιο σύννεφο ή δύο γειτονικά σύννεφα, δημιουργούν στο διάστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ τους υψηλές πεδιακές εντάσεις που μπορούν να προκαλέσουν μία εκκένωση εσωτερική του νέφους, ή ανάμεσα σε δύο σύννεφα. Υπό την έννοια αυτήν διακρίνουμε τρία είδη κεραυνικών εκκενώσεων όπως στο παρακάτω σχήμα: 1. Κεραυνοί μέσα στα σύννεφα 2. Κεραυνοί ανάμεσα στα σύννεφα 3. Μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα 22

23 Τα τρία είδη κεραυνών Κεραυνοί μέσα στο ίδιο σύννεφο Κεραυνοί ανάμεσα Στα σύννεφα Κεραυνοί μεταξύ σύννεφου - γής Και αντίστροφα Σχήμα 2. Τα είδη των κεραυνών και η κατανομή του φορτίου στα σύννεφα κατά την διάρκεια μιας καταιγίδας. Από τα είδη αυτά θα μας απασχολήσει το τρίτο. Στα δύο πρώτα θα αναφερθούμε εν συντομία. Α Κεραυνοί μέσα στα σύννεφα [1] 23

24 Οι κεραυνοί μέσα στα σύννεφα είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος εκφορτίσεως. Στην περίπτωση αυτή, η εκκένωση λαμβάνει χώρα ανάμεσα στο ανώτερο θετικό και κατώτερο αρνητικό κέντρο του χωρικού φορτίου. Η διάρκεια της εκκένωσης είναι μεγάλη και το ρεύμα της έχει τιμές από μερικές εκατοντάδες έως 1000 Amperes. Η διαδικασία συμβαίνει μέσα στο νέφος και έξω από το νέφος φαίνεται σαν διαχέουσα λαμπρότητα που τρεμοσβήνει (Σχήμα 3) Σχήμα 3. Κεραυνοί μέσα στα σύννεφα Α Κεραυνοί ανάμεσα στα σύννεφα [1] Κεραυνοί αυτού του τύπου εκδηλώνονται σε ύψος μεγαλύτερο του 1 km και μικρότερο των 12 km. Οι κεραυνοί αυτοί έχουν μεγάλο μήκος κεραυνικού τόξου, έως και 40 km (Σχήμα 4). Σχήμα 4. Κεραυνοί ανάμεσα στα σύννεφα 24

25 Α Μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα [1] Σχήμα 5. Μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα Το ηλεκτρικό πεδίο ενός σύννεφου διαταράσσει το ομαλό πεδίο καλοκαιρίας με αποτέλεσμα την αναστροφή του και έτσι αναστρέφεται και η φορά του ρεύματος καλοκαιρίας που ρέει προς τη γη. Η σταθερά χρόνου αύξησης του ηλεκτρικού πεδίου ενός σύννεφου είναι περίπου δύο λεπτά, δηλαδή το σύννεφο περνά από την ουδέτερη στην ηλεκτρισμένη κατάσταση μέσα σε λίγα λεπτά. Μετά την αναστροφή του ηλεκτρικού πεδίου καλοκαιρίας, αποκτά με την κατεύθυνση της κακοκαιρίας (από τη γη προς την ατμόσφαιρα) τιμές που φθάνουν τα 10 KV/m. Το πεδίο αυτό διαταράσσεται στιγμιαία με κάθε εκκένωση κεραυνού ή εσωτερική του νέφους. Όταν το πεδίο που προκαλείται στην επιφάνεια της γης, από την παρουσία ενός ηλεκτρισμένου νέφους, γίνει μεγαλύτερο από 1,5 kv/m έως 2 kv/m αρχίζει ιονισμός από κρούσεις σε αιχμηρές προεξοχές του εδάφους, όπως πολύ ψηλά κτίρια, απαγωγείς κεραυνών, κ.λπ. και θετικά ιόντα μεταφέρονται από τη γη δια μέσου του αγωγού προς την ατμόσφαιρα. Το ηλεκτρικό ρεύμα που δημιουργείται ονομάζεται ρεύμα ιονισμού της προεξοχής (point-discharge current). Το ρεύμα αυτό καθώς και τα φορτία του χώρου που δημιουργούνται παίζουν σημαντικό ρόλο στην εκκένωση του κεραυνού, ιδιαίτερα στα τελευταία στάδια της εξέλιξής του. Α Ορισμοί σχετικοί με τα μεγέθη του κεραυνού [1] Πιο κάτω δίνονται μερικοί ορισμοί για τις διάφορες παραμέτρους του κεραυνού που συμφωνούν με αυτούς που έχουν υιοθετηθεί από τον Κ. Berger. 25

26 Α Πολικότητα κεραυνού [1] Η εκκένωση ενός "αρνητικού νέφους" προς τη γη γίνεται με ένα "αρνητικό κεραυνό" (Σχήμα 6: 1α, 2α, 1β και 2β και Σχήμα 7: (α) και (β)) και Ενός θετικού νέφους με ένα "θετικό κεραυνό". (Σχήμα 6: 3α, 4α, 3β και 4β και Σχήμα 7: (γ) και (δ)) Οχετός προεκκένωσης, Οχετός επιστροφής, Κατεύθυνση μετάδοσης Σχήμα 6. Είδη κεραυνών: «α» Ανάπτυξη οχετού προεκκένωσης, «β» Συμπλήρωση του αντίστοιχου είδους κεραυνού με οχετό επιστροφής ΑΡΝΗΤΙΚΟΙ ΘΕΤΙΚΟΙ : Κατεύθυνση οχετού (καναλιού) προεκκένωσης : Κατεύθυνση οχετού (καναλιού) επιστροφής Σχήμα 7. Οι 4 τύποι κεραυνών: Αρνητικοί κεραυνοί κάτω από αρνητικά φορτισμένο σύννεφο [(α) και (β)]. Θετικοί κεραυνοί κάτω από θετικά φορτισμένο σύννεφο [(γ) και (δ)] 26

27 Α Πολικότητα του ρεύματος του κεραυνού [1] Κατά την εκκένωση ενός "αρνητικού νέφους" ρέει προς τη γη ένα "αρνητικό ρεύμα" και αντίθετα. Α Κατεύθυνση οχετού προεκκένωσης [1] Ένας "κατερχόμενος οχετός προεκκένωσης" (που συχνά ονομάζεται και "οδηγός οχετός") προχωρεί από το σύννεφο προς το έδαφος (Σχήμα 6: 1α, 3α, 1β και 3β και Σχήμα 7: (α) και...(γ)) και Ένας "ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης" προχωρεί από το έδαφος προς το σύννεφο (Σχήμα 6: 2α, 4α, 2β και 4β και Σχήμα 7: (β) και (δ)) Α Οχετός σύνδεσης [1] Ένας "ανερχόμενος οχετός σύνδεσης" είναι μία εκκένωση που ξεκινά από το έδαφος και συναντά, σε μία ενδιάμεση θέση μεταξύ σύννεφου και εδάφους ένα κατερχόμενο οχετό (Σχήμα 1.26: 1β και 3β και Σχήμα 7: (α) και...(γ)) και Ένας "κατερχόμενος οχετός σύνδεσης" είναι μία εκκένωση που ξεκινά από το νέφος και συναντά, σε μία ενδιάμεση θέση μεταξύ σύννεφου και εδάφους έναν ανερχόμενο οχετό (Σχήμα 6: 2β και 4β και Σχήμα 7: (β) και (δ)) Α Πολικότητα του οχετού προεκκένωσης [1] Η πολικότητα ενός οχετού προεκκένωσης ταυτίζεται με την πολικότητα του φορτίου της θέσης από την οποία ξεκινά. Έτσι: Από ένα θετικό σύννεφο, ξεκινά ένας "κατερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης" (Σχήμα 6: 3α και Σχήμα 7: (γ)) Από ένα αρνητικό σύννεφο, ξεκινά ένας "κατερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης" (Σχήμα 6: 1α και Σχήμα 7: (α)) Από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα θετικό σύννεφο ξεκινά ένας "ανερχόμενος αρνητικός οχετός προεκκένωσης" (Σχήμα 6: 4α και Σχήμα 7: (δ)) και Από μία προεξοχή του εδάφους κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο ξεκινά ένας "ανερχόμενος θετικός οχετός προεκκένωσης" (Σχήμα 6: 2β και Σχήμα 7: (β)) Α Πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου [1] Το ηλεκτρικό πεδίο κάτω από ένα "αρνητικό σύννεφο" ορίζεται σαν "αρνητικό" και το αντίθετο. Σύμφωνα μ' αυτό τον ορισμό, το πεδίο καλοκαιρίας του εδάφους έχει "θετική κατεύθυνση". Α Είδη κεραυνών μεταξύ σύννεφου και γης ή και αντίστροφα [1] 27

28 Συγκέντρωση φορτίου ενός προσήμου σε μία θέση του νέφους και το φορτίο αντίθετου προσήμου, που επάγεται εξ αιτίας του, στο έδαφος, δημιουργούν ανάμεσα στο νέφος και το έδαφος μία ζώνη αυξημένων πεδιακών εντάσεων. Οι υψηλότερες εντάσεις μέσα στη ζώνη αυτή μπορεί να αναπτύσσονται είτε κοντά στο νέφος είτε κοντά στο έδαφος στην περίπτωση που αυτό παρουσιάζει μία σημαντική προεξοχή. Στην πρώτη περίπτωση η ενδεχόμενη εκκένωση θα αρχίσει από το νέφος με έναν κατερχόμενο οχετό προεκκένωσης ενώ στη δεύτερη από το έδαφος με έναν ανερχόμενο οχετό προεκκένωσης. Έτσι διακρίνουμε τις τέσσερις περιπτώσεις έναρξης του οχετού προεκκένωσης του κεραυνού που αναφέραμε παραπάνω με αναφορά τα σχήματα 6 και 7. Αν ο οχετός προεκκένωσης που αναπτύσσεται με έναν από τους πιο πάνω τρόπους γεφυρώσει ολόκληρο το διάκενο σύννεφο-γη, επακολουθεί ο οχετός επιστροφής και έτσι ολοκληρώνεται ένας από τους τέσσερις τύπους κεραυνού που εικονίζεται στο κατώτερο μέρος του Σχ. 6 (περιπτώσεις 1β, 2β, 3β και 4β) στους οποίους δίνονται οι πιο κάτω ορισμοί. «Κατερχόμενη αρνητική εκκένωση κατερχόμενος αρνητικός κεραυνός» πηγάζει από ένα αρνητικό σύννεφο με ένα κατερχόμενο οχετό προεκκένωσης και αποτελεί τον πιο συνηθισμένο τύπο κεραυνού που παρατηρείται στα 90% περίπου των περιπτώσεων (Σχήμα 6: 1β και Σχήμα 7: α) αρνητικοί κεραυνοί που ξεκινούν από το κάτω μέρος του σύννεφου (αρνητικό) προς τη γη.) «Ανερχόμενος θετικός οχετός/αρνητική εκκένωση» πηγάζει από μία προεξοχή του εδάφους, κάτω από ένα αρνητικό σύννεφο (Σχήμα 6: 2β και Σχήμα 7: β) Και αυτοί είναι συνήθεις αλλά λιγότερο από τους προηγούμενους). «Κατερχόμενη θετική εκκένωση», πηγάζει από ένα θετικό σύννεφο (πολύ σπάνια περίπτωση) (Σχήμα 6: 3β και Σχήμα 7: γ). «Ανερχόμενος αρνητικός οχετός/ θετική εκκένωση», πηγάζει από μια προεξοχή του εδάφους, κάτω από ένα θετικό σύννεφο (Σχήμα 6: 4β και Σχήμα 7: δ). Από τους πιο πάνω τύπους, ο Σχ.6-4β που πρωτοπαρατηρήθηκε στο σταθμό του San Salvatore και μελετήθηκε από τον K. Berger, αποτελεί τον ισχυρότερο τύπο κεραυνού που συνοδεύεται από τις μεγαλύτερες εντάσεις ρεύματος που έχουν καταγραφεί. Φαίνεται πως σε όλες τις υπερυψώσεις του εδάφους ο τύπος Σχ.6-4β αντικαθιστά τον Σχ.6-3β και γι αυτό ο τύπος Σχ.6-3β είναι γενικά σπάνιος. Κατά τον K. Berger οι κεραυνοί αυτοί εμφανίζονται μια μόνο φορά στο τέλος της καταιγίδας. Η πιο πάνω εικόνα των κεραυνών είναι απλοποιημένη. Στην πραγματικότητα, πριν ο οχετός προεκκένωσης συναντήσει το έδαφος (ή το νέφος) ένας αντίθετος οχετός αναπτύσσεται από την αντίθετη πλευρά που 28

29 έρχεται να προϋπαντήσει τον κύριο οχετό προεκκένωσης (όπως φαίνεται στο σχήμα 6 και Σχήματα 8 (α) και 8 (β)). Επίσης ο οχετός προεκκένωσης συνήθως κινείται προοδευτικά με διαδοχικά βήματα (γι αυτό λέγεται και βηματικός οδηγός stepped leader) και μπορεί να ακολουθήσει μια ή περισσότερες διαδρομές ως Σχήματα 8 (α) και 8 (β). Σχήμα 8 (α). Ο βηματικός οδηγός κινείται σταδιακά από το νέφος προς το έδαφος και μπορεί να ακολουθήσει μία ή περισσότερες διαδρομές [5] Σχήμα 8 (β). Ο ανερχόμενος οδηγός οχετός συμπληρώνει το κανάλι ιονισμού [5] 29

30 Οι κεραυνοί αυτής της κατηγορίας (μεταξύ νέφους και γης) είναι και αυτοί που παρουσιάζουν και το μεγαλύτερο ενδιαφέρον καθώς επηρεάζουν την ανθρώπινη ζωή και δραστηριότητα. Α.2.4. Φυσικά χαρακτηριστικά του κεραυνού Εξομοίωση στο εργαστήριο [1] Η εκκένωση του κεραυνού παρουσιάζει μεγάλη ομοιότητα με την εκκένωση μεγάλων διακένων που παράγονται σήμερα στο εργαστήριο. Από πειραματικά αποτελέσματα των Anderson και Tangen το 1968, σχετικά με την τάση διάσπασης σε σχέση με το λόγο H/D (του ύψους του γειωμένου ηλεκτροδίου προς το μήκος του διακένου), εξάγονται τα ακόλουθα συμπεράσματα τα οποία είναι χρήσιμα για την μελέτη των βημάτων που προχωρεί η εκκένωση του κεραυνού. Η τάση διάσπασης για αρνητική πολικότητα είναι μεγαλύτερη από αυτή για θετική πολικότητα. Για σταθερό μήκος διακένου, η τάση διάσπασης μικραίνει για αρνητική πολικότητα και αυξάνεται για θετική όσο το γειωμένο ηλεκτρόδιο γίνεται ψηλότερο. Η κλίση της μεταβολής της τάσης διάσπασης ως προς το λόγο H/D φαίνεται να πλησιάζει σε κάποιο ανώτατο όριο όσο το μήκος του διακένου μεγαλώνει. Πάντως η μέση μεταβολή της τάσης, ορίζεται σαν ο λόγος της τάσης διάσπασης, προς την απόσταση διάσπασης και είναι περίπου: 5 KV/cm για αρνητική πολικότητα και 3 KV/cm για θετική πολικότητα Για τον κατερχόμενο αρνητικό οχετό ο μηχανισμός που παρατηρείται στο εργαστήριο μοιάζει με αυτό που παρατηρείται σε διάφορες φωτογραφίες κεραυνών. Η βηματική πρόοδος του οχετού του κεραυνού συμπίπτει με τις αναλαμπές που παρουσιάζει ο οχετός προεκκένωσης με το τέλος του μετασχηματισμού κάθε φωτεινού στελέχους, σε ενδοδιάκενο οχετό προεκκένωσης. Στον Ελβετικό σταθμό παρατήρησης κεραυνών στο San Salvatore, διαπιστώθηκε ότι: Τα βήματα επιμήκυνσης του κατερχόμενου αρνητικού οχετού προεκκένωσης ποικίλουν από 3m μέχρι 50 m. Ο θετικός οχετός (κατερχόμενος ή ανερχόμενος) δεν παρουσιάζει ευδιάκριτα βήματα και ότι προχωρεί με ταχύτητα 0,24 m/μs. Α Ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων [1] Α Έναρξη της εκκένωσης του κεραυνού - φάση προεκκένωσης [1] Σε περιοχές του νέφους με μεγάλη πυκνότητα φορτίου, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να πάρει αρκετά μεγάλες τιμές. Οι υψηλές αυτές 30

31 εντάσεις, συνδυαζόμενες με τη μικρή πυκνότητα του αέρα και μερικούς άλλους παράγοντες που προκαλούν πρόσθετη τοπική ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου, μπορούν να προκαλέσουν έναρξη ιονισμού των μορίων του αέρα από κρούσεις ηλεκτρονίων. Ο ιονισμός αυτός αποτελεί το πρώτο βήμα για την έναρξη μίας ηλεκτρικής εκκένωσης. Το επόμενο βήμα είναι ο σχηματισμός ενός οχετού ο οποίος ακολουθεί (με μεγάλες όμως αποκλίσεις) τις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου. Ο οχετός ακολουθεί την κατεύθυνση που θα προκαλέσει την ηλεκτρική σύνδεση και αλληλεξουδετέρωση των δύο ετεροσήμων φορτίων. Αν οι γραμμές μεγίστης πεδιακής έντασης κατευθύνονται προς το έδαφος, ο οχετός, (καλούμενος οχετός προεκκενώσεως), θα κατευθυνθεί προς αυτό. Ο οχετός προχωρεί με διαδοχικά βήματα μήκους μερικών μέτρων ή δεκάδων μέτρων. (Σχήματα 8 (α) και 8 (β)). Ενδέχεται να έχουμε και διακλαδώσεις του αγώγιμου οχετού, που καταλήγουν ή δεν καταλήγουν σε γεφύρωση του προς τη γη λόγω του ότι δεν υπάρχει διαθεσιμότητα μεγάλου αριθμού ηλεκτρικών φορέων (Σχήματα 8 (α) και (β)). Η μέση ταχύτητα προωθήσεως του οχετού προεκκενώσεως είναι περίπου 0,15 m/μs. Η ταχύτητα αυτή όσο μεγάλη και εάν φαίνεται δεν είναι μεγάλη συγκρινόμενη με την ταχύτητα μετάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (και του φωτός) στο κενό που είναι 300 m/μs. Α Φάση οχετού επιστροφής [1] Η διαμήκης πτώση τάσεως κατά μήκος του οχετού προεκκενώσεως πριν αυτός συναντήσει το έδαφος διαφέρει στις διάφορες θέσεις του (μικρότερη προς το σημείο έναρξης του οχετού), η μέση τιμή της όμως είναι μικρότερη από 0,1 kv/cm. Έτσι ο οχετός προεκκενώσεως εμφανίζεται, περίπου σαν μία μεταλλική προεξοχή που επεκτείνεται από το σύννεφο προς το έδαφος. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από τον οχετό προεκκενώσεως και ιδίως στο άκρο του προς το έδαφος, είναι πολύ μεγάλη και υπερβαίνει κατά πολύ την πεδιακή ένταση που απαιτείται για τον ιονισμό του αέρα από κρούσεις (30 kv/cm). Αυτός είναι και ο λόγος που ο οχετός περιβάλλεται διαρκώς από ένα μανδύα Corona (στεμματοειδούς εκκενώσεως), που εκτείνεται μερικά μέτρα γύρω από αυτόν. Το πάχος του μανδύα αυτού είναι μεγαλύτερο στο προς το έδαφος άκρο του οχετού και αυξάνει όσο η κεφαλή του οχετού πλησιάζει στο έδαφος. Όταν η κεφαλή του οχετού φθάσει σε μια απόσταση από το έδαφος τέτοια που η μέση πεδιακή ένταση να είναι γύρω στα 5 KV/cm, το τελευταίο αυτό μήκος γεφυρώνεται ολόκληρο από κορόνα και μετατρέπεται ταχύτατα (μέσα σε μs) επίσης σε οχετό. Με αυτό το τελευταίο βήμα, που ορίζεται σαν το «τελικό πήδημα», το φορτίο της περιοχής του νέφους από όπου άρχισε ο οχετός προεκκένωσης βρίσκεται, μέσω του 31

32 οχετού προεκκένωσης, ημιαγώγιμα συνδεδεμένο με το έδαφος. Μέσα από αυτή την ημιαγώγιμη σύνδεση εκκενώνεται το φορτίο του νέφους με ένα μεγάλο ρεύμα (πολλών δεκάδων ή εκατοντάδων ka). Από το ρεύμα αυτό ο οχετός προεκκένωσης θερμαίνεται και αποκτά πολύ μεγαλύτερη λαμπρότητα. Η θέρμανση του οχετού προεκκένωσης αρχίζει από το άκρο που αυτός συναντά το έδαφος και προχωρεί προς το σημείο εκκίνησής του με ταχύτητα μερικών δεκάτων της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή πολύ μεγαλύτερη από αυτή με την οποία προχωρεί ο οχετός προεκκένωσης. Η φάση αυτή με την οποία συμπληρώνεται η εκκένωση ονομάζεται «οχετός επιστροφής» και η εκκένωση του σύννεφου προς τη γη «κεραυνός». Α Συνδετικός οχετός, απόσταση διάσπασης, αρχή λειτουργίας των αλεξικεραύνων [1] Η πιο πάνω περιγραφή του κεραυνού είναι εξιδανικευμένη και αφορά την περίπτωση που ένα σύννεφο βρίσκεται πάνω από ένα απόλυτα επίπεδο έδαφος ή μία επιφάνεια ήρεμου ύδατος. Αν ένα ηλεκτρισμένο σύννεφο βρεθεί πάνω από μία πολύ υψηλή και σχετικά αιχμηρή προεξοχή του εδάφους (πάνω από 100 ή 150 m) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο άκρο της προεξοχής αυτής μπορεί να γίνει, εξ επαγωγής, τόσο μεγάλη ώστε ο αγωγός προεκκένωσης να αρχίσει από το άκρο της προεξοχής και να κατευθυνθεί προς το σύννεφο. Προκύπτει έτσι ένας «ανερχόμενος» οχετός προεκκένωσης. Αν οι προεξοχές του εδάφους έχουν σχετικά μικρό ύψος, μερικά μέτρα ή δεκάδες μέτρα, η ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου στο άκρο τους που προκαλείται από την απλή παρουσία του νέφους πάνω από το έδαφος, δεν είναι αρκετή για να αρχίσει οχετός προεκκένωσης απ αυτές. Ο κατερχόμενος όμως οχετός προεκκένωσης, καθώς πλησιάζει το έδαφος, επάγει ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η ένταση του επαγόμενου πεδίου είναι μεγαλύτερη σε προεξοχές του εδάφους. Όταν στο άκρο μιας απ αυτές τις προεξοχές η ένταση ενισχυθεί αρκετά, θα αρχίσει απ αυτή ένας ανερχόμενος οχετός προεκκένωσης (συνδετικός οχετός) που θα κατευθυνθεί προς την κεφαλή του κατερχόμενου οχετού προεκκένωσης. Με την συνάντηση των δύο οχετών συμπληρώνεται η ημιαγώγιμη σύνδεση νέφους - εδάφους και επακολουθεί ο οχετός επιστροφής με τον οποίο συμπληρώνεται ο κεραυνός. Μια τέτοια λοιπόν προεξοχή δημιουργεί ένα «σημείο προτίμησης» για την περάτωση του οχετού προεκκένωσης. Σ αυτήν ακριβώς την αρχή στηρίζεται η προστασία μιας περιοχής με την γειωμένη μεταλλική ράβδο των αλεξικεραύνων του Franklin. Από τα πιο πάνω γίνεται φανερό πως το «σημείο προτίμησης» για την περάτωση του κεραυνού αποφασίζεται μόνο την τελευταία στιγμή, όταν δηλαδή υπάρξουν συνθήκες σύνδεσης μεταξύ κατερχόμενου οχετού και εδάφους. Αυτές οι συνθήκες σύνδεσης πληρούνται όταν η μέση πεδιακή ένταση ανάμεσα στη κεφαλή του κατερχόμενου οχετού και του σημείου 32

33 προτίμησης πέσει στα 5 kv/cm, με την προϋπόθεση όμως πως ο οχετός προεκκένωσης ξεκινάει από περιοχή αρνητικού φορτίου. Η απόσταση λοιπόν, στην οποία η πεδιακή ένταση πέφτει στην πιο πάνω τιμή, ονομάζεται απόσταση διάσπασης (Α.Δ. striking distance S.D. ή απόσταση τελικής διαπήδησης διάσπασης - final jump distance) και εξαρτάται από την τάση, που παρουσιάζει η κεφαλή του κατερχόμενου οχετού προεκκένωσης προς το έδαφος. Η τάση αυτή εξαρτάται με τη σειρά της από το μέγεθος του φορτίου του θύλακα του νέφους, από τον οποίο ξεκινά ο οχετός προεκκένωσης. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο αυτό, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση διάσπασης. Συνήθως τιμές της απόστασης διάσπασης κυμαίνονται μεταξύ μερικών δεκάδων μέτρων μέχρι και 150 m ή και 200 m. Σημαντικές σχέσεις, που συνδέουν την απόσταση διάσπασης με το ρεύμα είναι : (Ε.1) και (Ε.2) Στο IEC από μια αναφορά μιας ομάδας εργασίας του ΙΕΕΕ δίνεται η σχέση: (Ε.3) Όπου: : είναι η «απόσταση διάσπασης» (striking distance) (και είναι ίση με την ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας (m) που αποτελεί μία από τις μεθόδους σχεδιασμού των συλλεκτηρίων συστημάτων των Συστημάτων Αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ), και τις οποίες θα εξετάσουμε παρακάτω) και : είναι το ρεύμα κορυφής του ρεύματος του πρώτου βραχέως πλήγματος (ελάχιστες τιμές ανά επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας βάσει του οποίου γίνεται ο σχεδιασμός του συλλεκτηρίου συστήματος του ΣΑΠ (ka)). Τέλος πρέπει να πούμε, ότι η απόσταση διάσπασης επηρεάζεται και από άλλους παράγοντες όπως είναι ο αέρας, η πολικότητα των κεραυνών, η αυξημένη τιμή του ηλεκτρικού πεδίου κοντά σ ένα σημείο του εδάφους, κ.λπ. Στη δε απόσταση διάσπασης καθορίζεται και η αρχή λειτουργίας των συστημάτων προστασίας από κεραυνούς. Έτσι αν μια κατασκευή είναι εφοδιασμένη με μεταλλικές γειωμένες προεξοχές για τις οποίες η απόσταση διάσπασης προκύπτει πριν από οποιοδήποτε άλλο σημείο της κατασκευής, οι κεραυνοί θα ολοκληρώνονται στις προεξοχές αυτές και θα διοχετεύονται στο έδαφος χωρίς να προξενούν ζημιές. Στον παρακάτω πίνακα 1 δίνονται τα συγκριτικά αποτελέσματα για την απόσταση διάσπασης που προκύπτουν από τους διαφόρους τύπους και η αντίστοιχη ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας (η μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας, όπως θα δούμε παρακάτω, είναι η πιο αποδεκτή για όλων των ειδών τις επιφάνειες και πιο αποτελεσματική στον σχεδιασμό του συλλεκτηρίου συστήματος του ΣΑΠ). Και στο Σχήμα 9 δίνεται σχηματικά η απόσταση διάσπασης που προκύπτει από τον τύπο (Ε.3) του IEC και αντίστοιχη ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας 33

34 Πίνακας 1. Συγκριτικά αποτελέσματα για την απόσταση διάσπασης που προκύπτουν από τους διαφόρους τύπους και η αντίστοιχη ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας Απόσταση Διάσπασης : Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας ΕΑΠ - LPL [kα] [m] [m] (IEC ) [m] I 3 16,1 16,3 20,4 20 II 5 24,3 22,8 28,5 30 III 10 42,3 35,7 44,7 45 IV 16 61,6 48,5 60,6 60 Όπως βλέπουμε από τον πίνακα ο τύπος του IEC δίνει τιμές πιο κοντά στην ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας. Πάντως όλοι οι τύποι δείχνουν ότι η στρογγυλοποιημένη ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας (από το IEC 2305) καλύπτει την απόσταση διάσπασης που προκύπτει από όλους τους τύπους για κάθε επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας. [m] Σχήμα 9. Απόσταση διάσπασης που προκύπτει από τον τύπο (Ε.3) του IEC και αντίστοιχη ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας 34

35 Α.3 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΘΕΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Η αντιμετώπιση του θέματος αντικεραυνικής προστασίας γίνεται από τα διάφορα σχετικά εθνικά, ευρωπαϊκά και διεθνή πρότυπα. Στην Ελλάδα αρμόδιος και υπεύθυνος οργανισμός για την δημιουργία προτύπων και την εναρμόνιση ευρωπαϊκών και διεθνών προτύπων στη χώρα μας είναι ο ΕΛΟΤ. Όσον αφορά στο θέμα της αντιμετώπισης του θέματος αντικεραυνικής προστασίας το διεθνές πρότυπο IEC (μέρη 1, 2, 3, 4 και 5) είναι το πιο αξιόπιστο. Ο ΕΛΟΤ μεταφράζει ως έχει ή με τροποποιήσεις τις εκάστοτε αναθεωρήσεις αυτού. Φυσικά σε ορισμένα σημεία, τα οποία και αναφέρονται σ αυτό, επιτρέπονται εναρμονίσεις σύμφωνα με τους εθνικούς κανονισμούς, πέρα από το πρότυπο και κυρίως επί το αυστηρότερο. Α.3.1 Διεθνές πρότυπο IEC Προστασία έναντι κεραυνών [2], [3], [6], [14] Παρακάτω αναφέρεται με τι ασχολείται και ποιος είναι ο σκοπός του κάθε τμήματος του προτύπου, εν συνεχεία δίνεται μία σχηματική παράσταση αντιμετώπισης του θέματος αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC 62305, ακολουθούν ορισμένοι σχετικοί ορισμοί με τις επεξηγήσεις αυτών και κατόπιν ακολουθεί η κυρίως ανάπτυξη της μελέτης μας. Α.3.2 IEC : Μέρος 1: Γενικές Αρχές [2] Σκοπός Το τμήμα αυτό του IEC δίνει τις γενικές αρχές που πρέπει να ακολουθούνται για την προστασία από κεραυνούς των: Κατασκευών μετά συμπεριλαμβανομένων των εγκαταστάσεων αυτών μετά των περιεχομένων καθώς επίσης και των ανθρώπων Υπηρεσιών που είναι συνδεδεμένες σε μία κατασκευή Δεν περιλαμβάνονται οι ακόλουθες περιπτώσεις: Συστήματα σιδηροδρόμων Οχήματα, πλοία, αεροπλάνα, θαλάσσιες εγκαταστάσεις (εκτός ξηράς) Υπόγειες σωληνώσεις υψηλής πίεσης Σωληνώσεις, γραμμές ισχύος και τηλεπικοινωνιών μη συνδεδεμένες με μία κατασκευή Σημείωση: Συνήθως αυτά τα συστήματα βρίσκονται κάτω από ειδικούς κανονισμούς φτιαγμένους από διάφορες ειδικές αρχές. Α.3.3 IEC : Μέρος 2: Διαχείριση κινδύνου [3] Σκοπός 35

36 Το τμήμα αυτό του IEC είναι εφαρμόσιμο στην αποτίμηση του κινδύνου μιας κατασκευής ή μιας υπηρεσίας λόγω κεραυνικών πληγμάτων προς τη γη. Σκοπός του είναι να δώσει μια διαδικασία για τον υπολογισμό ενός τέτοιου κινδύνου. Από τη στιγμή που έχει επιλεγεί ένα ανώτερο όριο ανεκτού κινδύνου, αυτή η διαδικασία επιτρέπει την επιλογή καταλλήλων μέτρων προστασίας που πρέπει να υιοθετηθούν για να μειώσουν τον κίνδυνο στο ανεκτό όριο ή κάτω από αυτό. Α.3.4. IEC : Μέρος 3: Φυσικές βλάβες σε κατασκευές και κίνδυνοι ζωής [6] Σκοπός Το τμήμα αυτό του IEC δίνει τις απαιτήσεις για προστασία μιας κατασκευής έναντι φυσικής βλάβης μέσω ενός Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ - LPS), και για προστασία εμβίων όντων λόγω βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής στην περιοχή ενός ΣΑΠ και πλησίον αυτής (δες IEC ). Το πρότυπο αυτό εφαρμόζεται στον: a) Σχεδιασμό, εγκατάσταση, επιθεώρηση και συντήρηση ενός ΣΑΠ για κατασκευές χωρίς περιορισμούς του ύψους αυτών. b) Υπόδειξη των μέτρων προστασίας για προστασία εμβίων όντων λόγω βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Για κατασκευές επικίνδυνες για το περιβάλλον τους λόγω κινδύνου έκρηξης ειδικές απαιτήσεις για ένα ΣΑΠ είναι υπό θεώρηση. Εν τω μεταξύ το παράρτημα D δίνει πρόσθετες πληροφορίες για χρήση. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Το τμήμα αυτό του EC δεν δίνει απαιτήσεις για προστασία έναντι αστοχίας ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων λόγω υπερτάσεων. Ειδικές απαιτήσεις γι αυτές τις περιπτώσεις δίνονται στο IEC Α.3.5 IEC Μέρος 4: Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός κατασκευών [14] Σκοπός Το τμήμα αυτό του IEC δίνει πληροφορίες για το σχεδιασμό, την εγκατάσταση, την επιθεώρηση, την συντήρηση και τις μετρήσεις (ελέγχους testing) ενός Συστήματος Μέτρων Προστασίας έναντι LEMP για ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός των κατασκευών, ικανού να μειώσει τον κίνδυνο μονίμων αστοχιών (βλαβών) λόγω κεραυνικών ηλεκτρομαγνητικών υπερτάσεων (lightning electromagnetic impulse). Το πρότυπο αυτό δεν καλύπτει την προστασία έναντι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (electromagnetic interference) λόγω 36

37 κεραυνών που μπορεί να προκαλέσουν δυσλειτουργία ηλεκτρονικών συστημάτων. Εν τούτοις οι αναφερόμενες πληροφορίες στο παράρτημα Α μπορούν να υπολογίσουν αυτές τις παρεμβολές (διαταραχές disturbances). Μέτρα προστασίας έναντι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών καλύπτονται από το IEC τις σειρές των προτύπων IEC Το πρότυπο αυτό δίνει κατευθυντήριες οδηγίες για συνεργασία μεταξύ των σχεδιαστών ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων αφ ενός και μέτρων προστασίας αφ ετέρου για την επίτευξη της βέλτιστης αποτελεσματικότητας προστασίας. Επίσης το πρότυπο αυτό δεν ασχολείται με τον λεπτομερή σχεδιασμό αυτών καθεαυτών των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων. Στο παρακάτω σχήμα 10 δίνεται η σχηματική παράσταση αντιμετώπισης του θέματος αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC

38 Σχηματική παράσταση αντιμετώπισης του θέματος αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC Απειλή κεραυνού IEC Γενικές αρχές Υπολογισμός κινδύνου από κεραυνό IEC Προστασία από κεραυνό KΕΡΑΥΝΟΣ ΣΑΠ - LPS SPD Μέτρα προστασίας υπηρεσιών IEC IEC IEC Κατασκευής Εμβίων όντων Μέτρα προστασίας: Έναντι αστοχίας εσωτερικών συστημάτων Υπηρεσιών Σχήμα 10. Σχηματική παράσταση αντιμετώπισης του θέματος αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC

39 Α.4 ΡΕΥΜΑ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΥΤΟΥ [1], [2], [5] Α.4.1 Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας - Κλάσεις του ΣΑΠ [1], [2], [5] Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας (ΕΑΠ LPL) Στο πρότυπο IEC 62305, καθορίζονται τέσσερα Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας (LPL I, LPL II, LPL III και LPL IV), ανάλογα με τις μέγιστες και ελάχιστες τιμές του ρεύματος του κεραυνού και των παραμέτρων αυτού. Το LPL I προσφέρει το υψηλότερο επίπεδο προστασίας ενώ το LPL IV το χαμηλότερο. Κλάσεις του Συστήματος Αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ - LPS) Για κάθε επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας καθορίστηκε και η αντίστοιχη κλάση του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (κλάση του ΣΑΠ class of LPS I, II, III, IV) με την αντιστοιχία του παρακάτω πίνακα 2. Πίνακας 2. Σχέση ΕΑΠ - ΣΑΠ [5] Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας Lightning Protection Level (ΕΑΠ LPL) I (υψηλότερο) II III IV (χαμηλότερο) Κλάση του ΣΑΠ Class of LPS I II III IV Η κατάλληλη στάθµη προστασίας επιλέγεται µε βάση την αξιολόγηση του κινδύνου. Σημείωση: Στο παράρτηµα ΣΤ του ΕΛΟΤ 1197 ( ) υποδεικνύεται ο τρόπος επιλογής της στάθµης προστασίας του ΣΑΠ αλλά αυτοαναιρείται διότι υπάρχει σημείωση που λέει ότι: «Μέχρι την ολοκλήρωση ευρωπαϊκού Προτύπου ανάλυσης κινδύνου κεραυνού, πρέπει να χρησιµοποιείται το Ελληνικό Πρότυπο ΕΛΟΤ 1412». Το IEC ολοκληρώθηκε τον Ιανουάριο του 2006 και με αναθεώρηση το 12ο του Επομένως η ανάλυση κινδύνου θα γίνεται βάσει του προτύπου IEC Το κύριο ρεύμα, που συνοδεύει μια εκκένωση κεραυνού οφείλεται στον οχετό επιστροφής. Το ηλεκτρικό φορτίο του κατερχόμενου οχετού εξουδετερώνεται από το αντίστοιχο ετερόσημο φορτίο της γης. Καθώς αυτό ρέει μέσα από τον αγωγό προεκκένωσης που έχει συνδέσει προηγουμένως το σύννεφο με τη γη. Το μέγεθος του ρεύματος, που αναπτύσσεται κατά τη ροή του φορτίου αυτού, εξαρτάται καταρχήν από το μέγεθος του φορτίου του νέφους αλλά επίσης και από την ταχύτητα, με την οποία ο οχετός επιστροφής ακολούθησε τον ήδη ιονισμένο δρόμο, που χάραξε ο οχετός προεκκένωσης. 39

40 Για την μέτρηση αυτού του ρεύματος και εύρεση της μορφής και των άλλων παραμέτρων του έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι. Πιο παλαιότερες στηρίζονταν σε εκτιμήσεις βασιζόμενες στα θερμικά και μηχανικά αποτελέσματα που προκαλεί το κεραυνικό πλήγμα. Έτσι από την τήξη λεπτών μετάλλων ή τα ίχνη πάνω σε λεπτές μεταλλικές επιφάνειες, γινόταν εκτίμηση της συνολικής ενέργειας του κεραυνού. Επίσης η εκτίμηση του εύρους του ρεύματος γινόταν από τη σύσφιγξη που προκαλεί η ροή του ρεύματος δια μέσου ενός σωλήνα. Ένας άλλος τόπος μέτρησης είναι η μέθοδος της μαγνητικής ζεύξης η οποία στηρίζεται στο ότι όταν το ρεύμα του κεραυνού διαρρέει έναν αγωγό τότε σχηματίζεται γύρω του ένα μαγνητικό πεδίο. Οπότε τοποθετώντας ένα μαγνητικό υλικό πλησίον του αγωγού αυτό θα μαγνητισθεί με την μέγιστη τιμή του πεδίου η οποία εξαρτάται από το μέγιστο ρεύμα που διέρρευσε τον αγωγό. Αν το υλικό παρουσιάζει μεγάλη υστέρηση μπορεί να μεταφερθεί στο εργαστήριο και να παρθούν οι σχετικές μετρήσεις. Η ακρίβεια όλων αυτών των μεθόδων είναι πολύ μέτρια πρώτον διότι δεν μπορούν να μετρήσουν όλες τις περιοχές που εκτείνεται ο κεραυνός και δεύτερον γιατί μετρώντας μόνο την μέγιστη τιμή, δεν γίνεται διάκριση ανάμεσα στο ρεύμα διαφόρων εκκενώσεων ενός πολλαπλού κεραυνού. Για το λόγω αυτό ο πλέον σύγχρονος τρόπος μέτρησης που χρησιμοποιείται είναι αυτός μέσω παλμογράφου. Το ρεύμα της πρώτης εκκένωσης αυξάνει γρήγορα και φθάνει στη μέγιστη τιμή του σε μs. Κατόπιν η αύξηση αυτή σταματάει και το ρεύμα αρχίζει να μειώνεται είτε αμέσως είτε μετά από μια πλατιά κορυφή. Η διάρκεια της ουράς του ρεύματος, όπου και το ρεύμα μειώνεται, είναι τέτοια ώστε το ρεύμα να φθάσει το 20% της τιμής κορυφής σε μs. Σε πολλαπλούς κεραυνούς οι ακόλουθες εκκενώσεις έχουν πολύ συντομότερο μέτωπο από την πρώτη εκκένωση, φθάνοντας στη τιμή κορυφής σε 1 ή 2 μs. Η ουρά του σχήματος του ρεύματος των ακολούθων εκκενώσεων είναι παρόμοια με αυτή της πρώτης εκκένωσης. Οι μέγιστες όμως τιμές του ρεύματος των ακολούθων εκκενώσεων είναι κατά κανόνα μικρότερες της τιμής της πρώτης. Οι θετικοί κεραυνοί παρουσιάζουν συχνά υψηλότερες τιμές ρεύματος από τους αρνητικούς. Το μέτωπο ρεύματος των θετικών διαρκεί περισσότερο από αυτό του αρνητικού ρεύματος, μs. Η ουρά του έχει επίσης μεγαλύτερη διάρκεια, μs. Εκτός από τη μέγιστη τιμή του ρεύματος, μια ενδιαφέρουσα παράμετρος είναι η διάρκεια ροής μιας ορισμένης έντασης ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που συσσωρεύεται μέσα στην αντίσταση που διαρρέει και κατά συνέπεια τόσο μεγαλύτερη η εκλυόμενη θερμότητα, αφού είναι ανάλογη του. Για τον 40

41 λόγο αυτό κεραυνοί με μεγάλη διάρκεια ρεύματος, έστω και αν η μέγιστη τιμή του ρεύματος δεν είναι πολύ υψηλή ονομάζονται θερμοί σε αντίθεση με άλλους που μπορεί να αναπτύσσουν μεγάλα ρεύματα μικρής διάρκειας. Οι θερμοί κεραυνοί είναι πιο επικίνδυνοι μόνον όταν προκύπτει θέμα πυρκαγιάς ή έκρηξης ενώ για τα ηλεκτρικά συστήματα πιο επικίνδυνοι είναι οι κεραυνοί με μεγάλες εντάσεις και μικρή διάρκεια. Μετρήσεις αποκάλυψαν ότι οι κεραυνικές παράμετροι των ανερχόμενων κεραυνών δεν υπερβαίνουν τις αντίστοιχες των κατερχομένων. Για το λόγο αυτό οι κεραυνικές παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη στο IEC βασίζονται στις παραμέτρους του κατερχόμενου κεραυνού. Οι συνιστώσες που λαμβάνονται υπόψη για των καθορισμό των κεραυνικών παραμέτρων στο διεθνές πρότυπο είναι: 1. Το πρώτο βραχύ κρουστικό κεραυνικό ρεύμα 2. Το επόμενο βραχύ κρουστικό κεραυνικό ρεύμα 3. Το μακρό κεραυνικό ρεύμα. Το πρώτο βραχύ κεραυνικό ρεύμα λαμβάνει υπόψη τον κίνδυνο από το πρώτο κρουστικό πλήγμα του κατερχόμενου κεραυνού. Ο κίνδυνος επικεντρώνεται στο γεγονός ότι ο θετικός κεραυνός έχει υψηλότερες τιμές μεγίστου ρεύματος κορυφής, μεγαλύτερο μεταφερόμενο φορτίο και μεγαλύτερες τιμές ειδικής ενέργειας W/R, σε σύγκριση με τον αρνητικό. Σε ότι αφορά τη μέγιστη κλίση μετώπου παρατηρήθηκε από τις μετρήσεις του Berger ότι είναι πολύ μεγαλύτερη στην περίπτωση του επόμενου βραχέως κρουστικού ρεύματος και ασυσχέτιστη με τις άλλες παραμέτρους και για το λόγο αυτό για τον καθορισμό της μέγιστης τιμής λαμβάνεται υπόψη η τιμή που μπορούν να δώσουν τα επόμενα βραχέα κρουστικά κεραυνικά ρεύματα. Α.4.2 Κεραυνικά πλήγματα στη γη [2], [5] Όπως ήδη προαναφέραμε υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κεραυνών: Κατερχόμενοι κεραυνοί που ξεκινούν από κατερχόμενο οχετό οδηγό από το σύννεφο προς τη γη Ανερχόμενοι κεραυνοί που ξεκινούν από ανερχόμενο οχετό οδηγό από μια γειωμένη κατασκευή προς το σύννεφο. Συχνότερα κατερχόμενοι κεραυνοί συμβαίνουν σε επίπεδες περιοχές και σε χαμηλότερες κατασκευές, ενώ σε εκτεθειμένες και υψηλότερες κατασκευές επικρατούν οι ανερχόμενοι κεραυνοί. Σε ένα σημαντικό ύψος η πιθανότητα ενός απ ευθείας κεραυνικού πλήγματος στην κατασκευή αυξάνει (IEC , Παράρτημα A) και οι φυσικές συνθήκες αλλάζουν. Ένα κεραυνικό ρεύμα αποτελείται από ένα ή περισσότερα διαφορετικά πλήγματα: Βραχέα πλήγματα με διάρκεια μικρότερη από 2 ms (Σχήμα 11). 41

42 Μακρά πλήγματα με διάρκεια μεγαλύτερη από 2 ms. (Σχήμα 12). Ο 1 : Πραγματική αρχή, Ι: Μέγιστο ρεύμα, Τ 1 : Χρόνος μετώπου Τ 2 : Χρόνος ημίσεως τιμής - Time to Half Value (τυπικά T 2 < 2 ms) Σχήμα 11. Ορισμοί παραμέτρων βραχέως πλήγματος - Κυματομορφή ρεύματος 10/350 μs [2] T long : Χρονική διάρκεια μακρού (πλήγματος) (τυπικά 2 ms < T long < 1 s [2]) Q long : Φορτίο μακρού κεραυνικού πλήγματος Σχήμα 12. Ορισμοί παραμέτρων μακρού πλήγματος [2] Περαιτέρω διαφοροποίηση κεραυνικών πληγμάτων προέρχεται από την πολικότητά τους (θετικά ή αρνητικά) και από τη θέση τους κατά τη διάρκεια του κεραυνού (πρώτο, επακόλουθο, υπερτιθέμενο (first, subsequent, superimposed). Τα πιθανά στοιχεία για τους κατερχόμενους κεραυνούς δείχνονται στο Σχήμα 13 και για τους ανερχόμενους κεραυνούς στο Σχήμα

43 Σχήμα 13. Πιθανά στοιχεία κατερχομένων κεραυνών (τυπικά σε επίπεδες περιοχές και σε χαμηλές κατασκευές) [2] 43

44 Σχήμα 14. Πιθανά στοιχεία ανερχομένων κεραυνών (τυπικά σε εκτεθειμένες ή και υψηλές κατασκευές) [2] Το επιπρόσθετο στοιχείο στους ανερχόμενους κεραυνούς είναι το πρώτο μακρύ πλήγμα με ή χωρίς υπερτιθέμενα (superimposed) βραχέα πλήγματα, μέχρι δέκα τον αριθμό. Αλλά όλες οι παράμετροι των βραχέων πληγμάτων των ανερχομένων κεραυνών είναι μικρότερες από αυτές των κατερχομένων κεραυνών. Ακόμη δεν έχει επιβεβαιωθεί ένα υψηλότερο φορτίο μακρού πλήγματος στους ανερχόμενους κεραυνούς. Ακόμη είναι υπό μελέτη ένας πιο ακριβής υπολογισμός των παραμέτρων του ρεύματος του κεραυνού και της υψηλής εξάρτησης σχετικά με τους ανερχόμενους και κατερχόμενους κεραυνούς. 44

45 Α.4.3 Παράμετροι ηλεκτρικού ρεύματος [2], [5] Ο κεραυνός είναι ένα φυσικό φαινόμενο και για σκοπούς ανάλυσης και σχεδιασμού λαμβάνεται υπ όψιν μία στατιστική προσέγγιση. Οι παράμετροι του κεραυνικού ρεύματος στο IEC βασίζονται στα αποτελέσματα του Διεθνούς Συμβουλίου Μεγάλων Ηλεκτρικών Συστημάτων (CIGRE). Τα δεδομένα δίνονται στον Πίνακα 3 και δείχνουν ότι: Το 5% των πρώτων, αρνητικών κεραυνικών πληγμάτων υπερβαίνει τα 90 ka (ο μέσος όρος είναι 33 ka) Το 5% των θετικών κεραυνικών πληγμάτων υπερβαίνει τα 250 ka (ο μέσος όρος είναι 34 ka) Το 5% των αρνητικών επακόλουθων πληγμάτων υπερβαίνουν τον ρυθμό ανύψωσης ρεύματος των 161 ka/μs Η στατιστική τους κατανομή μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει μια κανονική λογαριθμική κατανομή. Η αντίστοιχη μέση τιμή μ και η διασπορά σ log δίνονται στον πίνακα 4 και η σχέση κατανομής δείχνεται στο Σχήμα 15. Σ αυτή τη βάση μπορεί να καθορισθεί η πιθανότητα να συμβεί κάποια τιμή εκάστης παραμέτρου. Ο λόγος πολικότητας είναι μια συνάρτηση της περιοχής. Εάν δεν υπάρχουν τοπικές πληροφορίες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λόγος πολικότητας ο λόγος 10% θετικών και 90% αρνητικών κεραυνών. 45

46 Πίνακας 3. Πινακοποιημένες τιμές παραμέτρων ρεύματος κεραυνού [2] Παράμετρος Καθορισμένες τιμές για LPL I Τιμές 95 % 50 % 5 % Τύπος πλήγματος Γραμμή στο Σχήμα Α.5 4(98%) 20 *Πρώτο αρνητικό 90 (80%) βραχύ 1A+1B I [ka] 50 4,9 11,8 28,6 *Επακόλουθο αρνητικό βραχύ , Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) 3 Q flash [C] 300 1,3 7,5 40 Αρνητικός κεραυνός Θετικός κεραυνός 5 1,1 4,5 20 Πρώτο αρνητικό βραχύ 6 Q short [C] Επακόλουθο αρνητικό 0,22 0, βραχύ Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) Πρώτο αρνητικό βραχύ 9 W/R Επακόλουθο αρνητικό , [MJ/Ω] βραχύ 10 0,025 0,65 15,00 Πρώτο θετικό βραχύ 11 * Πρώτο αρνητικό 9,1 24, βραχύ di/dt max 20 * Επακόλουθο [ka/μs] 9,9 39,9 161,5 13 αρνητικό βραχύ 0,2 2,4 32 Πρώτο θετικό βραχύ 14 d i /d t30/90% * Επακόλουθο 200 4,1 20,1 98,5 [ka/μs] αρνητικό βραχύ 15 Q long [C] 200 Μακρό t long [s] 0,5 Μακρό 1,8 5,5 18 Πρώτο αρνητικό βραχύ Διάρκεια Επακόλουθο αρνητικό μετώπου - 0,22 1,1 4,5 βραχύ Front duration [μs] Πρώτο θετικό βραχύ 3, (απλό μονό) Πρώτο αρνητικό βραχύ Διάρκεια Επακόλουθο αρνητικό πλήγματος - 6, βραχύ Stroke duration [μs] Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) Χρόνος διαλείμματος - Time interval [ms] Πολλαπλά αρνητικά πλήγματα Αρνητικοί κεραυνοί Συνολικός 0, (όλοι) χρόνος Αρνητικοί κεραυνοί πλήγματος (χωρίς απλό μονόsingle) Total flash duration [ms] Θετικός κεραυνός ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι τιμές του I = 4 ka και I = 20 ka αντιστοιχούν στην πιθανότητα 98 % και 80 %, αντίστοιχα. 46

47 Πίνακας 4. Λογαριθμική φυσική κατανομή παραμέτρων ρεύματος κεραυνού Μέση απόκλιση (mean) μ - διασπορά (dispersion) σ log υπολογισμένες από τις τιμές 95% έως 5% από CIGRE [2] Παράμετρος I [ka] Q flash [C] Q short [C] W/R [kj/ω] d i /d tmax [ka/μs] Μέση Απόκλιση μ Διασπορά σ log Τύπος πλήγματος Γραμμή στο Σχήμα Α.5 (61,1) 0,576 * Πρώτο αρνητικό βραχύ (80 %) 1A 33,3 0,263 * Πρώτο αρνητικό βραχύ (80 %) 1B 11,8 0,233 * Επακόλουθο αρνητικό βραχύ 2 33,9 0,527 Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) 3 7,21 0,452 Αρνητικό πλήγμα 4 83,7 0,378 Θετικό πλήγμα 5 4,69 0,383 Πρώτο αρνητικό βραχύ 6 0,938 0,383 Επακόλουθο αρνητικό βραχύ 7 17,3 0,570 Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) 8 57,4 0,596 Πρώτο αρνητικό βραχύ 9 5,35 0,600 Επακόλουθο αρνητικό βραχύ ,844 Πρώτο θετικό βραχύ 11 24,3 0,260 * Πρώτο αρνητικό βραχύ 12 40,0 0,369 * Επακόλουθο αρνητικό βραχύ 13 2,53 0,670 Πρώτο θετικό βραχύ 14 d i /d t30/90% [ka/μs] 20,1 0,420 * Επακόλουθο αρνητικό βραχύ 15 Q long [C] 200 Μακρό t long [s] 0,5 Μακρό Διάρκεια 5,69 0,304 Πρώτο αρνητικό βραχύ μετώπου - 0,995 0,398 Επακόλουθο αρνητικό βραχύ Front Πρώτο θετικό βραχύ (απλό duration [μs] 26,5 0,534 μονό) Διάρκεια πλήγματος - Stroke duration [μs] Χρόνος διαλείμματος - Time interval [ms] Συνολικός χρόνος πλήγματος - Total flash duration [ms] 77,5 0,250 Πρώτο αρνητικό βραχύ 30,2 0,405 Επακόλουθο αρνητικό βραχύ 224 0,578 Πρώτο θετικό βραχύ (απλό μονό) 32,4 0,405 Πολλαπλά αρνητικά πλήγματα 12,8 1,175 Αρνητικοί κεραυνοί (όλοι) 167 0,445 Αρνητικοί κεραυνοί (χωρίς απλό μονό-without single) 83,7 0,472 Θετικός κεραυνός 47

48 Σημείωση: Για την αρίθμηση των καμπυλών δες Πίνακες 3 και 4 Σχήμα 15. Αθροιστική κατανομή συχνότητας παραμέτρων ρεύματος κεραυνού (γραμμές από το 95% έως το 5% της τιμής) [2] 48

49 Όλες οι τιμές που καθορίζονται για Επίπεδο Προστασίας από Κεραυνό (LPL) που δίνεται στο IEC σχετίζονται και με τα δύο είδη τους κατερχόμενους και τους ανερχόμενους κεραυνούς. Σημείωση: Οι τιμές των κεραυνικών παραμέτρων συχνά λαμβάνονται από μετρήσεις που λαμβάνονται σε υψηλά αντικείμενα. Στατιστικές κατανομές υπολογισμένων τιμών μεγίστων κεραυνικών ρευμάτων που δεν λαμβάνουν υπ όψιν την επίδραση υψηλών αντικειμένων είναι επίσης διαθέσιμες από τοπικά κεραυνικά συστήματα. Α Μέγιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού [2] Α Παράµετροι του ρεύµατος του κεραυνού για τη διαστασιολόγηση των ΣΑΠ [2] Τα μηχανικά αποτελέσματα του κεραυνού σχετίζονται με τη μέγιστη τιμή του ρεύματος ή και της ειδικής ενέργειας Τα θερμικά αποτελέσματα σχετίζονται με την ειδική ενέργεια σε περίπτωση ωμικής ζεύξης και με το μεταφερόμενο φορτίο (Ε.4) (ολικό Q total, ή κρουστικό Q impulse ) όταν αναπτύσσονται ηλεκτρικά τόξα στην εγκατάσταση. Υπερτάσεις και επικίνδυνοι σπινθήρες προκαλούμενοι από επαγωγική ζεύξη σχετίζονται με τη μέση κλίση του μετώπου του κεραυνικού ρεύματος. Στο Πρότυπο αυτό για τους υπολογισµούς χρησιµοποιείται η μέση κλίση που ορίζεται από το διάστηµα 10% έως 90% της μέγιστης τιµής του ρεύµατος. Η μέγιστη τιµή αυτής της παραµέτρου εµφανίζεται στα ακόλουθα αρνητικά πλήγµατα. Τέτοια ακόλουθα αρνητικά πλήγµατα συμβαίνουν σε όλους σχεδόν τους αρνητικούς κεραυνούς που πλήττουν µία κατασκευή. Εάν υποτεθούν 10% θετικοί κεραυνοί και 90% αρνητικοί κεραυνοί, οι τιµές των παραµέτρων για τη στάθµη προστασίας I έχουν 99% πιθανότητα να µην ξεπεραστούν. Κάθε μια από τις παραμέτρους τείνουν να κυριαρχήσουν στον κάθε μηχανισμό σφάλματος. Αυτό θα λαμβάνεται υπ όψιν όταν στον καθορισμό της διαδικασίας των πειραματικών δοκιμών. Α Μέγιστο αναμενόμενο ρεύμα ανά επίπεδο προστασίας και πιθανότητες υπέρβασης αυτού [2] Ο πίνακας 5 δείχνει για τα διάφορα επίπεδα προστασίας το μέγιστο αναμενόμενο κεραυνικό ρεύμα και την πιθανότητα υπέρβασης αυτού. Το πρότυπο βεβαιώνει ότι η διαστασιολόγηση του συστήματος συλλογής, των αγωγών καθόδου και του συστήματος γείωσης (δηλαδή του ΣΑΠ) τα καθιστά ικανά να αντέχουν στο αναμενόμενο μέγιστο ρεύμα. Έτσι τα μέγιστα αναμενόμενα κεραυνικά ρεύματα σχετίζονται με την 49

50 αποτελεσματικότητα του μεγέθους ενός ΣΑΠ και ο σχεδιασμός του από πλευράς αντοχής γίνεται βάσει αυτών. Πίνακας 5. Μέγιστα επίπεδα ρεύματος για τα επίπεδα προστασίας Ι έως IV και πιθανότητες υπέρβασης αυτών των ορίων [2] Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας LPL I LPL II LPL III LPL IV Μέγιστο ρεύμα κορυφής (ka 10/350 μs) Πιθανότητα το ρεύμα να είναι μεγαλύτερο του μεγίστου ρεύματος κορυφής (%) Πιθανότητα το ρεύμα να είναι μικρότερο του μεγίστου ρεύματος κορυφής (%) Α Μέγιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού ανά επίπεδο προστασίας [2], [4] Πίνακας 6. Μέγιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού σύμφωνα με το LPL [2] Πρώτο βραχύ πλήγμα Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας - LPL Παράμετροι ρεύματος Σύμβολο Μονάδα I II III IV Μέγιστο ρεύμα (κορυφή ρεύματος) I ka Φορτίο βραχέως Q short = πλήγματος Q impulse C Ειδική ενέργεια (SE) W/R MJ/Ω 10 5,6 2,5 Παράμετροι χρόνου T 1 /T 2 µs/µs 10 / 350 Επακόλουθο βραχύ πλήγμα Επίπεδο κεραυνικής προστασίας - LPL Παράμετροι ρεύματος Σύμβολο Μονάδα I II III IV Μέγιστο ρεύμα I ka 50 37,5 25 Μέση κλίση di/dt ka/µs Παράμετροι χρόνου T 1 /T 2 µs/µs 0,25 / 100 Μακρό πλήγμα Επίπεδο κεραυνικής προστασίας - LPL Παράμετροι ρεύματος Σύμβολο Μονάδα I II III IV Φορτίο μακρού πλήγματος Q long C Παράμετρος χρόνου T long s 0,5 Πλήγμα Επίπεδο κεραυνικής προστασίας - LPL Παράμετροι ρεύματος Σύμβολο Μονάδα I II III IV Φορτίο πλήγματος Q flash = Q total C

51 Α Καθορίζοντας τις μέγιστες παραμέτρους κεραυνικού ρεύματος για επίπεδο κεραυνικής προστασίας Ι (LPL I) [2] 1. Πρώτο βραχύ πλήγμα και μακρό πλήγμα [2] Οι τιμές των σχετιζόμενες με τα μηχανικά και θερμικά αποτελέσματα καθορίζονται από θετικούς κεραυνούς (διότι το 10 % των τιμών τους είναι πολύ υψηλότερες από το αντίστοιχο 1 % των τιμών των αρνητικών κεραυνών). Από το Σχήμα 15 (γραμμές 3, 5, 8, 11 και 14) μπορούν να ληφθούν οι ακόλουθες τιμές με πιθανότητες κάτω από 10 %: Για ένα πρώτο βραχύ πλήγμα σύμφωνα με το σχήμα 11, αυτές οι τιμές δίνουν μια πρώτη προσέγγιση για τον χρόνο μετώπου: ( είναι δευτερευούσης σημασίας) Για ένα εκθετικά εξασθενούμενο πλήγμα, εφαρμόζονται οι ακόλουθοι τύποι για τις προσεγγιστικές τιμές του φορτίου και της ενέργειας (T1 << T2): Αυτοί οι τύποι, μαζί με τις τιμές που δίνονται παραπάνω, οδηγούν σε μία πρώτη προσέγγιση για το χρόνο ημίσεως τιμής: από: Για το μακρό πλήγμα, το φορτίο μπορεί προσεγγιστικά να υπολογισθεί Η διάρκεια χρόνου αυτού, σύμφωνα με το Σχήμα 12, μπορεί να υπολογισθεί από το χρόνο διάρκειας του κεραυνού δηλαδή: 2. Επακόλουθο βραχύ πλήγμα [2] Η μέγιστη τιμή της μέσης κλίσεως που σχετίζεται με τους επικινδύνους σπινθήρες που προξενούνται από επαγωγικές ηλεκτρικές συνδέσεις καθορίζεται από τα επακόλουθα βραχέα πλήγματα των αρνητικών κεραυνών (διότι το 1 % των τιμών τους είναι πολύ υψηλότερες από το αντίστοιχο 1 % των τιμών των πρώτων αρνητικών πληγμάτων ή των αντιστοίχων 10% των τιμών των θετικών κεραυνών). Από το Σχήμα 15 (γραμμές 2 και 15) οι ακόλουθες τιμές με πιθανότητες κάτω από 1% μπορούν να ληφθούν: 51

52 Για ένα επακόλουθο βραχύ πλήγμα σύμφωνα με το Σχήμα 11 (Α.1) αυτές οι τιμές δίνουν μια πρώτη προσέγγιση για το χρόνο μετώπου ως κάτωθι: Ο χρόνος ημίσεως τιμής του μπορεί να υπολογισθεί από τη διάρκεια του πλήγματος των αρνητικών επακόλουθων βραχέων πληγμάτων: ( είναι δευτερευούσης σημασίας) Α Ελάχιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού [2], [5] Α Ελάχιστο αναμενόμενο ρεύμα ανά επίπεδο προστασίας και πιθανότητες υπέρβασης αυτού Μέθοδος σχεδιασμού κυλιόμενης σφαίρας [2], [5] Για κάθε επίπεδο προστασίας έχει καθορισθεί από το πρότυπο IEC ένα επίπεδο ελαχίστου ρεύματος. Ο Παρακάτω πίνακας 7 δείχνει για κάθε επίπεδο προστασίας το ελάχιστο ρεύμα, την πιθανότητα αυτό να είναι μεγαλύτερο και την αντίστοιχη απόσταση διάσπασης που είναι ίση με την αντίστοιχη ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας. Η απόδοση στην αναχαίτιση (the interception efficiency) ενός Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ LPS) εξαρτάται από τις ελάχιστες παραμέτρους του κεραυνικού ρεύματος και της σχετικής ακτίνας της κυλιόμενης σφαίρας. Τα γεωμετρικά όρια των περιοχών τα οποία προστατεύονται έναντι απ ευθείας πρόσπτωσης κεραυνών μπορούν να καθορισθούν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας. Για την τοποθέτηση του συστήματος συλλογής, η κύρια θεώρησή μας είναι η ελάχιστη τιμή του αναμενόμενου ρεύματος και η ικανότητα του ΣΑΠ να δεχθεί αυτούς τους μικρότερους κεραυνούς. Όπως είπαμε και νωρίτερα, καθώς ο κατερχόμενος οδηγός κεραυνικός οχετός πλησιάζει στο έδαφος ή στην κατασκευή, το ηλεκτρικό πεδίο μεγαλώνει στο σημείο που το έδαφος ή η κατασκευή δημιουργεί έναν ανερχόμενο οχετό που μπορεί τελικά να υποδεχθεί τον κατερχόμενο οχετό. Η απόσταση που θα γίνει αυτό ονομάζεται, όπως ήδη έχουμε αναφέρει, Απόσταση Διάσπασης (Α.Δ. - striking distance S.D.). Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που μεταφέρεται από τον κεραυνικό οχετό, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η απόσταση που θα συμβεί αυτό (δηλαδή τόσο μεγαλύτερη θα είναι η απόσταση διάσπασης). Και όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο του οχετού τόσο μεγαλύτερο είναι το κεραυνικό ρεύμα. Πίνακας 7. Ελάχιστα επίπεδα ρεύματος (σχετιζόμενα με την ικανότητα υποδοχής ή αναχαίτισης) για επίπεδα αντικεραυνικής προστασίας από I έως 52

53 IV. (Σημείωση: Η ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας είναι στρογγυλοποιημένη και γι αυτό φαίνονται κάποιες μικροδιαφορές από την υπολογιζόμενη) [2] Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας LPL I LPL II LPL III LPL IV Ελάχιστο ρεύμα (ka) Πιθανότητα το ρεύμα να είναι μεγαλύτερο από το ελάχιστο (%) Πιθανότητα το ρεύμα να είναι μικρότερο από το ελάχιστο (%) Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας (m) Για παράδειγμα σε LPL Ι τα συλλεκτήρια συστήματα τοποθετούνται έτσι ώστε το 99% των κεραυνών (όλοι οι μεγαλύτεροι των 3 ka) να υποδέχονται απ αυτά. Υπάρχει μόνο μία πιθανότητα 1% ο κεραυνός να είναι μικρότερος από το ελάχιστο των 3 ka και μπορεί να μην είναι αρκετά κοντά σε ένα στοιχείο του συλλεκτηρίου συστήματος για να παραληφθεί. Πρέπει να σημειωθεί ότι κεραυνοί μικρότεροι των 3 ka είναι σπάνιοι και τυπικά δεν αναμένεται να προξενήσουν βλάβη στην κατασκευή. Προστασία μεγαλύτερη αυτής του LPL Ι (99%) θα απαιτούσε σημαντικά περισσότερα υλικά, δεν καλύπτεται από το πρότυπο IEC και γενικά δεν απαιτείται για εμπορικές κατασκευές. Το καθένα από τα κατώτερα επίπεδα προστασίας (LPL II, III & IV) αυξάνει την απόσταση μεταξύ των στοιχείων του συστήματος συλλογής (σχετικά με το LPL I) και έτσι μειώνει την ικανότητά τους να συλλάβουν τους μικρότερους κεραυνούς, μειώνοντας το ολικό ποσοστό των κεραυνών έναντι των οποίων μπορούν να προσφέρουν προστασία. Ο πίνακας 7 δίνει επίσης την ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας που χρησιμοποιείται στην μέθοδο σχεδιασμού της κυλιόμενης σφαίρας. Σχήμα 16. Απόσταση Διάσπασης [5] 53

54 Ο τύπος υπολογισμού της απόστασης διάσπασης (= ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας), που είδαμε παραπάνω, δείχνει ότι είναι πιο δύσκολο για ένα συλλεκτήριο σύστημα να υποδεχθεί ένα μικρότερο κεραυνικό πλήγμα από ένα μεγαλύτερο όπως φαίνεται και από τον παρακάτω πίνακα 8 ο οποίος προκύπτει από τον εν λόγω τύπο. Πίνακας 8. Απόσταση διάσπασης ανά επίπεδο προστασίας και αντίστοιχο ρεύμα. Στις παρενθέσεις οι αντίστοιχες ακτίνες της κυλιόμενης σφαίρας. Κλάση ΣΑΠ Ελάχιστο ρεύμα κορυφής Μέγιστο ρεύμα κορυφής I [ka] r [m] I [ka] r [m] LPL I 3 20,4 (20) ,1 LPL II 5 28,5 (30) ,7 LPL III 10 44,7 (45) ,5 LPL IV 16 60,6 (60) ,5 Όπως βλέπουμε από τον πίνακα για τα μέγιστα ρεύματα λόγω των μεγάλων αποστάσεων διάσπασης (απόσταση διάσπασης από 200 m για LPL III και IV, 260 m για LPL II και 313 m για LPL I) δεν τίθεται θέμα σχεδιασμού (πυκνότητος) των ακίδων, διότι στα 200 με 300 m απόστασης διάσπασης λίγο μικρότερη ή μεγαλύτερη απόσταση των ακίδων δεν έχει πρακτική σημασία. Αντίθετα για το ελάχιστο ρεύμα βλέπουμε απόσταση διάσπασης 20 m για LPL I, 30 m για LPL II, 45 m για LPL III και 60 m για IV. Αυτό συμβαίνει διότι ο μικρότερος κεραυνός πρέπει να πλησιάσει περισσότερο το συλλεκτήριο σύστημα πριν εκδηλωθεί ο ανερχόμενος οχετός. Έτσι για να προστατευθεί μία κατασκευή έναντι μικρότερων κεραυνικών πληγμάτων τα στοιχεία του συλλεκτήριου συστήματος πρέπει να τοποθετούνται πλησιέστερα μεταξύ τους. Για μικρότερα κεραυνικά πλήγματα υπάρχει ο κίνδυνος ένα στοιχείο συλλεκτηρίου συστήματος να μην είναι αρκετά κοντά για να υποδεχθεί τον κατερχόμενο οχετό και έτσι ένα κατασκευαστικό σημείο ελευθερώνει έναν ανερχόμενο οχετό που υποδέχεται τον κεραυνό και όχι το συλλεκτήριο σύστημα, δηλαδή η κατασκευή σ αυτήν την περίπτωση πλήττεται από τον κεραυνό (δεν λειτουργεί αποτελεσματικά η προστασία). Για μια δοθείσα κυλιόμενη σφαίρα ακτίνος r μπορεί να θεωρηθεί ότι όλοι οι κεραυνοί με μέγιστες τιμές υψηλότερες από την αντίστοιχη ελάχιστη τιμή κορυφής θα αναχαιτίζονται από φυσικό ή μη συλλεκτήριο σύστημα. Εν τούτοις, η πιθανότητα για τις τιμές κορυφής των αρνητικών και θετικών πρώτων πληγμάτων από το Σχήμα 15 (γραμμές 1A και 3) υποτίθεται ότι είναι η πιθανότητα ανάσχεσης. Λαμβάνοντας υπ όψιν το λόγο πολικότητας 10% θετικών και 90% αρνητικών κεραυνών, μπορεί να υπολογισθεί η ολική πιθανότητα ανάσχεσης (Πίνακας 10). 54

55 Πίνακας 9. Ελάχιστες τιμές παραμέτρων κεραυνού και αντίστοιχες ακτίνες κυλιόμενης σφαίρας σύμφωνα με το LPL [2] Κριτήρια ανάσχεσης (αναχαίτισης) Κορυφή ελαχίστου ρεύματος Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας Επίπεδο κεραυνικής προστασίας - LPL Σύμβολο Μονάδα I II III IV I ka r m Α Αποτελεσματικότητα [2], [4] Από τις στατιστικές διανομές που δίνονται από το Σχήμα 15, μια βαρύνουσα πιθανότητα μπορεί να καθορισθεί ώστε οι παράμετροι του κεραυνικού ρεύματος να είναι μικρότερες από τις μέγιστες τιμές και αντίστοιχα μεγαλύτερες από τις ελάχιστες τιμές που καθορίζονται για κάθε επίπεδο προστασίας (Πίνακας 10). Πίνακας 10. Πιθανότητες για τα όρια των παραμέτρων ρεύματος κεραυνού - Αποτελεσματικότητα [2], [4] Πιθανότητα ώστε οι παράμετροι ρεύματος κεραυνού να: Είναι μικρότερες από τις μέγιστες τιμές όπως καθορίζονται στον πίνακα 5 (P max ) Είναι μεγαλύτερες από τις ελάχιστες τιμές όπως καθορίζονται στον πίνακα 7 (P min ) Αποτελεσματικότητα P E =(P max ) (P min ) (κατά IEC ) Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας (ΕΑΠ) ή Στάθμη Προστασίας Ρ - LPL I II III IV 0,99 0,98 0,97 0,97 0,99 0,97 0,91 0,84 0,98 0,95 0,88 0,81 Αποτελεσματικότητα Ε (ΕΛΟΤ 1197) (1) 0,98 0,95 0,90 0,80 (1): Αναφέρονται μόνο για να δειχθούν οι διαφορές. Ισχύουν οι τιμές κατά IEC Τα μέτρα προστασίας που καθορίζονται στο IEC , IEC και IEC είναι αποτελεσματικά ενάντια στους κεραυνούς των οποίων οι παράμετροι ρεύματος ευρίσκονται μεταξύ των ορίων που καθορίζονται από το επίπεδο προστασίας (LPL) που λαμβάνεται υπ όψιν στον σχεδιασμό. Επομένως η αποτελεσματικότητα ενός μέτρου προστασίας θεωρείται ίση με την πιθανότητα με την οποία οι παράμετροι ρεύματος του κεραυνού ευρίσκονται μεταξύ αυτών των ορίων. (Αποτελεσματικότητα P E = (P max ) x (P min )) (Ε.5) 55

56 Α Χρονικές συναρτήσεις του κεραυνικού ρεύματος για αναλυτικούς σκοπούς [2] Οι κυματομορφές του ρεύματος των: Πρώτου βραχέως πλήγματος 10/350 μs και Των επακόλουθων βραχέων πληγμάτων 0,25/100 μs μπορούν να καθορισθούν από τον παρακάτω τύπο: ( ) ( ) ( ) Όπου: ρεύμα κορυφής συντελεστής διόρθωσης για το ρεύμα κορυφής χρόνος σταθερά χρόνου μετώπου σταθερά χρόνου ουράς Για τις κυματομορφές του πρώτου βραχέως πλήγματος και των επακόλουθων βραχέων πληγμάτων διαφορετικών επιπέδων προστασίας εφαρμόζονται (ισχύουν) οι παράμετροι που δίνονται στον Πίνακα 13). Οι αναλυτικές καμπύλες δείχνονται στα σχήματα 16, 17, 18 και 19. Πίνακας 11. Παράμετροι για την εξίσωση Ε.6 [2] Παράμετροι Πρώτο βραχύ πλήγμα Επακόλουθο βραχύ πλήγμα ,5 25 0,93 0,93 0,93 0,993 0,993 0, ,454 0,454 0,

57 Σχήμα 17. Κυματομορφή ανύψωσης ρεύματος του πρώτου βραχέως πλήγματος [2] Σχήμα 18. Κυματομορφή του ρεύματος ουράς του πρώτου βραχέως πλήγματος [2] 57

58 Σχήμα 19. Κυματομορφή ανύψωσης ρεύματος των επακόλουθων βραχέων πληγμάτων [2] Σχήμα 20. Κυματομορφή του ρεύματος ουράς των επακόλουθων βραχέων πληγμάτων [2] 58

59 Το μακρό πλήγμα μπορεί να περιγραφεί από μια ορθογώνια κυματομορφή με ένα μέσο ρεύμα και μια διάρκεια σύμφωνα με τον Πίνακα 6. Η πυκνότητα πλάτους του κεραυνικού ρεύματος μπορεί να εξαχθεί από τις αναλυτικές καμπύλες (Σχήμα 15). 1 Μακρό πλήγμα 400 A 0,5 s 2 Πρώτο βραχύ πλήγμα 200 ka 10/350 μs 3 Επακόλουθο βραχύ πλήγμα 50 ka 0,25/100 μs 4 Περικλείουσα Καμπύλη Σχήμα 21. Πυκνότητα πλάτους κεραυνικού ρεύματος σύμφωνα με το επίπεδο προστασίας [2] 59

60 Α.5 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ (ΣΑΠ) [1], [2], [3], [5] Α.5.1 Βλάβες από κεραυνούς και Διαχείριση [3], [5] Κανένα ΣΑΠ δεν είναι 100% αποτελεσματικό. Ένα σύστημα σχεδιασμένο σύμφωνα με το πρότυπο IEC δεν εγγυάται πλήρη έλλειψη πιθανής βλάβης από κεραυνό. Η αντικεραυνική προστασία είναι ένα θέμα στατιστικών πιθανοτήτων και διαχείρισης κινδύνου. Ένα σύστημα σχεδιασμένο σύμφωνα με το πρότυπο IEC θα πρέπει στατιστικά να μειώσει τον κίνδυνο κάτω από ένα προκαθορισμένο όριο (τον ανεκτό κίνδυνο R T ). Η διαδικασία διαχείρισης κινδύνου του IEC προσφέρει μία βάση γι αυτή την ανάλυση και την οποία θα δούμε παρακάτω. Ένα αποτελεσματικό ΣΑΠ πρέπει να ελέγχει μια ποικιλία κινδύνων που δημιουργεί το ρεύμα του κεραυνού όπως ένα αριθμό ηλεκτρικών, θερμικών και μηχανικών κινδύνων. Α Κίνδυνοι σε έμβια όντα [1], [2], [3], [5] Οι κίνδυνοι σε έμβια όντα (άνθρωποι και ζώα) περιλαμβάνουν: Απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού Βηματικές τάσεις Τάσεις επαφής Πλευρικά κτυπήματα - Side flash Δευτερεύοντα αποτελέσματα Ασφυξία από καπνό ή βλάβη λόγω φωτιάς Δομικοί (κατασκευαστικοί) κίνδυνοι όπως πτώση οικοδομικών ή άλλων υλικών της κατασκευής από το σημείο πτώσης του κεραυνού Μη ασφαλείς συνθήκες όπως η είσοδος νερού από διάτρηση της οροφής που μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικούς ή άλλους κινδύνους, αστοχία ή δυσλειτουργία διεργασιών (διαδικασιών), εξοπλισμού και συστημάτων ασφαλείας. Α Κίνδυνοι στις κατασκευές και τα εσωτερικά συστήματα [1], [2], [3], [5] Οι κίνδυνοι στις κατασκευές και τα εσωτερικά συστήματα περιλαμβάνουν: Φωτιά ή/και έκρηξη που προκαλούνται από τη θερμότητα του κεραυνικού πλήγματος, το σημείο επαφής ή το ηλεκτρικό τόξο του κεραυνικού ρεύματος εντός των κατασκευών. Φωτιά ή/και έκρηξη που προκαλούνται από ωμική θέρμανση των αγωγών ή των τόξων λόγω της τήξεως των αγωγών. Διατρήσεις της οροφής της κατασκευής λόγω της θερμότητας πλάσματος (plasma heat) στο σημείο του πλήγματος. 60

61 Αστοχία εσωτερικών ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων. Μηχανική βλάβη περιλαμβάνουσα εκτοπιζόμενα υλικά στο σημείο του πλήγματος. Α.5.2 Εισαγωγή στις μεθόδους προστασίας και τους κινδύνους [5] Ο Βενιαμίν Φραγκλίνος θεωρείται ο πατέρας της επιστήμης της αντικεραυνικής προστασίας. Η ιστορία του πειράματός του με τον ιπτάμενο χαρταετό του για να αποδείξει ότι ο κεραυνός είναι ο ίδιος τύπος ηλεκτρισμού με τον αποθηκευμένο σε ένα δοχείο πυκνωτή υγρών είναι καλά τεκμηριωμένη και έχει γίνει ένας μοντέρνος μύθος. Η πρώτη αναφορά στην παραδοσιακή αντικεραυνική ράβδο εξεδόθη από τον Φράνκλιν το 1750 στο ανδρικό περιοδικό [sic] και κατόπιν αργότερα στην πραγματεία του επί του θέματος που εξεδόθη το Σ αυτή συνιστούσε τη χρήση των αντικεραυνικών ράβδων «για διασφάλιση των σπιτιών, κ.λπ. από κεραυνούς». Το 1876 η έρευνα του Φράνκλιν προωθήθηκε από τον James Clerk Maxwell ο οποίος πρότεινε ότι με την πλήρη μεταλλική επικάλυψη ενός κτιρίου το κεραυνικό ρεύμα θα περιοριζότανε στο εξωτερικό του κτιρίου και δεν θα υπήρχε καθόλου ροή ρεύματος στο εσωτερικό αυτού. Αυτή η αρχή έδωσε έναυση σε μια πιο κοστοβόρα προσέγγιση γνωστή σαν κλωβό Φαραντέυ σύμφωνα με την οποία ένας ιστός αγωγών χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει ένα ισοδυναμικό κλουβί γύρω από την υπό προστασία κατασκευή. Α Βασικές λειτουργίες ενός αποτελεσματικού ΣΑΠ [5] Ο σχεδιασμός ενός Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας θα πρέπει να: Αναχαιτίζει τα κεραυνικά πλήγματα (δηλ. δημιουργεί ένα προτιμώμενο σημείο πλήγματος) Οδηγεί το κεραυνικό ρεύμα στη γη Διαχέει το ρεύμα στη γη Δημιουργεί μια ισοδυναμική διασύνδεση για να εμποδίσει επικίνδυνες διαφορές τάσεων μεταξύ ΣΑΠ, κατασκευής και εσωτερικών στοιχείων και κυκλωμάτων 61

62 Α Βασικές ιδιότητες ενός αποτελεσματικού ΣΑΠ [5] Για να επιτευχθούν αυτά το ΣΑΠ θα πρέπει: Να μην προκαλεί θερμικές ή μηχανικές βλάβες στην κατασκευή Να μην προκαλεί επικινδύνους σπινθήρες οι οποίοι μπορεί να προκαλέσουν φωτιά ή έκρηξη Να περιορίζει τις βηματικές τάσεις και τις τάσεις επαφής για να περιορίζει τον κίνδυνο βλάβης των έμβιων όντων Να περιορίζει τη βλάβη στα εσωτερικά ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα Α Εξωτερικό και Εσωτερικό ΣΑΠ [5] Το ΣΑΠ γενικά θεωρείται ότι αποτελείται από δύο μέρη (Σχήμα 22): 1. Το εξωτερικό ΣΑΠ το οποίο αποτελείται από: Το Σύστημα Συλλογής (που δέχεται τους κεραυνούς) Το Σύστημα Αγωγών Καθόδου (που οδηγεί τα κεραυνικά ρεύματα από το συλλεκτήριο σύστημα στο σύστημα γειώσεως) και Το Σύστημα Γειώσεως (που διαχέει τα κεραυνικά ρεύματα στη γη) 2. Το εσωτερικό ΣΑΠ το οποίο εμποδίζει την δημιουργία επικινδύνων σπινθήρων εντός της κατασκευής χρησιμοποιώντας: Ισοδυναμικές συνδέσεις με Άμεση σύνδεση Μέσω SPDs ή Απόσταση διαχωρισμού Σχήμα 22. Εξωτερικό και Εσωτερικό ΣΑΠ [5] 62

63 Α Μη - απομονωμένο και απομονωμένο ΣΑΠ [5] Σε σχέση με τις επικίνδυνες τάσεις έχουμε δύο ειδών προσεγγίσεις ως προς τα ΣΑΠ: Μη-Απομονωμένα Συστήματα όπου οι ενδεχόμενες επικίνδυνες διαφορές τάσεων περιορίζονται μέσω (ισοδυναμικής) διασύνδεσης του ΣΑΠ στην κατασκευή. Αφορούν τις περισσότερες περιπτώσεις Απομονωμένο Σύστημα όπου το ΣΑΠ είναι απομονωμένο από την κατασκευή μέσω μιας καθορισμένης απόστασης διαχωρισμού. Αυτή η απόσταση θα πρέπει να είναι ικανή έτσι ώστε η ενέργεια να παραμένει στο ΣΑΠ και να μην δημιουργεί σπινθηρισμούς στην κατασκευή. Τα απομονωμένα συστήματα ταιριάζουν καλύτερα σε κατασκευές: Με εύφλεκτα υλικά επικάλυψης όπως καλαμοσκεπές (αχυροσκεπές) Με εύφλεκτους τοίχους Με κίνδυνο έκρηξης ή πυρκαγιάς Οικόπεδα τηλεπικοινωνιών όπου θέλουμε να αποφύγουμε την όδευση κεραυνικών ρευμάτων στα σώματα των ιστών και κεραιών. Σχήμα 23. Αρχές μη - απομονωμένου και απομονωμένου ΣΑΠ [5] Α.5.3 Απαιτήσεις υλικών συστήματος αντικεραυνικής προστασίας [6], [5] Όλα τα υλικά αντικεραυνικής προστασίας θα πρέπει να είναι σύμφωνα με τις απαιτήσεις Υλικών Αντικεραυνικής Προστασίας των EN και EN Οι εξαιρέσεις σε αυτές τις απαιτήσεις είναι εξαρτήματα που δεν φέρουν ρεύμα, όπως σύνδεσμοι αγωγών καθόδου, προστατευτικά από βανδαλισμό και μηχανικά στηρίγματα. Α Απαιτήσεις υλικών [6], [5] Τα πρότυπα IEC και EN καθορίζουν τις ελάχιστες απαιτήσεις υλικών όπως αυτές δίνονται συγκεντρωτικά στους πίνακες 12 και

64 Πίνακας 12. Υλικά, μορφή και ελάχιστη διατομή αγωγών συστημάτων συλλογής, ράβδων και αγωγών καθόδου [6] Χαλκός Υλικό Επικασσιτερωμένος χαλκός 1) Αλουμίνιο Κράμα Αλουμινίου Γαλβανισμένος εν θερμώ χάλυβας 2) Ανοξείδωτος χάλυβας 5) Διαμόρφωση Ελάχιστη διατομή [mm 2 ] Σχόλια 10) Συμπαγής ταινία 50 8) 2 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 7) 50 8) 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 50 κλώνου Συμπαγής στρογγυλός 3), 4) 200 8) 16 mm διάμετρος Συμπαγής ταινία 50 8) 2 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 7) 50 8) 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 50 κλώνου Συμπαγής ταινία 70 3 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 50 8) 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 50 κλώνου Συμπαγής ταινία 50 8) 2,5 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 50 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 50 κλώνου Συμπαγής στρογγυλός 3) 200 8) 16 mm διάμετρος Συμπαγής ταινία 50 8) 2,5 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 9) 50 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 50 κλώνου Συμπαγής στρογγυλός 3), 4), 9) 200 8) 16 mm διάμετρος Συμπαγής ταινία 6) 50 8) 2 mm ελάχιστο πάχος Συμπαγής στρογγυλός 6) 50 8 mm διάμετρος 8) 1,7 mm ελάχιστη διάμετρος Πολύκλωνος 70 κλώνου Συμπαγής στρογγυλός 3), 4) 200 8) 16 mm διάμετρος 1) Επικάλυψη ελαχίστου πάχους 1 μm με γαλβάνισμα εν θερμώ ή με ηλεκτρικό γαλβάνισμα 2) Η επικάλυψη θα πρέπει να είναι λεία, συνεχής και ελεύθερη από κηλίδες τήξης ή συγκόλλησης 3) Ισχύει μόνο για ράβδους συλλεκτηρίων συστημάτων. Για εφαρμογές όπου οι μηχανικές τάσεις, όπως φορτίο ανέμου, δεν είναι κρίσιμες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ράβδος διαμέτρου 10 mm και μήκους 1 m προσαρμόζοντας μία προέκταση. 4) Ισχύει μόνο για ράβδους γειώσεως οδηγούς. 5) Χρώμιο %, Νικέλιο %, Άνθρακας 0,07% 6) Για ανοξείδωτο χάλυβα σε μπετό ή/και σε άμεση επαφή με εύφλεκτο υλικό τα ελάχιστα μεγέθη θα πρέπει να αυξηθούν στα 78 mm 2 (διάμετρος 10 mm) για συμπαγή στρογγυλό και 75 mm 2 (3 mm ελάχιστο πάχος) για συμπαγή ταινία. 7) 50 mm 2 (διάμετρος 8 mm) μπορούν να μειωθούν στα 28 mm 2 (διάμετρος 6 mm) σε ορισμένες εφαρμογές όπου η μηχανική αντοχή δεν είναι ουσιώδης απαίτηση. Σ αυτή την περίπτωση μπορεί να μειωθεί η απόσταση των συνδέσμων. 8) Εάν τα θερμικά και μηχανικά αποτελέσματα είναι σημαντικά οι διαστάσεις αυτές μπορούν να αυξηθούν σε 60 mm 2 για συμπαγή ταινία και σε 78 mm 2 για συμπαγή στρογγυλό. 9) Η ελάχιστη διατομή για να αποφύγουμε το λιώσιμο είναι 16 mm 2 για χαλκό, 25 mm 2 για αλουμίνιο, 50 mm 2 για χάλυβα και ανοξείδωτο χάλυβα για μια ειδική ενέργεια kj/ω. Περισσότερες πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ) Πάχος, πλάτος και διάμετρος καθορίζονται με ακρίβεια 10% 64

65 Πίνακας 13. Υλικά, διάταξη και ελάχιστες διαστάσεις ηλεκτροδίων γείωσης [6] Υλικό Χαλκός Διαμόρφωση Ράβδος γείωσης Φ [mm] Ελάχιστες διαστάσεις Αγωγός γείωσης Πλάκα γείωσης [mm] Σχόλια Πολύκλωνος 3) 2 1,7 mm ελάχιστη 50 mm διάμετρος κλώνου Συμπαγής στρογγυλός 3) 50 mm 2 8 mm διάμετρος Συμπαγής πλάκα 3) 2 2 mm ελάχιστο 50 mm πάχος Συμπαγής στρογγυλός 18 8) Σωλήνας 20 Συμπαγής πλάκα Δικτυωτή πλάκα (Lattice plate) Συμπαγής στρογγυλός 1) 9) Διάμετρος 2) mm 500x x600 2 mm ελάχιστο πάχος τοιχώματος 2 mm ελάχιστο πάχος Διατομής 25 mm x 2 mm. Ελάχιστο μήκος διαμόρφωσης πλέγματος 4,8 m Σωλήνας 1) 2) 25 2 mm ελάχιστο πάχος τοιχώματος Συμπαγής ταινία 1) 2 3 mm ελάχιστο 90 mm πάχος Γαλβανισμένος Χάλυβας Συμπαγής πλάκα 1) 3 mm ελάχιστο 500x500 πάχος Δικτυωτή πλάκα 1) Διατομής 30 mm x 3 600x600 (Latice plate) mm Πολύκλωνος 5) 6) 2 1,7 mm ελάχιστη 70 mm διάμετρος κλώνου Προφίλ σταυρού 1) 50x50x3 Ελάχιστη ακτινική Επιχαλκωμένος χάλυβας Συμπαγής στρογγυλός 4) 14 επικάλυψη χαλκού 250 μm 99,9% 5) Διάμετρος Χάλυβας Συμπαγής στρογγυλός 10 mm Απλός ή γαλβανισμένος χάλυβας Συμπαγής ταινία 5) 6) 2 3 mm ελάχιστο 75 mm πάχος Διάμετρος Συμπαγής στρογγυλός 15 Ανοξείδωτος 10 mm χάλυβας 7) 2 2 mm ελάχιστο Συμπαγής ταινία 100 mm πάχος 1) Η επικάλυψη θα είναι λεία, συνεχής και ελεύθερη από κηλίδες τήξης με ένα ελάχιστο πάχος 50 μm για στρογγυλά και 70 μm για επίπεδα υλικά 2) Τα σπειρώματα θα κατεργάζονται πριν το γαλβάνισμα 3) Μπορεί επίσης να είναι επικασσιτερωμένα 4) Ο χαλκός θα πρέπει να έχει ουσιαστική πρόσφυση με τον χάλυβα 5) Επιτρέπονται μόνο όταν είναι καθ ολοκληρίαν χωμένοι στο μπετό 6) Επιτρέπονται μόνο όταν είναι σωστά συνδεδεμένοι μεταξύ τους τουλάχιστον κάθε 5 m με τον φυσικό χάλυβα οπλισμού της γείωσης να αγγίζει τμήμα της θεμελείωσης 7) Χρώμιο 5%, Νικέλιο 5%, Μολυβδαίνιο %, Άνθρακας 0,08% 8) Σε μερικές χώρες επιτρέπεται 12 mm 9) Σε μερικές χώρες χρησιμοποιείται μόλυβδος γείωσης σε ράβδους για σύνδεση των αγωγών καθόδου στο σημείο όπου αυτός εισέρχεται στο έδαφος. 65

66 Ο γαλβανισμένος χάλυβας δεν επιτρέπεται από ορισμένους εθνικούς κώδικες, λόγω της χαμηλής αντίστασης στη διάβρωση. Η διάβρωση του γαλβανισμένου χάλυβα επιταχύνεται από εδάφη με πηλό ή υγρασία. Ο γαλβανισμένος χάλυβας, εάν χρησιμοποιείται εντός του μπετού δεν πρέπει να επεκτείνεται μέσα στο χώμα λόγω της επιταχύνσεως της διάβρωσης πλησίον της εισόδου στο χώμα. Ο γαλβανισμένος χάλυβας σε επαφή με χάλυβα οπλισμού, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορεί να προξενήσει βλάβη στο μπετό (θρυμματισμό). Από την άλλη πλευρά όμως οι κανονισμοί προτείνουν (π.χ. για μεταλλικές κατασκευές, όπως δεξαμενές, τα υλικά γείωσης να είναι ίδια με αυτά της κατασκευής για λόγους γαλβανικής διάβρωσης, διαφορετικά να χρησιμοποιείται καθοδική προστασία. Α Φυσικά Στοιχεία [6], [5] Τα φυσικά αγώγιμα στοιχεία μιας κατασκευής (όπως χαλύβδινος οπλισμός, μεταλλικά πλαίσια, μεταλλικές οροφές ή μεταλλικές επικαλύψεις και φυσικά οποιαδήποτε συνεχής μεταλλική κατασκευή ή τμήματα αυτής) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν αναπόσπαστο μέρος του ΣΑΠ εφ όσον: Πληρούν τις ελάχιστες απαιτήσεις υλικού Έχουν ηλεκτρική συνέχεια μεταξύ διαφόρων τμημάτων μέσω ασφαλών συνδέσεων όπως ήλωσης, μπρουντζοκόλλησης, ηλεκτροσυγκόλλησης, οξυγονοκόλλησης, ισχυρής σύσφιγξης με σφιγκτήρες, ραφής ή βιδώματος. Παραμένουν στην κατασκευή και δεν πρόκειται να αλλάξουν (π.χ. μεταλλικός σκελετός, διασυνδεδεμένος χάλυβας οπλισμού, κ.λπ.). Λοιπά φυσικά στοιχεία μπορούν να θεωρηθούν σαν βοηθητικά μόνο για το ΣΑΠ. Σημείωση: Περισσότερες πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC Α Φυσικά Στοιχεία συλλεκτηρίων συστημάτων [6], [5] Τα ακόλουθα τμήματα μιας κατασκευής μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν φυσικά στοιχεία συλλεκτηρίων συστημάτων: 1. Μεταλλικά φύλλα που καλύπτουν την κατασκευή με την προϋπόθεση ότι: Η ηλεκτρική συνέχεια μεταξύ των διαφόρων τμημάτων είναι ισχυρή σύσφιγξη ως αναφέρεται ανωτέρω. Το πάχος δεν είναι μικρότερο από «t» όταν δεν επιτρέπεται Διάτρηση, Θερμό σημείο ή ανάφλεξη λόγω ύπαρξης ευφλέκτων από κάτω (Πίνακας 14). Το πάχος δεν είναι μικρότερο από «t» όταν επιτρέπεται Διάτρηση, Θερμό σημείο ή ανάφλεξη (Πίνακας 14). 2. Δεν υπάρχει επικάλυψη με μονωτικό υλικό. Μεταλλικά στοιχεία της κατασκευής της οροφής (μεταλλικά υποστηρίγματα τραβέρσες, διασυνδεδεμένος χάλυβας οπλισμού, κ.λπ.) κάτω από μη μεταλλική 66

67 οροφή, με την προϋπόθεση ότι η τελευταία μπορεί να εξαιρεθεί από την υπό προστασία κατασκευή 3. Μεταλλικά στοιχεία όπως διακοσμητικά, κιγκλιδώματα, σωλήνες, καλύμματα παραπέτων, κ.λπ., με διατομές όχι μικρότερες από τις καθοριζόμενες για στοιχεία συστημάτων συλλογής. 4. Μεταλλικές σωλήνες και δεξαμενές στην οροφή με την προϋπόθεση ότι είναι κατασκευασμένα με υλικά πάχους και διατομής σύμφωνα με τον πίνακα Μεταλλικές σωλήνες και δεξαμενές που φέρουν εύφλεκτα ή εκρηκτικά μείγματα, με την προϋπόθεση ότι είναι κατασκευασμένα με υλικά πάχους όχι μικρότερου του «t» του πίνακα 14 και ότι η άνοδος της θερμοκρασίας της εσωτερικής επιφάνειας στο σημείο του πλήγματος δεν συνιστά κίνδυνο. (Λεπτομερείς πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ). Εάν δεν πληρούνται οι συνθήκες του πάχους οι σωλήνες και οι δεξαμενές θα πρέπει να προστατεύονται. Σωλήνες και δεξαμενές που φέρουν εύφλεκτα ή εκρηκτικά μείγματα δεν πρέπει να θεωρούνται φυσικά στοιχεία συστήματος συλλογής εάν τα παρεμβύσματα στις συνδέσεις των φλαντζών δεν είναι μεταλλικά ή εάν οι πλευρές των φλαντζών δεν είναι με άλλον τρόπο κατάλληλα ισοδυναμικά διασυνδεδεμένες. Σημείωση: Μια λεπτή στρώση προστατευτικής βαφής πάχους 1 mm περίπου ή 0,5 mm PVC δεν θεωρείται μόνωση. (Λεπτομερείς πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ). Πίνακας 14. Ελάχιστο πάχος μεταλλικών σωλήνων και μεταλλικών φύλλων διαφόρων υλικών για φυσικά συλλεκτήρια συστήματα. [6], [7] Υλικό για όλες τις κλάσεις ΣΑΠ I - IV «t» : Όταν δεν επιτρέπεται Διάτρηση, Θερμό σημείο ή ανάφλεξη Ελάχιστο Πάχος [mm] «t» : Όταν επιτρέπεται Διάτρηση, Θερμό σημείο ή ανάφλεξη Μόλυβδος - 2 Χάλυβας 4 (Ανοξείδωτος, (4,8) (1) Γαλβανιζέ) 0,5 Τιτάνιο 4 0,5 Χαλκός 5 0,5 Αλουμίνιο 7 0,65 Τσίγκος (Zinc) - 0,7 Σημείωση 1: 4 mm από ΕΛΟΤ 1197 (2002) και IEC (2006) πίνακας 3, 4,8 mm από NFPA

68 Όπου δεν υπάρχουν εύφλεκτα υλικά και η είσοδος νερού στην κατασκευή που μπορεί να προέλθει από κεραυνό μπορεί να γίνει ανεκτή τότε για τα συλλεκτήρια συστήματα επιτρέπονται λεπτότερα υλικά από αυτά που δίνονται στον πίνακα 14. Εάν τα υλικά δεν πληρούν τις ανωτέρω απαιτήσεις πρέπει να προστατεύονται από το ΣΑΠ. Μεταλλικές σωλήνες και δεξαμενές σε οροφές μπορούν να χρησιμοποιούνται εφ όσον πληρούν τις απαιτήσεις των πινάκων 12 και 14. Δεν είναι επιθυμητό να χρησιμοποιούμε δοχεία και σωληνώσεις που περιέχουν αέρια ή υγρά υπό υψηλή πίεση ή εύφλεκτα αέρια ή υγρά. Α Φυσικά στοιχεία αγωγών καθόδου [6], [5] Τα ακόλουθα τμήματα μιας κατασκευής μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν φυσικά στοιχεία αγωγών καθόδου: 1. Οι μεταλλικές εγκαταστάσεις με την προϋπόθεση ότι: Η ηλεκτρική συνέχεια μεταξύ των διαφόρων τμημάτων είναι ισχυρή σύσφιγξη ως αναφέρεται ανωτέρω. Οι διαστάσεις των είναι τουλάχιστον ίσες με τις αναφερόμενες στον πίνακα 14. Σωλήνες που φέρουν εύφλεκτα ή εκρηκτικά μείγματα δεν πρέπει να θεωρούνται φυσικά στοιχεία συστήματος συλλογής εάν τα παρεμβύσματα στις συνδέσεις των φλαντζών δεν είναι μεταλλικά ή εάν οι πλευρές των φλαντζών δεν είναι με άλλον τρόπο κατάλληλα ισοδυναμικά διασυνδεδεμένες. Σημείωση 1: Οι μεταλλικές κατασκευές μπορεί να είναι καλυμμένες με μονωτικά υλικά. (Λεπτομερείς πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ). 2. Ο ηλεκτρικά συνεχής μεταλλικός οπλισμός του οπλισμένου σκυροδέματος Σημείωση 2: Με προκατασκευασμένο οπλισμένο σκυρόδεμα είναι σημαντικό να τοποθετηθούν σημεία διασυνδέσεων μεταξύ των οπλισμένων τμημάτων. Είναι επίσης σημαντικό το οπλισμένο σκυρόδεμα να περιέχει μια αγώγιμη σύνδεση μεταξύ των σημείων διασύνδεσης. Τα ξεχωριστά τμήματα μπορούν να συνδέονται επί τόπου κατά τη διάρκεια της τοποθέτησης. (Παράρτημα Ε του IEC ). Σημείωση 3: Σε περίπτωση προεντεταμένου σκυροδέματος πρέπει να δίνεται προσοχή στον κίνδυνο να προκληθούν μη αποδεκτές μηχανικές συνέπειες είτε λόγω του κεραυνικού ρεύματος είτε σαν αποτέλεσμα της σύνδεσης στο ΣΑΠ. 3. Ο διασυνδεδεμένος χαλύβδινος σκελετός της κατασκευής Σημείωση 4: Αγωγοί δακτυλίου δεν είναι απαραίτητοι εάν ο μεταλλικός σκελετός χαλύβδινων κατασκευών ή ο διασυνδεδεμένος χάλυβας οπλισμού κατασκευών χρησιμοποιούνται σαν αγωγοί καθόδου. 68

69 4. Τα στοιχεία της πρόσοψης, κιγκλιδώματα και επί μέρους κατασκευές προσόψεων με την προϋπόθεση ότι: Οι διαστάσεις τους πληρούν τις απαιτήσεις για τους αγωγούς καθόδου (πίνακας 14 και το πάχος των μεταλλικών φύλλων και σωλήνων πληρούν τις απαιτήσεις του πίνακα 16. Η ηλεκτρική συνέχεια, σε κατακόρυφη κατεύθυνση, πληρεί τις παραπάνω αναφερόμενες προϋποθέσεις. (Λεπτομερείς πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ). Προσοχή: Εάν δεν μπορεί να εξασφαλισθεί η ηλεκτρική συνέχεια των φυσικών στοιχείων τότε πρέπει να χρησιμοποιούνται ξεχωριστοί αγωγοί καθόδου Α Φυσικά ηλεκτρόδια γείωσης [6], [5] Διασυνδεδεμένος χάλυβας οπλισμού σε μπετό θεμελείων ή άλλες κατάλληλες υπόγειες μεταλλικές κατασκευές, θα πρέπει να προτιμώνται σαν ηλεκτρόδια γείωσης. Όταν χρησιμοποιείται σαν ηλεκτρόδιο γείωσης μεταλλικός οπλισμός σε μπετό θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στις διασυνδέσεις για να εμποδίζεται μηχανική διάσπαση (ρωγμές) στο μπετό. Σημείωση 1: Σε περίπτωση προεντεταμένου σκυροδέματος πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν οι συνέπειες της διέλευσης των ρευμάτων της κεραυνικής εκκένωσης τα οποία μπορεί να προξενήσουν μη αποδεκτές μηχανικές τάσεις. Σημείωση 2: Εάν χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια θεμελειακής γείωσης, με το χρόνο είναι πιθανή μία αύξηση της αντίστασης γείωσης. (Λεπτομερείς πληροφορίες στο παράρτημα Ε του IEC ). Οι απαιτήσεις για τα φυσικά συλλεκτήρια συστήματα διαφέρουν από αυτές των φυσικών αγωγών καθόδου. Και οι αγωγοί καθόδου και τα συλλεκτήρια συστήματα πρέπει να αντέχουν στην θερμότητα λόγω ωμικής αντίστασης και τις ηλεκτρομηχανικές και μαγνητικές δυνάμεις αλλά τα συλλεκτήρια συστήματα πρέπει επίσης να αντέχουν στην θερμότητα από το τόξο πλάσματος του κεραυνού. Α.5.4 Μέθοδοι Σχεδιασμού [6], [5], [12] Το πρότυπο IEC προσφέρει τρεις απλούς γεωμετρικούς τύπους σχεδιασμού ΣΑΠ οι οποίοι είναι συμβιβασμοί μεταξύ κόστους, αποτελεσματικότητας και απλότητας σχεδιασμού: 1. Η μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας - ΜΚΣ, (RSM - Rolling sphere method) η οποία συνιστάται σαν η πλέον γενικής χρήσης μέθοδος για όλες τις περιπτώσεις 69

70 2. Μέθοδος γωνίας προστασίας - ΜΓΠ, (PAM - Protection angle method) η οποία μπορεί μόνο να χρησιμοποιηθεί σε κατασκευές περιορισμένου ύψους (με περιορισμένες κατακόρυφες επιφάνειες) 3. Η μέθοδος πλέγματος - ΜΠ, (MM - Mesh method) η οποία είναι πιο κατάλληλη για προστασία επιπέδων επιφανειών Οι μέθοδοι αυτοί χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της βέλτιστης τοποθέτησης των συλλεκτηρίων συστημάτων και των προκυπτόντων απαιτήσεων των αγωγών καθόδου και των γειώσεων. Και ενώ υπάρχουν όρια στην εφαρμογή των μεθόδων της γωνίας προστασίας και του πλέγματος, το πρότυπο IEC γενικά θεωρεί τις τρεις μεθόδους σαν ισοδύναμες, όμως: Διαφορετικές μέθοδοι σχεδιασμού μπορούν να εφαρμοσθούν σε διαφορετικές περιοχές ενός (και μοναδικού) συστήματος αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ), εάν υπάρχει επικάλυψη μεταξύ των ζωνών που υπάγονται σε κάθε μέθοδο έτσι ώστε να υπερκαλύπτεται η προστασία όλης της κατασκευής. Κάθε μία από αυτές τις μεθόδους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό των συλλεκτηρίων συστημάτων. Μια αποτίμηση κινδύνου γενικά συμβάλλει στο καθορισμό του επιπέδου του κινδύνου για μία ειδική κατασκευή, για να κάνουμε μία σύγκριση με μία προκαθορισμένη τιμή «Ανεκτού Κινδύνου R T». Κατόπιν εφαρμόζονται μέτρα προστασίας, σε ένα κατάλληλο επίπεδο προστασίας (LPL), για να μειώσουν τον κίνδυνο στα επίπεδα του ανεκτού κινδύνου ή κάτω από αυτά (εννοείται εφ όσον κάτι τέτοιο απαιτείται). Τα επίπεδα προστασίας (I, II, III, & IV) και οι αντίστοιχες κλάσεις του ΣΑΠ (I, II, III, & IV), ανάλογα με τη μέθοδο σχεδιασμού καθορίζουν: Την ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας Την γωνία προστασίας, κ.λπ. Την απόσταση μεταξύ των στοιχείων του πλέγματος Τις τυπικές αποστάσεις μεταξύ των αγωγών καθόδου και μεταξύ των αγωγών δακτυλίων. Τις αποστάσεις ασφαλείας και Το ελάχιστο μήκος των ηλεκτροδίων γείωσης Όσο μεγαλύτερο είναι το Επίπεδο της Αντικεραυνικής Προστασίας (με το Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας Ι να είναι το υψηλότερο), τόσο μεγαλύτερες είναι οι απαιτήσεις για τα υλικά του ΣΑΠ). Πρέπει να σημειωθεί ότι αν και το ΣΑΠ γενικά αποτελείται από ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο συλλεκτηρίων συστημάτων, αγωγών καθόδου και γειώσεων επιτρέπονται και άλλες μέθοδοι: 1. Για τον περιορισμό κινδύνων από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής: 70

71 Μόνωση των εκτεθειμένων αγώγιμων μερών Φυσικοί περιορισμοί και προειδοποιητικές πινακίδες 2. Για τον περιορισμό φυσικής βλάβης: Πυράντοχοι χώροι, συστήματα πυρόσβεσης, προστατευμένοι οδοί διαφυγής. Οι αγωγοί πλέγματος που χρησιμοποιούνται σαν συλλεκτήρια συστήματα δεν πρέπει να συγχέονται με τη μέθοδο πλέγματος. Ενώ η μέθοδος πλέγματος απαιτεί τη χρήση επιφανειακά τοποθετημένων αγωγών πλέγματος για να προστατεύσει μία επίπεδη επιφάνεια, οι μέθοδοι της κυλιόμενης σφαίρας και της γωνίας προστασίας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν προστασία που προσφέρεται από υπερυψωμένους αγωγούς πλέγματος για να προστατεύσουν μια ποικιλία συνθέτων επιφανειών. Ενώ το πρότυπο IEC 62305, (όπως είπαμε), θεωρεί τις τρεις μεθόδους ισοδύναμες, πρόσφατη έρευνα έχει θέσει υπό αμφισβήτηση την ουσιαστική αποτελεσματικότητα της μεθόδου πλέγματος [5]. Η μέθοδος της κυλιόμενης σφαίρας θεωρείται σαν την πιο αποτελεσματική. Συλλεκτήριο σύστημα από ράβδους ύψους 0,5 m επί της κατασκευής είναι προτιμότερο από ράβδους μικρότερου ύψους ή αγωγούς επί της επιφάνειας της κατασκευής. Η μέθοδος της κυλιόμενης σφαίρας γενικά προσφέρει τον βέλτιστο σχεδιασμό και οι κατακόρυφες ακίδες είναι μακράν πιο αποτελεσματικές στη σύλληψη των κεραυνικών πληγμάτων από τους αγωγούς πλέγματος επί ή λίγο πάνω από την επιφάνεια της κατασκευής. Παρακάτω δείχνονται διάφορα συλλεκτήρια συστήματα για μηαπομονωμένο και απομονωμένο ΣΑΠ (Σχήμα 24), η καταλληλότητα μεθόδων Συλλεκτηρίων Συστημάτων και μεθόδων σχεδιασμού (Πίνακας 15) και οι μέγιστες τιμές για τις μεθόδους σχεδιασμού (Σχήμα 25 και Πίνακες 16 και 17). 71

72 Σχήμα 24. Συλλεκτήρια Συστήματα για μη-απομονωμένο και απομονωμένο ΣΑΠ [5] Πίνακας 15. Καταλληλότητα μεθόδων Συλλεκτηρίων Συστημάτων και μεθόδων σχεδιασμού [5] Μέθοδος Προστασίας Συλλεκτήριο Σύστημα Κυλιόμενη σφαίρα Μέθοδος πλέγματος Μέθοδος γωνίας προστασίας Ράβδος v ν ν ν ν Αγωγοί πλέγματος (επί της επιφανείας της ν (1) κατασκευής) Αγωγοί πλέγματος (υπερυψωμένοι από την επιφάνεια της ν ν ν ν κατασκευής) Υπερυψωμένα τεταμένα σύρματα ν ν ν ν Σημείωση (1): Η μέθοδος πλέγματος είναι κατάλληλη για τον υπολογισμό της προστασίας μιας επίπεδης επιφάνειας. Οι μέθοδοι της κυλιόμενης σφαίρας και της γωνίας προστασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό προστασίας των παρακείμενων περιοχών 72

73 Πίνακας 16. Μέγιστες τιμές για τις μεθόδους σχεδιασμού [6] Κλάση ΣΑΠ (Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας - ΕΑΠ) Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας [m] Μέγεθος πλέγματος [m] I 20 5 x 5 II x 10 III x 15 IV x 20 Γωνία προστασίας [ ο ] Αναφορά στο σχήμα 25 Σχήμα 25. Γράφημα γωνίας προστασίας (h σε m και α σε o ) [5] Σημείωση1: Δεν ισχύουν για τιμές πέραν των σημείων. Σ αυτές τις περιπτώσεις εφαρμόζονται μόνον οι μέθοδοι κυλιόμενης σφαίρας και πλέγματος. Σημείωση 2: h είναι το ύψος του συλλεκτηρίου συστήματος πάνω από το επίπεδο αναφοράς της υπό προστασία περιοχής. Σημείωση 3: Η γωνία δεν αλλάζει για τιμές του ύψους h κάτω από 2 m. (L\ Πίνακας 17. Μέγιστες τιμές για τις μεθόδους σχεδιασμού αποτυπώνοντας και το σχήμα 25 [5] Επίπεδο Αντικεραυνικής προστασίας Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας Γωνία προστασίας α [ ο] για διάφορα ύψη h [m] Μέγεθος πλέγματος R [m] h=20 h=30 h=45 h=60 D [m] I * * * 5 Χ 5 II * * 10 Χ 10 III * 15 Χ 15 IV Χ 20 Σημείωση: (*) Δεν έχει εφαρμογή η μέθοδος της γωνίας προστασίας, χρησιμοποιείται η μέθοδος της κυλιόμενης σφαίρας 73

74 Α Μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας [6], [5] Α Μέθοδος κυλιόμενης - γενικά [6], [5] Η ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας είναι ίση με την απόσταση διάσπασης (χρησιμοποιώντας την εξίσωση Ε.3) συνδεδεμένη με το ελάχιστο επίπεδο ρεύματος για το επίπεδο προστασίας που έχει επιλεγεί. Αυτή η φανταστική σφαίρα κυλίεται επί της επιφανείας της κατασκευής. Τα επιφανειακά σημεία επαφής που ιχνοθετούνται από τη σφαίρα καθορίζουν τα πιθανά σημεία από τα οποία μπορεί να ξεκινήσει ένας ανερχόμενος οχετός για να συναντήσει έναν κατερχόμενο οχετό. Όλα αυτά τα σημεία απαιτούν προστασία ενώ τα σημεία μη επαφής όχι. Γενικά ένα Σύστημα Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ) σχεδιάζεται έτσι ώστε η κυλιόμενη σφαίρα να έχει επαφή μόνο με το συλλεκτήριο σύστημα του ΣΑΠ και όχι με την κατασκευή. Για να εξηγήσουμε περαιτέρω τον Πίνακα 16 (ή 17) ένα ΣΑΠ για να προσφέρει επίπεδο προστασίας LPL IΙ, σχεδιασμένο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε στοιχεία συλλεκτηρίου συστήματος (π.χ. ακίδες, ράβδους) τοποθετημένα έτσι ώστε χρησιμοποιώντας μια κυλιόμενη σφαίρα ακτίνος 30 m η σφαίρα να έχει επαφή μόνο με τα στοιχεία του συλλεκτηρίου συστήματος και όχι με την κατασκευή. Αυτά τα στοιχεία του συλλεκτηρίου συστήματος θα τοποθετηθούν έτσι ώστε να μπορούν να συλλάβουν όλους τους κεραυνούς από 5 ka και μεγαλύτερους, προσφέροντας έτσι προστασία σε τουλάχιστον 97% των κεραυνών. (Ο όρος «τουλάχιστον» χρησιμοποιείται για να δείξει ότι το ποσοστό των συλλαμβανομένων κεραυνών μπορεί να είναι μεγαλύτερο, καθ όσον μικρότερα κεραυνικά πλήγματα μπορούν να συλληφθούν αν αυτά εκδηλώθηκαν πλησιέστερα στο στοιχείο συστήματος συλλογής (από σημείο της κατασκευής)). Για να προσφέρουμε μεγαλύτερο επίπεδο προστασίας π.χ. LPL I θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κυλιόμενη σφαίρα μικρότερης ακτίνας (20 m). Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα μικρότερη απόσταση μεταξύ των στοιχείων του συλλεκτηρίου συστήματος, άρα και περισσότερα στοιχεία του συλλεκτηρίου συστήματος τοποθετώντας τα έτσι ώστε να συλλάβουν μικρότερα κεραυνικά πλήγματα και αυξάνοντας το ολικό ποσοστό των συλλαμβανομένων κεραυνών. Αντίθετα για να προσφέρουμε μικρότερο επίπεδο προστασίας π.χ. LPL III ή LPL IV θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κυλιόμενη σφαίρα μεγαλύτερης ακτίνας (45 ή 60 m αντίστοιχα). Αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των στοιχείων του συστήματος συλλογής, άρα και λιγότερα στοιχεία του συλλεκτηρίου συστήματος τοποθετώντας τα έτσι ώστε να συλλάβουν μεγαλύτερα κεραυνικά πλήγματα και ελλατώνοντας το ολικό ποσοστό των συλλαμβανομένων κεραυνών. Τα ακόλουθα σχήματα δείχνουν σχέδια ζώνης προστασίας με κατακόρυφη ράβδο και τεταμένο σύρμα. 74

75 Σχήμα 26. Ζώνες προστασίας συλλεκτηρίου συστήματος με τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας, όπου R > Η = h. α) Με κατακόρυφη ράβδο (απλός ιστός). Η ζώνη προστασίας ορίζεται από τις διακεκομμένες γραμμές και β) Με τεταμένο σύρμα. Η ζώνη προστασίας ορίζεται από τις διακεκομμένες γραμμές και τα υπερυψωμένα τεταμένα σύρματα [7] Ακολουθούν σχέδια κάλυψης για κατασκευές διαφόρων σχημάτων και ύψους με τη μέθοδο κυλιόμενης σφαίρας. a) Κατασκευές ύψους μικροτέρου των 60 m 75

76 b) Κατασκευές ύψους μεγαλυτέρου των 60 m και μικροτέρου των 120 m c) Κατασκευές ύψους μεγαλυτέρου των 120 m Σχήμα 27. Μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας για κατασκευές διαφόρων σχημάτων και ύψους [5] Η απλότητα της μεθόδου της κυλιόμενης σφαίρας είναι ότι μπορεί να εφαρμοσθεί με κλίμακα σε ένα μοντέλο της κατασκευής ή για απλές κατασκευές σε σχέδια τομών. Σημειώνεται ότι για κατασκευές ύψους μικροτέρου των 60 m ο κίνδυνος πληγμάτων στις πλευρές των κατασκευών είναι χαμηλός και ως εκ τούτου δεν απαιτείται προστασία για τις κατακόρυφες πλευρές που βρίσκονται κατ ευθείαν από κάτω από προστατευμένες περιοχές (Σχήμα 27.a). Σύμφωνα με το πρότυπο IEC για κατασκευές ύψους μεγαλυτέρου των 60 m (και μικροτέρου των 120 m) απαιτείται προστασία για το ανώτερο 20% του ύψους (Σχήμα 27.b). Και για κατασκευές ύψους μεγαλυτέρου των 120 m απαιτείται προστασία για το ανώτερο τμήμα της κατασκευής που είναι υψηλότερο του ύψους των 120 m (Σχήμα 27.c). 76

77 Σχήμα 28. Μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας συνθέτου κατασκευής [5] Σχήμα 29. Παράδειγμα μεθόδου κυλιόμενης σφαίρας υψηλής κατασκευής με παρακείμενη κατοικία [5] Α Υπολογισμοί για τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας με συλλεκτήριο σύστημα από ράβδους [6], [5] Όταν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν ράβδοι σαν συλλεκτήριο σύστημα για την προστασία επιπέδων επιφανειών είναι χρήσιμος ο ακόλουθος υπολογισμός: 77

78 (Ε.7) Όπου : = Απόσταση μεταξύ δύο ράβδων [m] = Ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας [m] = Ύψος των ράβδων [m] Πίνακας 18. Παραδείγματα αποστάσεων συλλεκτηρίων ράβδων (ακίδων) μεθόδου κυλιόμενης σφαίρας [5] ΕΑΠ (LPL) LPL I LPL II LPL III LPL IV Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας r = 20 m r = 30 m r = 45 m r = 60 m Ύψος ράβδου [m] Απόσταση μεταξύ συλλεκτηρίων ράβδων [m] 0,5 8,8 (6,2) 10,9 (7,7) 13,3 (9,4) 15,4 (10,9) 1 12,4 (8,8) 15,3 (10,8) 18,8 (13,3) 21,8 (15,4) 1,5 15,2 (10,7) 18,7 (13,2) 23,0 (16,2) 26,6 (18,8) 2 17,4 (12,3) 21,5 (15,2) 26,5 (18,7) 30,7 (21,7) Σημείωση: Οι αποστάσεις στις παρενθέσεις δίνουν τις αποστάσεις πλέγματος Όταν χρησιμοποιούνται ράβδοι σαν συλλεκτήριο σύστημα (ακίδες) για προστασία οροφών είναι χρήσιμος ο ακόλουθος τύπος υπολογισμού της απόστασης διάτρησης της σφαίρας. ( ) (Ε.8) Όπου : = Απόσταση διάτρησης [m] = Ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας [m] = Απόσταση μεταξύ δύο ράβδων [m] 78

79 Πίνακας 19. Απόσταση διάτρησης ( ) κυλιόμενης σφαίρας [5] Επίπεδο (Στάθμη) Αντικεραυνικής προστασίας ΕΑΠ (LPL) Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας Απόσταση μεταξύ ράβδων d [m] LPL I LPL II LPL III LPL IV r = 20 m r = 30 m r = 45 m r = 60 m Απόσταση διάτρησης p [m] - Penetration distance 1 0,01 0,00 0,00 0,00 2 0,03 0,02 0,01 0,01 3 0,06 0,04 0,03 0,02 4 0,10 0,07 0,04 0,03 5 0,16 0,10 0,07 0,05 6 0,23 0,15 0,10 0,08 7 (5 x 5 m) 0,31 0,20 0,14 0,10 8 0,40 0,27 0,18 0,13 9 0,51 0,34 0,23 0, ,64 0,42 0,28 0,21 14 (10 x 10 m) 1,27 0,83 0,55 0, ,46 0,95 0,63 0, ,68 1,72 1,13 0,84 21 (15 x 15 m) 2,98 1,90 1,24 0,93 28 (20 x 20 m) 5,72 3,47 2,34 1, ,77 4,02 2,57 1,91 Σημείωση : Οι αριθμοί στις παρενθέσεις είναι τα μεγέθη πλέγματος στην αντίστοιχη απόσταση διαγωνίου 79

80 Σχήμα 30. Απόσταση διάτρησης κυλιόμενης σφαίρας [5] 80

81 Α Υπολογισμοί για τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας με συλλεκτήριο σύστημα από αγωγούς πλέγματος ή υπερυψωμένων τεταμένων συρμάτων [6], [5] Όταν η μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της προσφερόμενης προστασίας από αγωγούς πλέγματος ή από δίκτυο υπερυψωμένων τεταμένων συρμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι προηγούμενοι υπολογισμοί (εξισώσεις Ε.7 και Ε.8). Η απόσταση και το ύψος του πλέγματος ή των υπερυψωμένων τεταμένων συρμάτων αντικαθιστούν την απόσταση και το ύψος των ράβδων. Στο σχήμα 30 σημειώνεται ότι η απόσταση για την απόσταση διάτρησης ή την απόσταση προστασίας η απόσταση d είναι η διαγώνιος του πλέγματος (απόσταση μεταξύ των σημείων Α και Β). Α Μέθοδος πλέγματος [6], [5] Για προστασία μιας επιπέδου επιφανείας, η μέθοδος πλέγματος θεωρείται ότι προστατεύει όλη την επιφάνεια εάν: Οι αγωγοί πλέγματος είναι τοποθετημένοι στα άκρα (περίμετρο) της επιφάνειας Το μέγεθος του πλέγματος είναι σύμφωνο με τον πίνακα 18 (ή 19) Οι μεταλλικές κατασκευές δεν προεξέχουν του όγκου αναφορά (αυτές θεωρούμε ότι τις προστατεύουν το συλλεκτήριο σύστημα και η μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας ή γωνίας προστασίας) Από κάθε σημείο υπάρχουν τουλάχιστον δύο διαφορετικές οδεύσεις (π.χ. δεν υπάρχουν αδιέξοδα) και αυτές ακολουθούν τις συντομότερες οδεύσεις. Φυσικά στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν τμήμα του δικτυωτού πλέγματος, ή ακόμη και σαν ολόκληρο το πλέγμα. Η μέθοδος πλέγματος συνιστάται σε επιφάνειες επιπέδου οροφής. Επίσης συνιστάται για προστασία των πλευρών υψηλών κατασκευών έναντι πληγμάτων στις πλευρές. Σχήμα 31. Προστασία δια της μεθόδου πλέγματος [5] 81

82 Η μέθοδος πλέγματος δεν πρέπει να χρησιμοποιείται σε καμπύλες επιφάνειες, αλλά μπορεί να χρησιμοποιείται σε επιφάνειες όχι οριζοντίων επιπέδων και σε σύνθετες επιφάνειες. Για παράδειγμα σε κατακόρυφες πλευρές υψηλών κτιρίων ή σε σύνθετες επιφάνειες όπως οροφές βιομηχανικών κτιρίων. Για σύνθετες επιφάνειες, οι αγωγοί πρέπει να τοποθετούνται στις γραμμές κορυφογραμμών (όπου αλλάζει η κλίση) εάν η κλίση υπερβαίνει το 1/10. Σχήμα 32. Μέθοδος πλέγματος για σύνθετες μορφές [5] Η προστατευμένη περιοχή με τη μέθοδο πλέγματος είναι αυτή που οριοθετείται από το πλέγμα. Η προστασία των περιοχών πλησίον του πλέγματος (π.χ. πλευρές κτιρίων ή κατασκευών και χαμηλότερα κατασκευαστικά σημεία καθορίζεται από τις μεθόδους της γωνίας προστασίας ή της κυλιόμενης σφαίρας (Σχήμα 33). Η προστασία που εξασφαλίζεται από τους αγωγούς πλέγματος οι οποίοι δεν τοποθετούνται σύμφωνα με τη μέθοδο πλέγματος, π.χ. αυτοί που υψώνονται πάνω από την επιφάνεια της κατασκευής, θα πρέπει να καθορίζεται με μία εναλλακτική μέθοδο σχεδιασμού π.χ. της κυλιόμενης σφαίρας ή της γωνίας προστασίας. Εάν χρησιμοποιείται η μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας, ο πίνακας 19 προσφέρει έναν γενικό κανόνα για τον καθορισμό της ελάχιστης απόστασης πάνω από την επιφάνεια του κτιρίου (της κατασκευής) που πρέπει να ανυψωθούν οι αγωγοί πλέγματος για να συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις της μεθόδου κυλιόμενης σφαίρας. Βάσει των ανωτέρω από τον πίνακα 19 και λαμβάνοντας υπ όψιν τις μέγιστες τιμές για τις μεθόδους σχεδιασμού από τον πίνακας 16 ή 17 βλέπουμε ότι η απόσταση αυτή είναι 0,31 m, 0,83 m, 1,24 m και 1,66 m για μεγέθη πλέγματος της μεθόδου πλέγματος που είναι τοποθετημένα σύμφωνα με τις απαιτήσεις των (ΕΑΠ) LPL I, II, III και IV αντιστοίχως. 82

83 Σχήμα 33. Όγκος προστατευόμενος από αγωγούς πλέγματος σύμφωνα με τις μεθόδους γωνίας προστασίας και κυλιόμενης σφαίρας [5] Α Μέθοδος γωνίας προστασίας [6], [5] Α Μέθοδος γωνίας προστασίας - Γενικά [6], [5] Συλλεκτήρια συστήματα (ράβδοι, ιστοί και υπερυψωμένα τεταμένα σύρματα) τοποθετούνται έτσι ώστε ο όγκος που καθορίζεται από την γωνία προστασίας (Σχήμα 34) να καλύπτει την κατασκευή. Το ύψος των στοιχείων του συλλεκτηρίου συστήματος μετράται από την κορυφή αυτού μέχρι την προς προστασία επιφάνεια. Η μέθοδος γωνίας προστασίας περιορίζεται ως προς την εφαρμογή της σε ύψη τα οποία είναι ισοδύναμα ή μικρότερα της αντιστοίχου ακτίνας της κυλιόμενης σφαίρας (Σχήμα 25 και Πίνακας 17). Σχήμα 34. Μέθοδος γωνίας προστασίας [5] 83

84 Όπου εφαρμόζεται μόνη της η μέθοδος της γωνίας προστασίας, απαιτούνται γενικώς πολλαπλές ράβδοι για τις περισσότερες κατασκευές. Εν τούτοις η μέθοδος γωνίας προστασίας είναι η περισσότερο κοινώς χρησιμοποιούμενη μέθοδος για να συμπληρώσει την μέθοδο πλέγματος, προσφέροντας προστασία σε μέρη που προεξέχουν της επιπέδου επιφανείας. Σχήμα 35. Σύνθετη προστασία (μέθοδοι πλέγματος γωνίας προστασίας) [5] Η μέθοδος γωνίας προστασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κεκλιμένες επιφάνειες, όπου το ύψος της ράβδου είναι το κατακόρυφο ύψος, αλλά η γωνία προστασίας έχει αναφορά στην γραμμή που διέρχεται από την κορυφή της ράβδου και είναι κάθετη στην επιφάνεια (Σχήμα 36). Σχήμα 36. Εφαρμογή μεθόδου γωνίας προστασίας σε κεκλιμένες επιφάνειες [5] 84

85 Πίνακας 20. Ύψος ως προς την οριζόντια απόσταση - μέθοδος γωνίας προστασίας [5] (γωνία στρογγυλευμένη στην πλησιέστερη προς τα κάτω) Ύψος h [m] Απόσταση d [m] και γωνία προστασίας [ ο ] Συλλεκτηρίου LPL I LPL II LPL III LPL IV συστήματος Απόσταση Γωνία Απόσταση Γωνία Απόσταση Γωνία Απόσταση Γωνία 1 2, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

86 (α) (β) Α : Κορυφή ακίδος ράβδου - Β : Επίπεδο αναφοράς OC : Ακτίνα προστατευόμενης περιοχής h 1 : Ύψος ακίδος ράβδου πάνω από το επίπεδο αναφοράς της υπό προστασία περιοχής α : Γωνία προστασίας σύμφωνα με τον πίνακα 22 Σχήμα 37. Ζώνη προστασίας συλλεκτήριου συστήματος με τη μέθοδο της γωνίας προστασίας κατά IEC: (α): Με κατακόρυφη ράβδο, (β): Με τεταμένο σύρμα [2] 86

87 Παρακάτω δίνονται διάφορα σχήματα κατασκευών προστατευμένων με τη μέθοδο της γωνίας προστασίας 87

88 (α): Απομονωμένο ΣΑΠ με δύο ράβδους (β): Απομονωμένο ΣΑΠ με υπερυψωμένα τεταμένα σύρματα (γ): Μη - Απομονωμένο ΣΑΠ με μία ράβδο (δ): Μη - Απομονωμένο ΣΑΠ με δύο ράβδους (ε): Μη - Απομονωμένο ΣΑΠ με τρεις ράβδους και επ αυτών τεταμένο σύρμα ή ράβδο Σχήμα 38. Παραδείγματα μεθόδου γωνίας προστασίας [5] 88

89 Α Μέθοδος γωνίας προστασίας - Θεωρία [6], [5] Ενώ η μέθοδος της γωνίας προστασίας φαίνεται να είναι παρόμοια με την απλή και ιστορική πλέον μέθοδο του κώνου προστασίας, στην πραγματικότητα η μέθοδος της γωνίας προστασίας είναι μια παράγωγος της μεθόδου της κυλιόμενης σφαίρας. Οι γωνίες για την μέθοδο γωνίας προστασίας λαμβάνονται από μια ανάλυση της κυλιόμενης σφαίρας όπως φαίνεται και στο σχήμα 39. Αυτός είναι ο λόγος που η μέθοδος της γωνίας προστασίας περιορίζεται στο μέγιστο ύψος της ισοδυνάμου κυλιομένης σφαίρας. Ας θεωρήσουμε μία κατασκευή ύψους 50 m με σύστημα συλλογής ράβδο. Καθ όσον μία κυλιόμενη σφαίρα ακτίνας 45 m (LPL III) θα ερχότανε σε επαφή με την πλευρά της κατασκευής, τα αντικείμενα επί του εδάφους δεν θα μπορούσαν να προστατευθούν χρησιμοποιώντας την μέθοδο γωνίας προστασίας με LPL III. Θεωρώντας LPL IV, μια κυλιόμενη σφαίρα με ακτίνα προστασίας 60 m δεν θα μπορούσε να έλθει σε επαφή με την πλευρά της κατασκευής και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος γωνίας προστασίας με LPL IV με σύστημα συλλογής ράβδο ώστε να καθορισθούν ποια αντικείμενα επί του εδάφους θα είναι υπό προστασία. Το πλεονέκτημα της μεθόδου της γωνίας προστασίας είναι η απλότητά της στην εφαρμογή, αλλά το μειονέκτημά της είναι ότι αποτελεί μία περαιτέρω απλοποίηση της μεθόδου της κυλιόμενης σφαίρας, οπότε μπορεί να μην είναι τόσο αξιόπιστη ή αποτελεσματική. Σχήμα 39. Αρχή της μεθόδου της γωνίας προστασίας (σε σύγκριση με τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας) [5] 89

90 Η γνώση ότι η μέθοδος της γωνίας προστασίας προκύπτει από τη μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας μας βοηθά να καταλάβουμε μια κοινή ερώτηση για την εφαρμογή της. Με αναφορά στο σχήμα 34, μπορεί να μην είναι φανερό γιατί η γωνία α 2 είναι μικρότερη από την γωνία α 1. Εάν μια δεύτερη ράβδος τοποθετηθεί στα αριστερά της υπαρχούσης, τότε οι γωνίες α 1 και α 2 για τη δεύτερη ράβδο θα είναι ίσες (κατωτέρω σχήμα 40). Ο λόγος που χρησιμοποιείται το h 2 για την α 2 είναι μια προσπάθεια να αντιγράψουμε την προστασία που δίνεται από την μέθοδο της κυλιόμενης σφαίρας. Σχήμα 40. Μέθοδος γωνίας προστασίας [5] Α Μέθοδος κώνου προστασίας [11] Η μέθοδος αυτή δεν ανήκει στις προτεινόμενες από το πρότυπο IEC αλλά ούτε και από κανένα άλλο γνωστό πρότυπο και αναφέρεται μόνο για ιστορικούς λόγους. Το ΦΕΚ 846Β [11] σαν ΖΩΝΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ από κεραυνό θεωρεί τον χώρο ενός κώνου που έχει κορυφή το υψηλότερο σημείο μιας κατάλληλα γειωμένης μεταλλικής κατασκευής, ιστού ή αγωγού και έχει ακτίνα βάσης δύο φορές το ύψος της κατασκευής αυτής ή του αγωγού. (Αναφέρεται στην απλή και ιστορική πλέον μέθοδο προστασίας κώνου. Η μέθοδος αυτή δεν χρησιμοποιείται σήμερα διότι θεωρείται ανασφαλής. Μπορεί να συγκριθεί, κατά κάποιο τρόπο ως προς τη φιλοσοφία, με τη μέθοδο γωνίας προστασίας, με γωνία όμως προστασίας δεδομένη για κάθε περίπτωση ύψους της κατασκευής και για κάθε επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας και ίση με α = τοξοεφ(2/1) = 63,435 ο. Από το σχήμα 25 όμως βλέπουμε ότι για γωνία προστασίας 63,435 ο (που αντιστοιχεί σε ακτίνα βάσης διπλάσια του ύψους) το ύψος περιορίζεται ανάλογα με το επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας και συγκεκριμένα για LPL I ύψος h = 4 m, για LPL II h = 6,5 m, για LPL III h = 8,5 m και για LPL IV h = 16 m. Αποδεικνύεται επομένως ότι η προτεινόμενη μέθοδος είναι πραγματικά ξεπερασμένη και μη ασφαλής για γενική χρήση. Γενικά αποδεκτές είναι οι τρεις μέθοδοι που έχουμε αναφέρει). Την αναφέρουμε εδώ μόνο για ιστορικούς λόγους. 90

91 Α.5.5 Εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας [6], [5] Α Συλλεκτήρια συστήματα [6], [5] Το συλλεκτήριο σύστημα είναι αυτό που τοποθετείται ειδικά για την σύλληψη (υποδοχή) των κεραυνικών πληγμάτων. Επιτρεπτά συλλεκτήρια συστήματα είναι: Ράβδοι (που περιλαμβάνουν ιστούς και ελεύθερα ιστάμενους) Αγωγούς πλέγματος (επί της επιφανείας της κατασκευής ή υπερυψωμένους) Υπερυψωμένα τεταμένα σύρματα (Catenary wires) Φυσικά στοιχεία (Natural components) Τα συλλεκτήρια συστήματα τοποθετούνται σύμφωνα με την επιλεγείσα μέθοδο σχεδιασμού για να προσφέρουν προστασία στην κατασκευή. Επιπλέον: Τα συλλεκτήρια συστήματα πρέπει να διασυνδέονται σε κάθε επίπεδο της κατασκευής Τα συλλεκτήρια συστήματα πρέπει να συνδέονται στους αγωγούς καθόδου σύμφωνα με το κεφάλαιο Α Διασυνδέσεις συλλεκτηρίων συστημάτων πλέγματος θα πρέπει να γίνονται με διαστολικούς συνδέσμους Συλλεκτήρια συστήματα ράβδων θα πρέπει να τοποθετούνται ή να σχεδιάζονται (κατάλληλο ύψος ή μορφή κορυφής) για να μην καρφωθεί κανείς. Σχήμα 41. Διασυνδέσεις Συλλεκτηρίων συστημάτων [5] 91

92 Σχήμα 42. Τυπικά συλλεκτήρια συστήματα [5] Σχήμα 43. Σχεδιασμός ράβδων για μείωση του κινδύνου καρφώματος [5] Κατά την τοποθέτηση αγωγών επί της οροφής, θα πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν ορισμένοι πρόσθετοι κανόνες: Τοποθέτηση όσο το δυνατόν πλησιέστερα στα άκρα της οροφής Ασφάλιση σύμφωνα με τις απαιτήσεις που δίνονται στον πίνακα 24 Επιλογή υλικών για μείωση του κινδύνου από διάβρωση Να μην δημιουργούνται εμπόδια επί της επιφανείας της οροφής Να μην τοποθετούνται σε περιοχές όπου μπορεί να λιμνάζει νερό (π.χ. λούκια υδρορροές) Αποφυγή διάτρησης της οροφής για τοποθέτηση των αγωγών 92

93 Σχήμα 44. Αυτοκόλλητες βάσεις, κεφαλές πλαισίων στήριξης και μόνιμες ενώσεις για αποφυγή της ανάγκης για διατρητική στήριξη του αγωγού [5] Α Υποδείξεις τοποθέτησης [6], [5] Το IEC δίδει γενικές αναφορές στην τοποθέτηση των συλλεκτηρίων συστημάτων, όπως στις γωνίες, εκτεθειμένα σημεία και άκρα. Εντούτοις δεν δίδονται καθορισμένες διαστάσεις ή ανοχές. Οπότε τίθεται από τους διαφόρους κατασκευαστές το ερώτημα «Πόσο κοντά είναι αρκετά κοντά;» με άλλα λόγια ποια είναι η (ακριβώς) σωστή απόσταση; Η ακριβής απάντηση είναι ότι η τοποθέτηση του συλλεκτηρίου συστήματος θα πρέπει να είναι σύμφωνη με την χρησιμοποιούμενη μέθοδο σχεδιασμού (κυλιόμενης σφαίρας, γωνίας προστασίας ή πλέγματος). Εντούτοις ένας καλός σχεδιασμός θα τεκμηριώσει ακριβείς απαιτήσεις για τον εγκαταστάτη ή θα προσθέσει ένα περιθώριο ασφαλείας στο σχεδιασμό για να καλυφθούν φυσικές αποκλίσεις. Για παράδειγμα σύστημα υποδοχής (ράβδοι) μπορεί να απαιτούνται στο άκρο ενός παραπέτου και ένας καλός σχεδιασμός θα επιτρέψει ικανοποιητικό ύψος έτσι ώστε να προσφέρεται προστασία ανεξάρτητα από το εάν οι ράβδοι είναι τοποθετημένοι στην κορυφή του παραπέτου ή στο εσωτερικό ή το εξωτερικό άκρο. Ενώ τα πρότυπα IEC επιτρέπουν χρήση οποιουδήποτε ύψους συλλεκτηρίου συστήματος (ράβδου), έρευνες έχουν αποδείξει ότι για αποτελεσματική προστασία, και οι δύο παράμετροι, το ελάχιστο ύψος και η σχέση μεταξύ του ύψους του συλλεκτηρίου συστήματος προς την απόσταση από το άκρο της κατασκευής, είναι κρίσιμες. Έτσι για ύψος για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα πρέπει: απόσταση. Συνιστάται η επιλογή ελαχίστου ύψους (με προτιμότερο το ) με τοποθέτηση όσο πλησιέστερα είναι δυνατόν στα υπό προστασία άκρα (τουλάχιστον εντός της απόστασης ). (Σχήμα 45) 93

94 Σχήμα 45. Συνιστώμενες αποστάσεις τοποθέτησης [5] Η έρευνα αυτή δεν έχει καλή εφαρμογή για οριζόντιους αγωγούς τοποθετημένους στην κατασκευή με τη μέθοδο πλέγματος ή άλλες μεθόδους σχεδιασμού, καθώς το ύψος του αγωγού είναι ουσιαστικά το πάχος αυτού (2 έως 8 mm). Οπότε σύμφωνα με την παραπάνω μελέτη οι αγωγοί πρέπει να εγκατασταθούν 1 έως 4 mm από τα άκρα της κατασκευής που στις περισσότερες περιπτώσεις είναι αδύνατο λόγω και των υλικών στερέωσης. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού της μεθόδου σχεδιασμού κυλιόμενης σφαίρας, κάθε οριζόντιος αγωγός στην άκρη επί μιας κατασκευής (που πρόκειται να αποτελεί τμήμα του δικτύου του συλλεκτηρίου συστήματος) θα πρέπει πραγματικά να ευρίσκεται ακριβώς στο άκρο για να εμποδίζει την κυλιόμενη σφαίρα να έρχεται σε επαφή με το άκρο της κατασκευής. Τα πρότυπα IEC δεν δίνουν καμιά βοήθεια ή σύσταση σ αυτό το θέμα. Το πρότυπο BS συμπεραίνει ότι μια μέγιστη απόσταση 0,1 m είναι αποδεκτή αλλά και αυτό φαίνεται να είναι αστήρικτο. Για λόγους λειτουργικής απόδοσης δεν συνιστάται η χρήση της μεθόδου πλέγματος όπου εγκαθίστανται οριζόντιοι αγωγοί (για χρήση σαν συλλεκτηρίου συστήματος) απ ευθείας επί της υπό προστασία επιφανείας. Η πρόσθεση κατακόρυφων συλλεκτηρίων συστημάτων (ράβδων) βελτιώνει την λειτουργία του συστήματος σημαντικά. Για τις άλλες μεθόδους σχεδιασμού, ανυψώνοντας οποιοδήποτε οριζόντιο συλλεκτήριο σύστημα τουλάχιστον 0,25 m πάνω από την επιφάνεια βελτιώνει την απόδοση. Εάν η κατασκευή χρησιμοποιεί μια μεταλλική επικάλυψη, τότε εάν πληρούνται οι απαιτήσεις για φυσικό συλλεκτήριο σύστημα, η μεταλλική επικάλυψη εξαλείφει την ανάγκη τοποθέτησης αγωγού. Σε πολλές περιπτώσεις στο στάδιο σχεδιασμού της κατασκευής η χρήση μαρκίζας, η εγκατάσταση μεταλλικών κουπαστών ή η 94

95 προσεκτική επιλογή των υλικών της κατασκευής ή άλλων δομικών στοιχείων αυτής μπορούν να βελτιώσουν σε μέγιστο βαθμό την απόδοση και να μειώσουν τα οπτικά αποτελέσματα του ΣΑΠ. Εάν ο οριζόντιος αγωγός δεν αποτελεί τμήμα του δικτύου του συλλεκτηρίου συστήματος (π.χ. είναι τμήμα του δικτύου διασύνδεσης που συνδέει τα συλλεκτήρια συστήματα), τότε η τοποθέτηση δεν είναι τόσο κρίσιμη υπό τον όρο ότι τα άλλα συλλεκτήρια συστήματα προσφέρουν προστασία στο επιθυμητό επίπεδο. Α Ιστοί και κεραίες [5] Ιστοί, ιστοί (κοντάρια) σημαιών, κ.λπ., στην κατασκευή μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν τμήματα του συστήματος συλλογής με την προϋπόθεση ότι καλύπτουν τις απαιτήσεις των φυσικών στοιχείων και δεν περιέχουν ηλεκτρικά κυκλώματα. Οι ιστοί θα πρέπει να διασυνδέονται ισοδυναμικά στο ΣΑΠ. Οι κεραίες (επικοινωνιών, τηλεοράσεως, κ.λπ.) και ιστοί με ηλεκτρικό εξοπλισμό (π.χ. φωτισμός εμποδίων) θα πρέπει να προστατεύονται από σύστημα συλλογής, κατά προτίμηση απομονωμένο όπου η κεραία και ο ιστός της δεν άγουν κεραυνικά ρεύματα. Δεν θα ασχοληθούμε περαιτέρω με την ανάπτυξη των απαιτήσεων προστασίας ιστών και κεραιών, δίνουμε όμως παρακάτω μερικά ενδεικτικά σχήματα που δείχνουν τρόπους κάλυψης της προστασίας αυτών καθώς και την αποτελεσματικότητα αυτών από την μικρότερη στην μικρότερη στην μεγαλύτερη. 95

96 Α) Ξεχωριστός ιστός και συλλεκτήριο σύστημα προστατεύει την κεραία (Απαιτείται SPD κλάσης ΙΙ) Β) Συλλεκτήριο σύστημα και αγωγός καθόδου στερεωμένος στον ιστό της κεραίας (Απαιτείται SPD κλάσης Ι) Γ) Χωρίς συλλεκτήριο σύστημα που να προστατεύει την κεραία. Βλάβη στην κεραία και πιθανώς στο εκτιθέμενο καλώδιο (Απαιτείται SPD κλάσης Ι) Σχήμα 46. Προστασία κεραίας [5] 96

97 Α Προστασία κατασκευών που προεξέχουν της οροφής [6], [5] Ο σχεδιασμός του ΣΑΠ πρέπει να γίνεται με τρόπο ώστε τα συλλεκτήρια συστήματα να τοποθετούνται έτσι ώστε να προστατεύουν από τα κεραυνικά πλήγματα επί της οροφής και όλων των κατασκευών πάνω σ αυτήν (εξαεριστικά, φεγγίτες, συστήματα αερισμού, κλιματισμού, σωληνώσεις, κ.λπ..). Εν τούτοις σε μερικές περιπτώσεις δεν απαιτείται προστασία για μικρότερες μη αγώγιμες κατασκευές. Ο πίνακας 21 συνοψίζει τις απαιτήσεις που καθορίζουν εάν απαιτείται προστασία συλλεκτηρίου συστήματος. Πίνακας 21. Κατασκευές επί της οροφής που δεν απαιτούν προστασία [5] Κατασκευές επί της οροφής δεν απαιτούν προστασία εάν δεν υπάρχει υπέρβαση των παρακάτω διαστάσεων Μεταλλικές Ύψος πάνω από το επίπεδο της οροφής: 0,3 m κατασκευές επί της Το συνολικό εμβαδό της υπερκατασκευής: 1,0 m 2 οροφής Το μήκος της υπερκατασκευής: 2,0 m Μη αγώγιμες κατασκευές επί της οροφής Προεξοχή πάνω από την επιφάνεια που σχηματίζεται από το συλλεκτήριο σύστημα 0,5 m Ένα παράδειγμα εφαρμογής δίνεται στο σχήμα 47 όπου δύο πλαστικοί υδραυλικοί σωλήνες εξέχουν της ζώνης προστασίας. Εξ αυτών ο (Α) σε ύψος μικρότερο του 0,5 m και δεν απαιτεί πρόσθετη προστασία ενώ ο (Β) σε ύψος μεγαλύτερο του 0,5 m και απαιτεί πρόσθετη προστασία (τοποθέτηση πρόσθετης ράβδου). Σχήμα 47. Παραδείγματα απαιτήσεων προστασίας μη αγωγίμου εξοπλισμού οροφής [5] Όλα τα αντικείμενα επί της οροφής που περιέχουν ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό απαιτούν προστασία μέσω συστήματος συλλογής (αναφορά στο σχήμα 48). Το ίδιο ισχύει και για επίτοιχο ηλεκτρικό και 97

98 ηλεκτρονικό εξοπλισμό που μπορεί να πληγεί από κεραυνό (π.χ. σε σημεία επαφής της κυλιόμενης σφαίρας). Επίσης περιοριστές υπερτάσεων πρέπει να εγκαθίστανται στα κυκλώματα για τον περιορισμό του εισερχομένου ρεύματος στο εσωτερικό περιβάλλον. Σχήμα 48. Απαίτηση προστασίας για επίτοιχο ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό [5] Οι περισσότερες καμινάδες είναι αρκετά ψηλές ώστε να απαιτούν προστασία. Σε περιπτώσεις μη αγωγίμων καπνοδόχων ή παρομοίων εξαεριστικών, ακόμη και αν δεν απαιτείται προστασία, αυτή συνίσταται καθ όσον οι αποθέσεις αιθάλης μπορούν να μετατρέψουν σε μεγάλο βαθμό τις μη αγώγιμες καμινάδες σε αγώγιμες. 98

99 Διάγραμμα απαιτήσεων για προστασία εξοπλισμού επί οροφής κατασκευής Ευρίσκεται εξοπλισμός Εντός υπάρχουσας ζώνης προστασίας; ΝΑΙ ΟΧΙ Είναι ο εξοπλισμός μη μεταλλικός και εκτείνεται λιγότερο από 0,5m πέραν της ζώνης προστασίας; ΝΑΙ ΟΧΙ Είναι ο εξοπλισμός < 0,3m υψηλός και <1m 2 και <2m μήκους ή πλάτους; ΝΑΙ ΟΧΙ ΝΑΙ Πληρεί ο εξοπλισμός τις απαιτήσεις των φυσικών στοιχείων του συστήματος συλλογής; Δεν απαιτείται πρόσθετο σύστημα συλλογής Ισοδυναμική σύνδεση εξοπλισμού στο ΣΑΠ ΟΧΙ Μπορεί ο εξοπλισμός να προστατευθεί από απομονωμένο σύστημα συλλογής (σύστημα συλλογής τοποθετημένο σε ίση ή μεγαλύτερη από τις απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού); ΟΧΙ Εγκατάσταση μη απομονωμένου συστήματος συλλογής Εγκατάσταση απομονωμένου συστήματος συλλογής ΝΑΙ Ισοδυναμική σύνδεση στο ΣΑΠ των αγώγιμων γραμμών υπηρεσιών των εισερχομένων στην κατασκευή. Χρησιμοποίηση περιοριστές υπερτάσεων κλάσης ΙΙ για τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά κυκλώματα Ισοδυναμική σύνδεση στο ΣΑΠ των αγώγιμων γραμμών υπηρεσιών των εισερχομένων στην κατασκευή. Χρησιμοποίηση περιοριστές υπερτάσεων κλάσης Ι για τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά κυκλώματα Οι απαιτήσεις προστασίας ολοκληρώθηκαν Σχήμα 49. Διάγραμμα ροής που δείχνει τις απαιτήσεις για προστασία εξοπλισμού επί της οροφής [5] 99

100 Α Ισοδυναμική διασύνδεση εξοπλισμού οροφής [6], [5] Το εάν απαιτείται ισοδυναμική διασύνδεση των αγωγίμων εξοπλισμών επί της οροφής με το ΣΑΠ καθορίζεται, όπως δείχνεται και στο σχήμα 50, από τις απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού μεταξύ του συστήματος συλλογής (των ράβδων) και όλων των αγωγίμων μερών εξοπλισμού επί της οροφής. Έτσι υπολογίζεται πρώτα η απόσταση διαχωρισμού S και κατόπιν αποφασίζεται η ανάγκη ισοδυναμικής διασύνδεσης. Σχήμα 50. Θέση συλλεκτηρίου συστήματος και απαιτήσεις διασύνδεσης αγωγίμων κατασκευών [5] Α Διαστολικά και διατρήσεις οροφής [6], [5] Ο σχεδιασμός θα πρέπει να επιτρέπει την συστολή και την διαστολή λόγω θερμοκρασίας των αγωγών διασύνδεσης των ράβδων και του πλέγματος. Μια ετήσια διακύμανση της θερμοκρασίας από -10 ο C σε 35 ο C μπορεί να προξενήσει την ακόλουθη κίνηση του αγωγού: Για αλουμίνιο 1 mm/m μήκους Για χαλκό 0,75 mm/m μήκους. Για μεγάλη διαδρομή αγωγού η κίνηση αυτή μπορεί να προξενήσει σημαντικές βλάβες εάν δεν εγκατασταθούν διαστολικοί σύνδεσμοι. Σαν ένας 100

101 οδηγός, διαστολικοί σύνδεσμοι (ως σχήμα 51) θα πρέπει να εγκαθίστανται κάθε 40 m. Διαστολικοί σύνδεσμοι δεν απαιτούνται σε ελεύθερους εύκαμπτους αγωγούς. Σχήμα 51. Διαστολικός σύνδεσμος αγωγού [5] Α Αγωγοί καθόδου [6], [5] Οι αγωγοί καθόδου παρέχουν την διασύνδεση των συλλεκτηρίων συστημάτων με το σύστημα γείωσης. Είναι δυνατόν ο ίδιος τύπος αγωγού να χρησιμοποιείται για συλλεκτήριο σύστημα (π.χ. μέθοδος πλέγματος), για αγωγό καθόδου και ηλεκτρόδια γείωσης Σχήμα 52. Τυπικοί σύνδεσμοι ελέγχων (επιθεωρήσεων) [5] Σχήμα 53. Τυπικοί σύνδεσμοι αγωγών καθόδου [5] Τα Υλικά και τα μεγέθη των αγωγών καθόδου θα πρέπει να συμφωνούν με τις απαιτήσεις του πίνακα 12. Τα φυσικά στοιχεία της κατασκευής επιτρέπονται για χρήση, εφ όσον πληρούν τις προαναφερθείσες προϋποθέσεις. Το σύστημα αγωγών καθόδου θα πρέπει να προσφέρει πολλαπλές παράλληλες οδεύσεις για την εκφόρτιση της ενέργειας στο έδαφος. Αυτό μειώνει την πυκνότητα του ρεύματος και έτσι μειώνεται ο κίνδυνος τάσεων 101

102 επαφής και πλευρικού πλήγματος (side flashing) και μειώνονται τα αποτελέσματα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας λόγω του κρουστικού ρεύματος σε σημεία εντός της κατασκευής. Σε υψηλότερες κατασκευές χρησιμοποιούνται επίσης οριζόντιοι ισοδυναμικοί δακτύλιοι διασύνδεσης (ring conductors) για να βελτιώσουν τον διαμοιρασμό του ρεύματος μεταξύ των αγωγών καθόδου (Πίνακας 22). Ο αριθμός των αγωγών καθόδου έχει άμεση συνέπεια στις απαιτήσεις διασύνδεσης. Πλησίον μεταλλικών κατασκευών και εσωτερικών αγωγίμων κατασκευών μπορεί να απαιτείται διασύνδεση σύμφωνα με τις απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού. Σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να είναι πρακτικό να αυξήσουμε τον αριθμό των αγωγών καθόδου για να μειώσουμε τις απαιτήσεις διαχωρισμού. Γενικά ένα σύστημα αγωγών καθόδου πρέπει: Να προσφέρει πολλαπλές οδεύσεις για το κεραυνικό ρεύμα Να είναι (ο κάθε αγωγός) κατά το πρακτικότερο όσο το δυνατόν πιο βραχύς και πιο ευθύς Να έχει αποστάσεις και να χρησιμοποιεί ισοδυναμικούς δακτυλίους σύμφωνα με τον πίνακα 22. Να αποτελεί άμεση συνέχεια του συλλεκτηρίου συστήματος. Να μην εγκαθίσταται σε λούκια και υδρορροές (ακόμη και αν είναι καλυμμένες με PVC) Να είναι συνδεδεμένοι μέσω ενός συνδέσμου επιθεωρήσεως και ελέγχου με το σύστημα γείωσης. Να εγκαθίσταται με εξωτερική προστασία για να περιορίζεται η έκθεση σε τυχαία βλάβη ή βανδαλισμό. Να εγκαθίσταται με μόνωση 3 mm πεπλεγμένου πολυαιθυλενίου (crosslinked polyethylene - XLPE) όταν υπάρχει κίνδυνος λόγω τάσεων επαφής. Σχήμα 54. Εξωτερική προστασία από βλάβη και βανδαλισμό [5] 102

103 Πίνακας 22. Τυπικές αποστάσεις μεταξύ αγωγών καθόδου και μεταξύ δακτυλίων ισοδυναμικών συνδέσεων [6] Κλάση ΣΑΠ Class of LPS (LPL) Τυπική απόσταση αγωγών καθόδου και μεταξύ δακτυλίων ισοδυναμικών διασυνδέσεων [m] I 10 II 10 III 15 IV 20 Εάν οι αγωγοί καθόδου δεν μπορούν να χωροθετηθούν συμμετρικά τότε επιτρέπεται μία απόκλιση ± 20% από τις απαιτήσεις των αποστάσεων του πίνακα 22, φροντίζοντας η μέση απόσταση των αγωγών καθόδου να συμφωνεί με τις δοθείσες τιμές. Συνίσταται όπως ο πρώτος ισοδυναμικός δακτύλιος (παράλληλη ή πλευρική σύνδεση) εγκαθίσταται στο επίπεδο του εδάφους ή πλησίον αυτού και κατόπιν οι υπόλοιποι στα δοθέντα διαστήματα ύψους. Όταν τα ηλεκτρόδια γείωσης είναι εγκατεστημένα σύμφωνα με τον τύπο Β (περιφερειακά ηλεκτρόδια ή ηλεκτρόδια τύπου δακτυλίου), τότε το ηλεκτρόδιο δακτύλιος μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ο πρώτος ισοδυναμικός δακτύλιος διασύνδεσης. Α Αγωγοί καθόδου σε απομονωμένα και μη απομονωμένα ΣΑΠ [6], [5] Α Αγωγοί καθόδου σε μη απομονωμένα ΣΑΠ [6], [5] είναι: Οι γενικές απαιτήσεις για αγωγούς καθόδου σε μη απομονωμένα ΣΑΠ Πρέπει να χρησιμοποιούνται τουλάχιστον δύο αγωγοί καθόδου Οι αγωγοί καθόδου πρέπει να είναι ισομερώς κατανεμημένοι γύρω από την περίμετρο της κατασκευής (λαμβάνοντας υπ όψιν πρακτικούς και αισθητικούς λόγους Οι αγωγοί καθόδου θα πρέπει να τοποθετούνται στις εκτεθειμένες (εξωτερικές) γωνίες της κατασκευής, όπου είναι δυνατόν, (εντός 300 mm) Προσπάθεια τοποθέτησης αγωγών καθόδου (χρησιμοποιώντας τις απαιτήσεις προδιαγραφές της απόστασης διαχωρισμού) μακριά από παράθυρα, πόρτες, εξόδους ή όπου μπορούν να συγκεντρωθούν άνθρωποι. Για μείωση του κινδύνου από τάσεις επαφής και βηματικές, επιλέγουμε οδεύσεις όπου οποιοδήποτε εξωτερικό σύστημα ηλεκτροδίων γείωσης θα έπρεπε να τοποθετηθεί σε μια παρόμοια τοποθεσία. Α Αγωγοί καθόδου για απομονωμένα ΣΑΠ [6], [5] Οι γενικές απαιτήσεις για τους αγωγούς καθόδου σε ένα απομονωμένο ΣΑΠ είναι: 103

104 Για συλλεκτήριο σύστημα ράβδων, απαιτείται ένας αγωγός καθόδου ανά ιστό (ράβδο). Εάν ο ιστός είναι μεταλλικός ή διασυνδεδεμένος ενισχυμένος χάλυβας, τότε δεν απαιτείται πρόσθετος αγωγός καθόδου. Για συλλεκτήρια συστήματα υπερυψωμένων τεταμένων συρμάτων (ενός ή περισσοτέρων), απαιτείται τουλάχιστον ένας αγωγός καθόδου ανά στήριγμα. Α Διαδρομή αγωγού καθόδου [6], [5], [2] Οι αγωγοί καθόδου θα πρέπει, όπου είναι δυνατόν να τοποθετούνται σε ευθεία γραμμή και κάθετα, αλλά γενικά ακολουθούν το προφίλ της κατασκευής. Βρόγχοι και προεξοχές πρέπει να αποφεύγονται. Όταν οι βρόγχοι δεν μπορούν να αποφευχθούν, οι αποστάσεις, κατά μήκος του διακένου θα πρέπει να είναι μεγαλύτερες από την απόσταση διαχωρισμού για μήκος. Εάν αυτό δεν είναι δυνατόν τότε ο αγωγός καθόδου θα πρέπει να οδηγηθεί απ ευθείας δια μέσου της κατασκευής. Σχήμα 55. Βρόγχοι αγωγών καθόδου [5] 104

105 Σε κατασκευές με προεξοχές κατά μήκος των οποίων πρέπει να διέλθει ο αγωγός καθόδου μπορεί να δημιουργηθεί κίνδυνος υπερπήδησης. Αυτό χρήζει ιδιαίτερης προσοχής όταν υπάρχει πιθανότητα παρουσίας ανθρώπων. Η επικίνδυνη αυτή κατάσταση θα πρέπει να αποφεύγεται εάν η απαιτούμενη απόσταση διαχωρισμού (2,5 m για ένα άτομο με ανυψωμένα χέρια) δεν μπορεί να διατηρηθεί. Μπορεί να απαιτηθούν πρόσθετοι αγωγοί καθόδου για να καλυφθούν οι απαιτήσεις απόστασης διαχωρισμού, ή να τοποθετηθούν οι αγωγοί καθόδου σε ελεύθερο χώρο (αέρα) μη μεταλλικού, μη ευφλέκτου εσωτερικού αγωγού που δεν περιέχει ηλεκτρικά καλώδια. : Πραγματική απόσταση > + 2,5 m : Απόσταση διαχωρισμού : Μήκος για υπολογισμό της απόστασης διαχωρισμού Σχήμα 56. Προεξοχές [5], [6] Σε ένα μη απομονωμένο σύστημα ο αγωγός καθόδου μπορεί να τοποθετηθεί μέσα σε ή επάνω σε άκαυστους τοίχους. Για καιόμενους τοίχους ο αγωγός καθόδου μπορεί να τοποθετηθεί επί του τοίχου με την προϋπόθεση ότι η ανύψωση της θερμοκρασίας του αγωγού σε συνθήκες κεραυνού δεν δημιουργεί επικίνδυνες καταστάσεις (αναφορά στο IEC παράρτημα D.4, όπου π.χ. για LPL I και για χαλκό διατομής 50 mm 2 η ανύψωση θερμοκρασίας είναι 22 ο C και για αλουμίνιο διατομής 50 mm 2 είναι 54 ο C). Εναλλακτικά οι αγωγοί καθόδου μπορούν να τοποθετούνται χρησιμοποιώντας αποστατικά στηρίγματα έτσι ώστε να διατηρείται μια ελάχιστη απόσταση 100 mm από τον τοίχο. Άλλη εναλλακτική λύση είναι η αύξηση της διατομής των αγωγών στα 100 mm 2. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στη διαδρομή αγωγών εντός τοίχων ή κοιλοτήτων αυτών. Ανοικτές κοιλότητες προτιμώνται καθώς οι θερμικές διαστολές των αγωγών καθόδου σε συνθήκες κεραυνού μπορεί να προξενήσουν σπάσιμο αγωγών καλυμμένων με σοβά Γυμνοί αγωγοί εξ αλουμινίου δεν θα πρέπει να τοποθετούνται σε άμεση επαφή με σοβά, τούβλα ή τσιμέντο, κ.λπ. 105

106 Η αλλαγή χρώματος του σοβά θα πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν Σε περιοχές περιορισμένου όγκου ή αντοχής, η διαταραχή του ηλεκτρομηχανικού κύματος μπορεί να προξενήσει βλάβη. Σε μεγάλες επίπεδες κατασκευές όπου απαιτούνται περισσότεροι από τέσσερις αγωγοί καθόδου σε μία από τις περιμέτρους των επιφανειών (π.χ. βιομηχανικά κτίρια, αίθουσες εκθέσεων, κ.λπ.), τότε πρέπει να εγκατασταθούν επιπρόσθετοι εσωτερικοί αγωγοί καθόδου σε αποστάσεις περίπου ανά 40 m. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι (μεταλλικές εννοείται) κολώνες στήριξης της οροφής. Α Στερέωση αγωγών καθόδου [6], [5] Οι αγωγοί καθόδου (περιλαμβανομένων και των αγωγών που χρησιμοποιούνται σαν συλλεκτήρια συστήματα) μπορούν να στερεωθούν χρησιμοποιώντας αγώγιμα ή μη αγώγιμα εξαρτήματα. Οι αγωγοί δεν πρέπει να τοποθετούνται απ ευθείας επί της επιφανείας εάν τα υλικά είναι εύφλεκτα. Πίνακας 23. Προτεινόμενες αποστάσεις στερέωσης κέντρων αγωγών [5] Διευθέτηση Οριζόντιοι αγωγοί σε οριζόντιες επιφάνειες Οριζόντιοι αγωγοί σε κατακόρυφες επιφάνειες Κατακόρυφοι αγωγοί από το έδαφος έως και 20 m Κατακόρυφοι αγωγοί από ύψος 20 m και πάνω Στερέωση κέντρων ταινίας (λάμας) και πολύκλωνων αγωγών [mm] Στερέωση κέντρων κυκλικών συμπαγών (μονόκλωνων) αγωγών [mm]

107 Σχήμα 57. Τυπικά εξαρτήματα στερέωσης αγωγών καθόδου [5] Α Ισοδυναμική Διασύνδεση και αποστάσεις ασφαλείας [6], [5] Για την προστασία έναντι επικινδύνων σπινθήρων μεταξύ του ΣΑΠ και της κατασκευής και των εσωτερικών συστημάτων απαιτείται (ισοδυναμική) διασύνδεση ή απομόνωση με συμμόρφωση στις απαιτήσεις των αποστάσεων ασφαλείας. Οι περιοχές που κυρίως αφορούν είναι: Εξωτερικές υπηρεσίες εισερχόμενες στην κατασκευή (π.χ. τηλέφωνα, γραμμές ισχύος, νερού, αερίου, κ.λπ.) Εξωτερικά μεταλλικά στοιχεία εισερχόμενα στην κατασκευή (π.χ. αγωγοί καλωδίων, σωληνώσεις, κ.λπ.) Μεταλλικά στοιχεία επί ή εντός της κατασκευής (π.χ. κουπαστές, κιγκλιδώματα ανελκυστήρων, σωλήνες, αεραγωγοί, κ.λπ.) Εσωτερικά ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά κυκλώματα και συστήματα Ο επικίνδυνος σπινθήρας μπορεί να περιορισθεί με: Ισοδυναμική διασύνδεση του στοιχείου στο ΣΑΠ Με άμεση σύνδεση με συνδετήριους αγωγούς, όπου η ηλεκτρική συνέχεια δεν εξασφαλίζεται µε φυσικές συνδέσεις Χρησιμοποιώντας έναν περιοριστή υπερτάσεων (SPD) για την διασύνδεση των ηλεκτρικών συστημάτων και υπηρεσιών. Απομόνωση του στοιχείου από το ΣΑΠ (μέσω απόστασης διαχωρισμού δια μέσου υπάρχοντος μέσου όπως αέρα ή μπετού). Βάσει σχεδιασμού ένα απομονωμένο ΣΑΠ περιορίζει τους επικινδύνους σπινθήρες ακολουθώντας τις απαιτήσεις των αποστάσεων διαχωρισμού. Επομένως ένα απομονωμένο ΣΑΠ απαιτεί (ισοδυναμική) διασύνδεση με την κατασκευή μόνο στο επίπεδο του εδάφους. Το μη απομονωμένο ΣΑΠ απαιτεί (ισοδυναμική) διασύνδεση με την κατασκευή στο επίπεδο του εδάφους και στις θέσεις όπου δεν πληρούνται οι απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού. Σχήμα 58. Τυπικά εξαρτήματα διασύνδεσης [5] 107

108 Σημείωση: Μερικά άλλα πρότυπα και κώδικες, όπως τοπικοί ηλεκτρικοί κώδικες, απαιτούν διασύνδεση υπηρεσιών και άλλων μεταλλικών στοιχείων. Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να ακολουθούνται και αυτές οι απαιτήσεις. Α Ισοδυναμική διασύνδεση γραμμών υπηρεσιών και εξωτερικών αγωγίμων μερών [6], [5], [4] Στο υπόγειο ή το ισόγειο απαιτείται να εγκατασταθεί μία μπάρα ισοδυναμικών διασυνδέσεων και διασύνδεση αυτής στο σύστημα γείωσης του ΣΑΠ. Η μπάρα πρέπει να τοποθετείται όσο το δυνατόν πλησιέστερα και να διασυνδέεται σε όλες τις εξωτερικές μεταλλικές γραμμές που εισέρχονται στην κατασκευή (σωληνώσεις αερίου, νερού, γραμμές ισχύος, τηλεφώνου, κ.λπ.). Σε μεγάλες εγκαταστάσεις μπορεί να χρειασθεί να εγκατασταθούν περισσότερες της μιας μπάρες. Η διασύνδεση θα πρέπει να γίνεται δια μέσου εσωτερικού δακτυλίου (ή μερικού δακτυλίου), ή δια μέσου του εσωτερικού οπλισμού του μπετού κατασκευής. Σχήμα 59. Ισοδυναμικές διασυνδέσεις γραμμών υπηρεσιών [5] Είναι καλή πρακτική να φέρνουμε όλες τις γραμμές υπηρεσιών που εισέρχονται στην κατασκευή τη μία πλησίον της άλλης ώστε να απλοποιήσουμε τις απαιτήσεις της ισοδυναμικής διασύνδεσης να μειώσουμε στο ελάχιστο τις διαφορές δυναμικού μεταξύ των γραμμών. Αυτό ειδικά είναι σημαντικό για την προστασία ευαίσθητου εξοπλισμού όπως υπολογιστές και συστήματα επικοινωνιών τα οποία μπορεί να διασυνδέονται και στις δύο γραμμές. Υπηρεσίες και μεταλλικά στοιχεία εισερχόμενα στην κατασκευή μπορεί να περιλαμβάνουν 108

109 Γραμμές τηλεφώνου και τηλεπικοινωνιών Καλώδια καλωδιακής τηλεόρασης Παροχές κεραιών Γραμμές ισχύος Σωληνώσεις (νερού, αέρα, αερίου, κ.λπ.) Μεταλλικοί αγωγοί Όπου επιτρέπεται τα ανωτέρω θα πρέπει να διασυνδέονται απ ευθείας στη μπάρα ισοδυναμικής διασύνδεσης. Σε περιπτώσεις γραμμών υπηρεσιών ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών, επικοινωνιών τηλεφώνου και δεδομένων, οι διασυνδέσεις θα πρέπει να γίνονται δια μέσου περιοριστών κρουστικών υπερτάσεων. Πίνακας 24. Ελάχιστες διαστάσεις αγωγών διασύνδεσης [6] Υλικό Διατομή [mm 2 ] για κλάσεις ΣΑΠ I έως IV Μεταξύ ισοδυναμικών μπαρών ή ισοδυναμικών μπαρών και ηλεκτροδίων γείωσης Μεταξύ ισοδυναμικών μπαρών και εσωτερικών μεταλλικών εγκαταστάσεων Χαλκός 14 5 Αλουμίνιο 22 8 Χάλυβας Η εγκατάσταση περιοριστών κρουστικών υπερτάσεων σε τέτοιες γραμμές υπηρεσιών έχει πολλαπλά αποτελέσματα όπως: Μείωση διαφορών τάσεως στους αγωγούς υπηρεσιών και επομένως μείωση του κινδύνου φωτιάς (IEC ). Προσφέρει προστασία στον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό της κατασκευής κατά κρουστικών φαινομένων (τάσεων και ρευμάτων) από άμεσα και έμμεσα πλήγματα στις γραμμές υπηρεσιών (IEC ). Σωστά τοποθετημένη και εγκατεστημένη προστασία (επιλογική προστασία) θα μειώσει επίσης τον κίνδυνο βλάβης του εξοπλισμού από κρουστικά φαινόμενα που δημιουργούνται από διακοπτικούς χειρισμούς ή σφάλματα εντός των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Αποτελούν ένα βασικό μέρος των μέτρων προστασίας έναντι κεραυνικών κρουστικών ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων (LEMP). Εάν τα καλώδια είναι θωρακισμένα ή οδεύουν μέσα σε μεταλλικό περίβλημα, οι ισοδυναµικές συνδέσεις δεν είναι απαραίτητες εάν η διατοµή αυτών των θωρακίσεων δεν είναι μικρότερη από την τιµή S = S cmin, η εκτίµηση της οποίας γίνεται σύµφωνα µε το κεφάλαιο Α.17 Α Απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού [6], [5] Οι απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού καθορίζουν ποια εξωτερικά και εσωτερικά μεταλλικά στοιχεία πρέπει να διασυνδέονται (ισοδυναμικά) στο ΣΑΠ. Η απόσταση διαχωρισμού έχει ισχύ και στα εσωτερικά ηλεκτρικά και 109

110 ηλεκτρονικά κυκλώματα, και έτσι είναι πολύ σημαντικό να λαμβάνονται υπ όψιν για την παρούσα και μελλοντική χρήση της κατασκευής. Σχήμα 60. Η απόσταση διαχωρισμού αυξάνει με το μήκος του αγωγού καθόδου/του συλλεκτηρίου συστήματος [5] 110

111 Σχήμα 61. Θεώρηση της απόστασης διαχωρισμού διά μέσου του αέρα, επιφανείας και δια μέσου υλικών [5] Η απαιτούμενη απόσταση μεταξύ του θεωρούμενου στοιχείου και του ΣΑΠ (για να είμαστε βέβαιοι ότι δεν θα συμβεί επικίνδυνος σπινθήρας μεταξύ αυτών) καθορίζεται από το IEC , κεφάλαιο 6.3. Η απόσταση αυτή αναφέρεται σαν «απόσταση διαχωρισμού» ( separation distance S), και: Όπου: Είναι ένας συντελεστής που εξαρτάται από το επιλεγέν επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας Είναι ένας συντελεστής που εξαρτάται από τον αριθμό των αγωγών καθόδου (σημειώνεται ότι για δύο ή περισσότερους αγωγούς δίνεται μία 111

112 κλίμακα και εξαρτάται από τον διαμοιρασμό του ρεύματος μεταξύ των αγωγών καθόδου) Είναι ένας συντελεστής που εξαρτάται από το υλικό της ηλεκτρικής μόνωσης (1,0 για αέρα, 0,5 για μπετό και τούβλα) Είναι το μήκος του αγωγού καθόδου από το θεωρούμενο σημείο έως το πλησιέστερο σημείο ισοδυναμικής διασύνδεσης. Πίνακας 26. Απόσταση διαχωρισμού - Τιμές του [6] Κλάση του ΣΑΠ I 0,08 II 0,06 III & IV 0,04 Πίνακας 27. Απόσταση διαχωρισμού - Τιμές του [6] Αριθμός αγωγών καθόδου n έως 0,5 4 και περισσότεροι 1 έως 1/n Το παράρτημα C του IEC περιλαμβάνει περισσότερο λεπτομερείς υπολογισμούς του συντελεστή. Εναλλακτικά, μπορεί να ληφθεί υπ όψιν μια συντηρητική τιμή ίση με 1. Α Διαμοιρασμός του κεραυνικού ρεύματος μεταξύ των αγωγών καθόδου [6] Ο συντελεστής διαμοιρασμού του κεραυνικού ρεύματος μεταξύ των αγωγών καθόδου εξαρτάται από τον συνολικό αριθμό των αγωγών καθόδου n και της θέσεως αυτών, τους αγωγούς (δακτυλίους) διασύνδεσης, τον τύπο του συλλεκτηρίου συστήματος και τον τύπο του συστήματος γείωσης όπως δείχνεται στον πίνακα 28. Ο πίνακας 28 ισχύει για συστήματα γειώσεων τύπου Α εφ όσον η αντίσταση γείωσης του κάθε ηλεκτροδίου έχει παρόμοια τιμή, και για όλα τα συστήματα γείωσης τύπου Β. 112

113 Πίνακας 28. Τιμές του συντελεστή [6] Τύπος συλλεκτηρίου συστήματος Αριθμός αγωγών καθόδου - n Διάταξη γείωσης τύπου Α Διάταξη γείωσης τύπου B Απλή ράβδος Σύρμα - Wire 2 0,66 d) 0, (Σχήμα 62) a) 4 και Πλέγμα 0,44 d) 0, ,5 περισσότεροι (Σχήμα 63) b) 4 και περισσότεροι, συνδεδεμένοι με Πλέγμα 0,44 d) 1/n... 0,5 οριζόντιους (Σχήμα 64) c) δακτυλιωτούς αγωγούς a) Οι τιμές κυμαίνονται από Κc = 0,5 όπου c << h έως Κc = 1 με h << c (δες Σχήμα 62). b) Η εξίσωση για το Kc σύμφωνα με το σχήμα 63 είναι μια προσέγγιση για κυβικές κατασκευές και για n 4. Οι τιμές των h, c s και c d θεωρούνται ότι ευρίσκονται στην κλίμακα από 5 m έως 20 m. c) Εάν οι αγωγοί καθόδου συνδέονται οριζόντια με δακτυλιωτούς αγωγούς, η κατανομή του ρεύματος είναι πιο ομογενής στα κατώτερα μέρη του συστήματος των αγωγών καθόδου και ο συντελεστής Kc μειώνεται περαιτέρω. Αυτό ειδικά ισχύει για όλες τις κατασκευές. d) Οι τιμές αυτές ισχύουν για απλά (μονά) ηλεκτρόδια με συγκρίσιμες αντιστάσεις γείωσης. Εάν οι αντιστάσεις των απλών ηλεκτροδίων γείωσης είναι καθαρά διαφορετικές τότε Kc=1 ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Διαφορετικές τιμές του Kc μπορεί να χρησιμοποιηθούν εάν γίνουν λεπτομερείς υπολογισμοί 113

114 Σημείωση: Σχήμα 62. Τιμές του συντελεστή στην περίπτωση ενός συστήματος συλλεκτηρίου συστήματος τεταμένου σύρματος και ενός συστήματος γείωσης τύπου Β [6] Όπου: n : Συνολικός αριθμός αγωγών καθόδου c : Απόσταση ενός αγωγού καθόδου από τον επόμενο αγωγό h : Απόσταση καθ ύψος μεταξύ των δακτυλίων διασύνδεσης των αγωγών ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Για ένα λεπτομερή υπολογισμό των τιμών του συντελεστή δες σχήμα 63. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Εάν υπάρχουν εσωτερικοί αγωγοί καθόδου, θα πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν στον υπολογισμό του Σχήμα 63. Τιμές του συντελεστή στην περίπτωση ενός συλλεκτηρίου συστήματος τύπου πλέγματος και ενός συστήματος γείωσης τύπου Β [6] 114

115 Σχήμα 64. Παραδείγματα υπολογισμού απόστασης διαχωρισμού στην περίπτωση ενός συλλεκτηρίου συστήματος τύπου πλέγματος, ενός δακτυλίου διασύνδεσης των αγωγών καθόδου σε κάθε επίπεδο και ενός συστήματος γείωσης τύπου Β [6] Επίσης είναι χρήσιμο να λύσουμε την εξίσωση ως προς καθορίζοντας το μέγιστο μήκος για δοθείσα απόσταση διαχωρισμού Οι απαιτήσεις ισοδυναμικών συνδέσεων λόγω αποστάσεων διαχωρισμού ισχύουν για όλα τα αγώγιμα τμήματα που είναι συνδεδεμένα στην ισοδυναμική σύνδεση της κατασκευής. Η απόσταση μετρείται από το θεωρούμενο σημείο, κατά μήκος του αγωγού καθόδου, έως το σημείο ισοδυναμικής σύνδεσης. Η απόσταση είναι 115

116 το μήκος του αγωγού καθόδου μόνο. Το μήκος της διαδρομής του αγωγού/μεταλλικού στοιχείου στην κατασκευή δεν λαμβάνεται υπ όψιν. Για κατασκευές που χρησιμοποιούν φυσικούς αγωγούς καθόδου, όπως οπλισμό οπλισμένου σκυροδέματος, οι απαιτήσεις της απόστασης διαχωρισμού μπορούν να αγνοηθούν λόγω του μεγάλου αριθμού των παραλλήλων διαδρομών (φυσικά το ίδιο ισχύει και για το κέλυφος της δεξαμενής όπου δεν έχουμε απλώς πολλαπλές παράλληλες διαδρομές αλλά άπειρες δηλαδή συνεχές μεταλλικό περίβλημα). Οι απαιτήσεις των αποστάσεων διαχωρισμού ισχύουν για το συλλεκτήριο σύστημα και τον εξωτερικό αγωγό καθόδου που συνδέεται στον φυσικό αγωγό καθόδου. Το σημείο σύνδεσης είναι το σημείο αναφοράς για μέτρηση του μήκους. Σημειώνεται πλην των ανωτέρω ότι το τμήμα E του IEC δίνει περαιτέρω παραδείγματα υπολογισμού του. Σε ένα απομονωμένο ΣΑΠ το σύστημα σχεδιάζεται να διατηρεί την απόσταση διαχωρισμού για όλα τα απαιτούμενα στοιχεία, όμως ισοδυναμική σύνδεση γίνεται μόνο στο επίπεδο του εδάφους. 1) Με αναφορά στο σχήμα 61 (a), και υποθέτοντας ότι οι ιστοί στήριξης των τεταμένων συρμάτων (αγωγών) δεν είναι αγώγιμοι και ότι το συνολικό μήκος του αγωγού από τον πυθμένα του τεταμένου σύρματος στην κορυφή του ιστού και έως κάτω στο έδαφος είναι 25 m τότε η απόσταση διαχωρισμού από την κορυφή της οροφής στο πυθμένα του τεταμένου σύρματος πρέπει να είναι μεγαλύτερη από: ( ) (Λαμβάνοντας την χειρότερη περίπτωση για τον κλάσης II) και υποθέτοντας ΣΑΠ 2) Με αναφορά στο σχήμα 61 (c), και υποθέτοντας ότι το εσωτερικό μεταλλικό στοιχείο είναι γειωμένο στα θεμέλια της κατασκευής (του κτιρίου), μαζί με τον αγωγό καθόδου, και ότι το στοιχείο είναι 5 m πάνω από το επίπεδο θεμελείωσης, τότε το πάχος του τοίχου από μπετό ή τούβλα, πρέπει να είναι μεγαλύτερο από: ( ) (Λαμβάνοντας την καλύτερη περίπτωση για τον τέσσερις αγωγούς καθόδου και ΣΑΠ κλάσης I) [ ] και υποθέτοντας Σχήμα 65. Παραδείγματα υπολογισμών αποστάσεων διαχωρισμού [5] Α Γειώσεις [6], [5] Η αξιόπιστη λειτουργία του συνολικού ΣΑΠ εξαρτάται από ένα αποτελεσματικό σύστημα γείωσης. 116

117 Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στα: Παροχή ενός δικτύου χαμηλής σύνθετης αντίστασης για την διάχυση του ταχέως ανυψωμένου κεραυνικού παλμού Ελαχιστοποίηση των κινδύνων από τάσεις επαφής και βηματικές Μακροχρόνια λειτουργία του συστήματος (π.χ. με χρήση υλικών και συνδέσμων ποιότητας, πρόγραμμα επιθεώρησης και συντήρησης, κ.λπ.) Ενώ το σύστημα γείωσης του ΣΑΠ κανονικά εγκαθίσταται και ελέγχεται σαν ένα ανεξάρτητο αφιερωμένο (στο ΣΑΠ) σύστημα, στους περισσότερους κώδικες απαιτείται η διασύνδεση του συστήματος γείωσης του ΣΑΠ με άλλα συστήματα γείωσης (όπως το σύστημα γείωσης της δεξαμενής με αυτά των άλλων δεξαμενών του tankfarm καθώς και με το γενικό σύστημα γειώσεως του διυλιστηρίου). Απομόνωση από συστήματα γείωσης τηλεπικοινωνιών, ισχύος και άλλων συστημάτων γείωσης δεν συνιστώνται. Πάντοτε πρέπει να ακολουθούμε τις απαιτήσεις των τοπικών κωδίκων και προτύπων. Α Απαιτήσεις αντίστασης γείωσης [5], [6], [4], [7] Η γενική απαίτηση είναι ότι το σύστημα γείωσης του ΣΑΠ πρέπει να έχει αντίσταση μικρότερη ή ίση των 10 Ω (ohms) (μετρούμενη με χαμηλή συχνότητα και μάλιστα διαφορετική από αυτή του συστήματος ισχύος και πολλαπλασίων της συχνότητας αυτού). Παρ όλα αυτά μεταξύ των διαφόρων προτύπων υπάρχουν διαφορές (π.χ. 15 ~ 20 Ω στο ΦΕΚ 846 και 10Ω στα ΕΛΟΤ 1197 και NFPA 780). Α Συστήματα γείωσης [6], [5] Διακρίνουμε δύο βασικά συστήματα γείωσης ως προς τις μεθόδους σχεδιασμού τα οποία φαίνονται και στο παρακάτω σχήμα 66. Σχήμα 66. Συστήματα γείωσης τύπου Α και τύπου Β [5] Οι μέθοδοι αυτές είναι: 117

118 Τύπος Α: Κατακόρυφα ή και οριζόντια ηλεκτρόδια τοποθετημένα εκτός της περιμέτρου της κατασκευής Τύπος Β: Ηλεκτρόδιο δακτυλίου τοποθετημένο εκτός της περιμέτρου της κατασκευής (σε ισοκατανομή - σε πλήρη συμμετρία), ή φυσικά ηλεκτρόδια γείωσης εντός της περιμέτρου της κατασκευής (π.χ. οπλισμός θεμελείωσης) Γι αυτές τις μεθόδους πρέπει να είναι γνωστή η ειδική αντίσταση του εδάφους της περιοχής. Εν τούτοις οι μέθοδοι αυτές έχουν το πλεονέκτημα ότι εάν καλύπτονται οι απαιτήσεις του συνολικού μήκους του ηλεκτροδίου, τότε η γείωση είναι σύμφωνη με τις ελάχιστες απαιτήσεις - ακόμη και εάν η μετρούμενη αντίσταση δεν είναι μικρότερη 10 Ω (ohms). Επί πλέον, κατά τη διάρκεια της τοποθέτησης του συστήματος γείωσης σύμφωνα με αυτές τις μεθόδους, εάν η μετρούμενη αντίσταση όλου του συστήματος είναι μικρότερη από 10 Ω, τότε δεν απαιτείται να τοποθετηθούν τα υπόλοιπα (πρόσθετα) υλικά (Για τον τύπο Α η γείωση πρέπει να είναι συμμετρική και πλήρης για όλους τους αγωγούς καθόδου, για τον τύπο Β η τοποθέτηση πρέπει να γίνεται με πλήρη ισοκατανομή. Ο τύπος Β συνιστάται σε εκτεθειμένους βράχους και σε κατασκευές με εκτεταμένα ηλεκτρονικά συστήματα ή με μεγάλο κίνδυνο φωτιάς. Ο τύπος Β είναι προτιμητέος από την άποψη της προσφοράς ισοδυναμικής διασύνδεσης μεταξύ των αγωγών καθόδου (υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει ισοδυναμικός δακτύλιος στο επίπεδο του εδάφους) και διασφαλίζοντας καλύτερο έλεγχο δυναμικού πλησίον των αγωγίμων τοίχων της κατασκευής. Για κατασκευές με μη αγώγιμους τοίχους (τούβλα, ξύλο, κ.λπ.) και χωρίς διασύνδεση με τον οπλισμό της θεμελείωσης, συνιστάται οπωσδήποτε σύστημα γείωσης τύπου Β ή ισοδυναμικός δακτύλιος διασύνδεσης. Σημειώνεται ότι ο όρος «ηλεκτρόδιο» εφαρμόζεται σε οριζόντιους ή κατακόρυφους αγωγούς, ράβδους, πλάκες, φυσικά στοιχεία και συνδυασμούς αυτών. Μία ράβδος γειώσεως είναι απλώς ένας τύπος ηλεκτροδίου. Πολλαπλές παράλληλοι διασυνδεδεμένοι ράβδοι γειώσεως αποτελούν επίσης ένα ηλεκτρόδιο. Γενικές απαιτήσεις: Το σύστημα γείωσης (και οι αγωγοί καθόδου) θα πρέπει να τοποθετούνται μακριά από εισόδους και εξόδους της κατασκευής και μέρη που μπορεί να συγκεντρωθούν άνθρωποι. Εάν το σύστημα γείωσης ευρίσκεται σε τοποθεσίες προσβάσιμες σε ανθρώπους, τότε πρέπει να λαμβάνονται μέτρα για ελαχιστοποίηση των κινδύνων από βηματικές τάσεις. Το σύστημα γείωσης θα πρέπει να τοποθετείται μακριά από άλλες μεταλλικές κατασκευές (π.χ. σωληνώσεις και υπηρεσίες) 118

119 Τα σημεία ελέγχου και μετρήσεων θα πρέπει να τοποθετούνται μεταξύ των τοπικών ηλεκτροδίων και αγωγών καθόδου για να είναι δυνατή η απομόνωση και η μέτρηση των τμημάτων του συστήματος κατά τη διάρκεια μελλοντικών επιθεωρήσεων και ελέγχων. Άλλες μέθοδοι γείωσης: Το πρότυπο επιτρέπει άλλες μεθόδους γείωσης εφ όσον διασφαλίζουν αντίσταση του συστήματος γείωσης μικρότερη από 10 Ω. Επιτρέπει δηλαδή πιο προηγμένες μεθόδους με χρήση προγραμμάτων ηλεκτρονικού υπολογιστή και χρήση μοντελοποίησης για βελτιστοποίηση του συστήματος γείωσης. Εν τούτοις χωρίς εξειδικευμένη γνώση και εργαλεία μελέτης και σχεδιασμού, δεν συνιστάται η απόκλιση από τις συνιστώμενες μεθόδους. 119

120 Α Τύπος Α - κατακόρυφα και οριζόντια ηλεκτρόδια [6], [5] Τα χρησιμοποιούμενα ηλεκτρόδια είναι κατακόρυφα και οριζόντια. Πρέπει να τοποθετούνται ηλεκτρόδια στη βάση καθενός από τους αγωγούς καθόδου. Ο ελάχιστος αριθμός των ηλεκτροδίων που θα χρησιμοποιηθούν είναι δύο. είναι: Το ελάχιστο ολικό μήκος του ηλεκτροδίου για κάθε αγωγό καθόδου : για οριζόντια ηλεκτρόδια : για κατακόρυφα (ή κεκλιμένα) ηλεκτρόδια Όπου: : λαμβάνεται από το σχήμα 69 Σημειώνεται ότι: Για συνδυασμούς λαμβάνεται υπ όψιν το συνολικό συνδυασμένο μήκος Εάν μετρείται αντίσταση μικρότερη των 10 Ω (όχι στη συχνότητα του συστήματος ισχύος ούτε σε πολλαπλάσια αυτής), τότε αυτές οι ελάχιστες απαιτήσεις δεν είναι απαραίτητο να τηρηθούν Οι κορυφές των καθέτων ηλεκτροδίων πρέπει να θάβονται τουλάχιστον κατά 0,5 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Η απαίτηση αυτή υπάρχει για μείωση του κινδύνου από επικίνδυνες βηματικές τάσεις. Η χρήση μονωμένων φρεατίων επιθεώρησης θεωρείται επίσης ικανοποιητική. Πάγος και παγωμένο έδαφος μειώνουν την αποτελεσματικότητα οποιουδήποτε ηλεκτροδίου και η παρουσία ηλεκτροδίου σε έδαφος το οποίο μπορεί να παγώσει δεν θα πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν. Σ αυτή την περίπτωση το μήκος κάθε ηλεκτροδίου στην κορυφή του 1,0 m από την επιφάνεια του εδάφους δεν θα πρέπει να θεωρείται ότι συνεισφέρει στις απαιτήσεις του συνολικού μήκους Τα κατακόρυφα ηλεκτρόδια πρέπει να προτιμώνται των οριζοντίων Τα ηλεκτρόδια γείωσης επιτρέπεται να τοποθετηθούν εντός της κατασκευής, όπως δια μέσου της βάσης. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο σε θέσεις όπου η διαθέσιμη εξωτερική επιφάνεια είναι περιορισμένη. 120

121 Σχήμα 67. Ελάχιστο μήκος ηλεκτροδίων και Β [5] για συστήματα γείωσης τύπου Α Παράδειγμα: Ένα ΣΑΠ κλάσης Ι έχει εγκατασταθεί με έξι αγωγούς καθόδου σε έδαφος με ειδική αντίσταση εδάφους ρ = Ω.m (ohm.m). Από το σχήμα 67 φαίνεται ότι καλυφθούν με:. Οι απαιτήσεις μπορούν να 6 x 50 m οριζόντια ηλεκτρόδια, ή 6 x 25 m κατακόρυφα ηλεκτρόδια Παρακάτω δίνονται λεπτομέρειες για δύο εναλλακτικά σενάρια για κάθε αγωγό καθόδου χρησιμοποιώντας ράβδους μήκους 1,2 m: 1. Χρήση ενός και μόνου καθέτου ηλεκτροδίου Θα απαιτηθεί η τοποθέτηση 25 m ηλεκτροδίου (25,5 m για περιοχές που επηρεάζονται από παγωμένο χώμα), με θάψιμο της κορυφής του ηλεκτροδίου τουλάχιστον κατά 0,5 m. (Απαιτούνται συνολικά 21 ράβδοι x 1,2 m/ράβδο, 20 σύνδεσμοι και ένας σφιγκτήρας ράβδου). Η τοποθέτηση ενός και μόνου ηλεκτροδίου μπορεί να είναι δύσκολη στην εγκατάσταση και στα περισσότερα εδάφη απαιτεί εξειδικευμένα μηχανήματα. Πιο πρακτικό είναι η τοποθέτηση πολλών παραλλήλων βραχύτερων ράβδων. 121

122 2. Χρήση πολλαπλών κατακόρυφων ηλεκτροδίων: Για περιοχές που δεν επηρεάζονται από παγωμένο χώμα η λύση μπορεί να δοθεί με 11 παράλληλα ηλεκτρόδια όπου κάθε ηλεκτρόδιο θα αποτελείται από δύο συνδεδεμένους ράβδους (2 x 1,2 m. Για βέλτιστη απόδοση τα ηλεκτρόδια αυτά πρέπει να τοποθετηθούν σε αποστάσεις ίσες με μία έως δύο φορές το μήκος τους, δηλαδή σε αποστάσεις από 2,4 έως 4,8 m. (Απαιτούνται συνολικά 22 ράβδοι x 1,2 m/ράβδο, 11 σύνδεσμοι, 11 σφιγκτήρες ράβδου και 24 έως 48 m αγωγού). Για να απλοποιήσουμε τους ανωτέρω υπολογισμούς ο αγωγός που συνδέει τις παραπάνω ράβδους δεν ελήφθη υπ όψιν ότι συνεισφέρει στη γείωση. Υποθέτοντας ότι τα κατακόρυφα ηλεκτρόδια τοποθετήθηκαν σε αποστάσεις 2,4 m (ελάχιστη απόσταση), τότε η παρουσία του οριζοντίου αγωγού έχει το ίδιο αποτέλεσμα σαν να προσθέταμε 1,2 m σε κάθε κατακόρυφο ηλεκτρόδιο (3 Χ 1,2 m = 3,6 m). Οπότε ο αριθμός των απαιτουμένων ηλεκτροδίων πέφτει στα οκτώ (16 x 1,2 m = 19,2 m, 8 x 1,2 m = 9,6 m, 19,2 + 9,6 = 28,8 m) (Απαιτούνται συνολικά 16 ράβδοι x 1,2 m/ράβδο = 19,2 m, 8 σύνδεσμοι, 11 σφιγκτήρες ράβδου και 17 m αγωγού). Για περιοχές με κίνδυνο παγώματος του χώματος καθ όσον τα πρώτα 0,5 m του κάθε ηλεκτροδίου θεωρείται ότι δεν συνεισφέρουν στην αποτελεσματικότητα είναι πιο οικονομικό να χρησιμοποιούμε λιγότερες παράλληλες ράβδους. Επίσης καθώς οι οριζόντιες διασυνδέσεις μεταξύ των ράβδων είναι απίθανο να ευρίσκονται κάτω από το επιπρόσθετο βάθος των 0,5 m, η συνεισφορά των δεν πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν στους υπολογισμούς. Εάν χρησιμοποιούμε παράλληλα ηλεκτρόδια 2,4 m, μόνο τα κατώτερα 1,9 m θα είναι λειτουργικά, απαιτώντας 14 ηλεκτρόδια. Ένας καταλληλότερος σχηματισμός μπορεί να είναι 6 Χ 4,8 ηλεκτρόδια (Απαιτούνται συνολικά 24 ράβδοι x 1,2 m/ράβδο = 28,8 m, 18 σύνδεσμοι, 6 σφιγκτήρες ράβδου και 24 έως 48 m αγωγού). Ο σχεδιασμός πρέπει προσπαθεί να επιτύχει την αποτελεσματικότερη ισορροπία μεταξύ του κόστους εγκατάστασης και του κόστους των υλικών. 122

123 Σχήμα 68. Παραδείγματα κατακορύφων διατάξεων ηλεκτροδίων [5] Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να λαμβάνεται με τα οριζόντια ηλεκτρόδια, καθ όσον οι μεγάλες διαδρομές δεν είναι τόσο αποτελεσματικές όσο ένας μικρότερος αριθμός μικροτέρου μήκους (σχηματισμοί «ποδιού κορακιού» - crows foot arrangements). Το μήκος ενός οριζοντίου ηλεκτροδίου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 30 m. Εκτός των ισοδυναμικών δακτυλίων, η κύρια χρήση 123

124 των οριζοντίων διαδρομών θα πρέπει να είναι για τον διαχωρισμό των πολλαπλών κατακορύφων ηλεκτροδίων. Σχήμα 69. Σχηματισμοί «ποδιού κορακιού» (Crows foot arrangement) [5] Α Τύπος Β - ηλεκτρόδιο δακτυλίου [6], [5] Για τον τύπο Β χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο δακτυλίου γύρω από την περίμετρο της κατασκευής, ή φυσικά στοιχεία εντός των θεμελίων. Ένας αγωγός δακτυλίου θα πρέπει: Να έχει μια μέση ακτίνα που λαμβάνεται από το σχήμα 67 Να θάβεται σε βάθος τουλάχιστον 0,5 m (πρακτικά, το μήκος οποιουδήποτε ηλεκτροδίου σε μικρότερο βάθος από 0,5 m δεν θα πρέπει να θεωρείται ότι συνεισφέρει στις απαιτήσεις του συνολικού μήκους, σε περιοχές δε με μόνιμο πάγο το βάθος αυτό ανέρχεται στο 1,0 m ή και βαθύτερα) Να τοποθετείται σε απόσταση περίπου 1,0 m από τους τοίχους της κατασκευής Να είναι ένας κλειστός δακτύλιος ο οποίος να περικλείει την κατασκευή Να ευρίσκεται σε επαφή με το χώμα για τουλάχιστον 80% του μήκους του Σημειώνεται ότι η απαίτηση του βάθους ενταφιασμού ενώ βοηθάει στη σύζευξη του ηλεκτροδίου με το έδαφος μειώνει επί πλέον και τον κίνδυνο από βηματικές τάσεις. Για περιοχές όπου συμβαίνει πάγωμα του εδάφους θα πρέπει να πηγαίνουμε σε μεγαλύτερα βάθη. Ενώ αναφέρθηκε ότι μία απαίτηση είναι να είναι ένας κλειστός δακτύλιος που περικλείει την κατασκευή, επιτρέπεται η χρήση αγωγών στην κατασκευή όπως θεμελιακή γείωση ή μόνιμα συνδεδεμένα αγώγιμα μεταλλικά στοιχεία όπως σωληνώσεις και ηλεκτρολογικοί σωλήνες ή ηλεκτρολογικά 124

125 κανάλια σαν τμήμα του δακτυλίου. Τέτοια στοιχεία πρέπει να καλύπτουν τις απαιτήσεις - προδιαγραφές των φυσικών στοιχείων και να επιτρέπουν στον δακτύλιο να ευρίσκεται σε επαφή με το έδαφος τουλάχιστον κατά το 80% του μήκους του. Η απαίτηση του 80% ισχύει και για περιπτώσεις όπου ο αγωγός του δακτυλίου είναι ενσωματωμένος στο μπετό θεμελείωσης σαν τμήμα κοντινών κατασκευών, όπως τοίχων αντιστήριξης, κ.λπ. Όπου η απόσταση απαιτεί η τοποθέτηση του δακτυλίου να γίνει σε απόσταση 1 m από την κατασκευή, τότε συνιστάται ο δακτύλιος να τοποθετείται σε απόσταση 1 m και τα επιπρόσθετα συμπληρωματικά οριζόντια ή κάθετα ηλεκτρόδια να προστίθενται σύμφωνα με τις παρακάτω απαιτήσεις. Τουλάχιστον δύο ισαπέχοντα συμπληρωματικά ηλεκτρόδια πρέπει να τοποθετούνται και ιδεατά να συνδέονται σε κάθε σημείο όπου οι αγωγοί καθόδου συνδέονται στο ηλεκτρόδιο δακτυλίου. Επιπρόσθετο μήκος οριζοντίου ηλεκτροδίου σε κάθε αγωγό καθόδου Επιπρόσθετο μήκος κατακορύφου ηλεκτροδίου σε κάθε αγωγό καθόδου Βάσει των ανωτέρω απαιτήσεων, εάν η περίμετρος της κατασκευής είναι μεγαλύτερη από 9 Χ 9 m και η ειδική αντίσταση του εδάφους είναι μικρότερη από 500 Ω.m (ohm.m), τότε το μήκος ενός δακτυλίου τοποθετημένου σε απόσταση 1 m από την κατασκευή θα υπερβαίνει τις απαιτήσεις. Εάν η περίμετρος της κατασκευής είναι μικρότερη από 9 Χ 9 m ή η ειδική αντίσταση του εδάφους είναι μεγαλύτερη από 500 Ω.m (ohm.m), τότε μπορεί να απαιτούνται επιπρόσθετα ηλεκτρόδια εκτός από τον δακτύλιο τοποθετημένο σε απόσταση 1 m. Σχήμα 70. Σύστημα γείωσης τύπου Β με επιπρόσθετα στοιχεία [5] 125

126 Παράδειγμα: Ένα ΣΑΠ κλάσης Ι εγκαθίσταται σε έδαφος ειδικής αντίστασης Ω.m (ohm.m) με έξι αγωγούς καθόδου. Η περίμετρος της κατασκευής είναι 60 (20 X 10 m). Από το σχήμα 67 φαίνεται ότι όπου είναι το ελάχιστο μήκος ηλεκτροδίου. Επειδή όμως και θεωρώντας πρέπει να έχουμε Τοποθετώντας ένα ηλεκτρόδιο δακτυλίου σε απόσταση 1 m από την περίμετρο της κατασκευής απαιτείται ένας αγωγός 68 m και ο δακτύλιος θα περικλείει μία επιφάνεια 264 m 2 (22 m X 12 m). Η ισοδύναμη ακτίνα αυτού του δακτυλίου θα είναι Επομένως εκτός του δακτυλίου θα χρειασθούμε επιπρόσθετα ηλεκτρόδια στη βάση κάθε αγωγού καθόδου. Δηλαδή είτε: για οριζόντια ακτινικά ή [ ] για κατακόρυφα ηλεκτρόδια Α Σύγκριση διατάξεων τύπου Α και Β [6], [5] Οι ειδικές απαιτήσεις των υλικών γείωσης για μια κατασκευή επηρεάζονται από την ειδική αντίσταση του εδάφους, την μορφή της κατασκευής (περίμετρο προς επιφάνεια), την κλάση αντικεραυνικής προστασίας και την διάταξη των ηλεκτροδίων γειώσεως (τύπος Α έναντι τύπου Β και οριζόντια ηλεκτρόδια έναντι κατακορύφων). Η απόφαση για οριζόντια ή κατακόρυφα ηλεκτρόδια επηρεάζεται από την διαθεσιμότητα του χώρου, τον τύπο του εδάφους και την διαθεσιμότητα καθώς και το κόστος των σκαπτικών και οδηγών μηχανημάτων για την τοποθέτηση των ηλεκτροδίων. Εντούτοις ένας αριθμός γενικών συγκρίσεων μπορεί να γίνει μεταξύ των διαφορετικών πιθανών διατάξεων: Τα κατακόρυφα ηλεκτρόδια φαίνεται να είναι δύο φορές πιο αποτελεσματικά (αποδοτικά) από τα οριζόντια (π.χ. απαιτούν το μισό μήκος) Για συστήματα κλάσεων III και IV ένα σύστημα τύπου Α απαιτεί λιγότερα υλικά 126

127 Για συστήματα κλάσεων Ι και ΙΙ ένα σύστημα τύπου Α απαιτεί λιγότερα υλικά για εδάφη χαμηλότερης ειδικής αντίστασης και ένα σύστημα τύπου Β λιγότερα υλικά για εδάφη υψηλότερης ειδικής αντίστασης Α Έλεγχοι, μετρήσεις και συντηρήσεις [6], [5] Το ολοκληρωμένο ΣΑΠ θα πρέπει να επιθεωρείται, ελέγχεται και συντηρείται από ειδικευμένο προσωπικό σε τακτικά χρονικά διαστήματα όπως καθορίζεται στον παρακάτω πίνακα 29. Σε κατασκευές που είναι εκτεθειμένες σε σοβαρές καιρικές συνθήκες, δύσκολα περιβάλλοντα ή με συντελεστές υψηλών κινδύνων απαιτούνται συχνότερες επιθεωρήσεις και μετρήσεις. Το IEC παράρτημα F.7 δίνει προτεινόμενες διαδικασίες επιθεωρήσεων και μετρήσεων. Πίνακας 29. Διαστήματα μεταξύ επιθεωρήσεων και μετρήσεων ΣΑΠ μετά την εγκατάσταση [5] Επίπεδο προστασίας Οπτική επιθεώρηση [έτη] Πλήρης επιθεώρηση [έτη] Κρίσιμα συστήματα Πλήρης επιθεώρηση [έτη] I και II III και IV Α Ειδικές απαιτήσεις [6], [5] Οι ειδικές απαιτήσεις για ισοδυναμικές συνδέσεις και προστασία υψηλών κατασκευών δίνονται συνοπτικά στον πίνακα 30. Σε κατασκευές υψηλότερες των 30 m, πρέπει να τοποθετούνται πρόσθετες ισοδυναμικές συνδέσεις κατ αρχήν σε ύψος 20 m και κατόπιν κάθε 20 m επί πλέον ύψους. Τα υπό τάση κυκλώματα θα πρέπει να διασυνδέονται μέσω SPDs. Σε κατασκευές υψηλότερες των 60 m, ο κίνδυνος πληγμάτων στις πλευρές αυτών αυξάνει. Για προστασία αυτών απαιτείται εγκατάσταση συστημάτων συλλογής σύμφωνα με κεφάλαιο Α και Σχήμα 27 a, b, c. Πίνακας 30. Απαιτήσεις για υψηλές κατασκευές [5], [6] Ύψος κατασκευής Απαιτήσεις [m] Πρόσθετες ισοδυναμικές συνδέσεις στα 20 m και κάθε 20 m. >30 Κυκλώματα υπό τάση διασυνδέονται μέσω SPDs Προστασία έναντι πλευρικού πλήγματος στο 20% του ύψους >60 από την κορυφή της κατασκευής και κάτω ( από το 80% του ύψους και πάνω) >120 Προστασία όλων των μερών πάνω από τα 120 m Α.5.6 Εσωτερικό ΣΑΠ - LPMS [14], [4] 127

128 Α Γενικά: Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός κατασκευών [14], [4], [5] Ο κεραυνός σαν πηγή βλάβης είναι ένα υψηλής ενέργειας φαινόμενο ελευθερώνοντας εκατοντάδες MJ ενέργειας. Καθ όσον δε λίγα mj ενέργειας είναι αρκετά για να βλάψουν ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό σε ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα είναι φανερό ότι απαιτούνται πρόσθετα μέτρα για την προστασία αυτού του εξοπλισμού. Η ανάγκη για το πρότυπο IEC , που κυρίως ασχολείται με το θέμα αυτό, προήλθε από το αυξανόμενο κόστος της αστοχίας των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων που προκαλούνται από τα ηλεκτρομαγνητικά αποτελέσματα του κεραυνού. Ιδιαίτερης σπουδαιότητας είναι τα συστήματα που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία και αποθήκευση δεδομένων καθώς επίσης στο κέντρο ελέγχου διεργασιών και ασφάλειας εργοστασίων σημαντικού κόστους κεφαλαίου, μεγέθους και πολυπλοκότητας για τα οποία τα σταματήματα είναι μη αποδεκτά λόγω κόστους και ασφάλειας (όπως το διυλιστήριο). Το τμήμα 4 του IEC δίνει πληροφορίες για τα μέτρα προστασίας που μειώνουν τον κίνδυνο μόνιμης βλάβης των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων εντός της κατασκευής που προκαλούνται από το LEMP μέσω: 1. Αμέσων ή επαγομένων μεταβατικών φαινομένων που μεταφέρονται στις συσκευές μέσω των συνδεδεμένων καλωδίων. 2. Των αποτελεσμάτων των ακτινοβολουμένων μαγνητικών πεδίων απ ευθείας στις συσκευές. Τα μεταβατικά φαινόμενα στην κατασκευή μπορούν να δημιουργηθούν εξωτερικά ή εσωτερικά: 1. Εξωτερικά από πλήγματα επί των εισερχομένων γραμμών ή σε κοντινή απόσταση επί του εδάφους και τα οποία μεταφέρονται στα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα μέσω των γραμμών αυτών. 2. Εσωτερικά της κατασκευής από πλήγματα επί της κατασκευής ή σε κοντινή απόσταση επί του εδάφους Η ηλεκτρική σύζευξη μπορεί να γίνει με διαφορετικούς μηχανισμούς: Ωμική σύζευξη (π.χ. την σύνθετη αντίσταση γης του συστήματος γείωσης ή την αντίσταση της θωράκισης του καλωδίου) Σύζευξη μαγνητικού πεδίου (π.χ. προκαλούμενη από καλώδια κλειστών κυκλωμάτων των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων ή από την επαγωγή των αγωγών ισοδυναμικών διασυνδέσεων). Σύζευξη ηλεκτρικού πεδίου (π.χ. προκαλούμενη από υποδοχή ράβδου κεραίας. Σημείωση: Οι επιδράσεις της σύζευξης ηλεκτρικού πεδίου είναι γενικώς πολύ μικρές σε σχέση με αυτές του μαγνητικού πεδίου και μπορούν να αγνοηθούν Ακτινοβολούμενα μαγνητικά πεδία μπορούν να προκληθούν μέσω του: 128

129 Αμέσου κεραυνικού ρεύματος που ρέει στο κεραυνικό κανάλι Μερικού κεραυνικού ρεύματος που ρέει στο κεραυνικό κανάλι (π.χ. στους αγωγούς καθόδου ενός εξωτερικού ΣΑΠ σύμφωνα με το IEC ή σε μία εξωτερική χωρική θωράκιση σύμφωνα με το IEC ). Σκοπός Το τμήμα 4 του IEC δίνει πληροφορίες για το σχεδιασμό, την εγκατάσταση, την επιθεώρηση, την συντήρηση και τις μετρήσεις (ελέγχους testing) ενός Συστήματος Μέτρων Προστασίας έναντι LEMP για ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα εντός των κατασκευών, ικανού να μειώσει τον κίνδυνο μονίμων βλαβών λόγω κεραυνικών ηλεκτρομαγνητικών υπερτάσεων, αλλά δεν καλύπτει την προστασία έναντι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών λόγω κεραυνών που μπορεί να προκαλέσουν δυσλειτουργία ηλεκτρονικών συστημάτων. Εν τούτοις οι αναφερόμενες πληροφορίες στο παράρτημα Α μπορούν να υπολογίσουν αυτές τις παρεμβολές. Μέτρα προστασίας έναντι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών καλύπτονται από το IEC τις σειρές των προτύπων IEC Δίνει κατευθυντήριες οδηγίες για συνεργασία μεταξύ των σχεδιαστών ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων αφ ενός και μέτρων προστασίας αφ ετέρου για την επίτευξη της βέλτιστης αποτελεσματικότητας προστασίας, αλλά δεν ασχολείται με τον λεπτομερή σχεδιασμό αυτών καθεαυτών των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων. Α Σχεδιασμός και εγκατάσταση ενός συστήματος μέτρων προστασίας έναντι LEMP - LPMS [6], [14], [5] Τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά συστήματα υπόκεινται σε βλάβες από το LEMP οπότε απαιτούνται μέτρα προστασίας των εσωτερικών συστημάτων έναντι αυτού όπως ΣΑΠ, σύρματα θωράκισης, μαγνητικές θωρακίσεις, SPDs, κ.λπ.. Το εσωτερικό ΣΑΠ πρέπει να αποκλείει την δημιουργία επικινδύνου σπινθήρα μέσα στην κατασκευή που χρήζει προστασίας λόγω της ροής του ρεύµατος του κεραυνού στο εξωτερικό ΣΑΠ. Σπινθήρες μεταξύ του εξωτερικού ΣΑΠ αφ ενός και των μεταλλικών εγκαταστάσεων, ηλεκτρικών και τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων που βρίσκονται στο εσωτερικό του χώρου που χρήζει προστασίας, των εξωτερικών αγώγιµων τμημάτων και γραμμών που εισέρχονται στη κατασκευή αφ ετέρου, πρέπει να θεωρούνται επικίνδυνοι. (1) ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ : 1. Ανάπτυξη σπινθήρων στο εσωτερικό των κατασκευών µε κίνδυνο έκρηξης ή φωτιάς πρέπει να θεωρείται πάντοτε επικίνδυνη. Στην περίπτωση αυτή απαιτούνται επιπλέον μέτρα προστασίας, τα οποία είναι εκτός του σκοπού αυτού του Προτύπου. 2 - Εσωτερικό ΣΑΠ μπορεί να είναι απαραίτητο ακόμα και όταν ένα εξωτερικό ΣΑΠ δεν είναι αναγκαίο σύµφωνα µε την ανάλυση εκτίμησης κινδύνου. 129

130 3 - Η πιθανότητα δημιουργίας σπινθήρων μεταξύ ηλεκτρικών και τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων και μεταλλικών εγκαταστάσεων πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό της προστασίας ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Σε αυτή την περίπτωση απαιτούνται επιπρόσθετα προστατευτικά μέτρα πλέον μέτρα τα οποία είναι εκτός του σκοπού αυτού του κανονισμού. Επικίνδυνοι σπινθήρες πρέπει να αποφεύγονται µε την βοήθεια: Ισοδυναµικών συνδέσεων Μόνωσης μεταξύ των τμημάτων Η προστασία έναντι LEMP βασίζεται στην αρχή των ζωνών αντικεραυνικής προστασίας(lpz): Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας Z S - LPZs: [6], [14], [12] Ο χώρος που περιέχει συστήματα που πρέπει να προστατευθούν χωρίζεται σε LPZ. Οι ζώνες αυτές θεωρητικά καθορίζουν χώρους όπου η σοβαρότητα του LEMP είναι συμβατή με το επίπεδο κρουστικής αντοχής της μόνωσης των εσωτερικών συστημάτων που περικλείουν (Σχήμα 71) Διαδοχικές ζώνες χαρακτηρίζονται από σημαντικές αλλαγές ως προς την σοβαρότητα του LEMP. Τα όρια μιας LPZ καθορίζονται από τα μέτρα προστασίας που θα ληφθούν (σχήμα 72). Παρακάτω δίνονται ορισμένα σχήματα διαχωρισμού σε ζώνες αντικεραυνικής προστασίας και για να γίνουν πιο αντιληπτά δίνονται οι παρακάτω ορισμοί: Εξωτερικές ζώνες: [6], [14], [12] LPZ 0 : Ζώνη εκτεθειμένη σε πλήρες (μη εξασθενημένο) ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και όπου τα εσωτερικά συστήματα μπορούν να υφίστανται κρουστικές υπερτάσεις πλήρους ή μερικού κεραυνικού ρεύματος. Η ζώνη διαιρείται σε: LPZ 0A : Εκτεθειμένη σε άμεσα κεραυνικά πλήγματα και πλήρες ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα εσωτερικά συστήματα μπορεί να υπόκεινται σε πλήρη κρουστικά κεραυνικά ρεύματα. LPZ 0B : Προστατευμένη έναντι αμέσων κεραυνικών πληγμάτων αλλά εκτεθειμένη σε πλήρες ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα εσωτερικά συστήματα μπορεί να υπόκεινται σε μερικά κρουστικά κεραυνικά ρεύματα. Εξωτερικές ζώνες: (προστατευμένες έναντι αμέσων κεραυνικών πληγμάτων) LPZ 1 : Προστατευμένη έναντι αμέσων κεραυνικών πληγμάτων. Το κρουστικό ρεύμα είναι περιορισμένο από το διαμοιρασμό ρεύματος και από τα SPDs στο όριο. Χωρική θωράκιση μπορεί να εξασθενεί το 130

131 κεραυνικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (εξασθενημένο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο). LPZ 2,..., n : Όπως LPZ 1, το κρουστικό ρεύμα είναι περισσότερο περιορισμένο από το διαμοιρασμό ρεύματος και από τα επιπρόσθετα SPDs στο όριο. Επιπρόσθετη χωρική θωράκιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω εξασθένηση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Σχήμα 71. Γενική αρχή για το διαχωρισμό σε διαφορετικές ζώνες (LPZ) [14], [12] : Ισοδυναμική κεραυνική διασύνδεση των εισερχομένων υπηρεσιών απ ευθείας ή μέσω καταλλήλων SPD Το ανωτέρω σχήμα δείχνει ένα παράδειγμα διαχωρισμού μίας κατασκευής σε εσωτερικές ζώνες (Z S - LPZs) Όλες οι εισερχόμενες μεταλλικές υπηρεσίες στην κατασκευή διασυνδέονται ισοδυναμικά μέσω ισοδυναμικών μπαρών στο όριο της LPZ 1. Επιπλέον οι εισερχόμενες μεταλλικές υπηρεσίες στην ζώνη LPZ 2 (π.χ. στο χώρο υπολογιστών) διασυνδέονται ισοδυναμικά μέσω ισοδυναμικών μπαρών στο όριο της LPZ

132 Σχήμα 72. Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας (LPZ) καθορισμένες από ένα ΣΑΠ κατά IEC [2], [12] Υπόμνημα: 1. Κατασκευή 2. Σύστημα συλλογής 3. Σύστημα αγωγών καθόδου 4. Σύστημα γείωσης 5. Εισερχόμενες υπηρεσίες S1: Πλήγμα στην κατασκευή S2: Πλήγμα πλησίον της κατασκευής S3: Πλήγμα σε υπηρεσία συνδεδεμένη στην κατασκευή S4: Πλήγμα πλησίον υπηρεσίας συνδεδεμένης στην κατασκευή R: Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας (r) s: Απόσταση διαχωρισμού κατά επικινδύνων σπινθήρων Επίπεδο εδάφους Ισοδυναμική κεραυνική διασύνδεση μέσω SPD. Απ ευθείας πλήγμα, πλήρες κεραυνικό ρεύμα LPZ0 A Aπ ευθείας πλήγμα, πλήρες κεραυνικό ρεύμα LPZ0 B Όχι απ ευθείας πλήγμα, μερικό κεραυνικό ή επαγόμενο ρεύμα LPZ1 Όχι απ ευθείας πλήγμα, μερικό κεραυνικό ή επαγόμενο ρεύμα. Ο προστατευόμενος όγκος εντός της ζώνης LPZ1 πρέπει να λαμβάνει υπ όψιν την απόσταση διαχωρισμού s 132

133 Σχήμα 73. Ζώνες αντικεραυνικής προστασίας (LPZ) καθορισμένες από μέτρα προστασίας έναντι LEMP κατά IEC [2], [12] Υπόμνημα: 1. Κατασκευή (Θωράκιση της ζώνης LPZ 1) 2. Σύστημα συλλογής 3. Σύστημα αγωγών καθόδου 4. Σύστημα γείωσης 5. Χώρος (Θωράκιση της ζώνης LPZ 2) 6. Υπηρεσίες συνδεδεμένες στην κατασκευή S 1 : Πλήγμα στην κατασκευή S 2 : Πλήγμα πλησίον της κατασκευής S 3 : Πλήγμα σε υπηρεσία συνδεδεμένη στην κατασκευή S 4 : Πλήγμα πλησίον υπηρεσίας συνδεδεμένης στην κατασκευή R: Ακτίνα κυλιόμενης σφαίρας (r) d s : Απόσταση διαχωρισμού έναντι πολύ υψηλού μαγνητικού πεδίου Επίπεδο εδάφους Ισοδυναμική κεραυνική διασύνδεση μέσω SPD. Πλήρες μαγνητικό πεδίο LPZ0 A Απ ευθείας πλήγμα, πλήρες κεραυνικό ρεύμα LPZ0 B Όχι απ ευθείας πλήγμα, μερικό κεραυνικό ή επαγόμενο ρεύμα, πλήρες μαγνητικό πεδίο LPZ1 Όχι απ ευθείας πλήγμα, περιορισμένο κεραυνικό ή επαγόμενο ρεύμα. Εξασθενισμένο μαγνητικό πεδίο. Οι προστατευόμενοι όγκοι εντός των ζωνών LPZ 1 και LPZ 2 πρέπει να λαμβάνει υπ όψιν την απόσταση διαχωρισμού d s. 133

134 Α Συνδέσεις εξίσωσης δυναµικών - ΙΣ [6], [14], [4] Α Ισοδυναµική σύνδεση για μεταλλικές εγκαταστάσεις [6], [14], [4] Ισοδυναµική σύνδεση πρέπει να γίνεται στις ακόλουθες θέσεις: 1. Στο υπόγειο ή περίπου στη στάθµη του εδάφους. Οι συνδετήριοι αγωγοί πρέπει να συνδέονται σε ένα ζυγό εξίσωσης δυναµικών εύκολα επισκέψιμο. Ο ζυγός αυτός πρέπει να συνδέεται στο σύστηµα γείωσης. Σε μεγάλες κατασκευές μπορούν να εγκατασταθούν περισσότεροι ζυγοί υπό την προϋπόθεση ότι διασυνδέονται. 2. Όπου δεν ικανοποιούνται οι απαιτήσεις μόνωσης στις περιπτώσεις: Κατασκευής οπλισμένου σκυροδέματος µε ενδοσυνδεδεμένο οπλισµό, Κατασκευής µε μεταλλικό σκελετό Κατασκευής που προσφέρει ισοδύναµη προστασία Αποµονωµένου εξωτερικού ΣΑΠ η ισοδύναµη σύνδεση πρέπει να γίνεται μόνον στη στάθµη του εδάφους ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Ισοδυναµικές συνδέσεις στα σηµεία σύνδεσης των περιµετρικών δακτυλίων µε τους αγωγούς καθόδου εξασφαλίζουν αποτελεσματικότερη προστασία. Αν παραβάλλονται μονωτικά τµήµατα στους αγωγούς αερίου και νερού μέσα στην κατασκευή που χρήζει προστασίας, αυτά πρέπει να γεφυρώνονται µε περιοριστές κρουστικής υπέρτασης (SPD) καταλλήλους για τις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας. Α Ισοδυναµικές συνδέσεις για εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα [6], [14], [4] Για εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα, η ισοδυναµική σύνδεση γίνεται στο σηµείο εισόδου στην κατασκευή που χρήζει προστασίας ή όσο το δυνατόν πιο κοντά σ αυτό. Οι αγωγοί σύνδεσης πρέπει να αντέχουν τµήµα του ρεύµατος του κεραυνού που ρέει διαµέσου αυτών, το οποίο υπολογίζεται σύµφωνα µε το κεφάλαιο Α Α Ισοδυναµικές συνδέσεις για ηλεκτρικές και τηλεπικοινωνιακές εγκαταστάσεις στο εσωτερικό της κατασκευής που χρήζει προστασίας [6], [14], [4] Ισοδυναµικές συνδέσεις πρέπει να γίνονται στα σηµεία που υποδεικνύονται στο κεφάλαιο Α παράγραφοι 1 και

135 Εάν τα καλώδια του ηλεκτρικού ή των τηλεπικοινωνιών φέρουν μεταλλική θωράκιση (όπως στην δεξαμενή) ή είναι τοποθετημένα μέσα σε μεταλλικούς σωλήνες εξασφαλίζεται ισοδυναµική σύνδεση, µε την γεφύρωση των θωρακίσεων ή των μεταλλικών σωλήνων. Εάν τα καλώδια του ηλεκτρικού και των τηλεπικοινωνιών δεν είναι θωρακισμένα ούτε τοποθετημένα μέσα σε μεταλλικό περίβληµα, πρέπει να συνδεθούν µέσω περιοριστών υπέρτασης. Σε συστήµατα σύνδεσης των γειώσεων ΤΝ, ο αγωγός προστασίας (PΕ) ή ο ουδέτερος αγωγός προστασίας (ΡΕΝ) μπορούν να συνδέονται απ ευθείας στο ΣΑΠ. ΣHΜΕΙΩΣΗ - Για προστασία των ηλεκτρικών και τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων από υπερτάσεις κεραυνών απαιτούνται πρόσθετα μέτρα προστασίας τα οποία είναι εκτός του πεδίου εφαρμογής αυτού του Προτύπου. Α Προστασία με SPDs [5], [14] Α Τι είναι ο περιοριστής κρουστικών υπερτάσεων [5] Ο περιοριστής κρουστικών υπερτάσεων (SPD) είναι ο όρος κατά το IEC που δίνεται σε μία συσκευή προορισμένη να περιορίζει τις μεταβατικές τάσεις (transient voltages) και να εκτρέπει τα κρουστικά ρεύματα (divert surge current). Α Τι είναι μεταβατικές τάσεις [5] Μεταβατική τάση είναι μία ταχεία άνοδος της τάσης λόγω της σύνθετης αντίστασης του αγωγού που προκαλείται από το κεραυνικό ρεύμα λόγω πλήγματος στην κατασκευή ή την υπηρεσία. Η τάση αυτή μπορεί να υπερβεί την ονομαστική τάση της μόνωσης της γραμμής υπηρεσίας με αποτέλεσμα μια υπερπήδηση (flashover) ή και να υπερβεί την κρουστική τάση αντοχής της μόνωσης του συνδεδεμένου εξοπλισμού προξενώντας εκτεταμένες βλάβες στον εξοπλισμό. Α Γενική διαδικασία επιλογής και εγκατάστασης SPDs [14], [5] H επιλογή και εγκατάσταση των SPDs πρέπει να λαμβάνει υπ όψιν τους κυρίους ρόλους ενός SPD: 1. Να προσφέρει ισοδυναμική διασύνδεση στις υπηρεσίες μειώνοντας τον κίνδυνο υπερπηδήσεων (flashover) στις γραμμές υπηρεσιών ή μεταξύ αυτών όταν ρεύμα από το ΣΑΠ ρέει προς τη γη και ένα τμήμα του ρεύματος αυτού μπορεί να ρέει εκτός της γραμμής υπηρεσίας σε απομακρυσμένα σημεία γείωσης. 2. Να μειώνει τη μεταβατική ενέργεια που εισέρχεται στην κατασκευή από άμεσο ή έμμεσο πλήγμα στην υπηρεσία. 3. Να προστατεύει εσωτερικό ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Εάν απαιτείται προστασία κρουστικών φαινομένων τότε: 135

136 1. Πρώτον καθορίζονται οι απαιτήσεις των SPDs των εισερχομένων γραμμών υπηρεσιών: Καθορισμός των συνολικών ονομαστικών κρουστικών τιμών των SPDs για τις εισερχόμενες υπηρεσίες. Καθορισμός του τύπου του συστήματος διανομής ισχύος για να επιλεγούν ο αριθμός και η ονομαστική τιμή (Uc) των απαιτουμένων SPDs Καθορισμός των ονομαστικών ρευμάτων κάθε SPD Καθορισμός απαιτήσεων εφεδρικής προστασίας υπερέντασης (ασφάλεια) 2. Κατόπιν αξιολογείται η απόδοση της εγκατάστασης των SPDs της εισόδου της γραμμής υπηρεσίας για να καθορισθεί εάν απαιτείται δευτερεύουσα επιλογική προστασία: Καθορισμός αριθμού δευτερευόντων SPDs, θέσεως/ων, κρουστικών ονομαστικών τιμών, ονομαστικών τάσεων, εφεδρική προστασία υπερέντασης (ασφάλεια). Τέλος οι συσκευές περιορισµού υπέρτασης, πρέπει να τοποθετούνται έτσι ώστε να μπορούν να επιθεωρούνται. 136

137 Διάγραμμα ροής καθορισμού απαιτήσεων προστασίας μεταβατικών υπερτάσεων ή και υπερεντάσεων Απαιτήσεις εισερχομένων γραμμών υπηρεσιών Καθορισμός συνολικών τιμών υπερτάσεων ή και υπερεντάσεων από το επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας (LPL) και τον αριθμό των γραμμών υπηρεσιών Αναγνώριση του τύπου του συστήματος ισχύος Καθορισμός: Απαιτουμένου αριθμού SPDs Ονομαστικής τάσης Ονομαστικής αντοχής σε μεταβατικές υπερτάσεις/υπερεντάσεις καθενός SPD Καθορισμός των απαιτήσεων εφεδρικής προστασίας υπερεντάσεων (ασφάλεια) Υπολογισμός των αναγκών δευτερευούσης προστασίας Καθορισμός: Θέσης των SPDs Αριθμού των SPDs Ονομαστικών αντοχών σε μεταβατικές υπερτάσεις/υπερεντάσεις Ονομαστικών τάσεων Απαιτήσεων εφεδρικής προστασίας υπερεντάσεων (ασφάλεια) Σχήμα 74. Διάγραμμα ροής καθορισμού μέτρων προστασίας υπερεντάσεων και υπερτάσεων [5] Α Ονομαστικές τιμές κρουστικών [14], [5] Σαν αποτέλεσμα του κεραυνικού πλήγματος στην κατασκευή το κεραυνικό ρεύμα θα οδηγηθεί στη γη. Τμήμα αυτού του ρεύματος θα διέλθει από την κατασκευή σε μεταλλικές γραμμές υπηρεσιών και κατόπιν σε πιο απομακρυσμένα σημεία γείωσης. Σε περιπτώσεις γραμμών ηλεκτρικών ή 137

138 ηλεκτρονικών υπηρεσιών, αυτή η ροή του ρεύματος θα περάσει από τα SPDs και έξω από τις γραμμές υπηρεσιών σε πιο απομακρυσμένα σημεία γείωσης. Το IEC λαμβάνει την χειρότερη περίπτωση όπου το 50% του κεραυνικού ρεύματος υποτίθεται ότι περνάει στην τοπική γείωση και το 50% περνάει έξω από τις γραμμές υπηρεσιών. Όταν οι γραμμές είναι αγώγιμες υποθέτουμε ότι το ρεύμα διαιρείται εξ ίσου μεταξύ αυτών. Εντός μια γραμμής ηλεκτρικής υπηρεσίας θεωρείται ότι το ρεύμα διαιρείται εξ ίσου μεταξύ των αγωγών. Για την επιλογή του SPD το διερχόμενο ρεύμα καθορίζεται από το μέγιστο ρεύμα που αντιστοιχεί στην κάθε κλάση του ΣΑΠ. Α Διανομή ρεύματος μεταξύ υπηρεσιών [6], [5] Στα δύο παρακάτω σχήματα δίνονται δύο παραδείγματα διανομής ρεύματος υπηρεσιών: Σχήμα 75: Απλοποιημένη διανομή ρεύματος με μία ηλεκτρική γραμμή. Στην περίπτωση αυτή δίνεται και ο πίνακας 31 ο οποίος δίνει τις συνολικές απαιτήσεις κρουστικού ρεύματος SPD και την κυματομορφή αυτού υποθέτοντας ότι δεν υπάρχουν άλλες υπηρεσίες και Σχήμα 76: Διανομή ρεύματος όπου εκτός από την ηλεκτρική γραμμή υπάρχουν και μη μονωμένες μεταλλικές σωλήνες νερού και αερίου. Στις περιπτώσεις αυτές δεν συνίσταται στην διανομή του ρεύματος να λαμβάνονται υπ όψιν οι μικρές γραμμές επικοινωνιών καθ όσον τα κυκλώματά τους έχουν υψηλότερες σύνθετες αντιστάσεις και επομένως διά μέσου αυτών θα ρέουν σημαντικά μικρότερα ρεύματα. Σχήμα 75. Απλοποιημένη διανομή ρεύματος [5] 138

139 Πίνακας 31. Συνολικές απαιτήσεις κρουστικού ρεύματος SPD υποθέτοντας ότι δεν υπάρχουν άλλες υπηρεσίες [5] Κλάση του ΣΑΠ I II III IV Συνολικό κρουστικό ρεύμα SPD (κυματομορφή = 10 / 350 μs) 100 ka 75 ka 50 ka 50 ka Σχήμα 76. Διανομή ρεύματος μεταξύ υπηρεσιών [5] Α Επίπεδα προστασίας τάσης [2], [14], [5] Εκτός της προστασίας από κρουστικά ρεύματα ο περιοριστής κρουστικών υπερτάσεων (SPD) πρέπει να προστατεύει και από κρουστικές τάσεις κάτω από τα επίπεδα αντοχής της μόνωσης της υπηρεσίας και του εξοπλισμού αυτής σε κρουστικές υπερτάσεις. 139

140 Πίνακας 32. Επίπεδα υπερτάσεων για εγκαταστάσεις ισχύος (230/400 V και 277/480 V). [IEC ] [5] Κατηγορία κρουστικών υπερτάσεων Επίπεδο αντοχής [kv] I 1,5 II 2,5 III 4,0 IV 6,0 Τυπικός εξοπλισμός αυτής της κατηγορίας υπερτάσεων Ο εξοπλισμός κατηγορίας υπερτάσεων Ι είναι εξοπλισμός για σύνδεση σε κυκλώματα στα οποία λαμβάνονται μέτρα για τον περιορισμό των υπερτάσεων σε ένα κατάλληλα χαμηλό επίπεδο. Ο εξοπλισμός κατηγορίας υπερτάσεων ΙΙ είναι εξοπλισμός κατανάλωσης ενέργειας που τροφοδοτείται από σταθερό εξοπλισμό. Ο εξοπλισμός κατηγορίας υπερτάσεων ΙΙΙ είναι εξοπλισμός σε σταθερές εγκαταστάσεις και σε περιπτώσεις που η αξιοπιστία και η διαθεσιμότητα του εξοπλισμού υπόκειται σε ειδικές απαιτήσεις. Ο εξοπλισμός κατηγορίας υπερτάσεων ΙV είναι για χρήση στην αρχή (πηγή) των εγκαταστάσεων. Πίνακας 33. Επίπεδο και τάση αντοχής [IEC ] [5] Επίπεδο ελέγχου - Test Level Τάση ελέγχου - Test Voltage [kv] 1 0,5 2 1,0 3 2,0 4 4,0 Α Απαιτήσεις SPD για εγκαταστάσεις χωρίς ΣΑΠ [2], Επίπεδα κρουστικών ρευμάτων [2] Για κατασκευές όπου δεν απαιτείται ΣΑΠ, ο υπολογισμός κινδύνου μπορεί να δείχνει ότι απαιτείται η εγκατάσταση προστασίας κρουστικών φαινομένων έναντι αμέσων και εμμέσων πληγμάτων στην υπηρεσία (όταν R I > R T ). Ο πίνακας 34 δίνει τα συνιστώμενα επίπεδα κρουστικών ρευμάτων. Αυτά τα επίπεδα είναι τα συνολικά για την υπηρεσία και έτσι πρέπει να διαιρεθούν δια του αριθμού των αγωγών αυτής ώστε να ληφθεί το επίπεδο του κάθε SPD. Πίνακας 34. Συνολική κλιμάκωση κρουστικής προστασίας για προστασία υπηρεσίας [5] ΣΑΠ III - IV I - II Πλήγμα στην υπηρεσία 5 ka 10 / 350 μs 10 ka 10 / 350 μs Πλήγμα πλησίον της υπηρεσίας 2,5 ka 8 / 20 μs 2,5 ka 8 / 20 μs Πλήγμα επί ή πλησίον της κατασκευής 0,1 ka 8 / 20 μs 0,2 ka 8 / 20 μs 140

141 Α Επιλογική προστασία με SPDs [14] Η προστασία των εσωτερικών συστημάτων έναντι κρουστικών φαινομένων πιθανώς απαιτεί μια συστηματική προσέγγιση αποτελούμενη από συντονισμένα SPDs και για τις γραμμές ισχύος και για τις γραμμές σημάτων. Η βασική προσέγγιση στην επιλογικότητα των SPDs (που αναπτύσσεται στο παράρτημα C του IEC ) είναι η ίδια και στις δύο περιπτώσεις, αλλά λόγω της μεγάλης ποικιλίας των ηλεκτρονικών συστημάτων και των χαρακτηριστικών αυτών (αναλογικά ή ψηφιακά, d.c. ή a.c., χαμηλής ή υψηλής συχνότητας), οι κανόνες επιλογής και εγκατάστασης μιας «επιλογικής προστασίας με SPDs» σ αυτά τα συστήματα είναι διαφορετικοί από αυτούς που εφαρμόζονται μόνο για ηλεκτρικά συστήματα. Σε ένα LPMS (Ολοκληρωμένο σύστημα μέτρων προστασίας για εσωτερικά συστήματα έναντι LEMP) χρησιμοποιώντας την αρχή των ζωνών αντικεραυνικής προστασίας με περισσότερες από μία ζώνες (LPZ 1, LPZ 2 και περισσότερες), τα SPD(s) θα τοποθετηθούν στην είσοδο της κάθε γραμμής σε κάθε ζώνη (Σχήματα 77.α, 77.β, 77.γ και 77.δ) Σε ένα LPMS που χρησιμοποιεί μόνο την LPZ 1 τα SPD(s) θα τοποθετηθούν τουλάχιστον στην είσοδο της γραμμής στην ζώνη LPZ 1. Και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις, μπορεί να απαιτούνται επιπρόσθετα SPDs εάν η απόσταση μεταξύ της θέσης του SPD και του υπό προστασία εξοπλισμού είναι μεγάλη. (Παράρτημα D του IEC ). Οι απαιτήσεις δοκιμών των SPD s θα πρέπει να είναι σύμφωνες με τα: IEC για συστήματα ισχύος IEC για συστήματα τηλεπικοινωνιών και σημάτων Η επιλογή και εγκατάσταση ενός συστήματος επιλογικής προστασίας με SPDs θα πρέπει να είναι σύμφωνη με: IEC και IEC για προστασία συστημάτων ισχύος IEC για προστασία συστημάτων τηλεπικοινωνιών και σημάτων Ορισμένες βασικές πληροφορίες για την επιλογή και εγκατάσταση ενός συστήματος επιλογικής προστασίας με SPDs δίνεται στο παράρτημα D του IEC

142 Σχήμα 77.α. LPMS που χρησιμοποιεί χωρικές θωρακίσεις και «επιλογική προστασία με SPDs» Οι συσκευές προστατεύονται καλά έναντι αμέσων κρουστικών φαινομένων (U 2 <<U 0 και I 2 <<I 0 ) και έναντι εκπεμπομένων μαγνητικών πεδίων (H 2 <<H 0 ) Σχήμα 77.β. LPMS που χρησιμοποιεί χωρική θωράκιση και «επιλογική προστασία με SPDs» στην είσοδο της LPZ 1 Οι συσκευές προστατεύονται έναντι αμέσων κρουστικών φαινομένων (U 1 <U 0 και I 1 <I 0 ) και έναντι εκπεμπομένων μαγνητικών πεδίων (H 1 <H 0 ) Σχήμα 77.γ. LPMS που χρησιμοποιεί εσωτερική θωράκιση γραμμής και «επιλογική προστασία με SPDs» στην είσοδο της LPZ 1 Οι συσκευές προστατεύονται έναντι αμέσων κρουστικών φαινομένων (U 2 <U 0 και I 2 <I 0 ) και έναντι εκπεμπομένων μαγνητικών πεδίων (H 2 <H 0 ) 142

143 Σχήμα 77.δ. LPMS που χρησιμοποιεί μόνο «επιλογική προστασία με SPDs» Οι συσκευές προστατεύονται έναντι αμέσων κρουστικών φαινομένων (U 2 <<U 0 και I 2 <<I 0 ) αλλά όχι έναντι εκπεμπομένων μαγνητικών πεδίων (H 0 ) Σημείωση 1: Τα SPDs μπορούν να τοποθετηθούν στα ακόλουθα σημεία: Στα όρια της LPZ 1 (π.χ. στον κύριο πίνακα διανομής MB) Στα όρια της LPZ 2 (π.χ. στον δευτερεύοντα πίνακα διανομής SB) Στην συσκευή ή πλησίον αυτής (π.χ. στην έξοδο ενός ρευματοδότη SA) Σημείωση 2: Για λεπτομερείς κανόνες εγκατάστασης δες επίσης IEC Σημείωση 3: Όρια μεταξύ περιοχών με χωρική θωράκιση ή όχι Σχήμα 77. Προστασία έναντι LEMP Παραδείγματα πιθανών μέτρων προστασίας έναντι LEMP (LPMS) [14] Α Αποµόνωση του εξωτερικού ΣΑΠ [6], [5] Η αποµόνωση μπορεί να επιτυγχάνεται µέσω καταλλήλων διαχωριστικών υλικών ή µέσω κατάλληλης διαχωριστικής απόστασης μεταξύ των τµηµάτων. Η διαχωριστική απόσταση d μεταξύ των αγωγών καθόδου αφενός και των μεταλλικών εγκαταστάσεων και των εσωτερικών ηλεκτρικών και τηλεπικοινωνιακών εγκαταστάσεων της κατασκευή που χρήζει προστασίας αφετέρου, δεν πρέπει να είναι μικρότερη από την απόσταση ασφαλείας S (d S). Α.5.7 Σχεδιασµός του ΣΑΠ [2], [6], [5] Ένας βέλτιστος τεχνικά και οικονοµικά σχεδιασµός του ΣΑΠ επιτυγχάνεται μόνον, εάν συμβαδίζει χρονικά µε την όλη μελέτη και κατασκευή, της κατασκευής που χρήζει προστασίας. Ειδικότερα η δυνατότητα χρήσης των μεταλλικών τµηµάτων μιας κατασκευής ως τµήµατα του ΣΑΠ, πρέπει να προβλεφθεί κατά την μελέτη της κατασκευής. Τα χαρακτηριστικά του απαιτούμενου ΣΑΠ εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής που χρήζει προστασίας και το επίπεδο προστασίας που πρέπει να επιτευχθεί. 143

144 ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Προστασία έναντι κεραυνών των οποίων οι ελάχιστες και μέγιστες παράμετροι κεραυνικού ρεύματος υπερβαίνουν τις σχετικές με το επίπεδο προστασίας Ι (LPL I) δεν εξετάζεται στο IEC ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Η πιθανότητα να συμβούν κεραυνοί με ελάχιστες ή μέγιστες παραμέτρους κεραυνικού ρεύματος έξω από τα όρια των τιμών που καθορίζονται για LPL I είναι μικρότερη του 2 %. Οι μέγιστες τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος οι σχετικές με το LPL I δεν θα παρουσιασθούν μεγαλύτερες με πιθανότητα 99 %. Σύμφωνα με τον θεωρούμενο λόγο πολικότητας (10% / 90% : θετικών / αρνητικών κεραυνών) οι τιμές που λαμβάνονται από τους θετικούς κεραυνούς θα έχουν πιθανότητες κάτω από 10 %, ενώ οι τιμές από τους αρνητικούς κεραυνούς θα παραμείνουν κάτω από 1 %. Οι μέγιστες τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος οι σχετικές με το LPL I μειώνονται στο 75 % για LPL II και στο 50 % για LPL III και IV (γραμμικά για I, Q και di/dt, αλλά τετραγωνικά δευτέρου βαθμού για W/R). Οι χρονικές παράμετροι δεν αλλάζουν. Οι μέγιστες τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος για τα διάφορα επίπεδα αντικεραυνικής προστασίας δίνονται στον πίνακα 5 και χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό των στοιχείων του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ) (π.χ. διατομή αγωγών, πάχος μεταλλικών ελασμάτων, ικανότητα διελεύσεως ρεύματος των SPDs, απόσταση διαχωρισμού έναντι επικινδύνων σπινθήρων) και να καθορισθούν παράμετροι δοκιμών που εξομοιώνουν τα αποτελέσματα κεραυνού σ αυτά τα στοιχεία. Οι ελάχιστες τιμές του πλάτους του κεραυνικού ρεύματος για τα διάφορα επίπεδα αντικεραυνικής προστασίας χρησιμοποιούνται για να εξαχθεί η ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας. Για να καθορισθεί η ζώνη αντικεραυνικής προστασίας LPZ 0 B η οποία δεν μπορεί κτυπηθεί από απ ευθείας πλήγμα (κεφάλαιο Α και Σχήματα 72 και 73). Οι ελάχιστες τιμές των παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος μαζί με την σχετική ακτίνα της κυλιόμενης σφαίρας δίνονται στον Πίνακα 6. Αυτές χρησιμοποιούνται για την χωροθέτηση του συστήματος συλλογής και τον καθορισμό της ζώνης αντικεραυνικής προστασίας LPZ 0 B (κεφάλαιο Α.5.6.2). 144

145 Διάγραμμα σχεδιασμού ΣΑΠ Χαρακτηριστικά της υπό προστασία κατασκευής Υπολογισμός κινδύνου και καθορισμός του απαιτουμένου επιπέδου προστασίας Επίλογή του εξωτρικού ΣΑΠ Τύπος υλικών (προβλήματα διάβρωσης) (εύφλεκτες επιφάνειες) Διαστασιολόγηση των στοιχείων του ΣΑΠ Φυσικά στοιχεία Συλλεκτήριο σύστημα Σύστημα πλέγματος Οριζόντιοι αγωγοί οροφής Κατακόρυφοι Συλλεκτήριοι ράβδοι Υπερυψωμένα Συλλεκτήρια σύρματα Φυσικές απολήξεις Σύστημα αγωγών καθόδου Σχεδιασμός Αγωγών καθόδου Εκτεθειμένοι ή καλυμμένοι Απαιτούμενος αριθμός Φυσικά στοιχεία Σύστημα γείωσης Ηλεκτρόδια τύπου Β Θεμελειακής γείωσης Τύπου Α ή Α και Β Ηλεκτρόδια γείωσης Φυσικά στοιχεία Σχεδιασμός εσωτερικού ΣΑΠ Ισοδυναμικές συνδέσεις Και θωρακίσεις Εγγύτητες και Διαδρομές καλωδίων SPD Σχεδιασμός ΣΑΠ - Σχέδια και προδιαγραφές Σχήμα 78. Διάγραμμα ροής σχεδιασμού ΣΑΠ [6] 145

146 Α.6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΙΝΔΥΝΟΥ [3], [2] Α.6.1 Βλάβη οφειλόμενη στους κεραυνούς [2] Α Βλάβη σε μία κατασκευή [2] Κεραυνός που προσβάλει μία κατασκευή μπορεί να προξενήσει βλάβη στην ίδια την κατασκευή και στους ενοίκους, και στα περιεχόμενα, συμπεριλαμβανομένης αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων. Οι βλάβες και οι αστοχίες μπορούν επίσης να επεκταθούν στο περιβάλλοντα χώρο της κατασκευής και επίσης να επηρεάσουν το τοπικό περιβάλλον. Η κλίμακα αυτής της επέκτασης εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής και των χαρακτηριστικών του κεραυνικού πλήγματος. Α Συνέπειες κεραυνού σε μία κατασκευή [2] Τα κύρια χαρακτηριστικά κατασκευών σχετικά με τις συνέπειες του κεραυνού περιλαμβάνουν: Κατασκευή (π.χ. ξύλο, τούβλο, σκυρόδεμα, οπλισμένο σκυρόδεμα, κατασκευή με μεταλλικό σκελετό). Λειτουργία (κατοικία, γραφείο, αγρόκτημα, θέατρο, ξενοδοχείο, σχολείο, νοσοκομείο, μουσείο, εκκλησία, φυλακή, πολυκατάστημα, τράπεζα, εργοστάσιο, βιομηχανικό συγκρότημα, περιοχή αθλοπαιδιών). Ένοικοι και περιεχόμενα (πρόσωπα και ζώα, παρουσία καιομένων ή μη καιομένων υλικών, εκρηκτικών ή μη εκρηκτικών υλικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων με χαμηλή ή υψηλή αντοχή σε τάση). Διασυνδεδεμένες υπηρεσίες (γραμμές ισχύος, γραμμές επικοινωνίας, σωληνώσεις). Υπάρχοντα ή προβλεπόμενα μέτρα προστασίας (π.χ. μέτρα προστασίας για μείωση των φυσικών βλαβών και πηγών κινδύνου ζωής, μέτρα προστασίας για μείωση της αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων). Κλίμακα της επέκτασης του κινδύνου (κατασκευή με δυσκολία εκκένωσης ή κατασκευή όπου μπορεί να δημιουργηθεί πανικός, κατασκευή επικίνδυνη στον περιβάλλοντα χώρο, κατασκευή επικίνδυνη στο περιβάλλον). 146

147 Πίνακας Αποτελέσματα κεραυνού σε τυπικές κατασκευές [2] Τύπος κατασκευής σύμφωνα με τη λειτουργία ή/και το περιεχόμενο Κατοικία Αγροκτήματα Θέατρα, Ξενοδοχεία, Σχολεία, Πολυκαταστήματα, Γυμναστήρια Τράπεζα, Ασφαλιστική εταιρεία, Εµπορική εταιρεία, κ.λπ. Νοσοκομείο Φυσικοθεραπευτήρια, Φυλακές Βιομηχανία Μουσεία, Εκκλησίες, Αρχαιολογικοί χώροι, Τηλεπικοινωνίες, Εργοστάσια Ηλεκτροπαραγωγής Εργοστάσια πυροτεχνημάτων, Εργοστάσια πυρομαχικών Εργοστάσια χημικών, Διυλιστήρια Πυρηνικά Εργοστάσια, Βιομηχανικά Εργαστήρια και Εργοστάσια Αποτελέσματα κεραυνού Καταστροφή των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, πυρκαγιά και βλάβες υλικών. Ζηµιές περιορισµένες στα αντικείµενα που βρίσκονται στο σηµείο του πλήγµατος ή της διαδροµής του κεραυνικού ρεύματος. Αστοχία εγκατεστημένου ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού (π.χ. συστήματα τηλεοράσεως, υπολογιστές, μόντεμ, τηλέφωνα, κ.λπ.). Πρωταρχικός κίνδυνος πυρκαγιάς και επικίνδυνες βηματικές τάσεις καθώς και βλάβες υλικών. Δευτερεύων κίνδυνος λόγω διακοπής ηλεκτρικού ρεύµατος και κίνδυνος της ζωής των ζώων λόγω απώλειας του ηλεκτρονικού ελέγχου των συστημάτων εξαερισµού, τροφοδοσίας, κ.λπ. Βλάβη στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις (π.χ. ηλεκτροφωτισμός) με ενδεχόμενη αιτία πανικού. Αστοχία συστημάτων προειδοποίησης συναγερμού φωτιάς με αποτέλεσμα την καθυστέρηση στα μέτρα πυροπροστασίας. Όπως πιο πάνω και επιπλέον προβλήµατα από την απώλεια επικοινωνίας, αστοχία υπολογιστών και απώλεια δεδομένων. Όπως πιο πάνω και επιπλέον προβλήµατα ανθρώπων στις μονάδες εντατικής θεραπείας νοσοκομείων και στις δυσκολίες διάσωσης ανθρώπων µε ακινησία. Επιπρόσθετα αποτελέσματα εξαρτώμενα από τα περιεχόμενα στα εργοστάσια, κυμαινόμενα από πολύ μικρές έως µη αποδεκτές βλάβες και απώλεια παραγωγής. Απώλεια της αναντικατάστατης πολιτιστικής κληρονομιάς. Μη αποδεκτή απώλεια υπηρεσιών στο κοινό. Συνέπειες πυρκαγιάς και έκρηξης στο εργοστάσιο και στον περιβάλλοντα χώρο. Φωτιά και δυσλειτουργία του εργοστασίου με καταστρεπτικές συνέπειες για το τοπικό και γενικότερο περιβάλλον 147

148 Α Πηγή βλαβών [3], [2], [5] Το κεραυνικό ρεύμα είναι η αιτία των βλαβών. Ανάλογα με το σημείο πλήγματος του κεραυνού στην θεωρούμενη κατασκευή διακρίνονται οι ακόλουθες πηγές (Σχήμα 79 και Πίνακας 37). S 1 : Κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή S 2 : Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της κατασκευής S 3 : Κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές υπηρεσιών που είναι συνδεδεμένες με την κατασκευή S 4 : Κεραυνικά πλήγματα πλησίον των γραμμών υπηρεσιών που είναι συνδεδεμένες με την κατασκευή Σχήμα 79. Πηγές βλάβης (σχηματικά) [5] Α Κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 1 ) [3], [2] Άμεσες μηχανικές ζημιές, φωτιά ή και έκρηξη εξαιτίας του ίδιου του καυτού κεραυνικού τόξου πλάσματος, εξαιτίας του ρεύματος που προκαλεί ωμική θέρμανση στους αγωγούς (υπερθερμαινόμενοι αγωγοί), ή εξαιτίας της ενέργειας που προκαλεί διάβρωση μετάλλων Φωτιά ή και έκρηξη από σπινθήρες που προκαλούνται από υπερτάσεις σαν αποτέλεσμα της ωμικής και επαγωγικής ηλεκτρικής σύζευξης και της διέλευσης μέρους των κεραυνικών ρευμάτων. Τραυματισμοί (βλάβες) σε ανθρώπους από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής σαν αποτέλεσμα της ωμικής και επαγωγικής ηλεκτρικής σύζευξης Αστοχία ή δυσλειτουργία των εσωτερικών συστημάτων λόγω του LEMP. Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της κατασκευής μπορούν να προξενήσουν: (S 2 ) [3], [2] Αστοχία ή δυσλειτουργία των εσωτερικών συστημάτων λόγω του LEMP. 148

149 Α Κεραυνικά πλήγματα σε μία υπηρεσία που είναι συνδεδεμένη στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 3 ) [3], [2] Φωτιά ή και έκρηξη από σπινθήρες που προκαλούνται από υπερτάσεις και κεραυνικά ρεύματα που μεταφέρονται δια μέσου της συνδεδεμένης υπηρεσίας. Τραυματισμοί (βλάβες) σε ανθρώπους από τάσεις επαφής εντός της κατασκευής που προξενούνται από κεραυνικά ρεύματα που μεταφέρονται δια μέσου της συνδεδεμένης υπηρεσίας. Αστοχία ή δυσλειτουργία των εσωτερικών συστημάτων λόγω των υπερτάσεων που εμφανίζονται στις διασυνδεδεμένες γραμμές και μεταφέρονται στην κατασκευή. Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον μίας υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη στην κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 4 ) [3], [2] Αστοχία ή δυσλειτουργία των εσωτερικών συστημάτων λόγω των υπερτάσεων που επάγονται στις διασυνδεδεμένες γραμμές και μεταφέρονται στην κατασκευή. Σημείωση1: Δυσλειτουργία των εσωτερικών συστημάτων δεν καλύπτεται από τη σειρά IEC Αναφορά πρέπει να γίνεται στο IEC Σημείωση 2: Μόνο οι σπινθήρες που μεταφέρουν ρεύμα κεραυνού (ολικό ή μερικό) θεωρούνται ικανοί να προξενήσουν φωτιά. Σημείωση 3: Κεραυνικά πλήγματα, άμεσα ή πλησίον εισερχομένων σωληνώσεων, δεν προκαλούν ζημιές στην κατασκευή, εξασφαλίζοντας ότι αυτές είναι συνδεδεμένες στην ισοδυναμική μπάρα της κατασκευής (IEC ). Α Τύποι βλαβών στις κατασκευές [3], [2] Ένας κεραυνός μπορεί να προκαλέσει βλάβες εξαρτώμενες από τα χαρακτηριστικά του αντικειμένου που πρόκειται να προστατευθεί. Μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά είναι: Τύπος κατασκευής, περιεχόμενα και εφαρμογές, τύποι υπηρεσιών και προτεινόμενα μέτρα προστασίας. Για πρακτικές εφαρμογές του υπολογισμού του κινδύνου, είναι χρήσιμο να διακρίνουμε μεταξύ τριών βασικών τύπων βλαβών που μπορούν να εμφανισθούν σαν συνέπεια των κεραυνικών πληγμάτων. Αυτοί έχουν ως ακολούθως (Πίνακες 37 και 38): D 1 : Βλάβη σε έμβια όντα (άνθρωποι - ζώα) λόγω βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής D 2 : Φυσική καταστροφή (βλάβη) (φωτιά, έκρηξη, μηχανική καταστροφή, χημική απελευθέρωση) εξαιτίας των αποτελεσμάτων του κεραυνικού ρεύματος συμπεριλαμβανομένων των σπινθηρισμών. D 3 : Αστοχία των εσωτερικών συστημάτων λόγω του LEMP 149

150 Α Βλάβη σε μία υπηρεσία [3], [2] Βλάβη σε υπηρεσία προκαλεί καταστροφή στα ίδια τα φυσικά μέσα (γραμμή ή αγωγό) που χρησιμοποιούνται για την παροχή της υπηρεσίας, καθώς επίσης και στον συνδεδεμένο ηλεκτρονικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό. Α Αποτελέσματα κεραυνού σε μία Υπηρεσία [3], [2] Τα κύρια χαρακτηριστικά των υπηρεσιών σχετικά με τα αποτελέσματα των κεραυνών περιλαμβάνουν: Κατασκευή (γραμμή: εναέρια, υπόγεια, με ή χωρίς θωράκιση, οπτικών ινών, σωλήνα: υπέργεια, θαμμένη, μεταλλική, πλαστική) Λειτουργία (Γραμμή τηλεπικοινωνίας, γραμμή ισχύος, σωλήνες, γραμμή ελέγχου) Εφοδιαζόμενη κατασκευή (κατασκευή, περιεχόμενο, διαστάσεις, θέση) Υπάρχοντα ή προβλεπόμενα μέτρα προστασίας (π.χ. θωρακισμένο καλώδιο, SPD, εφεδρεία διαδρομής, συστήματα αποθήκευσης υγρών, ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη, συστήματα αδιάλειπτης παροχής) Πίνακας Αποτελέσματα κεραυνού σε διαφόρους τύπους υπηρεσιών [2] Τύπος υπηρεσίας Γραμμή τηλεπικοινωνιών Γραμμές ισχύος Σωλήνες νερού Σωλήνες αερίου Σωλήνες καυσίμου Αποτελέσματα κεραυνού Μηχανική βλάβη στη γραμμή, λιώσιμο θωρακίσεων και αγωγών, διάσπαση της μόνωσης του καλωδίου και του εξοπλισμού που οδηγούν σε μια πρωταρχική αστοχία με άμεση απώλεια της υπηρεσίας Δευτερεύουσες αστοχίες καλωδίων οπτικών ινών με βλάβη του καλωδίου αλλά χωρίς απώλεια της υπηρεσίας Βλάβες στους μονωτήρες των υπέργειων γραμμών χαμηλής τάσης, καταστροφή της μόνωσης του καλωδίου, διάσπαση της μόνωσης του εξοπλισμού της γραμμής και των μετασχηματιστών με επακόλουθη απώλεια της υπηρεσίας Βλάβες στον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό πιθανότατα να προξενήσουν απώλεια της υπηρεσίας Διάτρηση (καταστροφή) παρεμβυσμάτων φλαντζών πιθανότατα να προξενήσουν φωτιά ή/και έκρηξη Βλάβη στα συστήματα ελέγχου του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού πιθανότατα να προξενήσουν απώλεια της υπηρεσίας Α Πηγές και τύποι βλαβών σε μία υπηρεσία [3], [2] Το κεραυνικό ρεύμα είναι η αιτία των βλαβών. Οι ακόλουθες καταστάσεις θα λαμβάνονται υπ όψιν, σε συνάρτηση με το σημείο του πλήγματος σχετικά με τη θεωρούμενη υπηρεσία: S 1 : Κεραυνικά πλήγματα στην τροφοδοτούμενη κατασκευή 150

151 S 3 : Κεραυνικά πλήγματα στην γραμμή υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή S 4 : Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της γραμμής υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή Α Κεραυνικά πλήγματα στην τροφοδοτούμενη κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 1 ) [3], [2] Λιώσιμο αγωγών και θωρακίσεων καλωδίων λόγω μερών των κεραυνικών ρευμάτων που ρέουν στις υπηρεσίες (σαν αποτέλεσμα ωμικής θερμότητας) Διάσπαση ηλεκτρικής μόνωσης γραμμών και συνδεδεμένου εξοπλισμού (λόγω της ωμικής ηλεκτρικής σύζευξης) Διάτρηση (καταστροφή) μη μεταλλικών παρεμβυσμάτων σε φλάντζες σωλήνων, καθώς και παρεμβυσμάτων σε μονωτικές συνδέσεις. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Καλώδια οπτικών ινών χωρίς μεταλλικό αγωγό δεν επηρεάζονται από κεραυνούς που πλήττουν την τροφοδοτούμενη κατασκευή. Α Κεραυνικά πλήγματα σε μία γραμμή υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 3 ) [3], [2] Άμεση μηχανική βλάβη των μεταλλικών αγωγών ή σωλήνων λόγω ηλεκτροδυναμικών τάσεων ή θερμικών αποτελεσμάτων που προξενούνται από το κεραυνικό ρεύμα (κόψιμο ή και λιώσιμο μεταλλικών αγωγών, θωρακίσεων ή σωλήνων) και λόγω της θερμότητας του ίδιου του τόξου του πλάσματος του κεραυνού (τρυπώντας τα πλαστικά προστατευτικά καλύμματα) Άμεση ηλεκτρική βλάβη των γραμμών (διάσπαση καταστροφή μόνωσης) και του συνδεδεμένου εξοπλισμού Διάτρηση λεπτών εναερίων μεταλλικών σωληνώσεων και μη μεταλλικών παρεμβυσμάτων σε φλάντζες, όπου οι συνέπειες μπορεί να επεκταθούν σε φωτιά ή έκρηξη ανάλογα με τη φύση των μεταφερομένων υγρών. Α Κεραυνικά πλήγματα πλησίον μίας γραμμής υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη με την κατασκευή μπορούν να προξενήσουν: (S 4 ) [3], [2] Διάσπαση ηλεκτρικής μόνωσης γραμμών και συνδεδεμένου εξοπλισμού λόγω της επαγωγικής ηλεκτρικής σύζευξης (επαγόμενες υπερτάσεις). ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Καλώδια οπτικών ινών χωρίς μεταλλικό αγωγό δεν επηρεάζονται από κεραυνούς που πλήττουν το έδαφος 151

152 Α Τύποι βλαβών στις υπηρεσίες [3], [2] Σαν αποτέλεσμα ο κεραυνός μπορεί να προξενήσει δύο ειδών βλάβες: D 2 : Φυσική καταστροφή (βλάβη) (φωτιά, έκρηξη, μηχανική καταστροφή, χημική απελευθέρωση) εξαιτίας θερμικών των αποτελεσμάτων του κεραυνικού ρεύματος. D 3 : Αστοχία των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων λόγω των υπερτάσεων. Α.6.2 Τύποι απωλειών [3], [2] Κάθε τύπος βλάβης, από μόνος του ή σε συνδυασμό με άλλους, μπορεί να προκαλέσει σαν συνέπεια διαφορετικού τύπου απώλειας μέσα στην κατασκευή που πρόκειται να προστατευθεί. Ο τύπος της απώλειας που μπορεί να παρουσιασθεί εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ίδιας της κατασκευής. Σύμφωνα με το πρότυπο IEC καθορίζονται οι ακόλουθοι τύποι απώλειας που μπορεί να εμφανισθούν σε μία κατασκευή (Πίνακας 37): L 1 : Απώλεια ανθρώπινης ζωής L 2 : Απώλεια υπηρεσίας στο κοινό L 3 : Απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς L 4 : Απώλεια οικονομικής αξίας (κατασκευή και το περιεχόμενό της, υπηρεσία και απώλεια δραστηριότητας) Απώλεια τύπων L 1, L 2 και L 3 μπορεί να θεωρούνται σαν απώλεια κοινωνικών αξιών, ενώ η απώλεια τύπου L 4 μπορεί να θεωρείται απλά σαν οικονομική απώλεια. Απώλειες που μπορεί να εμφανισθούν σε μία υπηρεσία έχουν ως ακολούθως: L 2: Απώλεια υπηρεσίας στο κοινό L 4: Απώλεια οικονομικής αξίας (υπηρεσία και απώλεια δραστηριότητας) Σημείωση: Στο IEC δίνονται σαν L 2, L 4 αντίστοιχα (θα χρησιμοποιούμε για αντιδιαστολή με τις κατασκευές τα σύμβολα L 2 και L 4 από ) Σημείωση: Σε μία υπηρεσία, απώλεια ανθρώπινης ζωής δεν λαμβάνεται υπ όψιν στο πρότυπο IEC Α.6.3 Σχέση μεταξύ πηγής βλάβης, τύπου βλάβης και απώλειας [3] Η σχέση μεταξύ πηγής βλάβης (ζημιάς), τύπου βλάβης και απώλειας αναφέρεται στον Πίνακα

153 Πίνακας 37. Πηγές βλάβης, τύποι βλαβών και τύποι απώλειας σύμφωνα με το σημείο πρόσπτωσης κεραυνού (για κατασκευές και υπηρεσίες μαζί) [2], [3] Κατασκευή Υπηρεσία Σημείο πλήγματος σχηματικά Πηγή βλάβης Τύπος βλάβης Τύπος Απώλειας Τύπος βλάβης Τύπος Απώλειας D1 L1, L4 2) S1 D2 L1, L2, L3, L4 D2 L 2, L 4 D3 L1 1), L2, L4 D3 L 2, L 4 Κατασκευή S2 D3 L1 1), L2, L4 Πλησίον μιας κατασκευής D1 L1, L4 2) S3 D2 L1, L2, L3, L4 D2 L 2, L 4 Υπηρεσία συνδεδεμένη στην κατασκευή D3 L1 1), L2, L4 D3 L 2, L 4 S4 D3 L1 1), L2, L4 D3 L 2, L 4 Πλησίον μιας υπηρεσίας 1) Μόνο για κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης και για νοσοκομεία ή άλλες κατασκευές όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων θέτουν αμέσως σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. 2) 2) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορούν να χαθούν ζώα. Α.6.4 Κίνδυνος σε μία κατασκευή για κάθε τύπο βλάβης και απώλειας [3] R = R S + R F + R O 153

154 Όπου: R S είναι ο κίνδυνος λόγω τραυματισμών σε έμβια όντα (D 1 ) R F είναι ο κίνδυνος λόγω φυσικής βλάβης (D 2 ) R O είναι ο κίνδυνος λόγω αστοχίας εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) Η ανάλυση του κινδύνου σε μία κατασκευή για κάθε τύπο βλάβης και απώλειας δίνεται σον πίνακα 38. Πίνακας 38. Κίνδυνος σε μία κατασκευή για κάθε τύπο βλάβης και απώλειας [3] Βλάβη Απώλεια D 1 Βλάβη σε έμβια όντα L 1 Απώλεια ανθρώπινης ζωής L 2 Απώλεια υπηρεσίας στο κοινό L 3 Απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς L 4 Απώλεια οικονομικής αξίας R S R S 1) D 2 Φυσική βλάβη D 3 Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων R F R F R F R F R O 2) R O _ R O 1) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορούν να χαθούν ζώα. 2) Μόνο για κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης και για νοσοκομεία ή άλλες κατασκευές όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων θέτουν αμέσως σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. Α.6.5 Κίνδυνος και συνιστώσες κινδύνου [3], [2] Α Κίνδυνος Είδη κινδύνων [3], [2] Ο Κίνδυνος R είναι η τιμή της πιθανής μέσης ετήσιας απώλειας και υπολογίζεται για κάθε τύπο απώλειας που μπορεί να εμφανιστεί σε μία κατασκευή ή μία υπηρεσία. Οι κίνδυνοι που θα υπολογισθούν για μία κατασκευή είναι: R1: Κίνδυνος απώλειας ανθρώπινης ζωής R2: Κίνδυνος απώλειας υπηρεσίας στο κοινό R3: Κίνδυνος απώλειας πολιτιστικής κληρονομιάς R4: Κίνδυνος απώλειας οικονομικής αξίας Οι κίνδυνοι που θα υπολογισθούν σε μία υπηρεσία είναι: R 2: Κίνδυνος της απώλειας της υπηρεσίας στο κοινό R 4: Κίνδυνος της απώλειας της οικονομικής αξίας 154

155 Για να υπολογίσουμε τους κινδύνους, R, θα καθορίσουμε και θα υπολογίσουμε τις σχετικές συνιστώσες κινδύνου (μερικοί κίνδυνοι που εξαρτώνται από την πηγή και τον τύπο της βλάβης). Κάθε κίνδυνος, R, είναι το άθροισμα των συνιστωσών κινδύνων. Όταν υπολογίζουμε έναν κίνδυνο, οι συνιστώσες κινδύνου μπορούν να ομαδοποιηθούν σύμφωνα με την πηγή της βλάβης και τον τύπο της βλάβης. Α Τύποι απώλειας σαν αποτέλεσμα τύπων βλάβης και των αντιστοίχων κινδύνων [2] Τύποι απώλειας σαν αποτέλεσμα τύπων βλάβης και των αντιστοίχων κινδύνων εμφανίζονται στο Σχήμα

156 Τύποι απώλειας και των αντιστοίχων κινδύνων σαν αποτέλεσμα των διαφόρων τύπων βλάβης Είδος κινδύνου Κίνδυνος R 1 1) Κίνδυνος R 2 Κίνδυνος R 3 1) Κίνδυνος R 4 Τύπος Απώλειας L 1 : Απώλεια Ανθρώπινης Ζωής L 2 : Απώλεια Υπηρεσίας στο κοινό L 3 : Απώλεια Πολιτιστικής Κληρονομιάς L 4 : Απώλεια Οικονομικής Αξίας D 1 : Βλάβη Εμβίων Όντων D 1 : Βλάβη Εμβίων Όντων 3) Τύπος Βλάβης D 2 : Φυσική Βλάβη D 2 : Φυσική Βλάβη D 2 : Φυσική Βλάβη D 2 : Φυσική Βλάβη D 3 : Αστοχία 2) Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Συστημάτων D 3 : Αστοχία Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Συστημάτων D 3 : Αστοχία Ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών Συστημάτων 1) Μόνο για κατασκευές. 2) Μόνο για Νοσοκομεία και άλλες κατασκευές όπου η απώλεια εσωτερικών συστημάτων θέτουν σε άμεσο κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. 3) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορούν να χαθούν ζώα. Σχήμα 80. Τύποι απώλειας και αντιστοίχων κινδύνων σαν αποτέλεσμα διαφόρων τύπων βλάβης [2] 156

157 Α Συνιστώσες κινδύνου σε κατασκευή [3] Α Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων επί της κατασκευής [3] RA: Συνιστώσα κινδύνου σχετική με βλάβη (τραυματισμό ή και απώλεια ζωής) σε ζώντες οργανισμούς από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής εκτός της κατασκευής σε ζώνες έως και 3 m έξω από την κατασκευή. Απώλεια L1 και στην περίπτωση κατασκευών που περιέχουν ζώα και απώλεια L4. Σημείωση 1: Η συνιστώσα κινδύνου που προκαλείται από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής εντός της κατασκευής λόγω πληγμάτων στην κατασκευή δεν λαμβάνονται υπ όψιν στο IEC Σημείωση 2: Σε ειδικές κατασκευές, (όπως οροφή ανοικτών χώρων στάθμευσης ή σταδίων) (θα το λάβουμε υπ όψιν και για την οροφή της δεξαμενής), άνθρωποι μπορούν να κινδυνεύσουν από απ ευθείας πλήγματα. Αυτές οι περιπτώσεις πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν χρησιμοποιώντας τις αρχές του IEC R B : Συνιστώσα σχετική με φυσική βλάβη που προκαλείται από επικίνδυνο σπινθήρα μέσα στην κατασκευή προκαλώντας φωτιά ή έκρηξη. Όλοι οι τύποι των απωλειών δύνανται να εμφανιστούν (L 1, L 2, L 3 και L 4 ). Rc : Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων λόγω του LEMP. Απώλεια τύπου L2 και L4 εμφανίζονται και τύπος L1 στην περίπτωση κατασκευών με κίνδυνο έκρηξης και νοσοκομείων ή άλλων κατασκευών όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων αυτομάτως θέτουν σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. Α Συνιστώσα κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της κατασκευής [3] RM : Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων εξαιτίας του LEMP. Απώλεια L2 και L4 εμφανίζονται και τύπος L1 στην περίπτωση κατασκευών με κίνδυνο έκρηξης και νοσοκομείων ή άλλων κατασκευών όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων αυτομάτως θέτουν σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. Α Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία υπηρεσία διασυνδεδεμένη με την κατασκευή [3] R u : Συνιστώσα κινδύνου σχετική με βλάβη σε ζώντες οργανισμούς από τάσεις επαφής μέσα στην κατασκευή, εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που διαρρέει τη γραμμή που εισέρχεται στην κατασκευή. Τύπος απώλειας L 1 και στην περίπτωση κτηνοτροφικών κατασκευών απώλειες τύπου L 4 μπορούν να συμβούν. 157

158 R V : Συνιστώσα κινδύνου σχετική με φυσική καταστροφή (φωτιά ή έκρηξη που προξενείται από επικινδύνους σπινθήρες μεταξύ εξωτερικών κατασκευών και μεταλλικών μερών γενικά στο σημείο εισόδου της γραμμής στην κατασκευή) λόγω του κεραυνικού ρεύματος που μεταφέρεται δια μέσου ή κατά μήκος των εισερχομένων γραμμών υπηρεσιών. Όλοι οι τύποι απωλειών (L 1 έως L 4 ) μπορεί να εμφανιστούν. R W : Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων που προξενούνται από επαγόμενες υπερτάσεις σε εισερχόμενες γραμμές και μεταφέρονται στην κατασκευή. Απώλεια L 2 και L 4 εμφανίζονται σε όλες τις περιπτώσεις και τύπος L 1 στην περίπτωση κατασκευών με κίνδυνο έκρηξης και νοσοκομείων ή άλλων κατασκευών όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων αυτομάτως θέτουν σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι υπηρεσίες που λαμβάνονται υπ όψιν είναι μόνο οι γραμμές που εισέρχονται στην κατασκευή. Κεραυνοί επί ή πλησίον σωλήνων δεν λαμβάνονται υπ όψιν σαν πηγή βλάβης λόγω της διασύνδεσης των σωληνώσεων σε μια μπάρα ισοδυναμικής σύνδεσης. Εάν δεν υπάρχει ισοδυναμική μπάρα, η απειλή αυτή πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν. Α Συνιστώσα κινδύνου για μία κατασκευή λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μίας υπηρεσίας διασυνδεδεμένης με την κατασκευή [3] RZ: Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων που προξενούνται από επαγόμενες υπερτάσεις σε εισερχόμενες γραμμές και μεταφέρονται στην κατασκευή. Απώλεια L2 και L4 εμφανίζονται σε όλες τις περιπτώσεις και τύπος L1 στην περίπτωση κατασκευών με κίνδυνο έκρηξης και νοσοκομείων ή άλλων κατασκευών όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων αυτομάτως θέτουν σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Οι υπηρεσίες που λαμβάνονται υπ όψιν είναι μόνο οι γραμμές που εισέρχονται στην κατασκευή. Κεραυνοί επί ή πλησίον σωλήνων δεν λαμβάνονται υπ όψιν σαν πηγή βλάβης λόγω της διασύνδεσης των σωληνώσεων σε μια μπάρα ισοδυναμικής σύνδεσης. Εάν δεν υπάρχει ισοδυναμική μπάρα, η απειλή αυτή πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν. Α Συνιστώσες κινδύνου σε υπηρεσία [3] Αντίστοιχα προκειμένου να εκτιμηθεί ο κίνδυνος σε μια υπηρεσία, ορίζονται επιμέρους συνιστώσες κινδύνου: Α Συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία λόγω κεραυνικών πληγμάτων επί της υπηρεσίας [3] R V: Συνιστώσα κινδύνου σχετική με φυσική καταστροφή εξαιτίας των μηχανικών και θερμικών αποτελεσμάτων του κεραυνικού ρεύματος. Απώλειες τύπου L' 2 και L' 4 μπορεί να εμφανισθούν. 158

159 R W: Συνιστώσα σχετική με αστοχία συνδεδεμένου εξοπλισμού λόγω υπερτάσεων ωμικής διασύνδεσης. Απώλειες τύπου L' 2 και L' 4 μπορεί να εμφανισθούν. Α Συνιστώσα κινδύνου για μία υπηρεσία λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της υπηρεσίας [3] R Z: Συνιστώσα σχετική με αστοχία γραμμών και συνδεδεμένου εξοπλισμού λόγω επαγόμενων υπερτάσεων στις γραμμές. Απώλειες τύπου L' 2 και L' 4 μπορεί να εμφανισθούν. Α Συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία λόγω κεραυνικών πληγμάτων επί της κατασκευής στην οποία η υπηρεσία είναι συνδεδεμένη [3] R B: Συνιστώσα κινδύνου σχετική με φυσική καταστροφή εξαιτίας των μηχανικών και θερμικών αποτελεσμάτων του κεραυνικού ρεύματος που διέρχεται κατά μήκος των γραμμών. Απώλειες τύπου L' 2 και L' 4 μπορεί να εμφανισθούν. R C: Συνιστώσα σχετική με αστοχία συνδεδεμένου εξοπλισμού λόγω υπερτάσεων ωμικής διασύνδεσης. Απώλειες τύπου L' 2 και L' 4 μπορεί να εμφανισθούν. Α Σύνθεση και ομαδοποίηση συνιστωσών κινδύνου [3] Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου σχετικών με μία κατασκευή [3] Οι συνιστώσες κινδύνου που θα ληφθούν υπ όψιν για κάθε τύπο απώλειας σε μία κατασκευή είναι: R 1 : = R A + R B + R C 1) + R M 1) + R U + R V + R W 1) + R Z 1) (Ε.9) 1) Μόνο για κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης (όπως δεξαμενές κωνικής οροφής και άλλες ειδικές εγκαταστάσεις στα διυλιστήρια, αποθήκες πυρομαχικών, κ.λπ.) και για νοσοκομεία με ζωτικής σημασίας ηλεκτρικό εξοπλισμό ή άλλες κατασκευές όπου η αστοχία εσωτερικών συστημάτων αυτομάτως θέτει σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. R 2 : = R B + R C + R M + R V + R W + R Z R 3 : = R B + R V R 4 : = R 2) A + R B + R C + R M + R 2) U + R V + R W + R Z (Ε.10) (Ε.11) (Ε.12) 2) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορεί να χαθούν ζώα. Οι συνιστώσες κινδύνου που αντιστοιχούν σε κάθε τύπο απώλειας συνδυάζονται επίσης στον πίνακα

160 Πίνακας 39. Συνιστώσες κινδύνου που θα ληφθούν υπ όψιν για κάθε τύπο απώλειας σε μία κατασκευή [3] Πηγή βλάβης Πλήγμα σε μια κατασκευή S 1 Πλήγμα πλησίον μιας κατασκευής S 2 Πλήγμα σε μια γραμμή συνδεδεμένη με την κατασκευή S 3 Πλήγμα πλησίον μιας γραμμής συνδεδεμένης με την κατασκευή S 4 Συνιστώσα κινδύνου R A R B R C R M R U R V R W R Z Κίνδυνος για κάθε τύπο απώλειας R1 R2 R3 R4 * * 2) * * * * * 1) * * * 1) * * * * 2) * * * * * 1) * * * 1) * * 1) Μόνο για κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης και για νοσοκομεία ή άλλες κατασκευές όπου αστοχία εσωτερικών συστημάτων θέτουν αμέσως σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. 2) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορεί να χαθούν ζώα. Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου με αναφορά στην πηγή της βλάβης [3] R = R D + R I (Ε.13) Όπου: R D είναι ο κίνδυνος που οφείλεται σε κεραυνικά πλήγματα επί της κατασκευής (πηγή S 1 ) ο οποίος καθορίζεται σαν το άθροισμα: R D = R A + R B + R C (Ε.14) και R I είναι ο κίνδυνος που οφείλεται σε κεραυνικά πλήγματα που επηρεάζουν αλλά δεν κτυπούν επί της κατασκευής (πηγές: S 2, S 3 και S 4 ) και καθορίζεται σαν το άθροισμα: R I = R M + R U + R V + Rw + R Z (Ε.15) Οι συνιστώσες κινδύνου και οι συνθέσεις τους όπως δίδονται ανωτέρω φαίνονται και στον πίνακα 40. Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου με αναφορά στον τύπο της βλάβης [3] R = R S + R F + R O (Ε.16) Όπου: R S = R A + R U R F = R B + R V (Ε.17) (Ε.18) 160

161 R O = R M + R C + R W + R Z (Ε.19) Για τις συνιστώσες κινδύνου και τις συνθέσεις τους όπως δίδονται ανωτέρω δες επίσης στον πίνακα 40 και στα σχήματα 80 και 81. Πίνακας Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή για διαφορετικούς τύπους βλάβης που προξενούνται από διαφορετικές πηγές [3] Βλάβη Πηγή της βλάβης D 1 Βλάβη σε έμβια όντα D 2 Φυσική βλάβη S 1 Κεραυνικό πλήγμα σε μία κατασκευή S 2 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας κατασκευής S 3 Κεραυνικό πλήγμα σε μία εισερχόμεν η υπηρεσία S 4 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας υπηρεσίας Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με τον τύπο της βλάβης R A R U R S = R A +R U R B R V R F = R B +R V D 3 Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με την πηγή της βλάβης R C R M R W R Z R D = R A +R B +R C R I = R M +R U +R V +R W +R Z R O = R C +R M + R W +R Z R = R D +R I = R S +R F +R O 161

162 Τύποι απώλειας και αντίστοιχοι κίνδυνοι σαν αποτέλεσμα διαφόρων τύπων βλάβης και των αντιστοίχων συνιστωσών κινδύνου Είδος Κινδύνου Κίνδυνος R 1 1) Κίνδυνος R 2 Κίνδυνος R 3 1) Κίνδυνος R 4 Τύπος Απώλειας L 1 : Απώλεια ανθρώπινης ζωής L 2 : Απώλεια υπηρεσίας στο κοινό L 3 : Απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς L 4 : Απώλεια οικονομικής αξίας Τύπος Βλάβης D 1 : Βλάβη εμβίων όντων D 2 : Φυσική βλάβη D 3 : Αστοχία 2) ηλεκτρικών και Ηλεκτρονικών συστημάτων D 2 : Φυσική βλάβη D 3 : Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων D 2 : Φυσική βλάβη D 1 : Βλάβη εμβίων όντων 3) D 2 : Φυσική βλάβη D 3 : Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων R A R U R B R V R B R V R B R V R A R U R B R V Συνιστώσες κινδύνου R C R M R W R Z R C R M R W R Z R C R M R W R Z 1) Μόνο για κατασκευές 2) Μόνο για Νοσοκομεία και άλλες κατασκευές όπου η απώλεια εσωτερικών συστημάτων θέτουν σε άμεσο κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. 3) Μόνο για ιδιοκτησίες όπου μπορούν να χαθούν ζώα Σχήμα 80. Διάγραμμα τύπων απώλειας και αντιστοίχων κινδύνων σαν αποτέλεσμα διαφόρων τύπων βλάβης και των αντιστοίχων συνιστωσών κινδύνου 162

163 Ανάλυση κινδύνου και συνιστώσες αυτού σε σχέση με το σημείο πλήγματος και το είδος της βλάβης Κεραυνικό πλήγμα Άμεσο Έμμεσο Σημείο πλήγματος S 1 - Επί της κατασκευής S 2 - Πλησίον της κατασκευής S 3 - Επί των γραμμών υπηρεσιών S 4 - Πλησίον των γραμμών υπηρεσιών D 1 - Βλάβη εμβίων όντων R A --- R U --- R S = R A + R U D 2 - Φυσική βλάβη R B --- R V --- R F = R B + R V D 3 - Αστοχία των εσωτερικών συστημάτων λόγω του LEMP R C R M R W R Z R O = R C + R M + R W + R Z R = R D + R I R D = R A + R B + R C R I = R M + R U + R V + R W + R Z R = R S + R F + R O Σχήμα 81. Διάγραμμα ανάλυσης κινδύνου και συνιστωσών αυτού σε σχέση με το σημείο πλήγματος και το είδος της βλάβης [12] Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου σχετικών με μία υπηρεσία [3] Οι συνιστώσες κινδύνου που θα ληφθούν υπ όψιν για κάθε τύπο απώλειας σε μία υπηρεσία δίνονται παρακάτω: R 2: Κίνδυνος απώλειας υπηρεσίας στο κοινό: R 2 = R V + R W + R Z + R B + R C (Ε.20) R 4: Κίνδυνος απώλειας οικονομικής αξίας: R 4 = R V + R W + R Z + R B + R C (Ε.21) Οι συνιστώσες κινδύνου που λαμβάνονται υπ όψιν για κάθε τύπο απώλειας σε μία υπηρεσία δίνονται στον πίνακα

164 Πίνακας 41. Συνιστώσες κινδύνου που λαμβάνονται υπ όψιν για κάθε τύπο απώλειας σε μία υπηρεσία Πηγή κινδύνου Πλήγμα στην υπηρεσία S3 Πλήγμα πλησίον της υπηρεσίας S4 Πλήγμα στην κατασκευή S1 Συνιστώσα κινδύνου R V R W R Z R B R C Κίνδυνος για κάθε τύπο απώλειας R 2 R 4 * * * * * * * * * * Α Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου με αναφορά στην πηγή της βλάβης [3] R = R D + R I (Ε.22) Όπου: R D είναι ο κίνδυνος λόγω κεραυνικών πληγμάτων στην υπηρεσία (πηγή S 3 ) και καθορίζεται σαν το άθροισμα: R D = R V + R W (Ε.23) R I είναι ο κίνδυνος λόγω κεραυνικών πληγμάτων που επηρεάζουν την υπηρεσία χωρίς να την πλήττουν (πηγές S1 και S4) και ορίζεται σαν το άθροισμα: R I = R B + R C + R Z (Ε.24) Για τη σύνθεση των συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία όπως δίδονται ανωτέρω, δες επίσης στον πίνακα 42. Πίνακας 42. Συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία για διαφορετικούς τύπους βλάβης που προξενούνται από διαφορετικές πηγές. Τύπος της Βλάβης Πηγή της βλάβης D 2 S 3 Κεραυνικό πλήγμα σε μία υπηρεσία S 4 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας υπηρεσίας S 1 Κεραυνικό πλήγμα σε μία κατασκευή Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με τον τύπο της βλάβης Φυσική βλάβη D 3 Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με την πηγή της βλάβης R V R B R F = R V + R B R W R D = R V + R W R Z R C R I = R Z + R B + R C R O = R Z +R W + R C R = R D + R I R = R F + R O 164

165 Α βλάβης [3] Σύνθεση συνιστωσών κινδύνου με αναφορά τον τύπο R = R F + R O (Ε.25) Όπου: R F είναι ο κίνδυνος λόγω φυσικής βλάβης (D 2 ) και ορίζεται σαν το άθροισμα: R F = R V + R B (Ε.26) R O είναι ο κίνδυνος λόγω αστοχίας εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) και ορίζεται σαν το άθροισμα: R O = R W + R Z + R C (Ε.27) Για τη σύνθεση των συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία όπως δίδονται ανωτέρω, δες επίσης στον πίνακα 42. Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου [3] Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία κατασκευή [3] Τα χαρακτηριστικά μιας κατασκευής και τα πιθανά μέτρα προστασίας που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία κατασκευή δίνονται στον πίνακα

166 Πίνακας 43. Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία κατασκευή Χαρακτηριστικά της κατασκευής ή των Μέτρων προστασίας των εσωτερικών συστημάτων Επιφάνεια συλλογής (Συλλεκτήρια επιφάνεια) Ειδική αντίσταση εδάφους (επιφανείας) Ειδική αντίσταση δαπέδου Φυσικοί περιορισμοί, Μόνωση, Προειδοποιητική αναγγελία, ισοδυναμικότητα εδάφους (ισοδυναμικές συνδέσεις) (soil equipotentialization) Συνιστώσες Κινδύνου R A R B R C R M R U R V R W R Z X X X X X X X X X X ΣΑΠ (LPS) X 1) X X 2) X 2) X 3) X 3) Επιλογική προστασία με SPDs X X X X Χωρική θωράκιση (προστασία) (ασπίδα) Spatial shield Θωράκιση (προστασία) (Shielding) εξωτερικών γραμμών Θωράκιση (προστασία) (Shielding) εσωτερικών γραμμών X X Προφυλάξεις διαδρομής X X Δίκτυο διασύνδεσης (Bonding) X Μέτρα πυροπροστασίας X X Ευαισθησία φωτιάς (Fire sensitivity) X X Ειδικός κίνδυνος X X X X X X X X X X Αντοχή μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις (κρουστική αντοχή X X X X X X τάσης) (Impulse withstand voltage) 1) Στην περίπτωση ενός «φυσικού» ή τυποποιημένου ΣΑΠ με αγωγό καθόδου απέχοντα λιγότερο από 10 m, ή όπου προβλέπονται φυσικοί περιορισμοί, ο σχετικός με τη βλάβη εμβίων όντων κίνδυνος λόγω τάσεων επαφής και βηματικών είναι αμελητέος. 2) Μόνο για ΣΑΠ τύπου πλέγματος. 3) Εξ αιτίας ισοδυναμικών συνδέσεων. Α Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία υπηρεσία [3] Τα χαρακτηριστικά μιας υπηρεσίας, της διασυνδεδεμένης κατασκευής και τα πιθανά μέτρα προστασίας που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου δίνονται στον πίνακα

167 Πίνακας 44. Συντελεστές που επηρεάζουν τις συνιστώσες κινδύνου σε μία υπηρεσία. Χαρακτηριστικά μέτρων προστασίας Συνιστώσες Κινδύνου υπηρεσίας R V R W R Z R B R C Επιφάνεια συλλογής X X X X X Θωράκιση καλωδίου X X X X X Καλώδιο κεραυνικής προστασίας X X X X X Κανάλι καλωδίων κεραυνικής προστασίας X X X X X Επιπρόσθετοι αγωγοί θωράκισης X X X X X Αντοχή μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις X X X X X Περιοριστής κρουστικών φαινομένων (SPD) X X X X X 167

168 Α.6.7 Διαχείριση κινδύνου [3] Α Ανεκτός κίνδυνος [3] Πριν προχωρήσουμε πρέπει αναφέρουμε ότι για κάθε είδος κινδύνου υπάρχει ένα ανώτερο επιτρεπτό όριο, ο Ανεκτός κίνδυνος. Ο προσδιορισμός της τιμής του ανεκτού κινδύνου R T είναι ευθύνη της αρμόδιας εθνικής αρχής που έχει δικαιοδοσία, Αν δεν υπάρχουν καθορισμένες τιμές από αρμόδια εθνική αρχή χρησιμοποιούνται οι αντιπροσωπευτικές τυπικές τιμές ανεκτού κινδύνου R T, κατά IEC που δίδονται στον Πίνακα 45, όταν κεραυνικά πλήγματα συνεπάγονται απώλεια ανθρώπινης ζωής, ή απώλεια κοινωνικής ή πολιτιστικής αξίας. Πίνακας 45. Τυπικές τιμές ανεκτού κινδύνου R T [3], [13] Τύποι Απώλειας R T [έτος -1 ] Απώλεια ανθρώπινης ζωής ή μόνιμος τραυματισμός 10-5 Απώλεια υπηρεσίας στο κοινό (1) Απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς 10 Οικονομική απώλεια - (2) Σύμφωνα με IEC edition ος του 2010 [13] υπάρχουν αλλαγές ως κάτωθι: 1) Ο ανεκτός κίνδυνος για απώλεια πολιτιστικής κληρονομιάς έχει μειωθεί από 10 3 (κεφ. 5.4 IEC ) σε ) Καθορίστηκε κίνδυνος οικονομικής απώλειας 10-3 και ισχύει μόνο εφ όσον δεδομένα για ανάλυση κόστους/οφέλους δεν είναι διαθέσιμα. Α Βασική διαδικασία [3], [2] Η απόφαση να προστατεύσουμε μια κατασκευή ή μια υπηρεσία έναντι κεραυνού, καθώς και η επιλογή των μέτρων προστασίας, θα είναι σύμφωνη με το IEC και το IEC και θα εφαρμόζεται η ακόλουθη διαδικασία: Αναγνώριση του υπό προστασία αντικειμένου και των χαρακτηριστικών του. Αναγνώριση όλων των τύπων απώλειας στο αντικείμενο Για κάθε τύπο απώλειας αναγνώριση του ανεκτού κινδύνου Για κάθε τύπο απώλειας αναγνώριση και υπολογισμός όλων των σχετικών συνιστωσών κινδύνου R X Υπολογισμός των σχετικών κινδύνων R (R 1 έως R 4 ) για κάθε τύπο απώλειας για την υπό προστασία κατασκευή ή υπηρεσία σαν άθροισμα των συνιστωσών αυτού 168

169 Υπολογισμός της ανάγκης προστασίας, συγκρίνοντας τους κινδύνους R 1, R 2 και R 3 για την κατασκευή (R 2 για μία υπηρεσία) με τον ανεκτό κίνδυνο. Οπότε: Εάν από την εκτίμηση κινδύνου προκύπτει ότι: η ανάγκη για αντικεραυνική προστασία είναι απαραίτητη (R: R 1 έως R 3 για μία κατασκευή, R 2 για μία υπηρεσία). Στην περίπτωση αυτή, θα υιοθετηθούν μέτρα προστασίας για τη μείωση του κινδύνου R (R 1 έως R 3 ) στο ανεκτό επίπεδο R T.. Εάν περισσότερα από ένα είδη απώλειας μπορούν να εμφανισθούν στο αντικείμενο που πρόκειται να προστατευθεί, η συνθήκη πρέπει να ικανοποιείται για κάθε τύπο απώλειας (L 1, L 2 και L 3 ). Εάν απαραίτητη η ανάγκη για αντικεραυνική προστασία δεν είναι Στο τέλος γίνεται υπολογισμός της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας συγκρίνοντας τα κόστη της συνολικής απώλειας με και χωρίς μέτρα προστασίας. Σ αυτή την περίπτωση, θα υπολογισθούν οι συνιστώσες κινδύνου R 4 για μία κατασκευή (R 4 για μία υπηρεσία) για να υπολογίσουμε τα κόστη αυτά. (Κεφάλαια Α και Α.16 - Παράρτημα G του IEC ). Για τον R 4 η εκτίμηση γίνεται, όπως θα δούμε παρακάτω, με οικονομικά κριτήρια. Α Θεωρούμενη κατασκευή για τον υπολογισμό του κινδύνου [3] Η θεωρούμενη κατασκευή περιλαμβάνει: Την ίδια την κατασκευή Εγκαταστάσεις εντός της κατασκευής (στην κατασκευή) Περιεχόμενα της εγκατάστασης Πρόσωπα εντός της εγκατάστασης ή ευρισκόμενα στις ζώνες μέχρι 3 m εξωτερικά της κατασκευής. Περιβάλλον που επηρεάζεται από μια βλάβη στην κατασκευή. Η προστασία δεν περιλαμβάνει συνδεδεμένες υπηρεσίες εκτός της κατασκευής. Σημείωση: Η θεωρούμενη κατασκευή μπορεί να υποδιαιρείται σε διάφορες ζώνες Α Θεωρούμενη υπηρεσία για τον υπολογισμό του κινδύνου [3] 5.3 Η θεωρούμενη υπηρεσία είναι η φυσική διασύνδεση μεταξύ: Του κτιρίου τηλεπικοινωνιών (κτιρίου παροχής υπηρεσίας γενικότερα) με το κτίριο του χρήστη ή δύο κτιρίων τηλεπικοινωνιών (κτιρίων παροχής υπηρεσιών γενικότερα), ή δύο κτιρίων χρηστών για τις γραμμές τηλεπικοινωνιών (TLC). 169

170 Του κτιρίου τηλεπικοινωνιών (κτιρίου παροχής υπηρεσίας γενικότερα) ή του κτιρίου του χρήστη και ενός κόμβου διανομής, ή μεταξύ δύο κόμβων διανομής για τις γραμμές τηλεπικοινωνιών (TLC). Του υποσταθμού υψηλής τάσης (H/V) και του κτιρίου του χρήστη, για τις γραμμές ισχύος. Του κυρίου σταθμού διανομής και του κτιρίου του χρήστη, για σωλήνες. Η θεωρούμενη υπηρεσία περιλαμβάνει τον εξοπλισμό γραμμής και τον τερματικό εξοπλισμό γραμμής, όπως: Διάταξη πολυπλεξίας σήματος, Ενισχυτή ισχύος, Μονάδες οπτικού δικτύου, Μετρητές, Τερματικό εξοπλισμό γραμμής, κ.λπ. Διακόπτες ισχύος, συστήματα υπερεντάσεως, μετρητές, κ.λπ. Συστήματα ελέγχου, συστήματα ασφαλείας, μετρητές, κ.λπ. Η προστασία δεν περιλαμβάνει τον εξοπλισμό του χρήστη ή οποιαδήποτε κατασκευή συνδεδεμένη στα άκρα της υπηρεσίας. Η διαδικασία για τον υπολογισμό της ανάγκης προστασίας δίδεται στο Σχήμα

171 Διαδικασία για να αποφασισθεί η ανάγκη προστασίας Αναγνώριση της υπό προστασία κατασκευής Αναγνώριση των τύπων απωλειών των σχετικών με την υπό προστασία κατασκευή ή υπηρεσία Για κάθε τύπο απώλειας: Αναγνώριση του ανεκτού κινδύνου R T Αναγνώριση και υπολογισμός όλων των σχετικών συνιστωσών κινδύνου R X Υπολογισμός R = Σ R X R > R T ΝΑΙ ΟΧΙ Κατασκευή ή υπηρεσία προστατευμένη γι αυτού του τύπου την απώλεια Εγκατάσταση επαρκών μέτρων προστασίας καταλλήλων να μειώσουν τον R Σχήμα 82. Διάγραμμα διαδικασίας για να αποφασισθεί η ανάγκη προστασίας 171

172 Α Διαδικασία για τον υπολογισμό της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας - Κίνδυνος R 4 [3], [2] Ο υπολογισμός του κινδύνου R 4 επιτρέπει τον υπολογισμό του κόστους της οικονομικής απώλειας με και χωρίς την υιοθέτηση των μέτρων προστασίας. Τα αντικείμενα τα οποία παίζουν ρόλο στον υπολογισμό του κινδύνου R 4 καθορίζονται από: Την όλη κατασκευή Ένα τμήμα της κατασκευής Μια εσωτερική εγκατάσταση Ένα τμήμα μιας εσωτερικής εγκατάστασης Ένα τμήμα εξοπλισμού Τα περιεχόμενα εντός της κατασκευής Το κόστος απώλειας σε μία ζώνη θα υπολογισθεί σύμφωνα με τα κεφάλαια Α και Α.16 (βάσει του IEC παράρτημα G). Το ολικό κόστος απώλειας για την κατασκευή είναι το άθροισμα του κόστους απώλειας όλων των ζωνών. Η αντικεραυνική προστασία είναι οικονομικά αποτελεσματική εάν το άθροισμα του κόστους C RL της παραμένουσας απώλειας με παρουσία μέτρων προστασίας και του κόστους C PM των μέτρων προστασίας είναι χαμηλότερο από το κόστος C L της ολικής απώλειας χωρίς τα μέτρα προστασίας: Εκτός από την ανάγκη αντικεραυνικής προστασίας για μία κατασκευή ή υπηρεσία, μπορεί να είναι χρήσιμο να εξακριβώσουμε τα οικονομικά οφέλη από την εγκατάσταση μέτρων προστασίας για να μειώσουμε την οικονομική απώλεια (του οικονομικού κινδύνου) L 4 και να μειώσουμε τον κίνδυνο R 4. Ο υπολογισμός των συνιστωσών του κινδύνου R 4 για μία κατασκευή (R 4 για μία υπηρεσία) επιτρέπει στο χρήστη να υπολογίσει το κόστος της οικονομικής απώλειας με και χωρίς τα υιοθετηθέντα μέτρα (Παράρτημα G). Η διαδικασία για την εξακρίβωση της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας απαιτεί: Αναγνώριση της αξίας της κατασκευής και των δραστηριοτήτων της καθώς και των εσωτερικών της εγκαταστάσεων Αναγνώριση των συνιστωσών R X οι οποίες συνθέτουν τον κίνδυνο R 4 για μία κατασκευή (R 4 για μία υπηρεσία) Υπολογισμός των αναγνωρισθέντων των συνιστωσών κινδύνου R X με απουσία νέων/επιπροσθέτων μέτρων προστασίας Υπολογισμός του ετησίου κόστους απώλειας που οφείλεται σε κάθε συνιστώσα κινδύνου R X 172

173 Υπολογισμός του ετησίου κόστους C L της συνολικής απώλειας με απουσία μέτρων προστασίας. Υιοθέτηση των επιλεγέντων μέτρων προστασίας Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου R X με παρουσία των επιλεγέντων μέτρων προστασίας Υπολογισμός του ετησίου κόστους της υπολειπομένης απώλειας που οφείλεται σε κάθε συνιστώσα κινδύνου R X στην υπό προστασία κατασκευή ή υπηρεσία με παρουσία των επιλεγέντων μέτρων προστασίας Υπολογισμός του συνολικού ετησίου κόστους C RL της υπολειπομένης απώλειας με παρουσία των επιλεγέντων μέτρων προστασίας Υπολογισμός του ετησίου κόστους C PM των επιλεγέντων μέτρων προστασίας Σύγκριση ετησίου κόστους C L της συνολικής απώλειας με απουσία μέτρων προστασίας σε σχέση με το άθροισμα του κόστους C RL της υπολειπομένης απώλειας με παρουσία των επιλεγέντων μέτρων προστασίας και του κόστους C PM των επιλεγέντων μέτρων προστασίας. Εάν, η αντικεραυνική προστασία δεν φαίνεται να είναι οικονομικά αποτελεσματική Εάν, τότε τα μέτρα προστασίας μπορεί να αποδειχθούν ότι εξοικονομούν χρήματα στη συνολική διάρκεια ζωής της κατασκευής ή της υπηρεσίας Η διαδικασία για τον υπολογισμό της οικονομικής καταλληλότητας της προστασίας δίδεται σχηματικά στο Σχήμα

174 Διαδικασία για την κοστολογική αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας Αναγνώριση της αξίας των: Κατασκευής και των δραστηριοτήτων της Εσωτερικών εγκαταστάσεων Αναγνώριση όλων των σχετικών συνιστωσών κινδύνου R X οι οποίες σχετίζονται με τον R 4 Υπολογισμός του ετήσιου κόστους C L της συνολικής απώλειας και του κόστους C RL της υπολειπόμενης απώλειας με παρουσία μέτρων προστασίας (Παράρτημα G) Υπολογισμός του ετήσιου κόστους CPM των επιλεγέντων μέτρων προστασίας C PM + C RL > C L ΟΧΙ ΝΑΙ Η υιοθέτηση μέτρων προστασίας δεν είναι κοστολογικά αποτελεσματική Είναι κοστολογικά αποτελεσματικό να υιοθετηθούν μέτρα προστασίας Σχήμα 83. Διάγραμμα διαδικασίας για την κοστολογική αποτελεσματικότητα των μέτρων προστασίας 174

175 Α.7 ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ [3], [2] Τα μέτρα προστασίας στοχεύουν στη μείωση του κινδύνου ανάλογα με τον τύπο της βλάβης και θεωρούνται αποτελεσματικά μόνον εφ όσον συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις των ακολούθων σχετικών προτύπων: IEC για προστασία έναντι βλάβης εμβίων όντων και φυσικής βλάβης σε μία κατασκευή IEC για προστασία έναντι αστοχίας εσωτερικών συστημάτων IEC για προστασία υπηρεσιών Τα μέτρα προστασίας επίσης πρέπει να είναι ικανά να ανθίστανται επιτυχώς στις εντάσεις που αναμένονται στα σημεία που εγκαθίστανται. Α.7.1 Βασικά κριτήρια για προστασία κατασκευών και υπηρεσιών [2] Μια ιδανική προστασία για κατασκευές και υπηρεσίες θα ήταν ο εγκλωβισμός του προς προστασία αντικειμένου εντός μιας γειωμένης και άριστα αγώγιμης συνεχούς θωράκισης καταλλήλου πάχους, και με την εξασφάλιση κατάλληλης (ηλεκτρικής) διασύνδεσης, στο σημείο εισόδου στη θωράκιση, της υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένη στην κατασκευή. Αυτό θα παρεμπόδιζε την διείσδυση του κεραυνικού ρεύματος και του σχετικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μέσα στο υπό προστασία αντικείμενο και θα παρεμπόδιζε τα επικίνδυνα θερμικά και ηλεκτροδυναμικά αποτελέσματα του ρεύματος, καθώς και τους επικινδύνους σπινθηρισμούς και τις υπερτάσεις των εσωτερικών συστημάτων. Στην πράξη, δεν είναι συχνά δυνατόν ούτε κοστολογικά αποτελεσματικό να πάμε τόσο μακριά για να προσφέρουμε τόσο βέλτιστη προστασία. Έλλειψη συνέχειας της θωράκισης ή και το μη κατάλληλο πάχος αυτής επιτρέπει στο κεραυνικό ρεύμα να διαπεράσει τη θωράκιση προξενώντας: Φυσική βλάβη και κίνδυνο ζωής Αστοχία εσωτερικών συστημάτων Αστοχία της υπηρεσίας και των συνδεδεμένων συστημάτων Τα μέτρα προστασίας, που υιοθετούνται για να μειώσουν αυτές τις βλάβες και την σχετική συνεπαγόμενη απώλεια, θα σχεδιασθούν για την καθορισμένη ομάδα παραμέτρων του κεραυνικού ρεύματος ενάντια στην οποία απαιτείται προστασία (επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας). Τα κριτήρια για την αποτίμηση του κινδύνου και την επιλογή των καταλληλότερων μέτρων προστασίας θα είναι σύμφωνα με το IEC Α Μέτρα προστασίας για μείωση της βλάβης εμβίων όντων [2], [6], [5] 175

176 Τα μέτρα προστασίας κατά βλάβης εμβίων όντων περιλαμβάνουν μέτρα μείωσης των κινδύνων από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής. Σχήμα 84. Διαφορές δυναμικού για βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής [5] Α Μέτρα προστασίας κατά τάσεων επαφής [6], [5] Σχήμα 85. Τάση επαφής [12] Σε ορισμένες περιπτώσεις, η περιοχή πέριξ των αγωγών καθόδου έξω από την κατασκευή μπορεί να γίνει επικίνδυνη για τη ζωή ακόμη και εάν το 176

177 ΣΑΠ έχει σχεδιασθεί και κατασκευασθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις των προτύπων. Οι τάσεις επαφής οφείλονται σε ένα παρόμοιο λόγο με τις βηματικές τάσεις, αλλά η διαφορά τάσεως που λαμβάνεται υπ όψιν είναι εκείνη που αναπτύσσεται μεταξύ του χεριού και (γενικώς) του ποδιού. Ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας από τάσεις επαφής είναι μεγαλύτερος από αυτόν από βηματικές τάσεις καθώς η διαδρομή του ρεύματος είναι πλησιέστερη στην περιοχή της καρδιάς. Ο κίνδυνος μειώνεται σε ένα αποδεκτό επίπεδο εάν εκπληρούται μία από τις ακόλουθες συνθήκες: Η πιθανότητα προσεγγίσεως ανθρώπων, ή η διάρκεια της παρουσίας τους εκτός της κατασκευής και πλησίον των αγωγών καθόδου είναι πολύ χαμηλή. Το φυσικό σύστημα αγωγών καθόδου αποτελείται από διάφορες κολώνες με εκτεταμένο μεταλλικό πλαίσιο ή από διάφορες κολώνες με διασυνδεμένο χάλυβα της κατασκευής, με επιβεβαιωμένη την ηλεκτρική συνέχεια (ή συνεχές μεταλλικό περίβλημα όπως στη δεξαμενή). Η ειδική αντίσταση της επιφανειακής στρώσης του εδάφους, σε απόσταση έως 3 m από τον αγωγό καθόδου, δεν είναι μικρότερη από 5 kωm. Σημείωση: Μια στρώση μονωτικού υλικού, π.χ. ασφάλτου πάχους 5 cm (ή μία στρώση χαλίκι πάχους 15 cm) γενικά μειώνει τον κίνδυνο σε ένα αποδεκτό επίπεδο. Εάν καμία από αυτές τις συνθήκες δεν πληρούται, θα υιοθετηθούν μέτρα προστασίας κατά βλάβης εμβίων όντων οφειλομένων σε τάσεις επαφής ως ακολούθως: Εξασφάλιση μόνωσης των εκτεθειμένων αγωγών καθόδου ώστε να δίνει αντοχή μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις 100 kv, 1,2/50 μs, π.χ. XLPE (cross-linked polyethylene) πάχους τουλάχιστον 3 mm. Φυσικοί περιορισμοί ή και προειδοποιητικές πινακίδες για μείωση της πιθανότητας ώστε έμβια όντα να έλθουν σε επαφή με τους αγωγούς καθόδου Εξασφάλιση ισοδυναμικότητας μεταξύ δαπέδου και αγωγών καθόδου (π.χ. μεταλλικό δάπεδο ισοδυναμικά συνδεδεμένο, συγκολλημένο, με το περίβλημα, όπως στη δεξαμενή) Τα μέτρα προστασία θα συμφωνούν με τα σχετικά πρότυπα (ISO ). 177

178 Α Μέτρα προστασίας κατά βηματικών τάσεων [6], [5], [12] Σχήμα 86. Βηματικές τάσεις [12] Όταν το κεραυνικό ρεύμα ρέει προς τη γη ένα μεγάλο διάνυσμα τάσης αναπτύσσεται γύρω από το ηλεκτρόδιο γης σε σχέση με ένα πιο απομακρυσμένο σημείο. Η γη μπορεί να θεωρηθεί (φανταστικά) σαν μια ακολουθία από επικαλυπτόμενα ημισφαίρια. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση από το ηλεκτρόδιο τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του ημισφαιρίου και περισσότερες παράλληλες τροχιές διά μέσου του εδάφους. Έτσι η τάση είναι μεγαλύτερη πλησίον του ηλεκτροδίου όπου η πυκνότητα ρεύματος είναι υψηλότερη (μεγαλύτερη). Η κανονική απόσταση ενός βήματος του ανθρώπου είναι κοντά στο 1 m. Κατά τη χρονική στιγμή που η εκφόρτιση είναι κοντά στο ηλεκτρόδιο γης η διαφορά τάσης κατά μήκος της απόστασης (του βήματος) μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη ώστε να καταστεί θανατηφόρα, εξαρτώμενη από τις συνθήκες όπως την κατάσταση των υποδημάτων, κ.λπ., σημαντικό ρεύμα μπορεί να διέλθει από το ένα πόδι στο άλλο. Σε περιπτώσεις (μεγάλων) ζώων ο κίνδυνος είναι μεγαλύτερος λόγω του ότι η απόσταση μεταξύ των μπροστινών από τα πίσω πόδια των μεγάλων ζώων μπορεί να είναι της τάξεως των 2 m και το ρεύμα ρέει διά μέσου της πιο ευαίσθητης περιοχής της καρδιάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η περιοχή πέριξ των αγωγών καθόδου έξω από την κατασκευή μπορεί να γίνει επικίνδυνη για τη ζωή ακόμη και εάν το ΣΑΠ έχει σχεδιασθεί και κατασκευασθεί σύμφωνα με τους κανόνες των προτύπων. Συνιστάται οι αγωγοί καθόδου και τα ηλεκτρόδια γειώσεων να τοποθετούνται σε περιοχές μη προσβάσιμες σε ανθρώπους. Εάν αυτό δεν 178

179 είναι δυνατόν τότε πρέπει να λαμβάνονται επιπρόσθετα μέτρα ασφαλείας για περιορισμό των τάσεων επαφής και των βηματικών τάσεων. Αυτό είναι σημαντικό για περιοχές όπου μπορεί να συγκεντρωθεί μεγάλος αριθμός ανθρώπων. Ο κίνδυνος μειώνεται σε ένα αποδεκτό επίπεδο εάν εκπληρούται μία από τις ακόλουθες συνθήκες: Η πιθανότητα προσεγγίσεως ανθρώπων, ή η διάρκεια της παρουσίας τους εντός της επικίνδυνης περιοχής έως και 3 m από τους αγωγούς καθόδου είναι πολύ χαμηλή. Η ειδική αντίσταση της επιφανειακής στρώσης του εδάφους, σε απόσταση έως 3 m από τον αγωγό καθόδου, δεν είναι μικρότερη από 5 kωm. Σημείωση: Μια στρώση μονωτικού υλικού, π.χ. ασφάλτου, πάχους 5 cm (ή μία στρώση χαλίκι πάχους 15 cm) γενικά μειώνει τον κίνδυνο σε ένα αποδεκτό επίπεδο. Εάν καμία από αυτές τις συνθήκες δεν πληρούται, θα υιοθετηθούν μέτρα προστασίας κατά βλάβης εμβίων όντων οφειλομένων σε βηματικές τάσεις ως ακολούθως: Εξασφάλιση ισοδυναμικότητας μέσω συστήματος γείωσης τύπου πλέγματος (ή συνεχούς αγωγού, μεταλλικού δαπέδου, όπως εσωτερικά της δεξαμενής). Φυσικοί περιορισμοί ή και προειδοποιητικές πινακίδες για ελαχιστοποίηση της πιθανότητας πρόσβασης στην επικίνδυνη περιοχή έως και 3 m από τους αγωγούς καθόδου Τοποθέτηση προσθέτων δακτυλίων γείωσης σε αυξανόμενο προοδευτικά βάθος, ως παρακάτω σχήμα 87, και οι οποίοι θα πρέπει να είναι διασυνδεδεμένοι μέσω ακτινικών αγωγών. Τα μέτρα προστασίας θα συμφωνούν με τα σχετικά πρότυπα (ISO ). 179

180 Σχήμα 87. Ηλεκτρόδια δακτυλίου για μείωση των βηματικών τάσεων [5] Είναι επίσης καλή πρακτική να μονώνεται το πάνω άκρο του αγωγού που εισέρχεται στη γη. Θερμοσυστελλόμενο πάχους 2 mm για πολυαιθυλένιο (polyethylene) ή πάχους 4 mm για PVC που προστατεύει τα πρώτα 2-3 m του αγωγού/ηλεκτροδίου είναι ικανό να μειώσει τους κινδύνους των βηματικών τάσεων. Πρέπει να ληφθεί υπ όψιν όμως ότι κάθε τμήμα αγωγού που μονώνεται δεν συνεισφέρει στις απαιτήσεις της γείωσης. Α Πλευρικό πλήγμα [5] Όλοι οι αγωγοί καθόδου έχουν μία αντίσταση και το σπουδαιότερο μία επαγωγή. Κατά τη διάρκεια του κεραυνικού πλήγματος ο ταχύς ρυθμός αύξησης του ρεύματος μπορεί να προκαλέσει την ανύψωση της επαγωγικής τάσεως του αγωγού που μπορεί να φθάσει σε ένα μέγεθος όπου υπάρχει ικανή τάση στον αγωγό ώστε να συμβεί υπερπήδηση προς ένα κοντινό αγώγιμο και γειωμένο αντικείμενο. Το πλευρικό πλήγμα μπορεί να ελεγχθεί με: Τη χρήση ενός αριθμού παραλλήλων αγωγών καθόδου για να μειωθεί το ρεύμα σε καθένα από αυτούς Εξασφάλιση ότι η απόσταση διαχωρισμού μεταξύ δύο αντικειμένων είναι ικανή ώστε να μην διασπαστεί το ενδιάμεσο μέσον ή 180

181 (Ισοδυναμική) διασύνδεση στο αντικείμενο για εξάλειψη της διαφοράς δυναμικού (το αντικείμενο μπορεί να φέρει ένα μερικό κεραυνικό ρεύμα) σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προτύπου IEC για τους αγωγούς καθόδου και των (ισοδυναμικών) συνδέσεων. Σημείωση: Το πλευρικό πλήγμα αποτελεί κίνδυνο, εκτός για τα έμβια όντα, και για κατασκευές και υπηρεσίες Α Μέτρα προστασίας για μείωση φυσικής βλάβης [2] Τα πιθανά μέτρα προστασίας περιλαμβάνουν: 1. Για κατασκευές: Σύστημα αντικεραυνικής προστασίας (ΣΑΠ) Σημείωση 1: Όταν ένα σύστημα αντικεραυνικής προστασίας έχει εγκατασταθεί, η ισοδυναμική σύνδεση είναι πολύ σημαντικό μέτρο για τη μείωση του κινδύνου φωτιάς, έκρηξης και κινδύνου εναντίον της ζωής. Περισσότερες λεπτομέρειες αναφέρονται IEC Σημείωση 2: Προληπτικά μέτρα που περιορίζουν την ανάπτυξη και διασπορά της φωτιάς όπως πυράντοχα διαμερίσματα (τμήματα), πυροσβεστήρες, υδροστόμια, πυρανίχνευση με συναγερμό και εγκαταστάσεις πυροπροστασίας, μπορούν να μειώσουν τη φυσική βλάβη. Σημείωση 3: Προστατευμένες οδοί διαφυγής προσφέρουν προστασία για το προσωπικό. 2. Για υπηρεσίες: Αγωγός (σύρμα) προστασίας Σημείωση 4: Για θαμμένα καλώδια, μια πολύ αποτελεσματική προστασία εξασφαλίζεται με μεταλλικούς αγωγούς. Α Μέτρα προστασίας για μείωση της αστοχίας ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων [2] Τα πιθανά μέτρα προστασίας περιλαμβάνουν: 1. Για κατασκευές: Σύστημα μέτρων προστασίας (από) LEMP (LEMP protection measures system LPMS) αποτελούμενο από τα ακόλουθα μέτρα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν από μόνα τους ή σε συνδυασμό: Μέτρα γείωσης και ηλεκτρικής διασύνδεσης Μαγνητική θωράκιση Διαδρομή γραμμής «Επιλογική προστασία με SPDs» 181

182 2. Για υπηρεσίες: Συσκευές προστασίας υπερτάσεων (Surge Protection Devices SPDs) σε διαφορετικές θέσεις κατά μήκος της γραμμής και στον τερματισμό της γραμμής. Μαγνητική θωράκιση καλωδίων Σημείωση 1: Για θαμμένα καλώδια, μια πολύ αποτελεσματική προστασία εξασφαλίζεται με μια συνεχή μεταλλική θωράκιση καταλλήλου πάχους. Σημείωση 2: Εφεδρική διαδρομή, εφεδρικός εξοπλισμός, αυτόνομα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη, συστήματα αδιαλείπτου παροχής, συστήματα αποθήκευσης υγρών, και αυτόματα συστήματα ανίχνευσης αστοχιών είναι αποτελεσματικά μέτρα προστασίας για μείωση της απώλειας δραστηριότητας της υπηρεσίας. Σημείωση 3: Μια αυξημένη αντοχή τάσης της μόνωσης του εξοπλισμού και των καλωδίων είναι ένα αποτελεσματικό μέτρο προστασίας κατά της αστοχίας που οφείλεται σε υπερτάσεις Α.7.2 Επιλογή μέτρων προστασίας [2], [3] Η επιλογή των πλέον καταλλήλων μέτρων προστασίας θα γίνεται από τον σχεδιαστή και τον ιδιοκτήτη σύμφωνα με τον τύπο και το μέγεθος για κάθε τύπο βλάβης, σύμφωνα με τη συμμετοχή κάθε συνιστώσας κινδύνου στον συνολικό κίνδυνο R και σύμφωνα με τα οικονομικοτεχνικά (κόστος αποτελεσματικότητα) των διαφορετικών μέτρων προστασίας ώστε τελικά να φθάσουμε σε R R T. Κρίσιμες παράμετροι θα αναγνωρισθούν για να καθορίσουν τα πιο αποτελεσματικά μέτρα για να μειώσουν τον κίνδυνο R. Για κάθε τύπο απώλειας, υπάρχει ένας αριθμός μέτρων προστασίας τα οποία, από μόνα τους ή σε συνδυασμό, καταφέρνουν την πλήρωση της συνθήκης R R T. Η λύση που θα υιοθετηθεί θα επιλεγεί σε σχέση με τα τεχνικοοικονομικά θέματα. Μια απλοποιημένη διαδικασία για την επιλογή των μέτρων προστασίας δίδεται στο διάγραμμα ροής του Σχήματος 88 για κατασκευές και του Σχήματος 89 για υπηρεσίες. Σε κάθε περίπτωση ο εγκαταστάτης ή ο σχεδιαστής θα πρέπει να αναγνωρίσουν τις πιο κρίσιμες συνιστώσες κινδύνου και να τις μειώσουν, λαμβάνοντας επίσης υπ όψιν τα τεχνικοοικονομικά θέματα. 182

183 Α Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε κατασκευές Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε κατασκευές Αναγνώριση της υπό προστασία κατασκευής Αναγνώριση των σχετικών με την κατασκευή τύπων απωλειών Για κάθε τύπο απώλειας αναγνώριση και υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου R A, R B, R C, R M, R U, R V, R W, R Z R > R T ΟΧΙ Η κατασκευή προστατεύεται (προστατευμένη κατασκευή) ΝΑΙ Έχει εγκατασταθεί ΣΑΠ; ΝΑΙ Έχει εγκατασταθεί LPMS; ΝΑΙ Υπολογισμένες νέες τιμές συνιστωσών κινδύνου ΟΧΙ ΟΧΙ R B > R T ΟΧΙ ΝΑΙ Εγκατάσταση ενός καταλλήλου τύπου ΣΑΠ Εγκατάσταση ενός καταλλήλου LPMS Εγκατάσταση άλλων μέτρων προστασίας Σχήμα 88. Διάγραμμα διαδικασίας επιλογής μέτρων προστασίας σε κατασκευές 183

184 Α Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε υπηρεσίες Διαδικασία επιλογής μέτρων προστασίας σε υπηρεσίες Αναγνώριση της υπό προστασία υπηρεσίας Αναγνώριση των σχετικών με την υπηρεσία τύπων απωλειών Για κάθε τύπο απώλειας αναγνώριση και υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου R B, R C, R V, R W, R Z ΟΧΙ Η υπηρεσία προστατεύεται R > R T (προστατευμένη υπηρεσία) ΝΑΙ Έχει εγκατασταθεί SPD; ΝΑΙ Είναι η γραμμή θωρακισμένη; ΝΑΙ Υπολογισμένες νέες τιμές συνιστωσών κινδύνου ΟΧΙ ΟΧΙ R Z > R T ΟΧΙ ΝΑΙ Εγκατάσταση καταλλήλων SPDs Εγκατάσταση καταλλήλου θωράκισης Εγκατάσταση άλλων μέτρων προστασίας Σχήμα 89. Διάγραμμα διαδικασίας επιλογής μέτρων προστασίας σε υπηρεσίες 184

185 Α.8 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΓΙΑ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ [3] Α.8.1 Βασική εξίσωση [3] Κάθε συνιστώσα κινδύνου R A, R B, R C, R M, R U, R V, R W και R Z, μπορεί να εκφραστεί με τη ακόλουθη γενική εξίσωση: (Ε.28) Όπου: N X είναι ο αριθμός των επικίνδυνων γεγονότων ανά έτος και εξαρτάται από την κεραυνική πυκνότητα εδάφους Ng, τα φυσικά χαρακτηριστικά της προς προστασία κατασκευής, τις παρακείμενες κατασκευές (το περιβάλλον) και το έδαφος. P X είναι η πιθανότητα της βλάβης σε μία κατασκευή και επηρεάζεται γενικά από τα χαρακτηριστικά της προς προστασία κατασκευής και τα λαμβανόμενα μέτρα προστασίας L X είναι η συνεπακόλουθη απώλεια και επηρεάζεται γενικά από την προοριζόμενη χρήση της κατασκευής, την παρουσία ανθρώπων, τον τύπο των υπηρεσιών που παρέχονται στο κοινό, την αξία των αγαθών που υπόκεινται στη βλάβη και τα λαμβανόμενα μέτρα προστασίας για περιορισμό του ποσού της απώλειας. Αντίστοιχα ισχύουν και στην περίπτωση υπηρεσίας. Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στην κατασκευή - S 1 [3] Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου που σχετίζονται με κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή ισχύουν οι ακόλουθες σχέσεις: Συνιστώσα σχετική με βλάβη εμβίων όντων (D 1 ) (Ε.29) Συνιστώσα σχετική με φυσική βλάβη (D 2 ) (Ε.30) Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) (Ε.31) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτών των συνιστωσών κινδύνου δίνονται στον πίνακα

186 Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της κατασκευής - S 2 [3] Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου που σχετίζονται με κεραυνικά πλήγματα πλησίον της κατασκευής ισχύει η ακόλουθη σχέση: Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) (Ε.32) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτής της συνιστώσας κινδύνου δίνονται στον πίνακα 46. Α Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία γραμμή διασυνδεδεμένη με την κατασκευή - S 3 [3] Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου που σχετίζονται με κεραυνικά πλήγματα σε μία εισερχόμενη γραμμή, ισχύουν οι ακόλουθες σχέσεις: Συνιστώσα σχετική με βλάβη εμβίων όντων (D 1 ) (Ε.33) Συνιστώσα σχετική με φυσική βλάβη (D 2 ) (Ε.34) Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) (Ε.35) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτών των συνιστωσών κινδύνου δίνονται στον πίνακα 46 Εάν η γραμμή έχει περισσότερα από ένα τμήματα, οι τιμές των R U, R V και R W είναι το άθροισμα των R U, R V και R W τιμών σχετικών με κάθε τμήμα της γραμμής. Τα θεωρούμενα τμήματα είναι εκείνα μεταξύ της κατασκευής και του πρώτου κόμβου διανομής. Σε περίπτωση μιας κατασκευής με περισσότερες από μία διασυνδεδεμένες γραμμές με διαφορετικές διαδρομές, οι υπολογισμοί θα γίνουν για κάθε γραμμή. 186

187 Α Υπολογισμός συνιστώσας κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μίας υπηρεσίας διασυνδεδεμένης με την κατασκευή - S 4 [3] Για τον υπολογισμό της συνιστώσας κινδύνου που σχετίζεται με κεραυνικά πλήγματα πλησίον μιας γραμμής διασυνδεδεμένης στην κατασκευή, ισχύει η ακόλουθη σχέση: Συνιστώσα σχετική με αστοχία εσωτερικών συστημάτων (D 3 ) (Ε.36) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτής της συνιστώσας κινδύνου δίνονται στον πίνακα 46. Εάν η γραμμή έχει περισσότερα από ένα τμήματα, η τιμή της R Z είναι το άθροισμα των συνιστωσών R Z σχετικών με κάθε τμήμα της γραμμής. Τα θεωρούμενα τμήματα είναι εκείνα μεταξύ της κατασκευής και του πρώτου κόμβου διανομής. Σε περίπτωση μιας κατασκευής με περισσότερες από μία διασυνδεδεμένες γραμμές με διαφορετικές διαδρομές, οι υπολογισμοί θα γίνουν για κάθε γραμμή. Για το σκοπό αυτού του υπολογισμού, εάν (N I N L ) < 0, τότε υποθέτουμε ότι ( N I N L ) =

188 Α Παράμετροι σχετικοί κινδύνου για μία κατασκευή [3] με τον υπολογισμό των συνιστωσών Πίνακας 46. Παράμετροι σχετικοί κινδύνου για μία κατασκευή με τον υπολογισμό των συνιστωσών Σύμβολο Ονομασία Τιμή σύμφωνα με Μέσος ετήσιος αριθμός επικινδύνων συμβάντων λόγω κεραυνικών πληγμάτων N D Στην κατασκευή Κεφάλαιο Α.2 N M Πλησίον της κατασκευής Κεφάλαιο Α.3 N L Σε μία γραμμή εισερχομένη στην κατασκευή Κεφάλαιο Α.4 N I Πλησίον μίας γραμμής εισερχομένης στην κατασκευή Κεφάλαιο Α.5 N Da Στην κατασκευή στο άκρο «α» της γραμμής (Σχήμα 90) Κεφάλαιο Α.2 Πιθανότητα για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προξενήσει P A Βλάβη σε έμβια όντα Κεφάλαιο Β.1 P B Φυσική βλάβη Κεφάλαιο Β.2 P C Αστοχία εσωτερικών συστημάτων Κεφάλαιο Β.3 Πιθανότητα για ένα πλήγμα πλησίον μίας κατασκευής να προξενήσει P M Αστοχία εσωτερικών συστημάτων Κεφάλαιο B.4 Πιθανότητα για ένα πλήγμα σε μία γραμμή να προξενήσει P U Βλάβη σε έμβια όντα Κεφάλαιο Β.5 P V Φυσική βλάβη Κεφάλαιο Β.6 P W Αστοχία εσωτερικών συστημάτων Κεφάλαιο Β.7 Πιθανότητα για ένα πλήγμα πλησίον μίας γραμμής να προξενήσει P Z Αστοχία εσωτερικών συστημάτων Κεφάλαιο Β.8 Απώλεια λόγω L A = r a L t L U = r u L t Βλάβης σε έμβια όντα Κεφάλαιο C.2 L B = L V = Κεφάλαια C.2, Φυσικής βλάβη r p r f h z L f C.3, C.4, C.5 L C = L M = Κεφάλαιο C.2, Αστοχίας εσωτερικών συστημάτων L W = L Z = L o C.3, C.5 Σημείωση: Οι τιμές των απωλειών L t, L f, L o, οι συντελεστές μείωσης των απωλειών r p, r a, r u, r f και ο συντελεστής αύξησης των απωλειών h z δίδονται στο IEC , Παράρτημα C, Πίνακες C.2, C.3, C.4 και C

189 Σχήμα 90. Κατασκευές στα άκρα γραμμών: Στο άκρο «β» η υπό προστασία κατασκευή (κατασκευή β ή b) και στο άκρο «α» μία γειτονική (παρακείμενη) κατασκευή (κατασκευή α ή a) [3] Α Σύνοψη συνιστωσών κινδύνου σε μία κατασκευή [3] Οι συνιστώσες κινδύνου για κατασκευές συνοψίζονται στον πίνακα 9, σύμφωνα με τους διαφορετικούς τύπους βλάβης και τις διαφορετικές πηγές βλάβης. Πίνακας 47. Συνιστώσες κινδύνου για μία κατασκευή για διαφορετικούς τύπους βλάβης που προξενούνται από διαφορετικές πηγές. Βλάβη Πηγή της βλάβης D 1 Βλάβη σε έμβια όντα D 2 Φυσική βλάβη S 1 Κεραυνικό πλήγμα σε μία κατασκευή R A = N D P A r a L t R B = N D P B r p h z r f L f S 2 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας κατασκευής S 3 Κεραυνικό πλήγμα σε μία εισερχόμενη υπηρεσία R U = (N L +N Da ) P U r u L t R V = (N L +N Da ) P V r p h z r f L f S 4 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας υπηρεσίας Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με τον τύπο της βλάβης R S = R A +R U R F = R B +R V D 3 Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με την πηγή της βλάβης R C = N D P C L o R D = R A +R B +R C R M = N M P M L o R W = (N L + N Da ) P W L o R I = R M +R U +R V +R W +R Z R Z = (N I N L ) P Z L o R O = R C +R M + R W +R Z R = R D +R I = R S +R F +R O 189

190 Α.9 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΜΙΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΕ ΖΩΝΕΣ Z S [3] ΖΩΝΕΣ ΑΝΤΙΚΕΡΑΥΝΙΚΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ - LPZ [3], [12] Για τον υπολογισμό κάθε συνιστώσας κινδύνου, μία κατασκευή μπορεί να διαιρεθεί σε ζώνες Z S που η κάθε μία να έχει ομογενή χαρακτηριστικά. Εν τούτοις μία κατασκευή μπορεί να είναι, ή μπορεί να θεωρηθεί σαν μία μοναδική ζώνη. Οι ζώνες Z S καθορίζονται κυρίως από: Τον τύπο του εδάφους ή του πατώματος (συνιστώσες κινδύνου R A και R U ), Πυράντοχα διαμερίσματα (συνιστώσες κινδύνου R B και R V ) Θωρακίσεις του χώρου (συνιστώσες κινδύνου R C και R M ). Επιπλέον ζώνες μπορούν να καθορισθούν σύμφωνα με: Τη διάταξη των εσωτερικών συστημάτων (συνιστώσες κινδύνου R C και R M ). Τα μέτρα προστασίας που υπάρχουν ή που θα τοποθετηθούν, όπως ΣΑΠ, σύρματα θωράκισης, μαγνητικές θωρακίσεις και SPDs, κ.λπ. (όλες οι συνιστώσες κινδύνου) και Τις απώλειες L X (όλες οι συνιστώσες κινδύνου). Ο διαχωρισμός της κατασκευής σε ζώνες Z S θα πρέπει να λάβει υπ όψιν τη δυνατότητα εφαρμογής των πλέον καταλλήλων μέτρων προστασίας. Οι σχετικοί ορισμοί και τα σχήματα για τις ζώνες αντικεραυνικής προστασίας δίνονται στο κεφάλαιο Α.5.6.2: Α.9.1 Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου σε μία κατασκευή με ζώνες Z S [3] Οι κανόνες για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου εξαρτώνται από τον τύπο του κινδύνου. Α Κίνδυνοι R 1, R 2 και R 3 [ 3] Α Κατασκευή μιας και μόνο ζώνης [3] Στην περίπτωση που μόνο μία ζώνη Z S καθορίζεται για όλη την κατασκευή ο κίνδυνος R είναι το άθροισμα των συνιστωσών κινδύνου R X στην κατασκευή. Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου και την επιλογή των σχετικών εμπλεκομένων παραμέτρων εφαρμόζονται οι παρακάτω κανόνες: Παράμετροι σχετικοί με τον αριθμό N των επικινδύνων συμβάντων θα υπολογίζονται σύμφωνα με το κεφάλαιο Α.11. Παράμετροι σχετικοί με την πιθανότητα P της βλάβης θα υπολογίζεται σύμφωνα με το κεφάλαιο Α

191 Επιπλέον: Για τις συνιστώσες R A, R B, R U, R V, R w και R Z μόνο μια τιμή καθορίζεται για κάθε μια εμπλεκομένη παράμετρο. Όπου υπάρχουν περισσότερες τιμές λαμβάνεται υπ όψιν η μεγαλύτερη (η τιμή της παραμέτρου που οδηγεί στη μεγαλύτερη τιμή κινδύνου). Για τις συνιστώσες R C και R M, αν περισσότερα από ένα εσωτερικά συστήματα εμπλέκονται στη ζώνη, τότε οι αντίστοιχες τιμές των P C και P M δίδονται από τις σχέσεις: P C = 1 - (1 - P C1 ) (1 - P C2 ) (1 - P C3 ) (Ε.37) P M = 1 - (1 - P M1 ) (1 - P M2 ) (1 - P M3 ) (Ε.38) Όπου οι τιμές P Ci και P Mi σύστημα i. είναι παράμετροι σχετικοί με το εσωτερικό Παράμετροι σχετικοί με την ποσότητα L της απώλειας θα υπολογίζονται σύμφωνα με το κεφάλαιο Α.13 Οι μέσες τυπικές τιμές (απώλειας), που εξάγονται από το κεφάλαιο Α.13 μπορούν να χρησιμοποιούνται για την ζώνη ανάλογα με τη χρήση της κατασκευής. Α Κατασκευές πολλαπλών ζωνών [3] Στην περίπτωση αυτή μία κατασκευή διαχωρίζεται σε πολλαπλές ζώνες Z S. Ο κίνδυνος για την κατασκευή είναι το άθροισμα των κινδύνων σχετικών με όλες τις ζώνες της κατασκευής. Σε κάθε ζώνη ο κίνδυνος είναι το άθροισμα όλων των σχετικών συνιστωσών κινδύνου στην ζώνη. Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου και την επιλογή των σχετικών εμπλεκομένων παραμέτρων, θα εφαρμόζονται οι κανόνες του κεφαλαίου Α.8 Διαχωρίζοντας ένα κτίριο (μια κατασκευή γενικότερα) σε ζώνες οδηγούμαστε σε συνολικά οικονομικότερες λύσεις καθώς εφαρμόζονται μέτρα προστασίας διαφορετικά ζώνη προς ζώνη ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των ζωνών. Ορίζοντας μία κατασκευή ως μιας ζώνης ίσως να οδηγήσει σε ακριβά μέτρα προστασίας επειδή κάθε μέτρο επεκτείνεται σε όλη την κατασκευή. 191

192 Α.10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΙΣΤΩΣΩΝ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΓΙΑ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ [3] Α.10.1 Βασική εξίσωση [3] 7.1 Κάθε συνιστώσα κινδύνου R V, R W, R Z, R B και R C,, μπορεί να εκφραστεί με τη ακόλουθη γενική εξίσωση: Όπου: (Ε.39) N X είναι ο αριθμός των επικίνδυνων γεγονότων. P X είναι η πιθανότητα της βλάβης σε μία κατασκευή. L X είναι η συνεπακόλουθη απώλεια. Α Υπολογισμός συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στη γραμμή - S 3 [3] Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου που σχετίζονται με κεραυνικά πλήγματα στη γραμμή, ισχύουν οι ακόλουθες σχέσεις: Συνιστώσα σχετική με φυσική βλάβη (D 2 ) (Ε.40) Συνιστώσα σχετική με αστοχία διασυνδεδεμένου εξοπλισμού (D 3 ) (Ε.41) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτών των συνιστωσών κινδύνου δίνονται στον πίνακα 48. Α Υπολογισμός συνιστώσας κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων πλησίον της υπηρεσίας - S 4 [3] Για τον υπολογισμό της συνιστώσας κινδύνου που σχετίζεται με κεραυνικά πλήγματα πλησίον μιας γραμμής, ισχύει η ακόλουθη σχέση: Συνιστώσα σχετική με αστοχία διασυνδεδεμένου εξοπλισμού (D 3 ) (Ε.42) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτής της συνιστώσας κινδύνου δίνονται στον πίνακα 48. Για το σκοπό αυτού του υπολογισμού, εάν ( N I N L ) < 0, τότε υποθέτουμε ότι ( N I N L ) =

193 Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου λόγω κεραυνικών πληγμάτων στην κατασκευή στην οποία είναι διασυνδεδεμένη η υπηρεσία - S 1 [3] Για τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου που σχετίζονται με κεραυνικά πλήγματα σε κάθε κατασκευή στην οποία μία υπηρεσία είναι διασυνδεδεμένη ισχύουν οι ακόλουθες σχέσεις για κάθε τμήμα της υπηρεσίας που είναι διασυνδεδεμένο στην κατασκευή: Συνιστώσα σχετική με φυσική βλάβη (D 2 ) (Ε.43) Συνιστώσα σχετική με αστοχία εξοπλισμού (D 3 ) (Ε.44) Οι παράμετροι για τον υπολογισμό αυτών των συνιστωσών κινδύνου δίνονται στον πίνακα 48. Α Παράμετροι σχετικοί κινδύνου για μία υπηρεσία [3] με τον υπολογισμό των συνιστωσών Πίνακας 48. Παράμετροι σχετικοί με τον υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία Σύμβολο Ονομασία Τιμή σύμφωνα με Μέσος ετήσιος αριθμός πληγμάτων (κεραυνών) N D Στην κατασκευή συνδεδεμένη στην υπηρεσία Κεφάλαιο Α.2 N L Στην υπηρεσία Κεφάλαιο Α.4 N I Πλησίον της υπηρεσίας Κεφάλαιο Α.5 Πιθανότητα για ένα πλήγμα σε μία γειτονική κατασκευή να προξενήσει P B Φυσική βλάβη Υποκεφάλαιο D.1.1 P C Αστοχίες εξοπλισμού υπηρεσιών Υποκεφάλαιο D.1.1 Πιθανότητα για ένα πλήγμα στην υπηρεσία να προξενήσει P V Φυσική βλάβη Υποκεφάλαιο D.1.2 P W Αστοχίες εξοπλισμού υπηρεσιών Υποκεφάλαιο D.1.2 Πιθανότητα για ένα πλήγμα πλησίον μίας υπηρεσίας να προξενήσει P Z Αστοχίες εξοπλισμού υπηρεσιών Υποκεφάλαιο D.1.3 Απώλεια λόγω L B = L V = L f Φυσικής βλάβη Πίνακας Ε.1, Εξίσωση (Ε.2) L C = L W = L Z = Πίνακας Ε.1, Αστοχίες εξοπλισμού υπηρεσιών L o Εξίσωση (Ε.2) 193

194 Α Σύνοψη συνιστωσών κινδύνου για μία υπηρεσία [3] Οι συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία συνοψίζονται στον πίνακα 49, σύμφωνα με τους διαφορετικούς τύπους και πηγές βλάβης. Πίνακας 49. Συνιστώσες κινδύνου για μία υπηρεσία για διαφορετικούς τύπους βλάβης που προξενούνται από διαφορετικές πηγές. Πηγή της βλάβης Τύπος της Βλάβης D 2 Φυσική βλάβη S 3 Κεραυνικό πλήγμα σε μία υπηρεσία R V = N L P V L V S 4 Κεραυνικό πλήγμα πλησίον μίας υπηρεσίας S 1 Κεραυνικό πλήγμα σε μία κατασκευή R B = N D P B L B Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με τον τύπο της βλάβης R F = R V + R B D 3 Αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων Προκύπτων κίνδυνος σύμφωνα με την πηγή της βλάβης R W = N L P W L W R D = R V + R W R Z = (N I N L ) P Z L Z R C = N D P C L C R I = R Z + R B + R C R O = R Z +R W + R C R = R D + R I = R F + R O R Εάν η υπηρεσία διαχωρίζεται σε τμήματα S S, οι συνιστώσες κινδύνου R V, R W και R Z της υπηρεσίας θα υπολογίζονται σαν το άθροισμα των σχετικών συνιστωσών κινδύνου κάθε τμήματος της υπηρεσίας. Η συνιστώσα κινδύνου R Z θα υπολογίζεται για κάθε σημείο διάβασης (ως IEC ) της υπηρεσίας και σαν μέγιστη τιμή θα θεωρείται η τιμή της R Z. Οι συνιστώσες κινδύνου R B και R C της υπηρεσίας θα υπολογίζονται σαν το άθροισμα των σχετικών συνιστωσών κινδύνου κάθε κατασκευής συνδεδεμένης στην υπηρεσία. Ο συνολικός κίνδυνος R της υπηρεσίας είναι το άθροισμα των συνιστωσών κινδύνου R B, R C, R V, R W και R Ζ. Α Διαχωρισμός μιας υπηρεσίας σε ζώνες S S [3] Για τον υπολογισμό κάθε συνιστώσας κινδύνου, η υπηρεσία μπορεί να διαιρεθεί σε ζώνες S S. Εν τούτοις μία υπηρεσία μπορεί να είναι, ή μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα και μοναδικό τμήμα. Για όλες τις συνιστώσες κινδύνου (R B, R C, R V, R W, R Z ) τμήματα S S καθορίζονται κυρίως από: Τον τύπο της υπηρεσίας (εναέρια ή θαμμένη), 194

195 Τους παράγοντες που επηρεάζουν την επιφάνεια συλλογής (C d, C e, C t ), Τα χαρακτηριστικά της υπηρεσίας (τύπος της μόνωσης καλωδίου και αντίσταση θωράκισης). Επιπλέον τα τμήματα μπορεί να καθορίζονται σύμφωνα με: Τους τύπους των συνδεδεμένων συσκευών Τα μέτρα προστασίας που υπάρχουν ή που θα τοποθετηθούν. Ο διαχωρισμός μιας υπηρεσίας σε τμήματα θα πρέπει να λάβει υπ όψιν τη δυνατότητα εφαρμογής των πλέον καταλλήλων μέτρων προστασίας. Αν περισσότερες από μια τιμές μιας παραμέτρου υπάρχουν σε ένα τμήμα, θα λαμβάνεται υπ όψιν η υψηλότερη τιμή του κινδύνου. Ο χειριστής του δικτύου ή ο ιδιοκτήτης της υπηρεσίας θα υπολογίσουν το σχετικό ποσό της αναμενόμενης απώλειας της υπηρεσίας ανά έτος. Εάν αυτός ο υπολογισμός δεν μπορεί να γίνει, αντιπροσωπευτικές τιμές προτείνονται στο παράρτημα Ε του IEC

196 Α.11 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΤΗΣΙΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ N ΤΩΝ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΩΝ ΣΥΜΒΑΝΤΩΝ [3] Α.11.1 Γενικά [3] Ο μέσος ετήσιος αριθμός Ν των επικινδύνων συμβάντων που οφείλονται σε κεραυνικά πλήγματα και που επηρεάζουν ένα αντικείμενο (μία κατασκευή) που πρόκειται να προστατευθεί εξαρτάται από τη δραστηριότητα των καταιγίδων της περιοχής που βρίσκεται η κατασκευή και τα φυσικά χαρακτηριστικά της κατασκευής. Για να υπολογίσουμε τον αριθμό Ν είναι γενικά αποδεκτό να πολλαπλασιάσουμε την πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος N g με μία ισοδύναμη επιφάνεια συλλογής της κατασκευής και λαμβάνοντας υπ όψιν συντελεστές διόρθωσης λόγω φυσικών χαρακτηριστικών της κατασκευής. Υπολογισμός της μέσης ετήσιας πυκνότητας πληγμάτων κεραυνού στο έδαφος (N g ) Η πυκνότητα κεραυνών στο έδαφος εκφράζεται σαν το µέσο όρο κεραυνικών πληγµάτων ανά τετραγωνικό χιλιόµετρο και έτος [α/(km2 year] και μπορεί να καθοριστεί από: Χάρτες που δίνουν το N g, (από δίκτυα που δίνουν τα κεραυνικά πλήγματα της περιοχής δίνονται για πολλές περιοχές στον κόσμο), ή αν το N g δεν είναι διαθέσιμο Χάρτες που δίνουν το µέσο όρο ηµερών καταιγίδας ανά έτος (T d ) και µε τη βοήθεια των παρακάτω σχέσεων: (Ως ημέρα καταιγίδας για μια συγκεκριμένη περιοχή ορίζεται η ημέρα για την οποία στη περιοχή αυτή έχει γίνει αντιληπτός ο θόρυβος της βροντής και έχει παρατηρηθεί το φαινόμενο της αστραπής δηλαδή του κεραυνού. Η τιμή του T d λαμβάνεται από ισοκεραυνικούς χάρτες που είναι διαθέσιμοι για όλες τις περιοχές). Ένας γενικός τύπος υπολογισμού είναι ο παρακάτω τύπος (Ε.45) από IEC και ΕΛΟΤ 1197: (Ε.45) ΣΗΜΕΙΩΣΗ - Η σχέση μεταβάλλεται µε την αλλαγή των κλιματολογικών συνθηκών. Σύμφωνα με το Παράρτημα Α του IEC για εύκρατες περιοχές ισχύει ο παρακάτω τύπος 2: (Ε.46) Άρα για τους υπολογισμούς μας θα λάβουμε υπ όψιν μας τον δεύτερο τύπο (Ε.46) καθ όσον η περιοχή της δεξαμενής βρίσκεται στην εύκρατη ζώνη. Παρατίθεται παρακάτω (Σχήμα 91) ο ισοκεραυνικός χάρτης Ελλάδος (καμπύλες T d ) (για την περιοχή της δεξαμενής T d = 25). 196

197 Σχήμα 91. Ισοκεραυνικός χάρτης Ελλάδος (καμπύλες T d ) [1] Γεγονότα τα οποία μπορούν να θεωρηθούν σαν επικίνδυνα για μία υπό προστασία κατασκευή είναι: Κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της κατασκευής Κεραυνικά πλήγματα σε μία υπηρεσία εισερχόμενη στην κατασκευή Κεραυνικά πλήγματα πλησίον μίας υπηρεσίας εισερχομένης στην κατασκευή Κεραυνικά πλήγματα σε μία κατασκευή στην οποία μία υπηρεσία είναι διασυνδεδεμένη. Γεγονότα τα οποία μπορούν να θεωρηθούν σαν επικίνδυνα για μία υπό προστασία υπηρεσία είναι: Κεραυνικά πλήγματα στην υπηρεσία Κεραυνικά πλήγματα πλησίον της υπηρεσίας 197

198 Κεραυνικά πλήγματα στην κατασκευή στην οποία η υπηρεσία είναι διασυνδεδεμένη Ο εξοπλισμός ελέγχου στάθμης (ραντάρ) και η γραμμή ελέγχου του ραντάρ δεν θα θεωρηθούν υπό προστασία υπηρεσία διότι δεν επηρεάζουν την (δεν δημιουργούν κίνδυνο στην) δεξαμενή. Το ίδιο και για τις γραμμές ισχύος (παροχή ραντάρ, φωτισμός και παροχές εργαλείων κατά τη διάρκεια δεκαετούς συντήρησης της δεξαμενής. Εξ άλλου από κατασκευής είναι ήδη αυτοπροστατευόμενες). Ο ακόλουθος πίνακας 50 δίνει παραδείγµατα του N g συναρτήσει του T d σύμφωνα με τον γενικό τύπο (Ε.45) και τον τύπο (Ε.46) για εύκρατες περιοχές. Πίνακας 50. N g συναρτήσει του T d [/km 2 X έτος] (IEC ) (IEC Παρ. A Για εύκρατες περιοχές) 0,04 0,3 0,7 1,2 1,7 2,2 2,8 3,4 4,0 4,7 0,10 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο τύπων στον παραπάνω συγκεντρωτικό πίνακα δείχνει ότι τα αποτελέσματα είναι παραπλήσια αλλά όχι ταυτόσημα με σημαντικές διαφορές σε κάποιες τιμές του T d, επομένως θα πρέπει πάντοτε να λαμβάνουμε υπ όψιν τις κλιματολογικές συνθήκες για να χρησιμοποιήσουμε τον κατάλληλο τύπο. Για την δεξαμενή (περιοχή Αττικής) T d = 25, και επειδή είμαστε σε εύκρατη ζώνη θα λάβουμε N g = 0,1 X Τ d = 0,1 Χ 25 = 2,5 {κεραυνοί/(km 2 X year)} και όχι 2,2 που προκύπτει από τον γενικό τύπο 1. Βλέπουμε ότι η διαφορά εδώ είναι σημαντική: (2,5-2,2)/2,2 = 13,54 %. Α.11.2 Καθορισμός του μέσου ετησίου αριθμού επικινδύνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία κατασκευή N D και σε μία κατασκευή συνδεδεμένη στο άκρο «α» μιας γραμμής N Da [3] Α.11.3 Καθορισμός της επιφάνειας συλλογής A d [3] Για απομονωμένα κτίρια σε επίπεδο έδαφος, η επιφάνεια συλλογής A d είναι η περιοχή που ορίζεται από την τομή μεταξύ της επιφανείας του εδάφους και μιας ευθείας γραμμής με κλίση 1/3 η οποία περνά τα ανώτερα μέρη της κατασκευής και περιστρέφεται γύρω από αυτήν. Ο καθορισμός της τιμής της A d μπορεί να υπολογίζεται γραφικά ή μαθηματικά. 198

199 Α Ορθογώνια κατασκευή [3], [12] Για μια απομονωμένη ορθογώνια κατασκευή με μήκος L, πλάτος W και ύψος H σε επίπεδο έδαφος η επιφάνεια συλλογής είναι ίση με: Τα L, W και H εκφράζονται σε m (Σχήμα 92). (Ε.47) Σημείωση: Ένας πιο ακριβής υπολογισμός μπορεί να ληφθεί θεωρώντας το σχετικό ύψος της κατασκευής σε σχέση με τα γειτονικά αντικείμενα ή το έδαφος σε μια απόσταση 3Η από την κατασκευή. Σχήμα 92. Επιφάνεια συλλογής A d μιας μεμονωμένης κατασκευής [12] 199

200 Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος [3] Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Ορθογωνικής μορφής ως Σχήμα 93 [3] Σχήμα 93. Κατασκευή συνθέτου μορφής [3] Εάν η κατασκευή έχει μια σύνθετη μορφή όπως οι ανυψωμένες προεξοχές στεγών (Σχήμα 93) πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια γραφική μέθοδος για να υπολογισθεί η A d (Σχήμα 94), επειδή οι διαφορές μπορούν να είναι πάρα πολύ μεγάλες, αναλόγως με το εάν χρησιμοποιούνται οι μέγιστες (A dmax ) ή οι ελάχιστες (A dmin ) διαστάσεις (Πίνακας 51). Μια αποδεκτή κατά προσέγγιση τιμή της επιφάνειας συλλογής είναι η μέγιστη μεταξύ της A dmin και της επιφάνειας συλλογής που αποδίδεται στην ανυψωμένη προεξοχή της στέγης A d. Η A d μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο: Όπου H p είναι το ύψος της προεξοχής. (Ε.48) 200

201 Οι διαφορετικές τιμές της επιφάνειας συλλογής σύμφωνα με τις παραπάνω μεθόδους δίνονται στον πίνακα 51. Πίνακας 51. Τιμές της επιφάνειας συλλογής ανάλογα με τις μεθόδους υπολογισμού Διαστάσεις κατασκευής m (L, W, H) Γραφική μέθοδος m 2 A d = Κατασκευή (μέγιστες διαστάσεις) Κατασκευή (ελάχιστες διαστάσεις) Προεξοχή H p Σχήμα A dmax = A dmin = Σχήμα 94 A d = Σχήμα 94 Υπολογιστικά A d = max(a dmin, A d ) = max(34.770, ) = m 2 Γραφικά βάσει πίνακα από IEC : A d = m 2 (Η ακριβής επιφάνεια υπολογιστικά και γραφικά σε Autocad προκύπτει A d = m 2 που είναι και η πραγματική τιμή (αντί m 2 ). 201

202 Σχήμα 94. Διαφορετικές μέθοδοι για τον υπολογισμό της επιφάνειας συλλογής της κατασκευής του Σχήματος Α.93 [3] Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Κυλινδρικής μορφής [3] Για κυλινδρική δεξαμενή πλωτής οροφής με διάμετρο D και ύψος H η A d μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο: (Ε.49) Σημείωση: Οι σωλήνες οδηγοί που προεξέχουν δεν λαμβάνονται υπ όψιν Επειδή το ύψος του οδηγού σωλήνα H n = H p ή το ύψος εξαεριστικού είναι μεγαλύτερο από το ύψος H τότε η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια υπολογίζεται όπως της συνθέτου κατασκευής. 202

203 Για τη δεξαμενή έχει γίνει υπολογισμός της συλλεκτήριας επιφάνειας σαν συνθέτου κατασκευής λαμβάνοντας υπ όψιν και τους οδηγούς σωλήνες (με ύψος μεγαλύτερο από την δεξαμενή) με βοήθεια και γραφικών με σχέδιο στο Autocad. Α Κατασκευή συνθέτου σχήματος - Κυλινδρικής μορφής με προεξέχοντα στοιχεία [3] Για κυλινδρική δεξαμενή σταθερής - κωνικής οροφής με διάμετρο D, ύψος H = H min και ύψος H p = H max η A d μπορεί να υπολογιστεί από τους τύπους ή γραφικά: 1. Αν τότε: (Ε.50) 2. Αν τότε: (Ε.51) 3. Αν τότε: (Ε.52) Αν το ύψος κορυφής του κώνου H p είναι μικρότερο από το ύψος εξαεριστικού τότε η ισοδύναμη συλλεκτήρια επιφάνεια υπολογίζεται όπως της συνθέτου κατασκευής Α Κατασκευή σαν τμήμα ενός κτιρίου [3] Όταν η θεωρούμενη κατασκευή S αποτελεί τμήμα μόνο του κτιρίου B (ή της κατασκευής Β), οι διαστάσεις της κατασκευής S μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της A d με την προϋπόθεση ότι πληρούνται οι ακόλουθες συνθήκες (Σχήμα 95, περιπτώσεις 4 και 8) : Η κατασκευή S είναι ένα ξεχωριστό κατακόρυφα τμήμα του κτιρίου B (ή της κατασκευής Β) Το κτίριο B (ή η κατασκευή Β) δεν ενέχει κίνδυνο έκρηξης Η μετάδοση φωτιάς μεταξύ της κατασκευής S και άλλων τμημάτων του κτιρίου B (ή της κατασκευής Β), αποφεύγεται μέσω τοίχων με αντίσταση 120 λεπτών στη φωτιά (REI 120) ή μέσω άλλων ισοδυνάμων μέτρων προστασίας. Η μετάδοση των κρουστικών υπερτάσεων και υπερεντάσεων κατά μήκος κοινών γραμμών, εάν υπάρχουν, αποφεύγεται μέσω SPDs εγκατεστημένων στα σημεία εισόδου τέτοιων γραμμών στην κατασκευή ή μέσω άλλων ισοδυνάμων μέτρων προστασίας. Όπου οι παραπάνω συνθήκες δεν πληρούνται, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται οι διαστάσεις ολοκλήρου του κτιρίου B (ή της κατασκευής Β) (Σχήμα 95, περιπτώσεις 1, 2, 3, 4, 5, 6 και 7). 203

204 Σχήμα 95. Κατασκευή θεωρούμενη για τον υπολογισμό της επιφανείας συλλογής A d [3] Α.11.4 Σχετική τοποθεσία της κατασκευής [3] Η σχετική τοποθεσία της κατασκευής, αντισταθμίζεται για τα παρακείμενα (γειτονικά) αντικείμενα ή μια εκτεθειμένη περιοχή, λαμβάνοντας υπ όψιν έναν συντελεστή τοποθεσίας C d (Πίνακας 52). Πίνακας 52. Συντελεστής τοποθεσίας C d Σχετική θέση C d Αντικείμενο περιβαλλόμενο από υψηλότερα αντικείμενα ή δένδρα 0,25 Αντικείμενο περιβαλλόμενο από αντικείμενα ή δένδρα ιδίου ύψους ή χαμηλότερα 0,5 Απομονωμένο αντικείμενο: Δεν υπάρχουν άλλα αντικείμενα στα πέριξ 1 Απομονωμένο αντικείμενο πάνω σε κορυφή λόφου ή σε στρογγυλό λοφίσκο 2 204

205 Α.11.5 Αριθμός των επικινδύνων συμβάντων N D για μία κατασκευή - άκρο «β» μιας υπηρεσίας [3] Για μία υπό εκτίμηση κινδύνου κατασκευή που βρίσκεται στο άκρο «β» μιας γραμμής ο μέσος ετήσιος αριθμός επικίνδυνων περιστατικών N D μπορεί να υπολογισθεί σαν το γινόμενο: (Ε.53) Όπου : N g είναι η πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος (1/(Km 2 Χ έτος)) A d/b είναι η επιφάνεια συλλογής της απομονωμένης κατασκευής (m 2 ) (Σχήμα 92) C d/b είναι ο συντελεστής τοποθεσίας της κατασκευής (Πίνακας 52). Α.11.6 Αριθμός επικίνδυνων συμβάντων N Da για μία παρακείμενη κατασκευή - άκρο «α» μιας υπηρεσίας [3] Ο μέσος ετήσιος αριθμός επικίνδυνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε μία κατασκευή στο άκρο «α» μιας γραμμής N Da (Σχήμα 90) μπορεί να υπολογισθεί σαν το γινόμενο: (Ε.54) Όπου : N g είναι η πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος (1/(Km 2 Χ έτος)) A d/a είναι η επιφάνεια συλλογής της απομονωμένης παρακείμενης (γειτονικής) κατασκευής (m 2 ) (Σχήμα 92) C d/a είναι ο συντελεστής τοποθεσίας της παρακείμενης (γειτονικής) κατασκευής (Πίνακας 52). C t είναι ο συντελεστής διόρθωσης λόγω της παρουσίας ενός μετασχηματιστού ΥΤ/ΧΤ στην υπηρεσία στην οποία συνδέεται η κατασκευή και βρίσκεται μεταξύ του σημείου του πλήγματος και της κατασκευής (Πίνακας 54). Αυτός ο συντελεστής εφαρμόζεται για τμήματα γραμμών πριν (upstream) τον μετασχηματιστή σε σχέση με την κατασκευή. Α.11.7 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μιας κατασκευής N M [3] Α.3 N M : μπορεί να υπολογισθεί σαν το γινόμενο: (Ε.55) Όπου : N g : είναι η πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος (πλήγμα/(km 2 Χ έτος)) 205

206 A m : είναι η επιφάνεια συλλογής κεραυνικών πληγμάτων που συμβαίνουν πλησίον μιας κατασκευής και η οποία εκτείνεται σε μια γραμμή τοποθετημένη σε μία απόσταση 250 m από την περίμετρο της κατασκευής (m 2 ) (Σχήμα 96) Εάν Ν Μ < 0, τότε για τον υπολογισμό θα θεωρούμε N M = 0. Α.11.8 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων σε μία υπηρεσία N L [3] Για υπηρεσία ενός τμήματος, ο αριθμός N L, μπορεί να υπολογισθεί ως εξής: (Ε.56) Όπου : N g : Είναι η πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος (πλήγμα/(km 2 Χ έτος)) A L : Είναι η επιφάνεια συλλογής κεραυνικών πληγμάτων που συμβαίνουν στην υπηρεσία (m 2 ) (Πίνακας 53 και Σχήμα 96) C d : Είναι ο συντελεστής τοποθεσίας της υπηρεσίας (Πίνακας 52) C t : Είναι ο συντελεστής διόρθωσης λόγω της παρουσίας ενός μετασχηματιστού ΥΤ/ΧΤ στην υπηρεσία στην οποία συνδέεται η κατασκευή και βρίσκεται μεταξύ του σημείου του πλήγματος και της κατασκευής (Πίνακας 54). Αυτός ο συντελεστής εφαρμόζεται για τμήματα γραμμών πριν (upstream) τον μετασχηματιστή σε σχέση με την κατασκευή. Πίνακας 53. Περιοχές συλλογής A L (A l ) και A I (A i ) εξαρτώμενες από τα χαρακτηριστικά της υπηρεσίας (γραμμής) Εναέρια - Aerial Θαμμένα - Buried A L (L c 3(H a + H b )) 6 H c (L c 3(H a + H b )) ρ A I L c 25 L c ρ Όπου: A L : (A l ) Είναι η επιφάνεια συλλογής πληγμάτων επί της υπηρεσίας (γραμμής) (m 2 ) A I : (A i ) Είναι η επιφάνεια συλλογής πληγμάτων στο έδαφος πλησίον της υπηρεσίας (γραμμής) (m 2 ) H c : Είναι το ύψος των αγωγών της υπηρεσίας από το έδαφος (m) L c : Είναι το μήκος του τμήματος της υπηρεσίας από την κατασκευή έως το πρώτο κόμβο (σημείο γείωσης) (m). Μια μέγιστη τιμή Lc = m θα θεωρείται. H a : Είναι το ύψος της κατασκευής που συνδέεται στο άκρο «α» της υπηρεσίας (m) H b : Είναι το ύψος του της κατασκευής που συνδέεται στο άκρο «β» της υπηρεσίας (m) 206

207 ρ : Είναι η ειδική αντίσταση του εδάφους όπου είναι θαμμένη η υπηρεσία (Ωm). Μια μέγιστη τιμή ρ = 500 Ωm θα θεωρείται. Για τους σκοπούς αυτού του υπολογισμού: Εάν η τιμή L c είναι άγνωστη, τότε θεωρούμε Όπου η τιμή της ειδικής αντίστασης του εδάφους θεωρούμε είναι άγνωστη, τότε Για υπόγεια καλώδια που διατρέχουν ολοκληρωτικά μέσα σε μία γείωση τύπου πλέγματος, τότε μπορεί να θεωρείται A L = A I = 0 για την ισοδύναμη επιφάνεια συλλογής. Η υπό προστασία κατασκευή θα θεωρείται ότι είναι αυτή που συνδέεται στο άκρο «β» της (γραμμής) υπηρεσίας. Πίνακας 54. Συντελεστής μετασχηματιστού C t Μετασχηματιστής C t Γραμμή υπηρεσίας με μετασχηματιστή δύο τυλιγμάτων 0,2 Γραμμή υπηρεσίας μόνο 1 Α.11.9 Υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού των επικινδύνων περιστατικών εξαιτίας κεραυνικών πληγμάτων πλησίον μιας υπηρεσίας N I [3] Για γραμμή ενός τμήματος (εναέρια, υπόγεια, με προστατευτικό μεταλλικό πλέγμα, χωρίς προστατευτικό μεταλλικό πλέγμα, κ.λπ.) (γραμμής) υπηρεσίας ο αριθμός N I, μπορεί να υπολογίζεται ως εξής: (Ε.57) Όπου: N g : Είναι η πυκνότητα κεραυνικών πληγμάτων στο έδαφος (πλήγμα/(km 2 Χ έτος)) A i ) : Είναι η επιφάνεια συλλογής πληγμάτων στο έδαφος πλησίον της υπηρεσίας (γραμμής) (m 2 ) (Πίνακας 53 και Σχήμα 96); C e : Είναι ο συντελεστής περιβάλλοντος (Πίνακας 55) C t : Είναι ο συντελεστής διόρθωσης λόγω της παρουσίας ενός μετασχηματιστού ΥΤ/ΧΤ που βρίσκεται μεταξύ του σημείου του πλήγματος και της κατασκευής (Πίνακας Α.4). Αυτός ο συντελεστής εφαρμόζεται για τμήματα γραμμών πριν (upstream) τον μετασχηματιστή σε σχέση με την κατασκευή. 207

208 Πίνακας 55. Περιβαλλοντικός συντελεστής C e Περιβάλλον C e Αστικό με υψηλές κατασκευές 1) 0 Αστικό 2) 0,1 Προαστιακό 3) 0,5 Rural (Αγροτικό) 1 1) Ύψος κτιρίων μεγαλύτερο από 20 m. 2) Ύψος κτιρίων μεταξύ 10 m και 20 m. 3) Ύψος κτιρίων χαμηλότερο από 10 m. Σημείωση: Η επιφάνεια συλλογής A I της υπηρεσίας καθορίζεται από το μήκος της Lc και από την πλευρική απόσταση D I (Σχήμα 96) στην οποία ένα πλήγμα πλησίον της υπηρεσίας μπορεί να προξενήσει επαγόμενες υπερτάσεις όχι μικρότερες από 1,5 kv. Σχήμα 96. Επιφάνειες συλλογής (A d, A m, A L, A l ) [3] 208

209 Α.12 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ ΒΛΑΒΗΣ P X ΓΙΑ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ [3] Οι πιθανότητες που δίδονται σ αυτό το Παράρτημα ισχύουν εφ όσον τα μέτρα προστασίας είναι σύμφωνα με τα: IEC για μέτρα προστασίας που μειώνουν τον κίνδυνο βλάβης εμβίων όντων και φυσικής βλάβης: IEC για μέτρα προστασίας που μειώνουν την αστοχία εσωτερικών συστημάτων. Άλλες τιμές μπορεί να λαμβάνονται, εάν δικαιολογούνται. Οι τιμές των πιθανοτήτων P X μικρότερων του 1 μπορεί να επιλέγονται μόνον εάν το μέτρο ή το χαρακτηριστικό ισχύει για ολόκληρη την υπό προστασία κατασκευή ή τη ζώνη της κατασκευής (Z S ) και για όλο το σχετικό εξοπλισμό. Α.12.1 Η πιθανότητα P A για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει βλάβη σε έμβια όντα [3] Οι τιμές της πιθανότητας ηλεκτροπληξίας P A σε έμβια όντα λόγω επικινδύνων τάσεων επαφής και βηματικών από ένα κεραυνικό πλήγμα σε μία κατασκευή, συναρτήσει των τυπικών μέτρων προστασίας δίνεται στον πίνακα 56. Πίνακας 56. Τιμές της πιθανότητας P A που ένα πλήγμα σε μία κατασκευή θα προκαλέσει ηλεκτροπληξία σε έμβια όντα λόγω επικινδύνων τάσεων επαφής και βηματικών. Μέτρα Προστασίας P A Χωρίς Μέτρα Προστασίας 1 Ηλεκτρική μόνωση του εκτιθέμενου αγωγού-καθόδου (π.χ. τουλάχιστον 3 mm XLPE (cross-linked polyethylene)) Αποτελεσματική εξίσωση δυναμικού εδάφους (Effective soil equipotentialization) 10 2 Προειδοποιητικές ενδείξεις (Πινακίδες) 10 1 Σημείωση 2: Όταν τα οπλισμένα τμήματα της κατασκευής ή ο σκελετός χρησιμοποιούνται σαν σύστημα αγωγού καθόδου, ή όπου έχουν 0 προβλεφθεί φυσικοί περιορισμοί, η πιθανότητα P A είναι αμελητέα. Κίνδυνος από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού. Δεν είναι P A αλλά σαν κίνδυνος θα ληφθεί υπ όψιν (Ρ Αds ) επί της δεξαμενής μόνο. Ρ Αds 1 Εάν περισσότερες από μία προβλέψεις (μέτρων) έχουν ληφθεί, η τιμή P A είναι το γινόμενο των αντιστοίχων τιμών P A 209

210 Α.12.2 Η πιθανότητα P B για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει φυσική βλάβη [3] Οι τιμές της πιθανότητας P B φυσικής βλάβης λόγω ενός πλήγματος σε μία κατασκευή, συναρτήσει του επιπέδου αντικεραυνικής προστασίας (LPL), για μείωση της φυσικής βλάβης, δίνεται στον πίνακα 57. Πίνακας 57. Τιμές της P B εξαρτώμενης από τα μέτρα προστασίας Χαρακτηριστικά της κατασκευής Κλάση του LPS P B Κατασκευή χωρίς προστασία ΣΑΠ - 1 IV 0,2 Κατασκευή προστατευμένη με ΣΑΠ III 0,1 II 0,05 I 0,02 Κατασκευή με συλλεκτήριο σύστημα που αντιστοιχεί σε ΣΑΠ κλάσης I και ένα συνεχές μεταλλικό ή οπλισμένου σκυροδέματος σκελετό που 0,01 λειτουργεί ως φυσικό σύστημα αγωγών καθόδου Κατασκευή με μία μεταλλική οροφή ή ένα συλλεκτήριο σύστημα, πιθανώς περιλαμβάνον και φυσικά στοιχεία, με πλήρη προστασία κάθε εξοπλισμού της οροφής έναντι απευθείας κεραυνικών πληγμάτων και 0,001 ένα συνεχές μεταλλικό ή οπλισμένου σκυροδέματος σκελετό που λειτουργεί ως φυσικό σύστημα αγωγών καθόδου Σημείωση: Τιμές της P B διαφορετικές από αυτές του Πίνακα 57 είναι πιθανές εάν βασίζονται σε λεπτομερή έρευνα λαμβάνοντας υπ όψιν τις απαιτήσεις διαστασιολόγησης και τα κριτήρια ανάσχεσης που καθορίζονται στο IEC Α.12.3 Η πιθανότητα P C για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων [3] Η πιθανότητα P C για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων εξαρτάται από την εφαρμογή επιλογικής προστασίας απαγωγής υπερτάσεων με SPDs (Ε.58) Οι τιμές της P SPD εξαρτώνται από το επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας (LPL) για το οποίο τα SPDs έχουν σχεδιασθεί, όπως δείχνεται στον Πίνακα 58. Πίνακας 58. Τιμή της πιθανότητας P SPD σαν συνάρτηση του LPL [3] Κλάση Προστασίας (LPL) P SPD Χωρίς επιλογική προστασία με SPDs 1 III-IV 0,03 II 0,02 I 0,01 ΣΗΜΕΙΩΣΗ 3 0,005 0,001 ΣΗΜΕΙΩΣΗ

211 Για να είναι αποτελεσματική η προστασία των SPD, θα πρέπει οι συσκευές να έχουν σωστή επιλογικότητα. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Μόνο «επιλογική προστασία με SPDs» είναι κατάλληλη σαν μέτρο προστασίας για μείωση της P C. Επιλογική προστασία με SPDs είναι αποτελεσματική στη μείωση της P C μόνο σε κατασκευές προστατευμένες από ένα ΣΑΠ ή κατασκευές με συνεχή μεταλλικό σκελετό (όπως οι δεξαμενές) ή σκελετό οπλισμένου σκυροδέματος που ενεργεί σαν φυσικό ΣΑΠ, όπου ικανοποιούνται οι απαιτήσεις διασύνδεσης και γείωσης του IEC ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Θωρακισμένα εσωτερικά συστήματα συνδεδεμένα σε εξωτερικές γραμμές αποτελούμενες από προστατευτικό καλώδιο κεραυνού (lightning protective cable) ή συστήματα με καλωδίωση σε κανάλια καλωδίων προστατευμένα έναντι κεραυνού, (lightning protective) μεταλλικές ηλεκτρολογικές σωλήνες, ή μεταλλικά ηλεκτρολογικά κανάλια μπορεί να μην απαιτούν τη χρήση επιλογικής προστασίας με SPDs. Σημείωση 3: μικρότερες τιμές της P SPD είναι πιθανές σε περίπτωση που τα SPDs έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά προστασίας (δυνατότητα αντοχής υψηλοτέρου ρεύματος, χαμηλότερο επίπεδο προστασίας, κ.λπ.) συγκρινόμενα με τις απαιτήσεις για LPL I στις σχετικές περιοχές εγκατάστασης. Α.12.4 Η πιθανότητα P M για ένα πλήγμα πλησίον μίας κατασκευής να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων [3] Η πιθανότητα P M, εξαρτάται από τα υιοθετηθέντα μέτρα αντικεραυνικής προστασίας, (LPM), σύμφωνα με έναν παράγοντα K MS (περιγράφεται παρακάτω). Όταν δεν λαμβάνονται μέτρα με SPDs με επιλογική προστασία σύμφωνα με το IEC , η τιμή P M είναι ίση με την τιμή της πιθανότητας P MS. Η τιμή P MS σαν συνάρτηση του K MS δίδεται στον Πίνακα 59, όπου K MS είναι παράγοντας που σχετίζεται με την απόδοση των υιοθετηθέντων μέτρων. Στην περίπτωση που λαμβάνονται μέτρα με SPDs με επιλογική προστασία, η τιμή της P M είναι η μικρότερη μεταξύ P SPD και P MS. Πίνακας 59. Τιμές της πιθανότητας P MS σαν συνάρτηση του συντελεστή K MS K MS P MS 0,4 1 0,15 0,9 0,07 0,5 0,035 0,1 0,021 0,01 0,016 0,005 0,015 0,003 0,014 0,001 0,013 0,000 1 Για εσωτερικά συστήματα με εξοπλισμό του οποίου διηλεκτρική αντοχή ή η στάθμη μόνωσης δεν συμφωνεί με τα σχετικά στάνταρ, τότε θα θεωρείται P MS =

212 Οι τιμές του συντελεστή K MS εξάγονται από το γινόμενο: K MS = K S1 K S2 K S3 K S4 (Ε.59) Όπου : K S1 : λαμβάνει υπόψη την αποτελεσματικότητα θωράκισης της κατασκευής, το ΣΑΠ ή άλλες θωρακίσεις στα όρια της ζώνης αντικεραυνικής προστασίας LPZ 0/1. K S2 : λαμβάνει υπόψη την αποτελεσματικότητα θωράκισης των θωρακίσεων στο εσωτερικό της κατασκευής στα όρια των LPZ X/Y (X>0, Y>1). K S3 : λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά της εσωτερικής καλωδίωσης (Πίνακας 60) K S4 : λαμβάνει υπόψη την αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις του υπό προστασία συστήματος. Μέσα σε μια LPZ, σε μια απόσταση ασφαλείας από τα όρια της δικτυωτής προστασίας τουλάχιστον ίσο με πλάτος πλέγματος w, οι συντελεστές K S1 και K S2 για ΣΑΠ ή χωρικού τύπου δικτύου θωρακίσεις μπορεί να υπολογίζονται ως ακολούθως: K S1 = K S2 = 0,12 w (Ε.60) όπου w [m], είναι το πλάτος του πλέγματος της τύπου δικτύου χωρικής θωράκισης, ή του τύπου πλέγματος αγωγών καθόδου ή η απόσταση μεταξύ των μεταλλικών κολονών της κατασκευής, ή η απόσταση μεταξύ ενός δικτύου οπλισμένου σκυροδέματος που λειτουργούν ως φυσικό ΣΑΠ. Για συνεχείς μεταλλικές θωρακίσεις με πάχος από 0,1 έως 0,5 mm, K S1 = K S2 = 10-4 έως ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Όταν υπάρχει ένα σύστημα ισοδυναμικής διασύνδεσης τύπου πλέγματος σύμφωνα με το σημείωση του IEC , οι τιμές των K S1 και K S2 μπορεί να μειωθούν στο μισό. Όπου ο βρόχος επαγωγής τρέχει κοντά στα όρια των οπλισμένων αγωγών μιας LPZ σε μία απόσταση από τον οπλισμό μικρότερη από την απόσταση ασφαλείας, οι τιμές K S1 και K S2 θα είναι μεγαλύτερες. Για παράδειγμα οι τιμές πρέπει να διπλασιάζονται όταν η απόσταση από την θωράκιση κυμαίνεται μεταξύ 0,1 και 0,2 w. Για μια ακολουθία LPZ το αποτέλεσμα του K S2 είναι το γινόμενο των σχετικών K S2 για κάθε LPZ. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 2: Η μέγιστη τιμή του K S1 περιορίζεται στο

213 Πίνακας 60. Τιμή του συντελεστή καλωδίωσης K S3 σε συνάρτηση της εσωτερικής Τύπος Εσωτερικής Καλωδίωσης K S3 Αθωράκιστο καλώδιο - καμία προφύλαξη διαδρομής προς αποφυγή βρόχων 1) 1 Αθωράκιστο καλώδιο - προφύλαξη διαδρομής προς αποφυγή μεγάλων βρόχων 2) 0,2 Αθωράκιστο καλώδιο - προφύλαξη διαδρομής προς αποφυγή βρόχων 3) 0,02 Θωρακισμένο καλώδιο με αντίσταση θωράκισης 4) 5 < RS < 20 Ω/km (όπως στη δεξαμενή) 0,001 Θωρακισμένο καλώδιο με αντίσταση θωράκισης 4) 1 < RS < 5 Ω/km 0,0002 Θωρακισμένο καλώδιο με αντίσταση θωράκισης 4) R S < 1 Ω/km 0,0001 1) Αγωγοί βρόχων με διαφορετική διαδρομή σε μεγάλα κτίρια (επιφάνεια βρόχων της τάξης των 50 m 2 ). 2) Αγωγοί βρόχων με διαδρομή στην ίδια ηλεκτρολογική σωλήνα ή αγωγοί βρόχων με διαφορετική διαδρομή σε μικρά κτίρια (επιφάνεια βρόχων της τάξης των 10m 2 ) 3) Αγωγοί βρόχων με διαδρομή στο ίδιο καλώδιο (επιφάνεια βρόχων της τάξης των 0,5 m 2 ) 4) Καλώδιο με θωράκιση αντίστασης R S (Ω/km) συνδεδεμένη στον ισοδυναμικό ζυγό και στα δύο άκρα και εξοπλισμό συνδεδεμένο στον ίδιο ζυγό. Για καλωδίωση που τρέχει μέσα σε συνεχείς ηλεκτρολογικές σωλήνες γειωμένες και στα δύο άκρα τους σε ισοδυναμικές μπάρες οι τιμές του συντελεστή K S3 θα πολλαπλασιάζονται με 0,1. Ο συντελεστής K S4 υπολογίζεται ως: K S4 = 1,5/Uw (Ε.61), Όπου, U W είναι η ονομαστική αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις του υπό προστασία συστήματος σε kv (Πίνακας 62) Σε περίπτωση ύπαρξης διαφόρων επιπέδων αντοχής σε ένα εσωτερικό σύστημα ο K S4 θα λαμβάνεται υπ όψιν ο σχετικός με τη μικρότερη αντοχή. Πίνακας 61. Τιμές αντοχής μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις U w συναρτήσει του τύπου του καλωδίου. Τύπος καλωδίου U n U w [Kv] [kv] Τηλεπικοινωνίας - Μονωμένο με χαρτί - 1,5 Τηλεπικοινωνίας - Μονωμένο με PVC, PE - 5 Ισχύος 1 15 Ισχύος 3 45 Ισχύος 6 60 Ισχύος Ισχύος Ισχύος

214 Πίνακας 62. Τιμές αντοχής μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις U w συναρτήσει του τύπου της συσκευής. Τύπος Συσκευής U w [kv] Ηλεκτρονική 1,5 Ηλεκτρική συσκευή χρήστη (Un < 1 kv) 2,5 Ηλεκτρική συσκευή δικτύου (Un < 1 kv) 6 Α.12.5 Η πιθανότητα P U για ένα πλήγμα σε μία υπηρεσία να προκαλέσει βλάβη σε έμβια όντα [3] Οι τιμές της πιθανότητας P U για βλάβη σε έμβια όντα εξαιτίας τάσεων επαφής, από ένα πλήγμα σε μία υπηρεσία εισερχομένης στην κατασκευή, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της θωράκισης της (γραμμής) υπηρεσίας, την αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις των συνδεδεμένων εσωτερικών συστημάτων στην υπηρεσία, τα τυπικά μέτρα προστασίας, (φυσικοί περιορισμοί, προειδοποιητικές πινακίδες κ.λπ.) (Πίνακας 56) και τα SPDs που εφαρμόζονται στο σημείο εισόδου της υπηρεσίας. Όταν δεν παρέχεται προστασία με SPDs για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P U είναι ίση με την τιμή P LD η οποία είναι η πιθανότητα αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων εξαιτίας πλήγματος στην συνδεδεμένη γραμμή υπηρεσίας και δίνεται στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 63). Όταν υπάρχει προστασία με SPDs για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P U είναι η μικρότερη μεταξύ P SPD (Πίνακας 58) και P LD. Σημείωση: Επιλογική προστασία με SPDs σύμφωνα με το IEC δεν είναι αναγκαίο να μειώσουν την P U σ αυτήν την περίπτωση. Τα SPDs σύμφωνα με το IEC είναι ικανοποιητικά. Πίνακας 63. Τιμές της πιθανότητας P LD συναρτήσει της αντίστασης R S της θωράκισης της καλωδίωσης και της αντίστασης μόνωσης σε κρουστικές τάσεις Uw του εξοπλισμού. [3] Uw [kv] 5<R S 20 [Ω /KM] 1< R S 5 [Ω /KM] R S 1 [Ω /KM] 1,5 1 0,8 0,4 2,5 0,95 0,6 0,2 4 0,9 0,3 0,04 6 0,8 0,1 0,02 Rs [Ω /km] : Αντίσταση της θωράκισης του καλωδίου Για γραμμές χωρίς θωράκιση θα λαμβάνεται P LD =1. 214

215 Όταν υπάρχουν προστατευτικά μέτρα όπως φυσικοί περιορισμοί, προειδοποιητικές πινακίδες κτλ. η τιμή της P U μειώνεται περαιτέρω με πολλαπλασιασμό της με τις τιμές της πιθανότητας P A όπως αυτή δίνεται στον πίνακα 56. Α.12.6 Η πιθανότητα P V για ένα πλήγμα σε μία γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει φυσική βλάβη [3] Η τιμή της P V από ένα πλήγμα σε μία υπηρεσία εισερχομένης στην κατασκευή, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της θωράκισης της (γραμμής) υπηρεσίας, την αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις των συνδεδεμένων εσωτερικών συστημάτων στην υπηρεσία και τα προβλεπόμενα SPDs. Όταν δεν παρέχεται προστασία με SPDs για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P V είναι ίση με την τιμή P LD η οποία είναι η πιθανότητα αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων εξαιτίας πλήγματος στην συνδεδεμένη γραμμή υπηρεσίας και δίνεται στον Πίνακα 63. Όταν υπάρχει προστασία με SPDs για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P V είναι η μικρότερη μεταξύ P SPD (Πίνακας 58) και P LD. Σημείωση: Επιλογική προστασία με SPD σύμφωνα με το IEC δεν είναι αναγκαίο να μειώσουν την P V σ αυτήν την περίπτωση. Τα SPD(s) σύμφωνα με το IEC είναι ικανοποιητικά. Α.12.7 Η πιθανότητα P W για ένα πλήγμα σε μία γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων [3] Οι τιμές της πιθανότητας P W από ένα πλήγμα σε μία υπηρεσία εισερχομένης στην κατασκευή, να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της θωράκισης της (γραμμής) υπηρεσίας, την αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις των συνδεδεμένων εσωτερικών συστημάτων στην υπηρεσία και τα προβλεπόμενα SPDs. Όταν δεν παρέχεται προστασία με SPDs για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P W είναι ίση με την τιμή P LD η οποία είναι η πιθανότητα αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων εξαιτίας πλήγματος στην συνδεδεμένη γραμμή υπηρεσίας και δίνεται στον Πίνακα 63. Όταν υπάρχει προστασία με SPD για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P W είναι η μικρότερη μεταξύ P SPD (Πίνακας 58) και P LD. 215

216 Α.12.8 Η πιθανότητα P Z για ένα πλήγμα πλησίον μιας εισερχομένης γραμμής υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων [3] Οι τιμές της πιθανότητας P Z για ένα πλήγμα πλησίον μιας εισερχομένης γραμμής υπηρεσίας σε μία κατασκευή να προκαλέσει αστοχία εσωτερικών συστημάτων, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της θωράκισης της (γραμμής) υπηρεσίας, την αντοχή της μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις των συνδεδεμένων εσωτερικών συστημάτων στην υπηρεσία και τα προβλεπόμενα μέτρα προστασίας. Όταν δεν παρέχεται επιλογική προστασία με SPD για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P Z είναι ίση με την τιμή P LI η οποία είναι η πιθανότητα αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων εξαιτίας πλήγματος στην συνδεδεμένη γραμμή υπηρεσίας και δίνεται στον Πίνακα 64. Όταν υπάρχει προστασία με SPD για ισοδυναμική σύνδεση, ως τιμή της PZ λαμβάνεται η μικρότερη μεταξύ P LI και P SPD. Όταν παρέχεται επιλογική προστασία με SPD για ισοδυναμική σύνδεση σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P Z είναι η μικρότερη μεταξύ P SPD (Πίνακας 58) και P LI. Πίνακας 64. Τιμές της πιθανότητας P LI συναρτήσει της αντίστασης R S της αντίστασης RS της θωράκισης του καλωδίου και της αντίστασης μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις Uw του εξοπλισμού. U W [kv] Καθόλου θωράκιση Θωράκιση όχι συνδεδεμένη στον ζυγό ισοδυναμικής γείωσης όπου ο εξοπλισμός είναι συνδεδεμένος Θωράκιση συνδεδεμένη στον ζυγό ισοδυναμικής γείωσης και εξοπλισμός συνδεδεμένος στον ίδιο ζυγό 5 < R S < 20 [Ω/km] 1 < R S 5 [Ω/km] R S < 1 [Ω/km] 1,5 1 0,5 0,15 0,04 0,02 2,5 0,4 0,2 0,06 0,02 0,02 0, ,2 0,1 0,03 0,008 0, ,1 0,05 0,02 0,004 0,002 Rs: Η αντίσταση της θωράκισης του καλωδίου [Ω/km]. Σημείωση: Ακριβέστερος υπολογισμός του Ks για θωρακισμένα και μη τμήματα μπορεί να βρεθεί στο ITU Recommendation K

217 Α.13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΠΩΛΕΙΑΣ ΣΕ ΜΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ [3] Απώλεια της ανθρώπινης ζωής Οι τιμές των απωλειών θα πρέπει να υπολογίζονται και να καθορίζονται από τον σχεδιαστή του ΣΑΠ (ή τον ιδιοκτήτη της κατασκευής). Οι τυπικές μέσες τιμές που δίνονται σ αυτό το κεφάλαιο είναι απλώς οι προτεινόμενες από το IEC τιμές. Κάθε εθνικός οργανισμός μπορεί να καθορίσει διαφορετικές τιμές. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Συνιστάται οι εξισώσεις που δίνονται σ αυτό το Παράρτημα να χρησιμοποιούνται σαν πρωταρχική πηγή των τιμών των. Α.13.1 Μέση σχετική ποσότητα απώλειας ανά έτος [3] Η απώλεια αναφέρεται στην μέση σχετική ποσότητα κάθε ενός τύπου βλάβης η οποία μπορεί να προκληθεί από κεραυνικό πλήγμα, θεωρώντας αμφότερα το μέγεθος (την έκταση) και τα αποτελέσματα. Η τιμή της εξαρτάται από: Τον αριθμό των ατόμων και τον χρόνο που αυτά βρίσκονται μέσα στην επικίνδυνη περιοχή, Τον τύπο και την σημασία της υπηρεσίας που προσφέρεται στο κοινό Την αξία των αγαθών που επηρεάζονται από τη βλάβη. Η απώλεια διαφέρει ανάλογα με τον θεωρούμενο τύπο της απώλειας (,, και ) και, για κάθε τύπο της απώλειας με τον τύπο βλάβης (, και ) που προκαλεί την απώλεια. Έτσι χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα σύμβολα: Είναι η απώλεια εξαιτίας βλάβης από τάσεις επαφής και βηματικές Είναι η απώλεια λόγω φυσικής βλάβης Είναι η απώλεια λόγω αστοχίας εσωτερικών συστημάτων Α.13.2 Απώλεια ανθρώπινης ζωής [3] Οι τιμές των L t, L f, L o, μπορεί να καθορίζονται σε όρους του σχετικού αριθμού θυμάτων από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: ( ) (Ε.62) Όπου: είναι ο αριθμός των πιθανών ανθρώπων σε κίνδυνο (θυμάτων) είναι ο συνολικός αριθμός ατόμων (στην κατασκευή). 217

218 είναι οι ώρες ανά έτος για τις οποίες τα άτομα είναι παρόντα σε μια επικίνδυνη περιοχή, εξωτερικά της κατασκευής ( μόνο) ή εσωτερικά της κατασκευής (των και ). Όταν ο καθορισμός των, και είναι αβέβαιος ή δύσκολος, μέσες τυπικές τιμές των και δίνονται στον Πίνακα 65. Πίνακας 65. Τυπικές μέσες τιμές των και. Τύπος Κατασκευής Όλοι οι τύποι - (άτομα μέσα στην κατασκευή) 10-4 Όλοι οι τύποι - (άτομα εκτός της κατασκευής) 10-2 Τύπος Κατασκευής Νοσοκομεία, Ξενοδοχεία, δημόσια κτίρια 10-1 Βιομηχανικά, εμπορικά, σχολεία 5Χ10-2 Δημόσιοι χώροι διασκέδασης, εκκλησίες, μουσεία 2 Χ 10-2 Άλλα 10-2 Τύπος Κατασκευής Κατασκευή με κίνδυνο έκρηξης 10-1 Νοσοκομεία 10-3 Α.13.3 Καθορισμός των συντελεστών απώλειας [3] Η απώλεια της ανθρώπινης ζωής επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής. Αυτά λαμβάνονται υπόψη ως συντελεστές αύξησης ( ) και μείωσης (,,, ) ως ακολούθως: (Ε.63) (Ε.64) (Ε.65) (Ε.66) Όπου: Είναι ο συντελεστής μείωσης της απώλειας της ανθρώπινης ζωής εξαρτώμενος από τον τύπο του χώματος (Πίνακας 66) Είναι ο συντελεστής μείωσης της απώλειας της ανθρώπινης ζωής εξαρτώμενος από τον τύπο του πατώματος (Πίνακας 66) 218

219 Είναι ο συντελεστής μείωσης της απώλειας εξαιτίας της φυσικής βλάβης εξαρτώμενος από τις λαμβανόμενες προφυλάξεις για μείωση των συνεπειών φωτιάς (Πίνακας 67) Είναι ένας συντελεστής μείωσης της απώλειας εξαιτίας της φυσικής βλάβης εξαρτώμενος από τον κίνδυνο της φωτιάς της κατασκευής (Πίνακας 68) Είναι ένας συντελεστής αύξησης της απώλειας εξαιτίας της φυσικής βλάβης όταν παρουσιάζεται ένας ειδικός κίνδυνος (Πίνακας 69) Πίνακας 66. Τιμές των συντελεστών r a και r u συναρτήσει του τύπου της επιφανείας του εδάφους ή του πατώματος. Τύπος Επιφάνειας Αντίσταση επαφής [ΚΩ] 1) και Αγροτικός, τσιμέντο Μάρμαρο, κεραμικό Χαλίκι, μοκέτα, χαλί Άσφαλτος, ξύλο, μουσαμάς ) Τιμές μετρημένες μεταξύ ενός 400 cm 2 ηλεκτροδίου συμπιεσμένου με δύναμη 500 N σε ένα σημείο απείρου. Πίνακας 67. Τιμές του συντελεστού μείωσης της απώλειας σαν συνάρτηση των λαμβανομένων μέτρων προστασίας για μείωση των συνεπειών φωτιάς Μέτρα Προστασίας Καθόλου Μέτρα Προστασίας 1 Ένα από τα ακόλουθα Μέτρα Προστασίας: πυροσβεστήρες, χειροκίνητες μόνιμες πυροσβεστικές εγκαταστάσεις, εγκαταστάσεις χειροκίνητης 0,5 ειδοποίησης συναγερμού πυροπροστασίας, πυράντοχα διαμερίσματα, προστατευόμενοι οδοί διαφυγής Ένα από τα ακόλουθα Μέτρα Προστασίας: αυτόματες μόνιμες πυροσβεστικές εγκαταστάσεις, εγκαταστάσεις αυτόματης ειδοποίησης 0,2 συναγερμού πυροπροστασίας 1) 1) Μόνο εάν προστατεύονται από υπερτάσεις και άλλες βλάβες και εάν οι πυροσβέστες μπορούν να αφιχθούν σε λιγότερο από 10 λεπτά. της Εάν περισσότερα του ενός μέτρα προστασίας έχουν ληφθεί, σαν τιμή λαμβάνεται η μικρότερη από τις σχετικές τιμές. περιπτώσεις. Σε κατασκευές με κίνδυνο έκρηξης λαμβάνεται για όλες τις 219

220 Πίνακας 68. Τιμές του συντελεστή μείωσης φωτιάς σε μία κατασκευή συναρτήσει του κινδύνου Κίνδυνος Φωτιάς Έκρηξη 1 Υψηλός 10-1 Κοινός 10-2 Χαμηλός 10-3 Κανένας 0 Σημείωση 1: Σε περίπτωση μιας κατασκευής με κίνδυνο έκρηξης ή περιεχούσης εκρηκτικά απαιτείται ένας πιο λεπτομερής υπολογισμός του συντελεστή. Σημείωση 2: Κατασκευές με υψηλό κίνδυνο φωτιάς θεωρούνται κατασκευές κατασκευασμένες από εύφλεκτα υλικά, κατασκευές με οροφές από εύφλεκτα υλικά ή κατασκευές με ειδικό φορτίο φωτιάς μεγαλύτερο από 800 MJ/m 2. Σημείωση 3: Κατασκευές με κοινό κίνδυνο φωτιάς θεωρούνται κατασκευές με ειδικό φορτίο φωτιάς μεταξύ 400 MJ/m 2 και 800 MJ/m 2. Σημείωση 4: Κατασκευές με χαμηλό κίνδυνο φωτιάς θεωρούνται κατασκευές με ειδικό φορτίο φωτιάς μικρότερο από 400 MJ/m 2, ή κατασκευές που περιέχουν περιστασιακά μόνον εύφλεκτα υλικά. Σημείωση 5: Ειδικό φορτίο φωτιάς είναι ο λόγος της ενέργειας του συνολικού ποσού των εύφλεκτων υλικών μέσα σε μία κατασκευή προς τη συνολική επιφάνεια της κατασκευής. Πίνακας 69. Τιμές του συντελεστή αύξησης της απώλειας παρουσίας ειδικών κινδύνων. συναρτήσει Είδος ειδικού κινδύνου Κανένας ειδικός κίνδυνος 1 Χαμηλό επίπεδο πανικού (π.χ. μία κατασκευή περιοριζόμενη σε δύο ορόφους και αριθμός ατόμων όχι πάνω από 100) 2 Μέσο επίπεδο πανικού (π.χ. κατασκευές σχεδιασμένες για πολιτιστικά ή αθλητικά γεγονότα με παρόντα άτομα μεταξύ 100 και 1.000) 5 Δυσκολία εκκένωσης (π.χ. κατασκευές με ακινητοποιημένα άτομα, νοσοκομεία) 5 Υψηλό επίπεδο πανικού (π.χ. κατασκευές σχεδιασμένες για πολιτιστικά ή αθλητικά γεγονότα με παρόντα άτομα πάνω από 1000) 10 Κίνδυνος για τις παρακείμενες κατασκευές ή το περιβάλλον 20 Μόλυνση για τις παρακείμενες κατασκευές ή το περιβάλλον 50 Α.13.4 Μη αποδεκτή απώλεια υπηρεσίας στο κοινό [3] Οι τιμές των και μπορούν να καθορισθούν σε όρους της σχετικής ποσότητας της πιθανής απώλειας από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: ( ) (Ε.67) 220

221 Όπου: είναι ο μέσος αριθμός των πιθανών ανθρώπων σε κίνδυνο (χρήστες που δεν εξυπηρετούνται). είναι ο συνολικός αριθμός ατόμων (χρήστες που εξυπηρετούνται). είναι η ετήσια χρονική περίοδος απώλειας της υπηρεσίας (σε ώρες). Όταν ο καθορισμός των, και είναι αβέβαιος ή δύσκολος, μέσες τυπικές τιμές των και δίνονται στον Πίνακα 70. Πίνακας 70. Τυπικές μέσες τιμές και. Τύπος Υπηρεσίας Αέριο, νερό Τηλεόραση, Τηλεπικοινωνία, Ηλεκτρική παροχή Η απώλεια υπηρεσίας στο κοινό επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής και από ένα συντελεστή μείωσης (r p ) ως ακολούθως: (Ε.68) (Ε.69) Οι τιμές για τους συντελεστές και δίνονται στους πίνακες 67 και 68 αντίστοιχα. Α.13.5 Απώλεια αναντικατάστατης πολιτιστικής κληρονομιάς [3] Η τιμή μπορεί να καθορισθεί μπορεί να καθορίζονται σε όρους του σχετικού ποσού της πιθανής απώλειας από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: Όπου: (E.70) Είναι η μέση τιμή της πιθανής απώλειας της κατασκευής (π.χ. η ασφαλιστέα αξία της πιθανής αξίας εμπορευμάτων) σε νόμισμα Είναι η ολική τιμή της κατασκευής (π.χ. η ολική ασφαλισμένη αξία όλων των εμπορευμάτων που είναι παρόντα στην κατασκευή) σε νόμισμα Μια τυπική μέση τιμή της L f, όταν ο καθορισμός των και είναι αβέβαιος ή δύσκολος, είναι: 221

222 Η απώλεια αναντικατάστατης πολιτιστικής κληρονομιάς επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής μέσω του συντελεστή μείωσης r p ως ακολούθως: (E.71) Οι τιμές των και δίνονται στους πίνακες 67 και 68, αντιστοίχως. Α.13.6 Οικονομική απώλεια [3] Οι τιμές των και μπορούν να καθορισθούν σε όρους της σχετικής ποσότητας της πιθανής απώλειας από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: Όπου: (E.72) Είναι η μέση τιμή της πιθανής απώλειας της κατασκευής (περιλαμβάνοντας τα περιεχόμενά της και τις συνέπειές της) σε νόμισμα Είναι η ολική τιμή της κατασκευής (περιλαμβάνοντας τα περιεχόμενά της και τις σχετικές δραστηριότητες) σε νόμισμα Όταν ο καθορισμός των και είναι αβέβαιος ή δύσκολος τυπικές μέσες τιμές των και για όλους τους τύπους των κατασκευών, δίδονται για χρήση, στον Πίνακα 71. Πίνακας 71. Τυπικές μέσες τιμές των και Τύπος Κατασκευής Όλοι οι τύποι μέσα στα κτίρια 10-4 Όλοι οι τύποι έξω από τα κτίρια 10-2 Τύπος Κατασκευής Νοσοκομεία, Βιομηχανικά, Μουσεία, Αγροτικά 0,5 Ξενοδοχεία, Σχολεία, Γραφεία, Εκκλησίες, Δημόσιοι χώροι διασκέδασης, Εμπορικά 0,2 Άλλα 0,1 Τύπος Κατασκευής Κίνδυνος έκρηξης 10-1 Νοσοκομεία, Βιομηχανικά, Γραφεία, Ξενοδοχεία, Εμπορικά 10-2 Μουσεία, Αγροτικά, Σχολεία, Γραφεία, Δημόσιοι χώροι διασκέδασης 10-3 Άλλα

223 Η απώλεια οικονομικής αξίας επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής. Αυτά λαμβάνονται υπόψη ως συντελεστές αύξησης ( ) και μείωσης (,,, ) ως ακολούθως: (E.73) (E.74) (E.75) (E.76) Οι τιμές των συντελεστών και δίδονται στον Πίνακα 66, του r p στον Πίνακα 67, του r f στον Πίνακα 68 και του στον Πίνακα 69. Α.14 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ P X ΤΗΣ ΒΛΑΒΗΣ ΣΕ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ [3] Οι πιθανότητες που δίνονται σ αυτό το κεφάλαιο είναι τιμές συμφωνημένες από το IEC και ισχύουν εάν τα μέτρα προστασίας είναι σύμφωνα με το IEC Άλλες τιμές μπορούν να επιλεγούν εφ όσον αιτιολογηθούν. Α.14.1 Γραμμές με μεταλλικούς αγωγούς [3] Α Πιθανότητες P' B και P'c για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβες [3] Η πιθανότητα P B για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει φυσικές βλάβες και η πιθανότητα P C για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία εξοπλισμού της υπηρεσίας σχετίζονται με το ρεύμα αστοχίας. Το I a εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της γραμμής, τον αριθμό των εισερχόμενων στην κατασκευή υπηρεσιών και στα ληφθέντα μέτρα προστασίας. Για γραμμές χωρίς θωράκιση πρέπει να θεωρείται: I a = 0 Για γραμμές με θωράκιση το ρεύμα αστοχίας I a (ka) θα υπολογίζεται ως εξής: ( ) (Ε.77) Όπου: K d : Είναι ο συντελεστής που εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της γραμμής (Πίνακας 72). 223

224 K p : Είναι ο συντελεστής που λαμβάνει υπόψη την επίδραση των ληφθέντων μέτρων προστασίας (Πίνακας 73) U w : Είναι η αντίσταση μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις [kv] (Πίνακας 74 για καλώδια και Πίνακας 75 για συσκευές). R s : Είναι η αντίσταση της θωράκισης του καλωδίου [Ω/km] n: Είναι ο αριθμός των εισερχομένων γραμμών υπηρεσιών στην κατασκευή Βάσει της ανωτέρω εξίσωσης (Ε.77) Παρατηρούμε ότι το ρεύμα αστοχίας για γραμμές με θωράκιση είναι πολύ μεγάλο (στη χειρότερη περίπτωση για μέγιστη αντίσταση 20 Ω/km και για ένα αγωγό ισχύος ka και για ένα αγωγό ελέγχου 781 ka, 341 ka για μία συσκευή ισχύος και 234 ka για μία συσκευή ελέγχου - ηλεκτρονική) σε σχέση με το μέγιστο αναμενόμενο κεραυνικό ρεύμα ακόμη και της κλάσης Ι (200 ka) ακόμη και αν αυτό θεωρηθεί μη διαμοιραζόμενο (που έτσι συμβαίνει στην πράξη). Για n αγωγούς το κεραυνικό ρεύμα υποδιπλασιάζεται δια n. ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Τα SPDs στο σημείο εισόδου στην κατασκευή αυξάνουν το ρεύμα αστοχίας I a και μπορούν να έχουν θετικό αποτέλεσμα προστασίας. Παρακάτω δίδονται παραδείγματα θωρακισμένων καλωδίων: [πηγή: 224

225 Πίνακας 72. Τιμές του συντελεστή K d σαν συνάρτηση των χαρακτηριστικών θωρακισμένης γραμμής Γραμμή K d Με θωράκιση σε επαφή με το χώμα 1 Με θωράκιση χωρίς επαφή με το χώμα 0,4 Πίνακας 73. Τιμές του συντελεστή K p σαν συνάρτηση των μέτρων προστασίας Μέτρο Προστασίας K p Χωρίς μέτρα προστασίας 1 Επιπρόσθετα καλώδια προστασίας - ένας αγωγός 1) 0,6 Επιπρόσθετα καλώδια προστασίας - δυο αγωγοί 1) 0,4 Κανάλι καλωδίων προστασίας έναντι κεραυνού 0,1 Καλώδιο προστασίας έναντι κεραυνού 0,02 Επιπρόσθετα θωρακισμένα καλώδια - ατσάλινος αγωγός 0,01 1) Το καλώδιο προστασίας εγκαθίσταται περίπου 30 cm πάνω από το καλώδιο, δύο καλώδια προστασίας τοποθετούνται 30 cm πάνω από το καλώδιο εγκατεστημένα συμμετρικά σε σχέση με τον άξονα του καλωδίου Οι τιμές των P B και P C συναρτήσει των τιμών του ρεύματος αστοχίας I a δίνονται στον πίνακα 76. Όταν παρέχεται προστασία με SPDs, σύμφωνα με το IEC , οι τιμές των P B και P C θεωρούνται ότι είναι οι τιμές P SPD (Πίνακας 58). Πίνακας 76. Τιμές της πιθανότητας P B, P C, P V και P W σαν συνάρτηση του ρεύματος αστοχίας I a I a (KA) P B, P C, P V, P W ,99 5 0, ,9 20 0,8 30 0,6 40 0,4 50 0,3 60 0,2 80 0, , , , , , ,

226 Α Πιθανότητες P V και P W για ένα κεραυνικό πλήγμα στην γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβες [3] Η πιθανότητα P' V για ένα κεραυνικό πλήγμα στην γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει φυσικές βλάβες και η πιθανότητα P' W για ένα κεραυνικό πλήγμα στην γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία του εξοπλισμού της υπηρεσίας σχετίζονται με το ρεύμα αστοχίας Ia, το οποίο με τη σειρά του εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της γραμμής και τα ληφθέντα μέτρα προστασίας. Για γραμμές χωρίς θωράκιση πρέπει να θεωρείται: I a = 0 Για γραμμές με θωράκιση το ρεύμα αστοχίας I a (ka) θα υπολογίζεται ως εξής: (Ε.78) Όπου: K d : Είναι ο συντελεστής που εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της γραμμής (Πίνακας 72). K p : Είναι ο συντελεστής που λαμβάνει υπόψη τα ληφθέντα (υιοθετηθέντα) μέτρα προστασίας (Πίνακας 73) U W : Είναι η αντίσταση μόνωσης σε κρουστικές υπερτάσεις [σε kv] (Πίνακας 74 για καλώδια και Πίνακας 75 για συσκευές). R s : Είναι η αντίσταση της θωράκισης του καλωδίου [σε Ω/km] Βάσει της ανωτέρω εξίσωσης (Ε.78) παρατηρούμε ότι το ρεύμα αστοχίας για γραμμές με θωράκιση είναι πολύ μεγάλο (για γραμμή ισχύος ka και για γραμμή ελέγχου 781 ka, 341 ka για συσκευή ισχύος και 234 ka για συσκευή ελέγχου - ηλεκτρονική) σε σχέση με το μέγιστο αναμενόμενο κεραυνικό ρεύμα ακόμη και της κλάσης Ι (200 ka) ακόμη και αν αυτό θεωρηθεί μη διαμοιραζόμενο (που έτσι συμβαίνει στην πράξη). n αγωγούς το κεραυνικό ρεύμα υποδιπλασιάζεται δια n. Παρ όλα αυτά όταν υπολογίζουμε την P' V για γραμμές τηλεπικοινωνίας, οι μέγιστες τιμές του ρεύματος αστοχίας I a θα θεωρούνται ως ακολούθως: I a = 40 ka για καλώδια με θωράκιση μολύβδου I a = 20 ka για καλώδια με θωράκιση αλουμινίου ΣΗΜΕΙΩΣΗ 1: Αυτές οι τιμές είναι πρόχειρος υπολογισμός του ρεύματος δοκιμών (I t ) που προξενεί βλάβη στις τυπικές τηλεπικοινωνιακές γραμμές στο σημείο του πλήγματος. Εάν υπάρχει ένδειξη ότι αυτές οι τιμές δεν εφαρμόζονται για ένα δεδομένο σχεδιασμό καλωδίου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλες τιμές. Σ αυτή την περίπτωση οι δοκιμές που περιγράφονται στο IEC θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό του ρεύματος αστοχίας. 226

227 Οι τιμές των P' V και P'w συναρτήσει του ρεύματος αστοχίας I a δίδονται στον Πίνακα 76. Α Η πιθανότητα P'z για ένα κεραυνικό πλήγμα πλησίον της γραμμής υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβη [3] D.1.3 Η πιθανότητα P' Z για ένα κεραυνικό πλήγμα πλησίον της γραμμής υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία του συνδεδεμένου εξοπλισμού εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της γραμμής και τα ληφθέντα μέτρα προστασίας. Όταν δεν παρέχεται προστασία με SPDs σύμφωνα με το IEC , η τιμή της P' Z είναι ίση με την αντίστοιχή τιμή της P LI. Όταν υπάρχει προστασία με SPDs, ως τιμή της P' Z λαμβάνεται η μικρότερη μεταξύ P SPD (Πίνακας 63) και P LI (Πίνακας 64). 227

228 Α.15 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΑΠΩΛΕΙΑΣ L x ΣΕ ΜΙΑ ΥΠΗΡΕΣΙΑ [3] Α.15.1 Μέση σχετική ποσότητα απώλειας ανά έτος [3] E.1 Η απώλεια L' X αναφέρεται στην μέση σχετική ποσότητα ενός ειδικού τύπου βλάβης η οποία μπορεί να προκληθεί από κεραυνικό πλήγμα σε υπηρεσία, θεωρώντας και τα δύο, την έκταση και τα επακόλουθα αποτελέσματα. Η τιμή της εξαρτάται από: Τον τύπο και την σπουδαιότητα της υπηρεσίας που προσφέρεται στο κοινό και Την αξία των αγαθών που επηρεάζονται από τη βλάβη. Η απώλεια L X διαφέρει ανάλογα με τον τύπο της θεωρούμενης απώλειας (L 1, L 2 και L 4 ), και για κάθε τύπο απώλειας, με τον τύπο βλάβης (D 2 και D 3 ) που προκαλεί την απώλεια. Έτσι χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα σύμβολα: L' f : Απώλεια λόγω φυσικής βλάβης L' o : την απώλεια λόγω αστοχίας των εσωτερικών συστημάτων Α.15.2 Μη αποδεκτή απώλεια υπηρεσίας στο κοινό [3] Οι τιμές των L f και L o μπορούν να καθορισθούν σε όρους της σχετικής ποσότητας της πιθανής απώλειας από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: ( ) (Ε.79) Όπου; n p : είναι ο μέσος αριθμός των χρηστών που δεν εξυπηρετούνται n t : είναι ο συνολικός αριθμός των χρηστών που εξυπηρετούνται t: είναι η ετήσια χρονική περίοδος απώλειας της υπηρεσίας (σε ώρες). Όταν ο καθορισμός των n p, n t και t είναι αβέβαιος ή δύσκολος, μέσες τυπικές τιμές των L f και L o δίνονται στον Πίνακα 77. Πίνακας 77. Μέσες τυπικές τιμές των L f και L o Τύπος Υπηρεσίας L f L O Αέριο, νερό Τηλεόραση, Τηλεπικοινωνία, Ηλεκτρική παροχή Η απώλεια υπηρεσίας στο κοινό επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της υπηρεσίας ως ακολούθως: 228

229 (Ε.80) (Ε.81) Α.15.3 Οικονομική απώλεια [3] Οι τιμές των L f και L o μπορούν να καθορισθούν σε όρους της σχετικής ποσότητας της πιθανής απώλειας από την ακόλουθη προσεγγιστική σχέση: (82) Όπου: c: Είναι η μέση τιμή της πιθανής απώλειας της κατασκευής, των περιεχομένων της και των σχετικών δραστηριοτήτων, σε νόμισμα c t : Είναι η ολική τιμή της κατασκευής, των περιεχομένων της και των σχετικών δραστηριοτήτων, σε νόμισμα Όταν ο καθορισμός των c και c t είναι αβέβαιος ή δύσκολος τυπικές μέσες τιμές των L f και L o για όλους τους τύπους των υπηρεσιών, δίδονται για χρήση, ως κάτωθι: L f = 10 1 L o = 10 3 Η απώλεια της οικονομικής αξίας επηρεάζεται από τα χαρακτηριστική της υπηρεσίας ως ακολούθως: (Ε.83) (Ε.84) 229

230 Α.16 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΗΣ ΚΟΣΤΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ - ΚΙΝΔΥΝΟΣ R 4 [3], [2] Το κόστος της συνολικής απώλειας C L μπορεί να υπολογισθεί από την παρακάτω εξίσωση: (Ε.85) (Ε χωρίς απώλεια ζώων) Όπου: R A και Ru είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με απώλεια ζώων, χωρίς μέτρα προστασίας. R B και R V είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με φυσική βλάβη, χωρίς μέτρα προστασίας R C, R M, R W, R Z είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων, χωρίς μέτρα προστασίας C A Είναι το κόστος των ζώων (= 0 για τη δεξαμενή) C S Είναι το κόστος των συστημάτων στην κατασκευή C B Είναι το κόστος του κτιρίου (ή γενικότερα της κατασκευής) C C Είναι το κόστος των περιεχομένων Το συνολικό κόστος C RL της απομένουσας απώλειας παρά τα μέτρα προστασίας μπορεί να υπολογισθεί από τον τύπο: (Ε.86) (Ε χωρίς απώλεια ζώων) Όπου: R A και R U είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με απώλεια ζώων, με μέτρα προστασίας. R B και R V είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με φυσική βλάβη, με μέτρα προστασίας R C, R M, R W, R Z είναι οι συνιστώσες κινδύνου που σχετίζονται με αστοχία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων, με μέτρα προστασίας Το ετήσιο κόστος των μέτρων προστασίας μπορεί να υπολογισθεί με τη βοήθεια της εξισώσεως: Όπου: (Ε.87) 230

231 C P : Είναι το κόστος των μέτρων προστασίας i : Είναι το επιτόκιο a : Είναι το χρεολύσιο (πληρωμή με δόσεις) m : Είναι ο ρυθμός συντήρησης Η ετήσια εξοικονόμηση S χρημάτων είναι: (Ε.88) Η προστασία είναι κατάλληλη εάν η ετήσια εξοικονόμηση είναι θετική, δηλαδή αν:. 231

232 Α.17 ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΗΣ ΘΩΡΑΚΙΣΗΣ ΓΙΑ ΑΥΤΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΕΝΟΣ ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΟΥ ΚΑΛΩΔΙΟΥ ΓΙΑ ΑΠΟΦΥΓΗ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΩΝ ΣΠΙΝΘΗΡΩΝ [6] Εάν οι γραμμές είναι θωρακισμένες ή ευρίσκονται μέσα σε μεταλλικούς σωλήνες (όπως στη δεξαμενή), αυτές οι θωρακίσεις ή οι μεταλλικοί σωλήνες θα πρέπει να γειώνονται (έτσι εξασφαλίζεται η ισοδυναµική σύνδεση). Δεν απαιτείται ισοδυναμική διασύνδεση των αγωγών εάν η ελάχιστη διατομή S C των θωρακίσεων ή των μεταλλικών σωλήνων δεν είναι μικρότερη από την ελάχιστη διατομή S cmin που υπολογίζεται σύμφωνα με το παρόν κεφάλαιο (παράρτημα Β του IEC ), δηλαδή: Οι υπερτάσεις μεταξύ των ενεργών αγωγών και της θωράκισης ενός καλωδίου μπορεί να προξενήσουν επικίνδυνο σπινθήρα λόγω του κεραυνικού ρεύματος που διαπερνά τη θωράκιση. Οι υπερτάσεις εξαρτώνται από το υλικό, τις διαστάσεις της θωράκισης και το μήκος και τη θέση του καλωδίου. Η ελάχιστη τιμή S cmin (σε mm 2 ) της διατομής της θωράκισης για αποφυγή επικινδύνων σπινθήρων δίνεται από την σχέση: Όπου: : Είναι το ρεύµα που ρέει στη θωράκιση [σε ka] : Είναι η ειδική αντίσταση της θωράκισης σε [Ω.m] : Είναι το μήκος καλωδίου [σε m] (Πίνακας 78) [mm 2 ] (Ε.89) : Είναι η κρουστική τάση διάσπασης του τροφοδοτούμενου από το καλώδιο ηλεκτρικού ή ηλεκτρονικού συστήματος [σε kv] (τιμές από πίνακα 62) Πίνακας 78. Θεωρούμενο μήκος καλωδίου σύμφωνα με την κατάσταση της θωράκισης Κατάσταση θωράκισης Σε επαφή με χώμα ειδικής αντίστασης ρ (Ω.m) Μονωμένο από το χώμα ή στον αέρα : Η απόσταση μεταξύ της κατασκευής και του πλησιέστερου σημείου γείωσης της θωράκισης ΣΗΜΕΙΩΣΗ - Πρέπει να είμαστε βέβαιοι ότι δεν θα υπάρξει μη επιτρεπτή άνοδος της θερµοκρασίας στη μόνωση του καλωδίου από τη ροή κεραυνικού ρεύματος στη θωράκιση της γραμμής ή στους αγωγούς αυτής. (Λεπτομέρειες στο IEC ). Τα όρια του ρεύματος είναι: Για θωρακισμένα καλώδια : Για μη θωρακισμένα καλώδια : (Ε.90) και (Ε.91) 232

233 Όπου: : είναι το ρεύμα στη θωράκιση σε ka : είναι ο αριθμός των αγωγών : είναι η διατομή της θωράκισης σε mm 2 : είναι η διατομή κάθε αγωγού σε mm 2 233

234 Α.18 ΡΕΥΜΑ ΚΕΡΑΥΝΟΥ ΠΟΥ ΡΕΕΙ ΣΕ ΕΞΩΤΕΡΙΚΑ ΑΓΩΓΙΜΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΕ ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ [2], [4] Για τη διαστασιολόγηση των αγωγών, SPDs και συσκευών πρέπει να υπολογίζεται ο κίνδυνος λόγω κρουστικών φαινομένων σε ειδικά σημεία των στοιχείων αυτών. Ο κίνδυνος αυτός πρέπει να είναι μικρότερος από το επίπεδο αντοχής των χρησιμοποιουμένων υλικών. Α.18.1 Κρουστικά ρεύματα λόγω πλήγματος στην κατασκευή - πηγή βλάβης S 1 [2] Α Κρουστικά ρεύματα που ρέουν δια μέσου εξωτερικών αγωγίμων μερών και γραμμών συνδεδεμένων στην κατασκευή [2] Το ρεύµα του κεραυνού, όταν ρέει προς τη γη, μοιράζεται στο σύστηµα γείωσης, στα εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα και στις εισερχόμενες γραμμές που είναι συνδεδεμένες απευθείας ή µέσω SPD σε αυτό. Εάν (Ε.92) είναι το τμήμα του ρεύµατος του κεραυνού που ρέει αντίστοιχα σε κάθε εξωτερικό αγώγιµο τµήµα ή αγωγό τότε το εξαρτάται από: Τον αριθμό των παραλλήλων οδεύσεων Για τα υπόγεια μέρη την ισοδύναμή τους σύνθετη αντίσταση ή για τα υπέργεια μέρη την αντίσταση γείωσής τους όταν συνδέονται σε υπόγεια μέρη. Την ισοδύναμη σύνθετη αντίσταση του συστήματος γείωσης Για υπόγειες εγκαταστάσεις: ( ) (Ε.93) Για υπέργειες εγκαταστάσεις: ( ) (Ε.94) όπου : Ισοδύναµη σύνθετη αντίσταση γείωσης του συστήµατος γείωσης Ισοδύναµη σύνθετη αντίσταση γείωσης των εξωτερικών τµηµάτων ή καλωδίων (Πίνακας 79) Η αντίσταση γείωσης της διάταξης γείωσης που συνδέει την υπέργεια γραμμή στο έδαφος. Εάν η αντίσταση γείωσης του σημείου γείωσης δεν είναι γνωστή η τιμή της λαμβάνεται από τον πίνακα 79. Σημείωση: Η τιμή αυτή στον ανωτέρω τύπο υποτίθεται ότι είναι η ίδια για κάθε σημείο γείωσης. Εάν όχι τότε απαιτείται να χρησιμοποιηθούν πιο πολύπλοκες εξισώσεις. Συνολικός αριθµός των υπογείων εξωτερικών τµηµάτων ή καλωδίων Συνολικός αριθµός των υπέργειων εξωτερικών τµηµάτων ή καλωδίων 234

235 5) Ρεύµα κεραυνού αντίστοιχο µε την επιλεγείσα κλάση του ΣΑΠ (Πίνακας Κάνοντας μια υπόθεση σαν πρώτη προσέγγιση ότι το μισό κεραυνικό ρεύμα ρέει στο σύστημα γείωσης και ότι, η τιμή του μπορεί να υπολογισθεί για ένα εξωτερικό αγώγιμο μέρος ή γραμμή ως ακολούθως: (Ε.95). Παράδειγμα στον παρακάτω πίνακα 78.1 Πίνακας 78.1 Παράδειγμα ρεύματος που ρέει σε εξωτερικό αγωγό (π.χ.: θωράκιση ή μεταλλικό σωλήνα) Κλάση ΕΑΠ (Class of LPL) LPL I LPL II LPL III LPL IV [ka] ,25 0,17 0,25 0,17 0,25 0,17 0,25 0,17 [ka] 50 33,33 37,5 25, , ,67 Εάν οι εισερχόμενες γραμμές (π.χ. ηλεκτρικές ή τηλεπικοινωνιών) δεν είναι θωρακισμένες ή δεν ευρίσκονται εντός μεταλλικών ηλεκτρολογικών σωλήνων, κάθε ένας από τους αγωγούς της γραμμής φέρει ίσο μέρος του κεραυνικού ρεύματος (Ε.96) όπου είναι ο συνολικός αριθμός των αγωγών. Για θωρακισμένες γραμμές ισοδυναμικά διασυνδεδεμένες στην είσοδο (όπως στη δεξαμενή) οι τιμές του ρεύματος για κάθε ένα από τους αγωγούς μιάς θωρακισμένης γραμμής υπηρεσίας δίνονται από τον τύπο: (Ε.97) όπου: είναι η ωμική αντίσταση ανά μονάδα μήκους της θωράκισης είναι η ωμική αντίσταση ανά μονάδα μήκους του εσωτερικού αγωγού Σημείωση 3: Ο τύπος αυτός μπορεί να υποβαθμίζει τον ρόλο της θωράκισης στην εκτροπή του ρεύματος λόγω της επαγωγής μεταξύ του εσωτερικού τμήματος (πυρήνα) και της θωράκισης. 235

236 Πίνακας 79. Τιµές των ισοδυνάμων αντιστάσεων γείωσης και ανάλογα µε την ειδική αντίσταση του εδάφους. Ισοδύναμη αντίσταση γείωσης ανάλογα με τη ρ [Ωm] [Ω] στάθμη προστασίας [Ω] I II III - IV Σημείωση: Οι τιμές του πίνακα αναφέρονται στην ισοδύναμη σύνθετη αντίσταση υπογείων αγωγών υπό κρουστικές συνθήκες (10/350 μs) Α Συντελεστές που επηρεάζουν το διαμοιρασμό του κεραυνικού ρεύματος σε γραμμές ισχύος [2] Για λεπτομερείς υπολογισμούς διάφοροι συντελεστές μπορούν να επηρεάσουν το πλάτος και την κυματομορφή τέτοιων κρουστικών υπερτάσεων: Το μήκος του καλωδίου μπορεί να επηρεάσει το διαμοιρασμό του ρεύματος και τα χαρακτηριστικά της κυματομορφής που οφείλεται στο λόγο L/R Διαφορετικές σύνθετες αντιστάσεις των αγωγών ουδετέρου και φάσεων μπορούν να επηρεάσουν το διαμοιρασμό του ρεύματος μεταξύ των αγωγών των γραμμών Σημείωση: Παραδείγματος χάριν, εάν ο αγωγός ουδετέρου (Ν) έχει πολλαπλές γειώσεις, η χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση του Ν συγκρινόμενη με αυτές των γραμμών L1, L2 και L3 θα έχει σαν αποτέλεσμα το 50 % του ρεύματος να διέρχεται διά μέσου του Ν και το υπόλοιπο 50 % να διαμοιράζεται στις άλλες τρεις γραμμές (από 17 % η κάθε μία). Εάν N, L1, L2 και L3 έχουν την ίδια σύνθετη αντίσταση τότε κάθε αγωγός θα φέρει προσεγγιστικά το 25 % του ρεύματος. Διαφορετικές σύνθετες αντιστάσεις μετασχηματιστών μπορούν να επηρεάσουν το διαμοιρασμό του ρεύματος (αυτό το αποτέλεσμα είναι αμελητέο εάν ο μετασχηματιστής προστατεύεται μέσω SPDs που παρακάμπτουν την σύνθετη αντίστασή τους) Η σχέση μεταξύ των συμβατικών αντιστάσεων γείωσης των μετασχηματιστών και των στοιχείων της πλευράς του φορτίου μπορούν να επηρεάσουν το διαμοιρασμό του ρεύματος (όσο μικρότερη είναι η σύνθετη αντίσταση του μετασχηματιστού, τόσο μεγαλύτερο είναι το κρουστικό ρεύμα που διατρέχει το σύστημα χαμηλής τάσης) Παράλληλοι καταναλωτές προκαλούν μια μείωση της ενεργού σύνθετης αντίστασης του συστήματος χαμηλής τάσης που μπορεί να αυξήσει το μερικό κεραυνικό ρεύμα που διέρχεται διά μέσου αυτού του συστήματος 236

237 Α.18.2 Κρουστικά ρεύματα σχετικές με υπηρεσίες συνδεδεμένες στην κατασκευή [2] Α Κρουστικά ρεύματα λόγω πληγμάτων επί των υπηρεσιών - πηγή βλάβης S 3 [2] Για απ ευθείας κεραυνικά πλήγματα επί των συνδεδεμένων υπηρεσιών θα πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν ο διαμοιρασμός του κεραυνικού ρεύματος και στις δύο κατευθύνσεις της υπηρεσίας και η διάσπαση της μόνωσης. Η επιλογή της τιμής I imp μπορεί να βασισθεί στις τιμές που δίνονται στον πίνακα 80 όπου οι προτιμώμενες τιμές του I imp σχετίζονται με το επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας (LPL). Πίνακας 80. Αναμενόμενα κρουστικά ρεύματα λόγω κεραυνικών πληγμάτων LPL Πλήγματα στην υπηρεσία Πηγή βλάβης S 3 (άμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 10/350 μs [ka] Συστήματα χαμηλής τάσης Πλήγματα πλησίον της υπηρεσίας Πηγή βλάβης S 4 (έμμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 8/20 μs [ka] Πλησίον σε, ή επί της κατασκευής Πηγές βλάβης S 1 και S 2 (Επαγόμενο ρεύμα μόνο για S 1 ) Κυματομορφή: 8/20 μs [ka] Πλήγματα στην υπηρεσία Πηγή βλάβης S 3 (άμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 10/350 μs [ka] Γραμμές τηλεπικοινωνιών Πλήγματα πλησίον της υπηρεσίας Πηγή βλάβης S 4 (έμμεσο πλήγμα) Μετρούμενο: 5/300 μs (υπολογιζόμενο: 8/20 μs) [ka] 237 Πλησίον σε, ή επί της κατασκευής Πηγή βλάβης S 2 (Επαγόμεν ο ρεύμα) Κυματομορ -φή: 8/20 μs [ka] III-IV 5 2,5 0,1 1 0,01 (0,05) 0,05 I-II ,2 2 0,02 (0,1) 0,1 Για θωρακισμένες γραμμές οι τιμές των υπερεντάσεων που δίνονται στον πίνακα 80 μπορούν να μειωθούν στο μισό (επί 0,5). Σημείωση: Υποτίθεται ότι η αντίσταση της θωράκισης είναι κατά προσέγγιση ίση με την αντίσταση του αγωγού της γραμμής και παράλληλες (όπως στη δεξαμενή). Α Κρουστικά ρεύματα λόγω πληγμάτων πλησίον των υπηρεσιών - πηγή βλάβης S 4 [2] Κρουστικά ρεύματα λόγω πληγμάτων πλησίον των υπηρεσιών έχουν ενέργειες πολύ χαμηλότερες από εκείνες που σχετίζονται με πλήγματα επί των υπηρεσιών (πηγή βλάβης S 3 ). Οι αναμενόμενες υπερεντάσεις που σχετίζονται με ένα συγκεκριμένο επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας (LPL) δίνονται στον πίνακα 80. Για θωρακισμένες γραμμές οι τιμές των υπερεντάσεων που δίνονται στον πίνακα 80 μπορούν να μειωθούν στο μισό (Χ 0,5). Α.18.3 Κρουστικά ρεύματα λόγω επαγωγικών φαινομένων - πηγές βλάβης S 1 ή S 2 [2] Κρουστικά ρεύματα λόγω επαγωγικών φαινομένων από μαγνητικά πεδία που προκαλούνται είτε από κοντινά κεραυνικά πλήγματα (πηγή S 2 ) ή από κεραυνικά ρεύματα που ρέουν στο εξωτερικό ΣΑΠ ή τη χωρική θωράκιση της ζώνης LPZ 1 (πηγή S 1 ) έχουν μια τυπική κυματομορφή 8/20 μs. Τέτοιες

238 κρουστικές υπερτάσεις πρέπει να θεωρούνται πλησίον ή στο άκρο της συσκευής της ζώνης LPZ 1 και στο όριο των LPZ 1/2. Α Κρουστικά ρεύματα εντός μη θωρακισμένης ζώνης LPZ 1 [2] Εντός μη θωρακισμένης ζώνης LPZ 1 (π.χ. προστατευόμενης μόνο με ένα εξωτερικό ΣΑΠ σύμφωνα με το IEC με ένα πλέγμα πλάτους μεγαλυτέρου από 5 m) σχετικά υψηλά κρουστικά ρεύματα αναμένονται λόγω επαγωγικών φαινομένων από μη εξασθενημένο μαγνητικό πεδίο. Οι αναμενόμενες υπερεντάσεις που σχετίζονται με ένα συγκεκριμένο επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας (LPL) δίνονται στον πίνακα 80. Α Κρουστικά ρεύματα εντός θωρακισμένων ζωνών LPZs [2] Εντός ζωνών (LPZs) με αποτελεσματική χωρική θωράκιση (που απαιτεί μέγεθος πλέγματος κάτω 5m σύμφωνα με το παράρτημα Α του IEC ), η δημιουργία κρουστικών ρευμάτων λόγω επαγωγικών φαινομένων από μαγνητικά πεδία μειώνεται δραστικά. Σε αυτές τις περιπτώσεις οι κρουστικές υπερτάσεις είναι πολύ μικρότερες από αυτές που δίνονται στο κεφάλαιο Εντός της LPZ 1 τα επαγωγικά φαινόμενα είναι πολύ μικρότερα λόγω του αποτελέσματος της εξασθένισης εξ αιτίας της χωρικής θωράκισης. Εντός της LPZ 2 τα κρουστικά ρεύματα είναι περισσότερο μειωμένα λόγω του αποτελέσματος της διαδοχικής χωρικής θωράκισης των LPZ 1 και LPZ 2. Α.18.4 Γενικές πληροφορίες σχετικά με τα SPDs [2] Η χρήση των SPDs εξαρτάται από την ικανότητά τους σε κρουστική αντοχή και είναι ταξινομημένα κατά: IEC για ισχύ και IEC για τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Τα SPDs που θα χρησιμοποιηθούν σύμφωνα με την θέση εγκατάστασης αυτών έχουν ως ακολούθως: 1. Στην είσοδο στην κατασκευή (στο όριο της LPZ 1, π.χ. στον κύριο πίνακα διανομής - MB): SPD δοκιμασμένο με I imp (τυπική κυματομορφή 10/350, π.χ. SPD δοκιμασμένο σύμφωνα με την κλάση Ι - Class I) SPD δοκιμασμένο με I n (τυπική κυματομορφή 8/20, π.χ. SPD δοκιμασμένο σύμφωνα με την κλάση ΙΙ - Class II). 2. Πλησίον της υπό προστασία συσκευής Close to the apparatus to be protected (στο όριο της LPZ 2 και υψηλότερα π.χ. στον δευτερεύοντα πίνακα διανομής - SB, ή στην πρίζα - SA): 238

239 SPD δοκιμασμένο με I n (τυπική κυματομορφή 8/20, π.χ. SPD δοκιμασμένο σύμφωνα με την κλάση ΙΙ - Class II). SPD δοκιμασμένο με ένα συνδυασμό κύματος (τυπική κυματομορφή ρεύματος 8/20, π.χ. SPD δοκιμασμένο σύμφωνα με την κλάση ΙΙΙ - Class III). 239

240 Α.19 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟΥΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΠΛΩΤΗΣ ΟΡΟΦΗΣ 7-ΤΚ-102 Συγκεκριμένα θα μελετηθεί η προστασία από κεραυνούς της δεξαμενής πλωτής οροφής 7-ΤΚ-102 του Διυλιστηρίου των Ελληνικών Πετρελαίων (ΕΛΠΕ) στις Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας (πρώην Πετρόλα). Τα δεδομένα που θα χρησιμοποιηθούν δεν είναι υποθετικά αλλά πραγματικά ως προς: Τα χαρακτηριστικά της Δεξαμενής καθ εαυτής Τα κατασκευαστικά στοιχεία Τα σχέδια Τις διαστάσεις Τα υλικά Τα χαρακτηριστικά της Δεξαμενής και του περιβάλλοντος χώρου για διαχωρισμό σε ζώνες Τις εισερχόμενες στη Δεξαμενή γραμμές Τα παρακείμενα κτίρια κατασκευές (άκρο «α» των γραμμών) Το περιβάλλον για επιλογή των αντιστοίχων συντελεστών Τη γενική θεώρηση της Δεξαμενής σαν αυτοπροστατευόμενη κατασκευή (Τα στοιχεία του υπάρχοντος Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας) Τη μεταλλική οροφή και μεταλλικές προεξοχές σαν συλλεκτήριο σύστημα. Το συνεχές μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγός καθόδου Τα συστήματα γείωσης της δεξαμενής Έδραση (πλήρης ανεξάρτητη γείωση) Σύνδεσης των σωληνώσεων χωρίς μονωτικές φλάντζες (πλήρης ανεξάρτητη γείωση) Περιφερειακή ανεξάρτητη γείωση αλλά μη πλήρης (4 αγωγοί σύνδεσης αντί 9 - ελάχιστη απόσταση περιφερειακά τα 30 m) Τις υπάρχουσες διαδικασίες μέτρα προστασίας κατά τις ημέρες καταιγίδας οι οποίες απαγορεύουν την πρόσβαση στη δεξαμενή κατά τις ημέρες αυτές Σκοπός της μελέτης: Το τμήμα αυτό της μελέτης που αναπτύσσουμε έχει σκοπό να δείξει: Τον υπολογισμό του κινδύνου (κίνδυνος απώλειας ανθρώπινης ζωής) και τον καθορισμό των απαιτήσεων προστασίας Τη συνεισφορά των συνιστωσών κινδύνου στον συνολικό κίνδυνο Το αποτέλεσμα διαφορετικών μέτρων προστασίας (εφ όσον παραστεί ανάγκη) για μείωση αυτού του κινδύνου (υπολογίζοντας τον συνολικό κίνδυνο αποδεκτό με τα ληφθέντα μέτρα) 240

241 Τη μέθοδο επιλογής μεταξύ διαφορετικών λύσεων (εφ όσον παραστεί ανάγκη) προστασίας, λαμβάνοντας υπ όψιν την αποτελεσματικότητα σε σχέση με το κόστος. Τα προβλεπόμενα μέτρα στην Ελληνική Νομοθεσία και τα Διεθνή Πρότυπα σχετικά με την ασφαλή διασύνδεση πλωτής οροφής με το κέλυφος της δεξαμενής για απαγωγή κεραυνικών ρευμάτων χωρίς τη δημιουργία επικινδύνων σπινθήρων. Προτάσεις πέρα από τα ανωτέρω προβλεπόμενα μέτρα για μεγαλύτερη και ουσιαστικότερη ασφάλεια. Προτάσεις σχετικά με το πάχος των ελασμάτων οροφής για προστασία από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού επ αυτής. Α.19.1 Μελέτη κινδύνου δεξαμενής 7-ΤΚ-102 από κεραυνούς Για τους σκοπούς της μελέτης θα θεωρήσουμε Επίπεδο Αντικεραυνικής Προστασίας Ι, μελετώντας τις απαιτήσεις για την δυσμενέστερη περίπτωση (μέγιστο ρεύμα Ι = 200 ka και μέγιστη κλίση μετώπου di/dt = 20 ka/μs), παρ όλο που η δεξαμενή δεν είναι προστατευμένη από κάποιο τυπικό ΣΑΠ αλλά αποτελείται από μία μεταλλική οροφή με μεταλλικό κέλυφος (σαν αγωγό καθόδου) και σύστημα γείωσης (μέσω εδράσεως, σύνδεσης με γειωμένους σωλήνες χωρίς μονωτικές φλάντζες και πρόσθετες εξωτερικές γειώσεις). Η μεταλλική οροφή συνδέεται με το κέλυφος μέσω μεταλλικών ελασμάτων. Η περίπτωση της δεξαμενής θα μελετηθεί μόνο ως προς τον κίνδυνο της απώλειας ανθρώπινης ζωής (συνιστώσες του ) και θα συγκριθεί με την ανεκτή τιμή (Πίνακας 45). Επίσης θα επιλεγούν τα μέτρα προστασίας για μείωση αυτού του κινδύνου εάν τελικά απαιτηθούν. Ο κίνδυνος R 2 (απώλειας υπηρεσίας στο κοινό, δηλαδή απώλεια λειτουργίας του ραντάρ) θεωρείται μη ουσιώδης για τη δεξαμενή λόγω της εξασφάλισης του όποιου κινδύνου με την παρακολούθηση από το προσωπικό και τις υπάρχουσες διαδικασίες Ο κίνδυνος R 3 (απώλειας πολιτιστικής κληρονομιάς) δεν υπάρχει και Ο κίνδυνος R4 (οικονομικής απώλειας) υπάρχει αλλά δεν θα ασχοληθούμε διότι αφ ενός μεν είναι δευτερευούσης σημασίας αφ ετέρου δε στη γενική μελέτη που αναπτύξαμε δίνονται όλα τα στοιχεία για όποιον ενδιαφέρεται και διαθέτει τα πραγματικά οικονομικά δεδομένα να τον μελετήσει. Α Δεδομένα και χαρακτηριστικά της δεξαμενής: 1. Τα δεδομένα και χαρακτηριστικά της δεξαμενής καθ εαυτής και των γειτονικών της κατασκευών δίνονται στον Πίνακα Δ.1. Δεξαμενή (κατασκευή «β») : Διάμετρος Ύψος : Ύψος προεξοχής σωλήνων οδηγών Κτίριο ελέγχου HDS/υποσταθμός (κατασκευή «α») : Μήκος, Πλάτος Ύψος (από το επίπεδο του ημιυπογείου που αποτελεί τη δυσμενέστερη περίπτωση). 2. Τα δεδομένα και χαρακτηριστικά των εισερχομένων γραμμών και των εσωτερικών συστημάτων τα οποία είναι συνδεδεμένα σ αυτές δίδονται 241

242 στον Πίνακα Δ.2. Μία γραμμή ελέγχου και μία ισχύος (συνδεδεμένες με όργανο ελέγχου στάθμης - ραντάρ) με μεταλλικό οπλισμό/θωράκιση γειωμένο και στα δύο άκρα (στη δεξαμενή μεταλλικό περίβλημα (αγωγός καθόδου) και γείωση, μέσω καταλλήλου μεταλλικού αντιεκρηκτικού στυπιοθλίπτου μέσω κατάλληλα γειωμένων μεταλλικών κουτιών) και στο κτίριο «α» στη μπάρα γειώσεως. Μία γραμμή ισχύος προσωρινής ηλεκτρικής παροχής για φωτισμό και χρήση ηλεκτρικών εργαλείων κατά την περίοδο δεκαετούς συντήρησης της δεξαμενής μόνο και όχι κατά την περίοδο λειτουργίας αυτής. Η γραμμή έχει μεταλλικό οπλισμό/θωράκιση γειωμένο και στα δύο άκρα σε μπάρες γειώσεως. Το συνολικό μήκος καθώς και το εναέριο και θαμμένο τμήμα αυτής είναι ίδια με αυτά της γραμμής ελέγχου. Πίνακας Δ.1. Δεδομένα και χαρακτηριστικά δεξαμενής Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Δεξαμενή (Κατασκευή b ) Κυλινδρική 85,344 21,946 Σχήμα Δ.1 Διαστάσεις [m] 23,925 Συντελεστής Κατασκευή μη τοποθεσίας ( b ) απομονωμένη 1) 0,5 Πίνακας 52 Υπάρχον ΣΑΠ Δεν υπάρχει ανεξάρτητο ΣΑΠ 3) 10-2 Πίνακας 57 Αποτελεσματικότητα θωράκισης στα όρια της δεξαμενής Γενική συντήρηση δεξαμενής κάθε [έτη] Καμία 1 10 Κεφάλαιο Α.12.4 Ημέρες καταιγίδας Περιοχή Αττικής 25 Σχήμα 91 Διαστάσεις [m] 50 (Κατασκευή a ). Ορθογώνια 20 Κτίριο ελέγχου HDS 20 και Υ/Σ Συντελεστής τοποθεσίας κτιρίου άκρου «α» γραμμής Πυκνότητα κεραυνικού πλήγματος [1/km 2 /έτος] Κατασκευή μη Απομονωμένη 2) 0,25 Πίνακας 52 Περιοχή Αττικής Εύκρατη ζώνη 2,5 Εξίσωση E.46 1) Περιβάλλεται από αντικείμενα ή δένδρα ιδίου ή χαμηλοτέρου ύψους 2) Περιβάλλεται από υψηλότερα αντικείμενα ή δένδρα 3) Για τη δεξαμενή με συλλεκτήριο σύστημα που αντιστοιχεί σε ΣΑΠ κλάσης I και ένα συνεχές μεταλλικό περίβλημα που λειτουργεί ως φυσικό σύστημα αγωγών καθόδου (κέλυφος) Μεταλλική οροφή - Κατάλληλη γείωση - (Αγώγιμη διασύνδεση πλωτής οροφής κελύφους για την οποία θα αναφερθούμε αναλυτικά κατωτέρω) 242

243 Πίνακας Δ.2. Χαρακτηριστικά Εσωτερικών συστημάτων ισχύος και σχετικών εισερχομένων γραμμών ισχύος Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Ειδική αντίσταση εδάφους Ωm 500 Συνολικό μήκος καλωδίων Θαμμένα και [m] εναέρια 800 Μήκος καλωδίων [m] Θαμμένα 750 Μήκος καλωδίων [m] Εναέρια 50 Ύψος καλωδίων [m] Θαμμένα - - Ύψος καλωδίων [m] Εναέρια 1 Μετασχηματιστής ΥΤ/ΜΤ Παροχή μόνο 1 Πίνακας 54 Συντελεστής τοποθεσίας 1) γραμμής 0,25 Πίνακας 52 Συντελεστής περιβάλλοντος 2) γραμμής 1 Πίνακας 55 Θωράκιση γραμμής 5 <R S 20 Ω/km ( ηλεκτρικές Συντήρηση εντός 0,95 Πίνακας 63 συσκευές από πίνακα 62) και επί Θωράκιση γραμμής (, ηλεκτρικές συσκευές από πίνακα 62) Θωράκιση γραμμής ισχύος (radar, ηλεκτρονική συσκευή από πίνακα 62) Θωράκιση γραμμής ισχύος (radar, ηλεκτρονική συσκευή από πίνακα 62) Εσωτερική καλωδίωση με αντίσταση θωράκισης R S Κρουστική τάση αντοχής εσωτερικών συστημάτων (, ηλεκτρικές συσκευές από πίνακα 62) Παροχή ραντάρ - κρουστική τάση αντοχής εσωτερικών συστημάτων (ραντάρ, Πίνακας 62) Κρουστική τάση αντοχής εσωτερικών συστημάτων (ραντάρ ), Κρουστική τάση αντοχής εσωτερικών συστημάτων (ηλεκτρικές συσκευές ) (Πίνακας 62) Επιλογική προστασία με SPDs 5<R S 20 Ω/km Συντήρηση εντός και επί 5<R S 20 Ω/km επί 5<R S 20 Ω/km επί 0,06 Πίνακας 64 0,95 Πίνακας 63 0,06 Πίνακας 64 5<R S 20 Ω/km 10-3 Πίνακας 60 Συντήρηση εντός και επί επί Θα ληφθεί η ελάχιστη τιμή 0,6 1 1 Εξίσωση Ε.61 Εξίσωση Ε.61 Εξίσωση Ε.61 Όχι 1 Πίνακας 58 1) Περιβάλλεται από παρακείμενες κατασκευές ή δένδρα ιδίου ή υψηλοτέρου ύψους 2) Ύπαρξη αραιών κατασκευών μικρού ύψους 243

244 Πίνακας Δ.3. Χαρακτηριστικά Εσωτερικών συστημάτων ελέγχου και σχετικών εισερχομένων γραμμών ελέγχου Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Ειδική αντίσταση εδάφους Ωm 500 Συνολικό μήκος καλωδίων [m] Θαμμένα και εναέρια 800 Μήκος καλωδίων [m] Θαμμένα 750 Μήκος καλωδίων [m] Εναέρια 50 Ύψος καλωδίων [m] Θαμμένα - - Ύψος καλωδίων [m] Εναέρια (μέσο ύψος) 11 Συντελεστής τοποθεσίας 1) γραμμής 0,25 Πίνακας 52 Συντελεστής περιβάλλοντος 2) γραμμής 1 Πίνακας 55 Θωράκιση γραμμής ελέγχου (radar, ηλεκτρονική συσκευή από πίνακα 62) Θωράκιση γραμμής ελέγχου (radar, ηλεκτρονική συσκευή από πίνακα 62) Εσωτερική καλωδίωση με αντίσταση θωράκισης R S Κρουστική τάση αντοχής εσωτερικών συστημάτων (ραντάρ από Πίνακα 62) Επιλογική προστασία με SPDs 5 Ω/km <R S 20 Ω/km επί 5<R S 20 Ω/km επί 1 Πίνακας 63 0,15 Πίνακας 64 5<R S 20 Ω/km 10-3 Πίνακας 60 1 Εξίσωση Ε.61 Όχι 1 Πίνακας 58 1) Περιβάλλεται από παρακείμενες κατασκευές ή δένδρα ιδίου ή υψηλοτέρου ύψους 2) Ύπαρξη αραιών κατασκευών μικρού ύψους Α Καθορισμός ζωνών της Δεξαμενής και χαρακτηριστικών αυτών Λαμβάνοντας υπ όψιν ότι: 1. Ο τύπος του δαπέδου είναι διαφορετικός μέσα και επί της δεξαμενής (μεταλλική επιφάνεια) από ότι έξω από τη δεξαμενή (μπετό, χαλίκι, χώμα) 2. Για τη δεξαμενή υπάρχει υψηλός κίνδυνος φωτιάς ενώ εκτός της Δεξαμενής ο κίνδυνος είναι χαμηλός 3. Δεν υπάρχει τυπικό ανεξάρτητο ΣΑΠ αλλά μεταλλική οροφή με επίσης μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγός καθόδου ισοδυναμικά συνδεδεμένων μεταξύ τους με μεταλλικά ελάσματα (shunts) και κατάλληλη γείωση. 4. Ο κίνδυνος από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού λαμβάνεται υπ όψιν μόνο για τους ευρισκομένους επί της οροφής και όχι εντός ή εκτός αυτής λόγω ύψους 244

245 Καθορίζουμε τις ακόλουθες ζώνες: (εκτός της δεξαμενής) (εντός της Δεξαμενής) (επί της δεξαμενής) Λόγω διαφορετικών συνθηκών θα μελετηθούν δύο περιπτώσεις: 1. Λειτουργία της δεξαμενής που είναι και η κύρια περίπτωση και αφορά το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα με: Μικρότερο αριθμό παρουσίας ανθρώπων επί και εκτός της δεξαμενής (χωρίς παρουσία εντός) Μικρότερο χρόνο παρουσίας αυτών Μεγαλύτερο (υψηλό) κίνδυνο φωτιάς Μεγαλύτερο κίνδυνο από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού (επί της δεξαμενής) 2. Συντήρηση της δεξαμενής που είναι τελείως διαφορετική και αφορά πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα (π.χ. ανά δεκαετία) με: Μεγαλύτερο αριθμό παρουσίας ανθρώπων επί, εντός και εκτός της δεξαμενής για το διάστημα της συντήρησης Μεγαλύτερο χρόνο παρουσίας αυτών για το διάστημα της συντήρησης (αναλογικά στο ένα έτος θα προκύψει από τους υπολογισμούς) Μικρότερο (χαμηλό) κίνδυνο φωτιάς Μικρότερο κίνδυνο από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού (επί της δεξαμενής λόγω ύψους διότι στη συντήρηση η πλωτή οροφή είναι καθισμένη σε χαμηλό ύψος) Και για τις δύο παραπάνω περιπτώσεις θα ληφθεί υπ όψιν και ο κίνδυνος από απ ευθείας κεραυνικό πλήγμα επί της δεξαμενής. Επίσης για την κάθε περίπτωση θα δούμε χωριστά τον συνολικό κίνδυνο R 1 θα τον συγκρίνουμε με τον ανεκτό κίνδυνο R T και θα προτείνουμε τα απαιτούμενα προστατευτικά μέτρα εάν και σε όποια περίπτωση χρειάζονται λαμβάνοντας υπ όψιν την απαίτηση συνεχούς λειτουργίας, του ελαχίστου χρόνου συντήρησης και του ελαχίστου κόστους διατηρώντας πάντα τη σχέση Για τον υπολογισμό της αντικεραυνικής προστασίας λαμβάνονται υπ όψιν (Πίνακας 65 και εξίσωση Ε.62) οι μέσες τιμές των σχετικών απωλειών ανά έτος που σχετίζονται με τον κίνδυνο. Εφ όσον δεν υπάρχουν άνθρωποι εντός της δεξαμενής (ζώνη ) κατά τη λειτουργία ο κίνδυνος δεν λαμβάνεται υπ όψιν για τη ζώνη αυτή στη 245

246 λειτουργία παρά μόνο στη συντήρηση. Θα ληφθεί υπ όψιν τόσο στη λειτουργία όσο και στη συντήρηση μόνο για τις ζώνες και. Τα χαρακτηριστικά αυτών των ζωνών δίνονται στους πίνακες Δ.4 για τη ζώνη Ζ 1, Δ.5 για τη ζώνη Ζ 2 και Δ.6 για τη ζώνη Ζ 3. Α Τα Χαρακτηριστικά της ζώνης 1 Οι μέσες τιμές των σχετικών ποσοτήτων απωλειών ανά έτος για τον κίνδυνο υπολογίσθηκαν βάσει της εξίσωσης Ε.62 με στοιχεία που ελήφθησαν από τους αρμόδιους μηχανικούς του Διυλιστηρίου. ( ) (Ε.62) Πίνακας Δ.4. Χαρακτηριστικά ζώνης (εκτός της δεξαμενής) Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Τύπος χώματος Μπετό 1ΚΩ 10 2 Πίνακας 66 Κίνδυνος ηλεκτροπληξίας 1) Χαμηλός 0 Πίνακας 56 Απώλεια από τάσεις επαφής και βηματικές 2) Ναι- Λειτουργία- Συντήρηση 2,05Χ10-3 Πίνακας 65 4,28Χ10-4 Εξίσωση Ε.62 Άνθρωποι δυνητικά σε κίνδυνο στη ζώνη Λειτουργία 1,5 Χρόνος παραμονής στη ζώνη Λειτουργία 36 Άνθρωποι δυνητικά σε 10 ετής κίνδυνο στη ζώνη συντήρηση 3 Χρόνος παραμονής στη 10 ετής ζώνη συντήρηση 200 1) Συνεχές μεταλλικό περίβλημα (κέλυφος δεξαμενής) σαν αγωγός καθόδου 2) Μεταλλική οροφή Συνεχές μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγός καθόδου (κέλυφος) Κατάλληλη γείωση - (Αγώγιμη διασύνδεση πλωτής οροφής κελύφους για την οποία θα αναφερθούμε αναλυτικά κατωτέρω) Α Τα χαρακτηριστικά της ζώνης 2 246

247 Πίνακας Δ.5. Χαρακτηριστικά ζώνης (εντός της δεξαμενής) Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Τύπος επιφανείας δαπέδου Μεταλλικό 1kΩ 10 2 Πίνακας 66 Κίνδυνος φωτιάς Υψηλός 10 1 Πίνακας 68 Ειδικός κίνδυνος Κίνδυνος 1) 50 Πίνακας 69 Πυροπροστασία κατά την Λειτουργία Ναι 2) 0,5 Πίνακας 67 Πυροπροστασία κατά την Συντήρηση Ναι 2) 0,5 Πίνακας 67 Αποτελεσματικότητα θωράκισης καλωδίου ισχύος, για συντήρηση μόνο, εσωτερικά της δεξαμενής 3) Εσωτερικά συστήματα ελέγχου (ραντάρ ελέγχου στάθμης) Εσωτερικά ηλεκτρικά συστήματα για Επιλογική προστασία με SPDs Απώλεια από τάσεις επαφής και βηματικές 3) Συνεχής μεταλλική θωράκιση πάχους > 0,1 έως 0,5 mm 3) Όχι Όχι-Λειτουργία Ναι-Συντήρηση = < 0,013 Συνδεδεμένα στη γραμμή ισχύος Όχι 10-4 Όχι - Λειτουργία Ναι - Συντήρηση Απώλεια από φυσικές βλάβες 3) Όχι - Λειτουργία Ναι - Συντήρηση Απώλεια από αστοχία εσωτερικών συστημάτων Όχι 4) 0 Άνθρωποι δυνητικά σε κίνδυνο στη ζώνη Λειτουργία 0 Χρόνος παραμονής στη ζώνη Λειτουργία 0 Άνθρωποι δυνητικά σε κίνδυνο στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 10 Χρόνος παραμονής στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 400 1) Κίνδυνος μόλυνσης για τις παρακείμενες κατασκευές και το περιβάλλον (50) 2) Ισχύουν τα κάτωθι μέτρα: α) Πυροσβεστήρες β) Χειροκίνητη αναγγελία φωτιάς γ) Σταθερό σύστημα κατάσβεσης χειροκίνητα ενεργοποιήσιμο δ) Υδροστόμια 3) Μεταλλική οροφή Συνεχές μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγός καθόδου (κέλυφος) Κατάλληλη γείωση - (Αγώγιμη διασύνδεση πλωτής οροφής κελύφους για την οποία θα αναφερθούμε αναλυτικά κατωτέρω) 4) Πίνακας 65 - Όχι κίνδυνος έκρηξης Όχι Νοσοκομείο Α Τα χαρακτηριστικά της ζώνης Κεφάλαιο έως 10-5 Α Εξίσωση Ε Πίνακας 59 0 Πίνακας 65 2,85X10 3 Εξίσωση Ε.62 0 Πίνακας 65 2,85X10 3 Εξίσωση Ε.62 Πίνακας 65 Εξίσωση Ε

248 Πίνακας Δ.6. Χαρακτηριστικά ζώνης (επί της δεξαμενής) Παράμετρος Σχόλιο Σύμβολο Τιμή Αναφορά Τύπος επιφανείας δαπέδου Μεταλλικό 1kΩ 10 2 Πίνακας 66 Κίνδυνος φωτιάς Υψηλός 10 1 Πίνακας 68 Ειδικός κίνδυνος Κίνδυνος 1) 50 Πίνακας 69 Πυροπροστασία κατά την Λειτουργία Ναι 2) 0,5 Πίνακας 67 Πυροπροστασία κατά την Συντήρηση Ναι 2) 0,5 Πίνακας 67 Αποτελεσματικότητα θωράκισης καλωδίων ισχύος και ελέγχου Χωρίς χωρική θωράκιση 1 Κεφάλαιο Α.12.4 Εσωτερικά συστήματα ελέγχου (ραντάρ ελέγχου στάθμης) Εσωτερικά ηλεκτρικά συστήματα Ναι Όχι -Λειτουργία Ναι - Συντήρηση Συνδεδεμένα στις γραμμές ελέγχου και ισχύος Συνδεδεμένα στη γραμμή ισχύος : Ισχύος Εξίσωση Ε.59 Ισχύος για = < 0, Πίνακας 59 : Ελέγχου 10-3 Εξίσωση Ε.59 Ελέγχου για = 10-4 < 0, Πίνακας 59 Επιλογική προστασία με SPDs ισχύος και ελέγχου Όχι 10-4 Απώλεια από τάσεις επαφής και βηματικές Ναι-Λειτουργία- Συντήρηση 6,16X10 4 4,28X10 4 Πίνακας 65 Εξίσωση Ε.62 3) Απώλεια από φυσικές βλάβες Ναι-Λειτουργία- 6,16X10 4 Πίνακας 65 Συντήρηση 4,28X10 4 Εξίσωση Ε.62 3) Απώλεια από αστοχία εσωτερικών συστημάτων Όχι 3) 0 Απώλεια από απ ευθείας Ναι-Λειτουργία πρόσπτωση κεραυνού Συντήρηση Άνθρωποι δυνητικά σε 1,5 Λειτουργία κίνδυνο στη ζώνη (1 ~ 2) Χρόνος παραμονής στη ζώνη Λειτουργία 10,8 Άνθρωποι δυνητικά σε κίνδυνο στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 3 Χρόνος παραμονής στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 200 Άνθρωποι δυνητικά σε 1,5 κίνδυνο από απ ευθείας Λειτουργία (1 ~ 2) πτώση κεραυνού στη ζώνη Πίνακας 65 Εξίσωση Ε.62 6,16X10 4 4,28X10 5 Πίνακας 65 Εξίσωση Ε.62 3) Χρόνος παραμονής στη ζώνη Λειτουργία 10,8 Άνθρωποι δυνητικά σε κίνδυνο από απ ευθείας πτώση κεραυνού στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 0,3 Το 0,1 της επιφανείας (ή των ανθρώπων) Χρόνος παραμονής στη ζώνη 10 ετής συντήρηση 200 1) Κίνδυνος μόλυνσης για τις παρακείμενες κατασκευές και το περιβάλλον (50) 2) Εάν ένα από τα κάτωθι μέτρα ισχύουν α) Πυροσβεστήρες β) Χειροκίνητη αναγγελία φωτιάς γ) Σταθερό σύστημα κατάσβεσης χειροκίνητα ενεργοποιήσιμο δ) Υδροστόμια ε) Πυράντοχα διαμερίσματα και στ) Προστατευμένες οδοί διαφυγής 3) Πίνακας 65 - Όχι κίνδυνος έκρηξης Όχι Νοσοκομείο 248

249 Α Υπολογισμός σχετικών ποσοτήτων Α Οι συλλεκτήριες επιφάνειες Δ.7 Πίνακας Δ.7. Συλλεκτήριες επιφάνειες δεξαμενής (κατασκευή a ), (κτίριο ελέγχου HDS και Υ/Σ άκρα γραμμών - κατασκευή b ) και γραμμών Σύμβολο επιφανείας Εξίσωση / Πίνακας αναφοράς (Ε.49) και σχηματικά Σχήμα Δ.1 Εξίσωση για τη συλλεκτήρια επιφάνεια Στην δεξαμενή: 1) Δεδομένα από Πίνακα Δ.1 και Σχήμα Δ.1 Τιμή [m2] 3, (Ε.49) και σχηματικά Σχήμα Δ.1 Επί της δεξαμενής για άμεση πτώση κεραυνού: Ως άνω Δ.1 και Σχήμα Δ.1 3, (Ε.47) και σχηματικά Σχήμα 92 Δ.1 και Σχήμα 92 2, Πλησίον της κατασκευής Κεφάλαιο Α.11.7 Δ.1 2, Θαμμένα Πίνακας 53 Σχήμα 96 Στην γραμμή ελέγχου: Δ.1 Δ.3 1, Θαμμένα Πίνακας 53 Σχήμα 96 Πλησίον της γραμμής ελέγχου: Δ.1 Δ.3 4, Υπέργεια Συνολική Πίνακας 53 Σχήμα 96 Πλησίον της γραμμής ελέγχου: Δ.1 Δ.3 5, Πλησίον της γραμμής ελέγχου: 4, Θαμμένα Πίνακας 53 Σχήμα 96 Στην γραμμή ισχύος: Δ.1 Δ.2 1, Θαμμένα Πίνακας 53 Σχήμα 96 Πλησίον της γραμμής ισχύος: Δ.1 Δ.2 4, Υπέργεια Συνολική 1) Πίνακας 53 Σχήμα 96 Πλησίον της γραμμής ισχύος: Δ.1 Δ.2 5, Πλησίον της γραμμής ισχύος: 4, Οι σωλήνες οδηγοί Ν 1 και Ν 2 (με ύψος Hp=Hn) που προεξέχουν λαμβάνονται υπ όψιν και η τελική συλλεκτήρια επιφάνεια A d = A d υπολογίζεται με συνδυασμό υπολογισμών και γραφικών (Σχήμα Δ.1 σε Autocad) 249

250 Σχήμα Δ.1. Γραφική μέθοδος υπολογισμού Α Ο αναμενόμενος ετήσιος αριθμός των επικινδύνων συμβάντων Πίνακας Δ.8. Αναμενόμενος ετήσιος αριθμός επικινδύνων συμβάντων Σύμβολο αριθμού Εξίσωση αναφοράς Εξίσωση για τον αριθμό των πληγμάτων Δεδομένα από Πίνακα Τιμή [/1 έτος] (Ε.53) Στην δεξαμενή: Δ.1 N D = N g A d C d 10 6 Δ.7 4, (Ε.53) Ως άνω 4, (Ε.54) Στο κτίριο ελέγχου HDS όπου καταλήγουν οι ηλεκτρικές παροχές και η γραμμή ελέγχου: N Da = Δ.1 N g A da Δ.7 1, C da C t 10 6 (Ε.55) Πλησίον της δεξαμενής: Δ.1 N M = N g (A m A db C db ) 10 6 Δ.7 6, (Ε.56) Στην γραμμή ισχύος: N L (P) = N g A L (P) C d (P) C t (P) 10 6 Δ.1 Δ.2 Δ.7 9, (Ε.57) (Ε.56) (Ε.57) Πλησίον της γραμμής ισχύος: N I (P) = N g A I (P) C t (P) C e (P) 10 6 Δ.1 Δ.2 Δ.7 Δ.1 Στην γραμμή ελέγχου: NL(C) = N g A L (C) C d (C) C t (C) 10 6 Δ.3 Δ.7 Δ.1 Πλησίον της γραμμής ελέγχου: N I (C) = N g A I (C) C e (C) C t (C) 10 6 Δ.2 Δ.7 1,173 9, ,

251 Α Υπολογισμός των συνιστωσών κινδύνου Α Οι παράμετροι για υπολογισμό των συνιστωσών κινδύνου δίνονται στους πίνακες Δ.1 έως Δ.8 Α Οι συνιστώσες κινδύνου που επηρεάζουν τη δεξαμενή δίνονται στον Πίνακα Δ.9 Πίνακας Δ.9. Κίνδυνος R 1 - Συνιστώσες κινδύνου εμπλεκόμενες κατά ζώνη Σύμβολο Συνιστώσας Ζ 1 Ζ 2 Ζ 3 Επί της Δεξαμενής Εκτός της Δεξαμενής Εντός της Δεξαμενής Λειτουργία Συντήρηση Λειτουργία Συντήρηση Λειτουργία Συντήρηση R 1) A Χ ( 0) Χ ( 0) R 2) B Χ (=0) Χ ( 0) Χ Χ ( 0) R 3) C R 3) M R U (Γραμμή ισχύος) 4) Χ (=0) Χ ( 0) Χ ( 0) Χ ( 0) R V (Γραμμή ισχύος) 5) Χ (=0) Χ ( 0) Χ ( 0) Χ ( 0) R W (Γραμμή ισχύος) 3) R Z (Γραμμή ισχύος) 3) R U (Γραμμή ελέγχου) 4) Χ (=0) Χ ( 0) Χ ( 0) Χ ( 0) R V (Γραμμή ελέγχου) 5) Χ (=0) Χ ( 0) Χ ( 0) Χ ( 0) R W (Γραμμή ελέγχου) 3) R Z (Γραμμή ελέγχου) 3) R 6) Ads Χ Χ Παρατηρήσεις: Γενική παρατήρηση: Στη Λειτουργία εντός της Δεξαμενής δεν υπάρχουν κίνδυνοι διότι δεν υπάρχει παρουσία ανθρώπων. 1. R A μόνο εκτός της δεξαμενής έως και 3 m. Στη δεξαμενή έχουμε συνεχές μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγό καθόδου άρα P A = 0 και επομένως R A = 0. Σημείωση 1: Η συνιστώσα κινδύνου που προκαλείται από βηματικές τάσεις και τάσεις επαφής εντός της κατασκευής λόγω πληγμάτων στην κατασκευή δεν λαμβάνονται υπ όψιν στο IEC Στη νεώτερη όμως έκδοση αυτού [13] λαμβάνεται υπ όψιν αλλά στη δεξαμενή λόγω ισοδυναμικότητας κελύφους (αγωγών καθόδου) - πυθμένα το ρεύμα που θα διέλθει από τον άνθρωπο θα είναι ελάχιστο (σχεδόν μηδενικό - Πίνακας Δ. 10 με αναφορά στο σχήμα 85), κάτω από 0,1 ma με όριο ασφαλείας τα 30 ma. 251

252 Πίνακας Δ.10. Διέλευση ρεύματος δια του ανθρωπίνου σώματος σε τάσεις επαφής Ι [ka] διά του κελύφους για LPL I 200 R Fe [Ωm] Ειδική Αντίσταση Σιδήρου 9,71E-08 Περιφέρεια ΔΞ κελύφους Lκ [m] 268,116 Πάχος ελάσματος κελύφ. tκ [mm] 24,384 Διατομή ελάσματος κελύφ. Sκ [m 2 ] 6,538 Μήκος (ύψος) κελύφους lκ [m] 1,8 Περιφέρεια ΔΞ πυθμένα Lπ [m] 266,716 Πάχος ελάσματος πυθμ. tπ [mm] 11 Διατομή ελάσματος πυθμ. Sπ [m 2 ] 2, Μήκος (πλάτος) πυθμένα lπ [m] 0,7 R Fe [Ω] Αντίσταση Σιδήρου R ανθρ. Χέρι-Πόδι [Ω] Χέρι- Πόδια Χέρια- Πόδια Χέρι- Στήθος 4,99013E-08 Χέρια- Γλουτός ΧέριΑ- Στήθος (1) (2) ,34 0,33 Απόσταση σιδήρου Χέρι-πόδι [m] 2,5 Ι ανθρώπου [ma] 0,013 0,020 0,022 0,033 0,043 29,35 30,24 Ασφαλές Ρεύμα [A] 30 Παρακάτω δίνονται τα αποτελέσματα για διάφορες πιθανές θέσεις επαφής με αναφορά το Σχήμα 85 Λοιπά στοιχεία ίδια L ΑΒΓ L ΑΒ L ΒΓ Lπ Sπ Rανθρ. [Ω] Rανθρ. [Ω] 2,50 1,80 0,70 266,72 2,934 0,34 0,33 Ι ανθρώπου[ma] 0,013 0,020 0,022 0,033 0,043 29,35 30,24 Λοιπά στοιχεία ίδια L ΑΒΓ L ΑΒ L ΒΓ Lπ Sπ Rανθρ. [Ω] Rανθρ. [Ω] 3,00 2,00 1,00 266,12 2,927 0,42 0,410 Ι ανθρώπου [ma] 0,017 0,025 0,028 0,042 0,055 29,94 30,67 Λοιπά στοιχεία ίδια L ΑΒΓ L ΑΒ L ΒΓ Lπ Sπ Rανθρ. [Ω] Rανθρ. [Ω] 3,00 1,50 1,50 265,12 2,916 0,49 0,48 Ι ανθρώπου [ma] 0,019 0,029 0,032 0,048 0,063 29,48 30,09 (1): Ελάχιστη υποθετική ασφαλής αντίσταση ανθρωπίνου σώματος (2): Ελάχιστη υποθετική μη ασφαλής αντίσταση ανθρωπίνου σώματος Οι αντιστάσεις (1) και (2) αναφέρονται μόνο για να δείξουμε πως δεν υπάρχει ο παραμικρός κίνδυνος R A 2. Στη λειτουργία: εντός R B = 0 διότι δεν υπάρχουν άνθρωποι, επί χωρίς μέτρα προστασίας R B, επί με μέτρο προστασίας την απαγόρευση ανόδου σε ημέρες καταιγίδας R B = 0. Στη συντήρηση: εντός και επί R B = 0 διότι δεν μπορεί να προκληθεί επικίνδυνος σπινθήρας προκαλώντας φωτιά ή έκρηξη λόγω απουσίας αερίων ή άλλων εύφλεκτων υλικών. 3. Για τη δεξαμενή ο τύπος L 1 που αφορά απώλειες ανθρώπινης ζωής δεν λαμβάνεται υπ όψιν καθ όσον σε δεξαμενές πλωτής οροφής δεν έχει αναφερθεί ποτέ έκρηξη (αναφέρεται και στο ΦΕΚ 846/Β/ [11]) παρά μόνο φωτιά, η 252

253 δε αστοχία των ραντάρ ελέγχου στάθμης στη λειτουργία ή της τροφοδοσίας αυτών ή των πινάκων διανομής κατά τη συντήρηση δεν επιφέρουν κίνδυνο ανθρώπινης ζωής. L2 και L3 δεν υπάρχουν, L4 δεν εξετάζεται. Άρα θεωρώ R C = 0. Στη συντήρηση δεν έχει νόημα η αστοχία εσωτερικών συστημάτων. Σημείωση: Για άλλες εγκαταστάσεις και εξοπλισμό Διυλιστηρίου, π.χ. Δεξαμενές σταθερής οροφής, Γεμιστήρια Βυτιοφόρων, προβλήτες, LPG, διάφορες μονάδες παραγωγής, κ.λπ. όπου υπάρχει η δυνατότητα έκρηξης κατά τη λειτουργία θα πρέπει να ληφθεί υπ όψιν ο κίνδυνος R C. Για τους ίδιους λόγους που θεωρείται το R C = 0 μπορούμε να θεωρήσουμε και το R M = 0. Για τους ίδιους λόγους που θεωρείται το R C = 0 μπορούμε να θεωρήσουμε και το R W = 0. Για τους ίδιους λόγους που θεωρείται το R C = 0 μπορούμε να θεωρήσουμε και το R z = 0. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Για τις R W και R z ισχύει: Οι υπηρεσίες που λαμβάνονται υπ όψιν είναι μόνο οι γραμμές που εισέρχονται στην κατασκευή. Κεραυνοί επί ή πλησίον σωλήνων δεν λαμβάνονται υπ όψιν σαν πηγή βλάβης λόγω της διασύνδεσης των σωληνώσεων σε μια μπάρα ισοδυναμικής σύνδεσης. Εάν δεν υπάρχει ισοδυναμική μπάρα, η απειλή αυτή πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν. (Στο διυλιστήριο οι σωληνώσεις είναι συνδεδεμένες με τη δεξαμενή είναι συνδεδεμένες και με το γενικό σύστημα γειώσεως του Διυλιστηρίου). 4. Η R u είναι η συνιστώσα κινδύνου σχετική με βλάβη σε ζώντες οργανισμούς από τάσεις επαφής μέσα στην κατασκευή, εξαιτίας του κεραυνικού ρεύματος που διαρρέει τη γραμμή που εισέρχεται στην κατασκευή. Για τη δεξαμενή ο πίνακας 80 διαμορφώνεται στον παρακάτω πίνακα 80.1 (θωρακισμένα καλώδια - τιμές διαμοιρασμός ρεύματος σε δύο (2) τουλάχιστον γραμμές - τιμές Θεωρείται LPL I. Σημείωση: Η αντίσταση της θωράκισης είναι κατά προσέγγιση ίση με την αντίσταση του αγωγού της γραμμής και παράλληλες (5 < R S < 20 Ω/km). Πίνακας 80.α Αναμενόμενα κρουστικά ρεύματα λόγω κεραυνικών πληγμάτων για τις γραμμές της δεξαμενής. LPL Πλήγματα στην υπηρεσία Πηγή βλάβης S 3 (άμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 10/350 μs [ka] Συστήματα χαμηλής τάσης Πλήγματα πλησίον της υπηρεσίας Πηγή βλάβης S 4 (έμμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 8/20 μs [ka] Πλησίον σε, ή επί της κατασκευής Πηγές βλάβης S 1 και S 2 (Επαγόμενο ρεύμα μόνο για S 1 ) Κυματομορφή: 8/20 μs [ka] Πλήγματα στην υπηρεσία Πηγή βλάβης S 3 (άμεσο πλήγμα) Κυματομορφή: 10/350 μs [ka] III-IV 2,5 [1,25] 1,25 [0,675] 0,05 [0,025] 0,5 [0,25] Γραμμές τηλεπικοινωνιών Πλήγματα πλησίον της υπηρεσίας Πηγή βλάβης S 4 (έμμεσο πλήγμα) Μετρούμενο: 5/300 μs (υπολογιζόμενο: 8/20 μs) [ka] 0,005 (0,025) [0,0025(0,0125)] 253 Πλησίον σε, ή επί της κατασκευής Πηγή βλάβης S 2 (Επαγόμεν ο ρεύμα) Κυματομορ -φή: 8/20 μs [ka] 0,025 [0,0125] I-II 5 2,5 0,12 1 0,01 0,05 I [2,5] [1,25] [0,06] [0,5] [0,005] [0,025]

254 Οι τιμές στις αγκύλες αφορούν τις τιμές με διαμοιρασμό σε δύο (2) γραμμές υπηρεσιών (ισχύος και ελέγχου) του ραντάρ, με δυσμενέστερη περίπτωση αυτή του αμέσου πλήγματος στην υπηρεσία (πηγή βλάβης S 3 ) και μέγιστο κρουστικό ρεύμα 2,5 ka, το οποίο δεν μπορεί να δημιουργήσει διάσπαση της μόνωσης των καλωδίων (από πίνακα 61, κρουστική τάση αντοχής 5 ka για τη γραμμή ελέγχου και 15 ka για τη γραμμή ισχύος), άρα ο κίνδυνος από τάσεις επαφής R U εντός και επί της δεξαμενής μηδενίζεται. R u εντός και επί = 0. (R u = 0 εκτός) Εντός της δεξαμενής στη συντήρηση, λόγω του διαμοιρασμού σε τρεις (3) αντί δύο (2) αγωγούς το αναμενόμενο κρουστικό ρεύμα είναι ακόμη μικρότερο. 5. Στη δεξαμενή σύμφωνα με το κεφάλαιο Α.17 με οπλισμένα καλώδια και γειωμένες θωρακίσεις (ή εντός μεταλλικών σωλήνων γειωμένων) οι επικίνδυνοι σπινθήρες αποφεύγονται χωρίς καν την απαίτηση της ελάχιστης διατομής της θωράκισης (Ε.89), άρα R V = 0. Θα δούμε στη συνέχεια και την περίπτωση μη γείωσης (ή μη σωστής γείωσης) των θωρακίσεων ή των μεταλλικών σωλήνων και θα βρούμε την ελάχιστη απαιτούμενη διατομή S C των θωρακίσεων ή των μεταλλικών σωλήνων για τις οποίες θα υπάρχει και πάλιν διασφάλιση μη ύπαρξης επικινδύνων σπινθήρων. Η ελάχιστη αυτή διατομή S C δίνεται από την (Ε.89) και είναι: [mm 2 ] όπως φαίνεται και από τον παρακάτω Πίνακα Δ.11. I f [ka] (Π.80.α) ρ c [Ωm] Σιδήρου 2,5 9,71 10^-8 Lc [m] 0,1 0,1 1,93 1 1, ,2 4 3,3 5 5 U W [kv] 1,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 1,5 2,5 S cmin [mm 2 ] 0,016 0,010 0,312 0,097 0,314 0,194 0,486 0,311 0,647 0,320 0,809 0,486 Όρια I f =8 Sc [kv] S c για I f 2,5 kv [mm 2 ] max(s c ;S cmin ) [mm 2 ] 0,129 0,078 2,499 0,777 2,512 1,554 3,884 2,486 5,179 2,563 6,473 3,884 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,313 0,314 0,313 0,486 0,313 0,647 0,320 0,809 0,486 Από τον πίνακα φαίνεται ότι για 2,5 kv μέγιστη διέλευση κεραυνικού ρεύματος διά των θωρακισμένων αγωγών η ελάχιστη θωράκιση που για καλώδια ελέγχου μήκους μέχρι 1,93 m και για καλώδια ισχύος μήκους μέχρι 3,2 m εξασφαλίζει την μη δημιουργία επικινδύνων σπινθήρων ακόμη και για μη γειωμένες θωρακίσεις είναι 0,313 mm 2. Πέραν των μηκών αυτών στην max(s c ;S cmin ) [mm 2 ] δίνεται η τελικά απαιτούμενη ελάχιστη διατομή και για μεγαλύτερα μήκη. Θεωρούμε δε ότι: 254

255 R V = 0 «εντός». (Δεν υπάρχουν συστήματα ελέγχου ή ισχύος εντός κατά τη λειτουργία. Στη συντήρηση υπάρχει οπλισμένο καλώδιο (με γειωμένο οπλισμό) που τροφοδοτεί πίνακα διανομής με γείωση και ρελέ διαρροής και επί πλέον και να δημιουργηθεί σπινθήρας δεν θα προκαλέσει βλάβη λόγω μη ύπαρξης εύφλεκτων υλικών ή αερίων). R V = 0 «επί» διότι οι γραμμές ελέγχου και ισχύος έχουν οπλισμένο καλώδιο με γείωση θωράκισης στην είσοδο με αντιεκρηκτικό στυπιοθλίπτη ή αντιεκρηκτικό κουτί συνδεσμολογίας και εν συνεχεία είτε οπλισμένο καλώδιο με γείωση θωράκισης είτε προστατευτικό μεταλλικό σωλήνα (conduit) και γείωση της θωράκισης οπλισμού, κουτιού συνδεσμολογίας και προστατευτικού σωλήνα στη δεξαμενή (ίδιο δυναμικό). «Επί» στη συντήρηση ως «εντός» στη συντήρηση. 6. Κίνδυνος R Ads από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού λαμβάνεται υπ όψιν μόνον επί της δεξαμενής λόγω ύψους. Α Οι τιμές των πιθανοτήτων δίνονται στον Πίνακα Δ.12 Πίνακας Δ.12. Κίνδυνος R 1 Τιμές της πιθανότητας P για μη προστατευμένη Δεξαμενή. (Ως έχει Χωρίς Μέτρα Προστασίας) Πιθανότητα Ζ 1 Εκτός της Δεξαμενής Ζ 2 Εντός της Δεξαμενής Ζ 3 Επί της Δεξαμενής Λειτουργία Συντήρηση Λειτουργία Συντήρηση Λειτουργία Συντήρηση P 1) A 0 0 P 2) B 0,01 0 0,01 0 P C (Γραμμή ισχύος) 3) P C (Γραμμή ελέγχου) 3) 1 1 P 3) C P M (Γραμμή ισχύος) 4) 0,0001 0,0001 0,0001 P M (Γραμμή ελέγχου) 4) 0,0001 0,0001 P 4) M 0,0001 0,0002 0,0002 P U (Γραμμή ισχύος) 5) 0,95 0,95 0,95 P V (Γραμμή ισχύος) 5) 0,95 0,95 0,95 P W (Γραμμή ισχύος) 5) 0,95 0,95 0,95 P Z (Γραμμή ισχύος) 6) 0,06 0,06 0,06 P U (Γραμμή ελέγχου) 5) 1 1 P V (Γραμμή ελέγχου) 5) 1 1 P W (Γραμμή ελέγχου) 5) 1 1 P Z (Γραμμή ελέγχου) 6) 0,15 0,15 P 7) Ads 1 1 Παρατηρήσεις πίνακα Δ.12: 1. Από τον Πίνακα 56,Σημείωση 2 και επειδή στη δεξαμενή έχουμε συνεχές μεταλλικό περίβλημα σαν αγωγό καθόδου (το περίβλημα) και επί πλέον φυσικούς περιορισμούς προσέγγισης προσωπικού (επί) σε ημέρες καταιγίδας P A = Από τον Πίνακα 57 Για τη δεξαμενή με συλλεκτήριο σύστημα που αντιστοιχεί σε ΣΑΠ κλάσης I και ένα συνεχές μεταλλικό ή οπλισμένου σκυροδέματος σκελετό 255

256 που λειτουργεί ως φυσικό σύστημα αγωγών καθόδου Ρ Β = 0,01 = 10-2 εντός και επί της δεξαμενής κατά τη λειτουργία και τη συντήρηση. Στη συντήρηση επίσης εντός και επί της δεξαμενής Ρ Β = 0 διότι δεν υπάρχει πιθανότητα φυσικής βλάβης από φωτιά ή έκρηξη λόγω μη ύπαρξης εύφλεκτων υλών ή αερίων. 3. Από πίνακα 58 χωρίς επιλογική προστασία με SPDs,. 4. Στη δεξαμενή με κέλυφος συνεχές μεταλλικό πολύ μεγαλύτερου πάχους από 0,1 έως 0,5 mm θα λάβουμε υπ όψιν τις τιμές (για το καλώδιο ισχύος στη συντήρηση, με χωρική θωράκιση) και για τις υπόλοιπες περιπτώσεις (χωρίς χωρική θωράκιση). για θωρακισμένο καλώδιο με αντίσταση θωράκισης 5 Ω/km < R S < 20 Ω/km και (Ε.61), από Πίνακα 62, από Πίνακα 60 Άρα από πίνακα 59 : P M ισχύος = P M ελέγχου = P MS = 0,0001 = Σύμφωνα με τον Πίνακα 63: Χωρίς επιλογική προστασία με SPDs,. Για θωρακισμένα καλώδια με 5 Ω/Km<R S 20 Ω/Km έχουμε και. («Εντός» συντήρηση μόνο, «επί» Λειτουργία και συντήρηση). Στη δεξαμενή θα ληφθεί υπ όψιν η απαγόρευση ανόδου σε ημέρες καταιγίδας («επί») και ο φυσικός περιορισμός εισόδου κατά τη λειτουργία («εντός») που βάσει της σημείωσης του κεφαλαίου Α.12.5 θα έχουμε τελική P U = P U P A. 6. Σύμφωνα με τον Πίνακα 64: Χωρίς επιλογική προστασία με SPDs, Για θωρακισμένα καλώδια με 5 Ω/Km<R S 20 Ω/Km P Z = (ελέγχου ) και (ισχύος ). («Εντός» συντήρηση μόνο. «Επί» Λειτουργία και συντήρηση) 7. Για κίνδυνο από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού R Αds, η πιθανότητα λαμβάνεται χωρίς κανένα συντελεστή μείωσης Ρ Αds = 1 («επί» της δεξαμενής λόγω ύψους μόνο). Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή (ως έχει) δίδονται στους πίνακες Δ.13 και Δ.14 Βάσει των δεδομένων της δεξαμενής και του περιβάλλοντος έγιναν οι επιλογές από τους πίνακες ή οι υπολογισμοί, όπου ήταν δυνατόν, για μεγαλύτερη ακρίβεια και εξειδίκευση στην περίπτωση που εξετάζουμε, των απαιτουμένων συντελεστών ανά ζώνη βάσει των πινάκων των προηγουμένων 256

257 κεφαλαίων (βάσει του IEC 62305). Κατόπιν έγιναν οι απαραίτητοι ενδιάμεσοι υπολογισμοί έως ότου υπολογίσουμε τις διάφορες συνιστώσες κινδύνου ανά ζώνη, καθώς και τον συνολικό κίνδυνο R 1 (κίνδυνος απώλειας βλάβης ανθρώπινης ζωής) που όπως προαναφέραμε είναι αυτός που μας ενδιαφέρει. Οι υπολογισμοί έγιναν για δύο (2) περιπτώσεις λόγω διαφορετικών συνθηκών τόσο ως προς την παρουσία ανθρώπων στη δεξαμενή όσο και ως προς το χρόνο παραμονής αυτών αλλά και ως προς τη διαφορετικότητα των εισερχομένων γραμμών και συνθηκών: 1. Λειτουργία της δεξαμενής όπου εισερχόμενες γραμμές είναι οι γραμμές ελέγχου και ισχύος του ραντάρ στάθμης με: 1 2 (1,5 για τους υπολογισμούς) άτομα «επί» της δεξαμενής με 10,8 ώρες παρουσίας ετησίως 1 2 (1,5 για τους υπολογισμούς) άτομα «εκτός» της δεξαμενής με 36 ώρες παρουσίας ετησίως και «0» άτομα και φυσικά με «0» ώρες παρουσίας «εντός» της δεξαμενής 2. Περίοδος δεκαετούς συντήρησης της δεξαμενής όπου εκτός των εισερχομένων γραμμών του ραντάρ ελέγχου στάθμης (εκτός λειτουργίας) υπάρχει και η εισερχομένη γραμμή ισχύος που τροφοδοτεί τον πίνακα φωτισμού και παροχών εργαλείων και συσκευών με: 3 άτομα «εκτός» της δεξαμενής με 200 ώρες παρουσίας (στους υπολογισμούς γίνεται αναγωγή στο έτος: 200/10 = 20) 3 άτομα «επί» της δεξαμενής με 200 ώρες παρουσίας (στους υπολογισμούς γίνεται αναγωγή στο έτος: 200/10 = 20) 10 άτομα «εντός» της δεξαμενής με 400 ώρες παρουσίας (στους υπολογισμούς γίνεται αναγωγή στο έτος: 400/10 = 40) Και για τις δύο περιπτώσεις έγιναν υπολογισμοί χωρίς κανένα μέτρο προστασίας και με τις παρακάτω παραδοχές: Ότι υπάρχει ισοδυναμική σύνδεση μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους που καλύπτεται μέσω των υπαρχόντων ελασμάτων από ανοξείδωτο χάλυβα ισοκατανεμημένων περιφερειακά (θα εξετάσουμε παρακάτω την ορθότητα ή όχι της λύσης και θα προτείνουμε την κατά τη γνώμη μας ορθότερη λύση που εξασφαλίζει την ασφάλεια) και Το υπάρχον από σχεδιασμού και εγκατάστασης πάχος των ελασμάτων οροφής, 4 ή 4,8 mm, είναι ικανό, βάσει κανονισμών, για την αποφυγή διάτρησης από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού επ αυτής που μπορεί να προξενήσει επικίνδυνες καταστάσεις. Και εδώ θα κάνουμε τις προτάσεις μας παρακάτω. Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή (ως έχει) στη λειτουργία δίδονται στον Πίνακα Δ

258 Πίνακας Δ.13. Κίνδυνος R 1 Τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή (ως έχει) σύμφωνα με τις ζώνες κατά τη Λειτουργία Σύμβολο R A R B R C R M R U (Γραμμή ισχύος) R V (Γραμμή ισχύος) R W R Z R U (Γραμμή ελέγχου) R V (Γραμμή ελέγχου) R W R Z R Ads Συνολικός Κίνδυνος R 1 Εξίσωση για τη συνιστώσα με πλήγμα: Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα βλάβη σε έμβια όντα (ανθρώπους) : R A = N D P A r a L t Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R B = N D P B h z r p r f L f Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R C = N D P C Lo Πλησίον της δεξαμενής με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R M = N M P M Lo Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα ηλεκτροπληξία: R U = (N L +N Da ) P U r u L t Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R V = (N L +N Da ) P V h z r p r f L f Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R W = (N L + N Da ) P W Lo Πλησίον της γραμμής ισχύος με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R Z = (N I N L ) P Z Lo Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα ηλεκτροπληξία: R U = (N L +N Da ) P U r u L t Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R V = (N L +N Da ) P V h z r p r f L f Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R W = (N L + N Da ) P W Lo Πλησίον της γραμμής ελέγχου με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R Z = (N I N L ) P Z Lo Από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού (χωρίς μειώσεις ή αυξήσεις απώλειας) R Ads = N D P A L t (R A + R B + R C + R M ) δεξαμενής + (R U + R V + R W + R Z ) γραμμής ισχύος + (R U + R V + R W + R Z ) γραμμής ελέγχ Τιμή Ζ 1 (εκτός) Τιμή Ζ 2 (εντός) Τιμές 10-5 Τιμή Ζ 3 (επί) Συνολική Τιμή ,0724 0, ,896 2, ,968 2,

259 Α Οι τιμές των συνιστωσών κινδύνου για μη προστατευμένη δεξαμενή (ως έχει) στη 10ετή συντήρηση δίδονται στον Πίνακα Δ.14 Πίνακας Δ.14. Κίνδυνος R 1 Τιμές των συνιστωσών κινδύνου Σύμβολο R A R B R C R M R U (Γραμμή ισχύος) R V (Γραμμή ισχύος) R W R Z R U (Γραμμή ελέγχου) R V (Γραμμή ελέγχου) R W R Z R Ads Συνολικός R 1 Εξίσωση για τη συνιστώσα με πλήγμα: Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα βλάβη σε έμβια όντα (ανθρώπους) : R A = N D P A r a L t Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R B = N D P B h z r p r f L f Στη δεξαμενή με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R C = N D P C Lo Πλησίον της δεξαμενής με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R M = N M P M Lo Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα ηλεκτροπληξία: R U = (N L +N Da ) P U r u L t Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R V = (N L +N Da ) P V h z r p r f L f Στη γραμμή ισχύος με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R W = (N L + N Da ) P W Lo Πλησίον της γραμμής ισχύος με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R Z = (N I N L ) P Z Lo Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα ηλεκτροπληξία: R U = (N L +N Da ) P U r u L t Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα φυσικές βλάβες: R V = (N L +N Da ) P V h z r p r f L f Στη γραμμή ελέγχου με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R W = (N L + N Da ) P W Lo Πλησίον της γραμμής ελέγχου με αποτέλεσμα αστοχία εσωτερικών συστημάτων: R Z = (N I N L ) P Z Lo Από απ ευθείας πρόσπτωση κεραυνού (χωρίς μειώσεις ή αυξήσεις απώλειας) R Ads = N D P A L t (R A + R B + R C + R M ) δεξαμενής + (R U + R V + R W + R Z ) γραμμής ισχύος + (R U + R V + R W + R Z ) γραμμής ελέγχου Τιμή Ζ 1 (εκτός) Τιμή Ζ 2 (εντός) Τιμές 10-5 Τιμή Ζ 3 (επί) Συνολική Τιμή ,2011 0, ,2011 0,

260 Α.19.2 Έλεγχος ασφάλειας από κρουστικά ρεύματα που ρέουν δια μέσου εξωτερικών αγωγίμων μερών και γραμμών συνδεδεμένων στην κατασκευή λόγω πλήγματος στην κατασκευή ή στην γραμμή Παρακάτω θα παραθέσουμε εν συντομία κάποια θέματα που όπως είδαμε στη μελέτη δεν αποτελούν μέρος του κινδύνου R 1 που εξετάσαμε αλλά έχουν σημασία για την ασφάλεια των καλωδίων και συσκευών της δεξαμενής Α Ρεύµα του κεραυνού στα εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα και στις εισερχόμενες γραμμές Όπως είδαμε στο κεφάλαιο Α το ρεύµα του κεραυνού, όταν ρέει προς τη γη, μοιράζεται στο σύστηµα γείωσης, στα εξωτερικά αγώγιµα τµήµατα και στις εισερχόμενες γραμμές που είναι συνδεδεμένες απευθείας ή µέσω SPD σε αυτό. Για υπέργειες τη δεξαμενή και με υπέργεια καλώδια το τμήμα του ρεύµατος του κεραυνού που ρέει αντίστοιχα σε κάθε εξωτερικό αγώγιµο τµήµα ή αγωγό βάσει των (Ε.94) και (Ε.95) για LPL I έχει ως παρακάτω πίνακας Δ.15 (αριθμός αγωγών 2 και 3 χωρίς διαμοιρασμό και υποθετικός διαμοιρασμός σε 10, 50, 100, 500, 1.000, αγωγούς λόγω συνεχούς μεταλλικού περιβλήματος ως αγωγών καθόδου): Πίνακας Δ.15. Παράδειγμα ρεύματος που ρέει σε εξωτερικό αγωγό στην 7- ΤΚ-102 (π.χ.: θωράκιση ή μεταλλικό σωλήνα) Κλάση ΕΑΠ LPL I (Class of LPL) [ka] ,250 0,167 0,050 0,010 0,005 0,001 0,001 0,000 [ka] 50 33, ,00 1 0,20 0,1 0,02 Λαμβάνοντας υπ όψιν τη διατομή του περιβλήματος (αντιστοιχεί σε αρκετές χιλιάδες αγωγούς καθόδου) ο διαμοιρασμός δίνει τελικά ανά εξωτερικό αγωγό ελάχιστο κεραυνικό ρεύμα και πάντως πολύ μικρότερο από αυτό του πίνακα 80.α. Για θωρακισμένες γραμμές ισοδυναμικά διασυνδεδεμένες στην είσοδο (7-ΤΚ-102) οι τιμές του ρεύματος του κάθε αγωγού (Ε.97) δίνονται στον παρακάτω πίνακα Δ

261 Πίνακας Δ.16. Παράδειγμα ρεύματος που ρέει σε κάθε ένα αγωγό θωρακισμένης γραμμής στην 7-ΤΚ-102 Κλάση ΕΑΠ (Class of LPL) LPL I [ka] 200 [ka] Θωράκισης ,250 0,167 0,050 0,010 0,005 0,001 0,001 0, , ,00 1 0,20 0,1 0,02 0, 083 0,056 0,017 0,0033 0,0017 0, , , [ka] Αγωγού 16,667 11,111 3,333 0,6667 0,3333 0, , , ,063 0,042 0,013 0,0025 0,0013 0, , , [ka] Αγωγού 12,500 8,333 2,500 0,5000 0,2500 0, , , ,050 0,033 0,010 0,0020 0,0010 0, , , [ka] Αγωγού 10,000 6,667 2,000 0,4000 0,2000 0, , , ,050 0,033 0,010 0,0020 0,0010 0, , , [ka] Αγωγού 10,000 6,667 2,000 0,4000 0,2000 0, , , ,028 0,019 0,006 0,0011 0,0006 0, , , [ka] Αγωγού 5,556 3,704 1,111 0,2222 0,1111 0, , , ,019 0,013 0,004 0,0008 0,0004 0, , , [ka] Αγωγού 3,846 2,564 0,769 0,1538 0,0769 0, , ,00154 Λαμβάνοντας υπ όψιν τη διατομή του περιβλήματος (αντιστοιχεί σε αρκετές χιλιάδες αγωγούς καθόδου) ο διαμοιρασμός δίνει τελικά ανά αγωγό θωρακισμένης γραμμής ελάχιστο κεραυνικό ρεύμα και πάντως πολύ μικρότερο από αυτό του πίνακα 80.α. Α Ρεύμα αστοχίας Όπως είδαμε στο κεφάλαιο Α οι πιθανότητες P' B και P'c για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει βλάβες εξαρτώνται από το ρεύμα αστοχίας (Ε.77) Επίσης όπως είδαμε στο κεφάλαιο Α οι πιθανότητες P' B και P'c για ένα πλήγμα στη γραμμή υπηρεσίας να προκαλέσει αστοχία του εξοπλισμού της υπηρεσίας εξαρτώνται από το ρεύμα αστοχίας που για γραμμές με θωράκιση υπολογίζεται ως εξής: (Ε.78) 261

262 Για την 7-ΤΚ-102 βάσει των ανωτέρω εξισώσεων (Ε.77) και (E.78 για n = 1)) με ένα, δύο ή τρία καλώδια θωρακισμένα ισχύος ή ελέγχου που τροφοδοτούν αντίστοιχες συσκευές προκύπτουν οι παρακάτω πίνακες Δ.17 και Δ.18 Πίνακας Δ.17. Ρεύμα αστοχίας για γραμμές με θωράκιση για πρόκληση βλαβών Καλώδια ισχύος Καλώδια ελέγχου n Αριθμός γραμμών U W Καλωδίου [kv] 15 5 K d 0,4 K p 0,02 R S θωράκισης [Ω/km] 5 I α Ρεύμα αστοχίας [ka] R S θωράκισης [Ω/km] 20 I α Ρεύμα αστοχίας [ka] Πίνακας Δ.18. Ρεύμα αστοχίας για γραμμές με θωράκιση για πρόκληση αστοχίας του εξοπλισμού της υπηρεσίας Συσκευές Ισχύος Συσκευές ελέγχου n Αριθμός συσκευών U W Καλωδίου [kv] 2,5 1,5 K d 0,4 K p 0,02 R S θωράκισης [Ω/km] 5 I α Ρεύμα αστοχίας [ka] R S θωράκισης [Ω/km] 20 I α Ρεύμα αστοχίας [ka] Από τους ανωτέρω πίνακες βλέπουμε ότι το ρεύμα αστοχίας, για ένα πλήγμα σε μία κατασκευή στην οποία συνδέεται μια γραμμή υπηρεσίας, για γραμμές με θωράκιση είναι πολύ μεγάλο (στη χειρότερη περίπτωση για μέγιστη αντίσταση θωράκισης 20 Ω/km και για ένα αγωγό ισχύος ka και για ένα αγωγό ελέγχου 781 ka, 341 ka για μία συσκευή ισχύος και 234 ka για μία συσκευή ελέγχου - ηλεκτρονική) σε σχέση με το μέγιστο αναμενόμενο κεραυνικό ρεύμα ακόμη και της κλάσης Ι (200 ka) ακόμη και αν αυτό θεωρηθεί μη διαμοιραζόμενο (που έτσι συμβαίνει στην πράξη). Για n αγωγούς το κεραυνικό ρεύμα υποδιπλασιάζεται δια n. Επίσης το ρεύμα αστοχίας, για ένα πλήγμα στη γραμμή υπηρεσίας, για γραμμές με θωράκιση είναι πολύ μεγάλο (για ένα αγωγό ισχύος ka και για ένα αγωγό ελέγχου 781 ka, 341 ka για μία συσκευή ισχύος και 234 ka για μία συσκευή ελέγχου - ηλεκτρονική) σε σχέση με το μέγιστο αναμενόμενο κεραυνικό ρεύμα ακόμη και της κλάσης Ι (200 ka) ακόμη και αν αυτό θεωρηθεί μη διαμοιραζόμενο (που έτσι συμβαίνει στην πράξη). Για n αγωγούς το κεραυνικό ρεύμα υποδιπλασιάζεται δια n. 262

263 Α.19.3 Αξιολόγηση αποτελεσμάτων - προτάσεις Α Λειτουργία της δεξαμενής Στην πρώτη περίπτωση της λειτουργίας της δεξαμενής, χωρίς κανένα μέτρο προστασίας, ο κίνδυνος R 1 είναι μη ανεκτός διότι: Το ανωτέρω αποτέλεσμα προκύπτει για χειροκίνητο σύστημα κατάσβεσης της δεξαμενής σε περίπτωση φωτιάς (συντελεστής φωτιάς r p =0,5). Σημείωση: Για αυτόματο σύστημα κατάσβεσης (συντελεστής φωτιάς r p =0,2) ο κίνδυνος απλώς μειώνεται αλλά ελάχιστα διότι το μεγαλύτερο μέρος αυτού προέρχεται από την απ ευθείας πτώση κεραυνού επί της δεξαμενής και παραμένει μη ανεκτός. Επομένως απαιτούνται μέτρα προστασίας. Επειδή δε με την πρώτη ματιά είναι φανερό ότι ο κίνδυνος R 1 αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τη συνιστώσα R Ads (της απ ευθείας πρόσπτωσης κεραυνού επί της δεξαμενής), και ένα ελάχιστο ποσοστό κινδύνου προκύπτει και από την συνιστώσα R B επί της δεξαμενής, δεν χρειάζεται περαιτέρω ανάλυση. Έτσι με μοναδικό προστατευτικό μέτρο την απαγόρευση ανόδου στη δεξαμενή κατά τις ημέρες των καταιγίδων, κάτι που άλλωστε ισχύει σαν πάγια διαδικασία στο Διυλιστήριο, και οι δύο αυτές συνιστώσες μηδενίζονται (διότι μηδενίζεται ο αριθμός των ανθρώπων που δυνητικά κινδυνεύουν στη ζώνη και ο χρόνος παρουσίας αυτών σε αυτήν, άρα R B = 0 και R Ads = 0) οπότε έχουμε ανεκτό κίνδυνο R 1, διότι: Α Δεκαετής συντήρηση της δεξαμενής Στην δεύτερη περίπτωση της χρονικής περιόδου της δεκαετούς συντήρησης της δεξαμενής χωρίς κανένα μέτρο προστασίας, ο κίνδυνος R 1 είναι ανεκτός διότι: Επειδή δε και χωρίς μέτρα ο κίνδυνος είναι ανεκτός, δεν ισχύει κατά την περίοδο της συντήρησης, και δεν προτείνουμε να ισχύσει το μέτρο προστασίας το οποίο ισχύει για την περίοδο λειτουργίας της δεξαμενής (απαγόρευση ανόδου στη δεξαμενή κατά τις ημέρες των καταιγίδων) για να μην διακόπτονται οι εργασίες με αύξηση κόστους επισκευής αλλά και 263

264 παραμονή της δεξαμενής εκτός λειτουργίας για μεγαλύτερο διάστημα με μεγάλο οικονομικό κόστος. Α Προτάσεις Όπως είδαμε από την μελέτη η δεξαμενή, με μοναδικό μέτρο προστασίας την απαγόρευση ανόδου επ αυτής κατά τις ημέρες καταιγίδων, είναι αυτοπροστατευόμενη έναντι κεραυνικού πλήγματος εφ όσον ισχύουν οι παρακάτω προϋποθέσεις: 1. Να υπάρχει ισοδυναμική σύνδεση (ηλεκτρική συνέχεια) μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους για απαγωγή των κεραυνικών ρευμάτων (και των φορτίων στατικού ηλεκτρισμού όπως θα δούμε στο Β μέρος της μελέτης) χωρίς τη δημιουργία επικινδύνων σπινθήρων. Η ισοδυναμική σύνδεση υποτίθεται ότι καλύπτεται από τα υπάρχοντα ανοξείδωτα ελάσματα (shunts), μεταξύ της πρωτοταγούς και δευτεροταγούς φραγής, διαστάσεων 0,8 mm X 51 mm και διατομής 41 mm 2, ισοκατανεμημένα επί της περιφερείας ανά 1,85 m, που συνδέουν την πλωτή οροφή με το κέλυφος, στερεωμένα επί της πλωτής οροφής και ολισθένοντα ελατηριωτά επί του κελύφους (φυσικά οι προδιαγραφές θα ήταν σύμφωνες με τους κανονισμούς που ίσχυαν κατά το χρόνο κατασκευής της). Πρέπει δε να πληρούν τα Προβλεπόμενα από τη σχετική νομοθεσία και πρότυπα όπως: (παράλληλα θα δούμε και τις διαφορές αυτών). IEC : [2] (κεφάλαιο «Α Φυσικά Στοιχεία» διασύνδεσης συλλεκτηρίου συστήματος με αγωγούς καθόδου), δηλαδή: i. Να πληρεί τις ελάχιστες απαιτήσεις υλικού σύμφωνα με τον πίνακα 12 Για συμπαγή ταινία (ελάσματα) από ανοξείδωτο χάλυβα ελάχιστη διατομή 50 mm 2 και ελάχιστο πάχος 2 mm (και όταν είναι σε άμεση επαφή με εύφλεκτο υλικό ελάχιστη διατομή 78 mm 2 και ελάχιστο πάχος 3 mm). Σημείωση: Τα ελάσματα διασύνδεσης της πλωτής οροφής με το κέλυφος δεν πληρούν τους ανωτέρω κανόνες διατομής και πάχους. ii. Να έχει ηλεκτρική συνέχεια μεταξύ διαφόρων τμημάτων μέσω ασφαλών συνδέσεων όπως ήλωσης, μπρουντζοκόλλησης, ηλεκτροσυγκόλλησης, οξυγονοκόλλησης, ισχυρής σύσφιγξης με σφιγκτήρες, ραφής ή βιδώματος. Σημείωση: Τα ελάσματα διασύνδεσης της πλωτής οροφής με το κέλυφος δεν πληρούν τους ανωτέρω κανόνες ασφαλών συνδέσεων, αντ αυτών στα σημεία σύνδεσης με το κέλυφος υπάρχει απλώς ελατηριωτή επαφή. 264

265 iii. Να μην υπάρχει επικάλυψη με μονωτικό υλικό στις συνδέσεις. Σημείωση: Τα ελάσματα διασύνδεσης της πλωτής οροφής με το κέλυφος δεν πληρούν τον ανωτέρω κανόνα όταν η δεξαμενή είναι βαμμένη εσωτερικά ή και χωρίς βαφή οι αποθέσεις δημιουργούν ένα είδος μόνωσης IEC [6]: i. Στην περίπτωση δεξαμενών πλωτής οροφής, η πλωτή οροφή θα πρέπει να είναι αποτελεσματικά διασυνδεδεμένη με το κύριο κέλυφος της δεξαμενής. Ο σχεδιασμός των φραγών και των ελασμάτων διασύνδεσης (shunts) και οι σχετικές θέσεις τους θα πρέπει να είναι προσεκτικός έτσι ώστε ο κίνδυνος οποιασδήποτε ανάφλεξης ενός πιθανού εκρηκτικού μείγματος από σπινθήρα να μειώνεται στο ελάχιστο πρακτικά επίπεδο. Όταν εγκαθίσταται κυλιόμενη σκάλα, τότε πρέπει να τοποθετείται και ένας εύκαμπτος αγωγός πλάτους 35 mm κατά μήκος της κουπαστής της σκάλας μεταξύ της κορυφής της δεξαμενής και της σκάλας και μεταξύ της σκάλας και της πλωτής οροφής. Όταν δεν εγκαθίσταται κυλιόμενη σκάλα στην δεξαμενή πλωτής οροφής, τότε πρέπει να τοποθετούνται ένας ή περισσότεροι εύκαμπτοι αγωγοί (αναλόγως του μεγέθους της δεξαμενής) πλάτους 35 mm (ή ισοδύναμοι) μεταξύ του περιβλήματος της δεξαμενής και της πλωτής οροφής. Οι αγωγοί διασύνδεσης είτε πρέπει να ακολουθούν το αποστραγγιστικό της οροφής ή να διευθετούνται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μην δημιουργούν κλειστούς βρόγχους. ii. Τα ελάσματα διασύνδεσης (shunts) μεταξύ της πλωτής οροφής και του περιβλήματος θα πρέπει να είναι ισοκατανεμημένα σε διαστήματα 1,5 m περιφερειακά της οροφής. Η επιλογή του υλικού δίνεται από τις απαιτήσεις του προϊόντος ή και του περιβάλλοντος. Σημείωση: Τα ελάσματα διασύνδεσης της πλωτής οροφής με το κέλυφος δεν πληρούν τους ανωτέρω κανόνες διαστήματος, είναι ανά 1,85 m. iii. Εναλλακτικά μέσα που δίνουν κατάλληλη αγωγιμότητα μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής για τα κρουστικά ρεύματα που σχετίζονται με τις κεραυνικές εκκενώσεις (και την απαγωγή φορτίων στατικού ηλεκτρισμού) επιτρέπονται μόνο εάν έχουν αποδειχθεί κατάλληλα με πειράματα και ελέγχους και εφ όσον χρησιμοποιούνται διαδικασίες που επιβεβαιώνουν της αξιοπιστία των συνδέσεων. Σημείωση: Εναλλακτικά μέσα δεν υπάρχουν. ΦΕΚ 846/Β/ : [11] i. Ελάσματα μεταγωγής στατικού ηλεκτρισμού από οροφή προς κέλυφος, χωρίς να αναφέρονται λεπτομέρειες Σημείωση: βάσει του ΦΕΚ 846 δεν υπάρχει πρόβλημα 265

266 NFPA 780/2011: [7] - API RP 545/2009 :[8] i. Εύκαμπτα ελάσματα από ανοξείδωτο χάλυβα τύπου 302, διαστάσεων 0,4 mm X 51 mm ((1/64 in. X 2 in.) ή ισοδύναμα σε ικανότητα μεταφοράς ρεύματος και αντίσταση διάβρωσης. (Τα ελάσματα αυτά χρησιμοποιούνται για την απαγωγή των ταχέων και ενδιαμέσων συνιστωσών του ρεύματος του κεραυνικού πλήγματος [8]) και θα πρέπει: Να έχουν διάρκεια ζωής τουλάχιστον 30 έτη. Να τοποθετηθούν εμβαπτισμένα το προϊόν και σε βάθος τουλάχιστον 0,3 m Σημείωση: Τα ελάσματα διασύνδεσης της πλωτής οροφής με το κέλυφος δεν πληρούν τον ανωτέρω κανόνα, είναι μεταξύ πρωτοταγούς και δευτεροταγούς φραγής, χώρος εύφλεκτων αερίων, άρα είναι στη χειρότερη δυνατή θέση Να τοποθετηθούν ισοκατανεμημένα περιφερειακά σε διαστήματα όχι μεγαλύτερα των 3 m (10 ft και τουλάχιστον 2 τον αριθμό) Να έχουν την συντομότερη διαδρομή μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους Να επιτρέπουν την λειτουργία της πλωτής οροφής και Να έχουν το ελάχιστο απαραίτητο μήκος ώστε να διατηρείται συνεχώς μεταλλική επαφή της πλωτής οροφής στο κέλυφος της δεξαμενής σε όλες τις θέσεις κίνησης σχεδιασμού, οριζοντίου και καθέτου, της πλωτής οροφής. Θα πρέπει να έχουν την κατάλληλη διατομή, ευκαμψία και αντίσταση διάβρωσης για μέγιστη διάρκεια ζωής Στις υπάρχουσες δεξαμενές τα υπάρχοντα πάνω από την επιφάνεια του υγρού θα πρέπει να αντικαθίστανται με εμβαπτιζόμενα (NFPA 780 [7]), (API RP 545 [8]: σε περιπτώσεις ανακατασκευής υπαρχόντων δεξαμενών) ii. Αγωγοί παράκαμψης (χρησιμοποιούνται για απαγωγή των ενδιαμέσων και μακράς διάρκειας συνιστωσών του ρεύματος του κεραυνικού πλήγματος [8]) Οι πλωτές οροφές θα συνδέονται ισοδυναμικά με το κέλυφος με άμεση ηλεκτρική σύνδεση Ο κάθε αγωγός συμπεριλαμβανομένων των συνδέσμων θα πρέπει να έχει μέγιστη αντίσταση (άκρο με άκρο) 0,03 Ω. Οι αγωγοί παράκαμψης θα πρέπει να έχουν το ελάχιστο απαιτούμενο μήκος ώστε να επιτρέπουν την πλήρη κίνηση της πλωτής οροφής Οι αγωγοί θα είναι ισοκατανεμημένοι περιφερειακά σε διαστήματα όχι μεγαλύτερα των 30 m (100 ft και τουλάχιστον 2 τον αριθμό) Οι αγωγοί θα πρέπει να έχουν την κατάλληλη διατομή, ευκαμψία και αντίσταση διάβρωσης για μέγιστη διάρκεια ζωής. Σημείωση: Αγωγοί παράκαμψης δεν υπάρχουν. 266

267 iii. Όλοι οι σωλήνες μέτρησης και οι οδηγοί σωλήνες που διαπερνούν την πλωτή οροφή καθώς και κάθε μη πλήρως εμβαπτισμένο αγώγιμο τμήμα μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους περιλαμβάνοντας τα ελατήρια, τα ψαλίδια, και τις μεμβράνες των φραγών (στην 7-Τκ-102 είναι μη αγώγιμες), θα πρέπει να μονώνονται ηλεκτρικά από την πλωτή οροφή με ονομαστική τάση 1 kv ή μεγαλύτερη, ώστε το ρεύμα της κεραυνικής εκφόρτισης να ακολουθήσει τη διαδρομή από την πλωτή οροφή στο κέλυφος δια μέσου των ελασμάτων και των παρακαμπτηρίων αγωγών API RP 2003: [9] Στις ανοικτές δεξαμενές πλωτής οροφής απαιτείται ισοδυναμική διασύνδεση με ελάσματα μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους. Τα ελάσματα τοποθετούνται πρωτίστως για κάλυψη των απαιτήσεων αντικεραυνικής προστασίας, προσφέρουν όμως και την προστασία από στατικό ηλεκτρισμό. Τα ελάσματα πιστεύεται ότι μειώνουν την πιθανότητα κινδύνου από δευτερεύοντα επαγόμενα κεραυνικά ρεύματα αλλά είναι απίθανο να προσφέρουν προστασία από φωτιές φραγών που προκαλούνται από άμεσα κεραυνικά πλήγματα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β PowerPR: Articles Responding to API RP 545 to Improve Petroleum Tank Lightning Safety Date: 06/25/2010 [15]: Θεωρεί τις τρεις προτάσεις του API RP 545 εναλλακτικές ως κάτωθι: i. Εγκατάσταση εμβαπτισμένων στο προϊόν ελασμάτων μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής κάθε 3 m περιμετρικά του κελύφους και αφαίρεση όλων των ελασμάτων πάνω από τη φραγή. Σημείωση: τα ελάσματα δεν είναι εμβαπτισμένα ii. Τοποθέτηση παρακαμπτηρίων αγωγών μεταξύ της οροφής και του κελύφους διατεταγμένων σε ίσες αποστάσεις περιφερειακά και όχι μεγαλύτερες των 30 m. Αυτοί οι αγωγοί θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο βραχείς (μικρού μήκους) μέσω: a. Αγωγού συμβατικού τύπου σταθερού μήκους. Οι αγωγοί σταθερού μήκους όπως ένα ελεύθερο (χαλαρό) καλώδιο έχουν το μειονέκτημα υψηλής σύνθετης αντίστασης και μικρή αγωγιμότητα όταν η οροφή βρίσκεται ψηλά. Μια πλωτή οροφή κινδυνεύει περισσότερο από κεραυνό όταν αυτή βρίσκεται ψηλά καθ όσον όταν η δεξαμενή είναι γεμάτη ή σχεδόν γεμάτη, οι ροές του κεραυνικού πλήγματος συγκεντρώνονται στα ελάσματα ακριβώς κάτω από το σημείο του κτυπήματος. Όταν η οροφή είναι χαμηλά, το κεραυνικό ρεύμα διαχέεται και είναι περισσότερο ισομοιρασμένο μεταξύ των διαθεσίμων διασυνδέσεων οροφής και κελύφους. Εντούτοις, κατά τη 267

268 διάρκεια συνθηκών που η οροφή είναι ψηλά όταν η δεξαμενή βρίσκεται σε μεγαλύτερο κίνδυνο, τα συμβατικά σταθερού μήκους καλώδια θα μαζευτούν σε κουλούρες και θα απλωθούν τυχαία πάνω στην οροφή της δεξαμενής. Εάν το ελεύθερο καλώδιο του αγωγού δεν είναι μονωμένο μπορεί να συμβούν ανεπιθύμητοι σπινθήρες όταν αυτό έρχεται σε επαφή με άλλα μέρη της. b. Αγωγού χαλκού νέου τύπου εκτυλισσόμενου, ο οποίος τυλίγεται σε ένα τύμπανο που τυλίγει τον αγωγό με ελατήριο. Αντιθέτως, οι εκτυλισσόμενοι παρακαμπτήριοι αγωγοί θα είναι πάντοτε όσο το δυνατόν βραχύτεροι, και θα προσφέρουν ουσιωδώς μικρότερη σύνθετη αντίσταση όταν η πλωτή οροφή της δεξαμενής βρίσκεται ψηλά. Παραδείγματος χάριν το σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης (Retractable Grounding Assembly (RGA) by Boulder, Colorado-based Lightning Eliminators & Consultants (LEC)), μπορεί να προσφέρει μόλις το ένα έκτο της σύνθετης αντίστασης ενός καλωδίου μιας συμβατικής σταθερού μήκους γείωσης σε μία δεξαμενή ύψους 50 ποδών (15,233 μέτρα). Με σύνθετη αντίσταση ενός (1) Ω ή λιγότερο συγκρινόμενη με τα ελάσματα ή τις σκάλες με σύνθετη αντίσταση περίπου 500 Ω η εκτυλισσόμενη γείωση (RGA) προσφέρει μια αξιόπιστη, συνεχή διασύνδεση γείωσης που μπορεί να βοηθήσει στο να προλάβει (εμποδίσει) πυρκαγιές σε δεξαμενές που σχετίζονται με εκφόρτιση κεραυνικού πλήγματος ή φορτίου στατικού ηλεκτρισμού. Σημείωση: Αγωγοί παράκαμψης δεν υπάρχουν Λόγω μεγάλου κόστους (περίπου $ ανά δεξαμενή) για τις περιπτώσεις εμβάπτισης των ελασμάτων και μόνωσης των σωλήνων οδηγών κ.λπ. και επειδή όπως αναφέρει σε κάθε περίπτωση τα ελάσματα δημιουργούν σπινθήρες προτείνει την λύση των παρακαμπτηρίων ευκάμπτων αγωγών με εκτυλισσομένου τύπου γειώσεις (με κόστος περίπου $ ανά δεξαμενή). ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: [10] i. Πλήρης αποξήλωση των ελασμάτων διότι αν δεν είναι εμβαπτιζόμενα σε κάθε περίπτωση δημιουργούν σπινθήρες, αν δε εμβαπτισθούν δεν θα είναι (για χρόνια) δυνατή η επιθεώρηση και συντήρησή τους. ii. Τοποθέτηση παρακαμπτηρίων ευκάμπτων αγωγών με εκτυλισσομένου τύπου γειώσεις αριθμού αναλόγου του διακένου που θέλουμε να προστατεύσουμε από δημιουργία επικινδύνου σπινθήρα 268

269 Όπως φαίνεται και στην αναλυτική παρουσίαση στο παράρτημα τα αποτελέσματα υποστηρίζονται με πειραματική και αναλυτική μελέτη Συγκρίσεις: Όπως βλέπουμε από τα παραπάνω στο θέμα της ισοδυναμικότητας πλωτής οροφής και κελύφους όχι μόνο δεν υπάρχει ταύτιση μεταξύ των προτύπων αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχουν σοβαρές διαφοροποιήσεις με κυριότερες: I. Ελάσματα πάνω από την πρωτοταγή φραγή - εμβαπτισμένα στο προϊόν II. Ελάσματα ανά 3 m - ανά 1,5 m III. Παρακαμπτήριοι αγωγοί ένας ή δύο στην κυλιόμενη σκάλα - ανά 30 m τουλάχιστον IV. Μόνωση σωλήνων μετρήσεων, οδηγών σωλήνων, κ.λπ. - μη μόνωση Οπότε φαίνεται ότι δεν είναι καθόλου εύκολο να καταλήξει κάποιος μελετητής σε ένα σωστό και πλήρως αποδεκτό συμπέρασμα. Για να καταλήξουμε όμως, με τα δεδομένα που έχουμε και για να είμαστε σύμφωνοι και με τα ισχύοντα πρότυπα, θα πρέπει να δούμε το θέμα και λίγο ιστορικά όσον αφορά τις προτάσεις των διαφόρων προτύπων, πως αυτές αλλάζουν με το χρόνο και ποιά φαίνεται να είναι η τάση, για την διαμόρφωση της οποίας θα λάβουμε υπ όψιν, συνεπικουρικά και μόνο, τα αποτελέσματα διαφόρων ομάδων εργασίας (Παραρτήματα Α και Β) επί του θέματος. Έτσι βλέπουμε ότι: I. Τα πρότυπα IEC, NFPA, API αρχικά πρότειναν τα ελάσματα πάνω από την πρωτοταγή φραγή. Στις νεώτερες αναθεωρήσεις τα NFPA/2011 και API/2009 προτείνουν τα ελάσματα εμβαπτισμένα στο προϊόν II. Τα πρότυπα NFPA, API πρότειναν τα ελάσματα ανά 3 m. Το IEC ήδη από το 2006 προτείνει τα ελάσματα ανά 1,5 m III. Τα πρότυπα IEC, NFPA, API αρχικά πρότειναν έναν ή δύο παρακαμπτηρίους αγωγούς στην κυλιόμενη σκάλα. Στις νεώτερες αναθεωρήσεις τα NFPA/2011 και API/2009 προτείνουν παρακαμπτηρίους αγωγούς ανά 30 m τουλάχιστον (δεν μας λένε όμως τον ακριβή απαιτούμενο αριθμό) παράλληλα με τα εμβαπτιζόμενα ελάσματα και την μόνωση των σωλήνων μετρήσεων, οδηγών σωλήνων, κ.λπ.. Στα παραρτήματα Α και Β προτείνονται από τις αντίστοιχες ομάδες εργασίας οι παρακαμπτήριοι αγωγοί αλλά με αποξήλωση των ελασμάτων και χωρίς τη μόνωση των σωλήνων μετρήσεων, οδηγών σωλήνων, κ.λπ.. Το πρότυπο IEC δεν προτείνει παρακαμπτήριους αγωγούς, επιτρέπει όμως τη χρήση εναλλακτικών μέσων με τις προϋποθέσεις που αναφέρουμε παραπάνω 269

270 IV. Τα πρότυπα IEC, NFPA, API αρχικά δεν αναφέρουν τίποτε σχετικά με μόνωση σωλήνων μετρήσεων, οδηγών σωλήνων, κ.λπ.. Στις νεώτερες αναθεωρήσεις τα NFPA/2011 και API/2009 προτείνουν τη μόνωσή τους από την πλωτή οροφή. Στο Παράρτημα Β θεωρείται σαν εναλλακτική λύση και όχι παράλληλη με τους παρακαμπτηρίους αγωγούς. Στο παράρτημα Α δεν αναφέρεται καθόλου Τελικές Προτάσεις για την ισοδυναμικότητα: Βάσει των ανωτέρω και για να είμαστε σύμφωνοι και με τα πρότυπα προτείνουμε: a. Τα ελάσματα πρέπει να εμβαπτισθούν. Ως προς την απόσταση μεταξύ τους μπορούμε να παραμείνουμε σ αυτή των 3 m (NFPA 780, API RP 545). b. Εφ όσον καθορισθεί το ελάχιστο διάκενο μπορεί να υπολογισθεί ο απαιτούμενος αριθμός των παρακαμπτηρίων αγωγών που θα εξασφαλίσουν τη μη διάσπαση του διακένου αυτού (κεφάλαιο Γ.1.4). c. Μόνωση από την πλωτή οροφή των σωλήνων οδηγών και μετρήσεων d. Μόνωση όλων των αγωγίμων στοιχείων του διακένου μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους Παρατήρηση: Εάν το παράρτημα Β γίνει πρότυπο, όπως ισχυρίζεται η ομάδα εργασίας για βελτίωση του API RP 545/2009, τα ελάσματα θα μπορούν να αποξηλωθούν χωρίς επανατοποθέτηση, μονώσεις δεν θα απαιτούνται και επομένως το μόνο μέτρο θα είναι η τοποθέτηση του καταλλήλου αριθμού παρακαμπτηρίων αγωγών. 2. Ελάχιστο πάχος μεταλλικών (χαλύβδινων) ελασμάτων οροφής (για το κέλυφος δεν υπάρχει πρόβλημα καθ όσον το ελάχιστο πάχος αυτού είναι πολύ μεγαλύτερο του απαιτουμένου ελαχίστου) καθώς και μεταλλικών σωλήνων και δεξαμενών ή άλλων κατασκευών επί της οροφής που φέρουν εύφλεκτα ή εκρηκτικά μείγματα ή μας ενδιαφέρουν για προστασία από διάτρηση ή αποφυγή δημιουργίας θερμού σημείου με κίνδυνο ανάφλεξης (Πίνακας 14). i. 4 mm σύμφωνα με το πρότυπο ΕΛΟΤ 1197 (2002) ii. 4 mm σύμφωνα με το πρότυπο IEC (2006) πίνακας 3 iii. 4,8 mm σύμφωνα με το πρότυπο NFPA Ελάχιστο πάχος μεταλλικών σωλήνων και δεξαμενών ή άλλων κατασκευών επί της οροφής που δεν φέρουν εύφλεκτα ή εκρηκτικά μείγματα ή που δεν μας ενδιαφέρουν και για τα οποία επιτρέπεται διάτρηση, θερμό σημείο ή ανάφλεξη (Πίνακας 14). i. 0,5 mm για χάλυβα ii. 0,65 mm για αλουμίνιο 270

271 iii. 2,0 mm για μόλυβδο iv. 0,5 mm για τιτάνιο v. 0,5 mm για χαλκό vi. 0,7 mm για τσίγκο 4. Μεταλλικά στοιχεία όπως διακοσμητικά, κιγκλιδώματα, σωλήνες, καλύμματα παραπέτων, κ.λπ., με διατομές όχι μικρότερες από τις καθοριζόμενες για στοιχεία συστημάτων συλλογής (Πίνακας 14) («t» ή «t»). Εάν δεν πληρούνται οι συνθήκες του πάχους ο εξοπλισμός θα πρέπει να προστατεύεται. 5. Η τοποθέτηση αλεξικέραυνου αυστηρά απαγορεύεται (από ΦΕΚ 846/Β/ ), άρα τα αλεξικέραυνα πρέπει να αποξηλωθούν 6. Άρτιο σύστημα γείωσης κελύφους (από ΦΕΚ 846/Β/ ). Όπως είπαμε στην εισαγωγή η γείωση είναι επαρκής 7. Επιθεώρηση - μετρήσεις σύμφωνα με τον Πίνακα 29, δηλαδή για LPL I κάθε ένα έτος τα κρίσιμα συστήματα - πλήρης επιθεώρηση, κάθε δύο έτη - πλήρης επιθεώρηση και κάθε ένα έτος - γενική οπτική επιθεώρηση 271

272 Β. ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ [9] [11] Β.1 ΓΕΝΙΚΑ [9], [11] Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία οι φωτιές που έχουν εκδηλωθεί σε δεξαμενές πλωτής οροφής προέρχονται κατά κύριο λόγο από στατικό ηλεκτρισμό (περίπου 60%) και για τον λόγο αυτό πλην της προστασίας της δεξαμενής από κεραυνό θα μελετήσουμε παρακάτω και την προστασία αυτής από στατικό ηλεκτρισμό. Β.1.1 Γενική ταξινόμηση των πετρελαιοειδών [9], [11] Τα πετρελαιοειδή σύμφωνα με το σημείο ανάφλεξης, ταξινομούνται στις παρακάτω κατηγορίες: Κατηγορία Ο : Υγροποιημένα αέρια πετρελαίου Κατηγορία Ι: Υγρά τα οποία έχουν σημεία ανάφλεξης κάτω από 21 C. Κατηγορία ΙΙ: Υγρά τα οποία έχουν σημεία ανάφλεξης από 21 C μέχρι 55 C. Κατηγορία ΙΙΙ: Υγρά τα οποία έχουν σημεία ανάφλεξης από 55 C (συμπεριλαμβανομένου) μέχρι και 100 C. Αταξινόμητα υγρά, τα οποία έχουν σημεία ανάφλεξης πάνω από 100 C. Η κατηγορία ΙΙ και η κατηγορία ΙΙΙ μπορεί να υποδιαιρεθούν σύμφωνα με τις συνθήκες που διακινούνται τα πετρελαιοειδή στις κατηγορίες ΙΙ (1) ή ΙΙΙ (1) που αφορούν τις περιπτώσεις που η θερμοκρασία του διακινουμένου πετρελαιοειδούς είναι μικρότερη από το σημείο ανάφλεξής τους και στις κατηγορίες ΙΙ (2) και ΙΙΙ (2) που αφορούν τις περιπτώσεις που θερμοκρασία του διακινούμενου πετρελαιοειδούς είναι ίση ή μεγαλύτερη από το σημείο ανάφλεξής του. Τα υγροποιημένα αέρια πετρελαίου (L.P.G.) τα οποία ανήκουν σε διαφορετική κατηγορία Σε περίπτωση που η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι αρκετά υψηλή, έτσι ώστε η θερμοκρασία του διακινουμένου πετρελαιοειδούς να ξεπερνά τους 21 C ή σε περίπτωση που το διακινούμενο πετρελαιοειδές θερμαίνεται τεχνητά, τότε τα πετρελαιοειδή που εμπίπτουν στην κατηγορία ΙΙ (2) ή ΙΙΙ (2) πρέπει να διακινούνται σαν να ανήκουν στην κατηγορία Ι. Β Στατικοί συσσωρευτές [9], [11] Οι ουσίες, στις οποίες συσσωρεύονται φορτία στατικού ηλεκτρισμού ονομάζονται στατικοί συσσωρευτές. Τα υγρά καύσιμα θεωρούνται στατικοί συσσωρευτές εάν ο ρυθμός με τον οποίο δημιουργείται το φορτίο υπερβαίνει το ρυθμό με τον οποίο διασκορπίζεται. Όσο υψηλότερη είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υγρού, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός διασκορπισμού. Τα περισσότερα από τα διυλισμένα προϊόντα πετρελαίου που διακινούνται είναι στατικοί συσσωρευτές με εξαίρεση τα υπολείμματα πετρελαίου ή τις πίσσες. 272

273 Αναλυτικότερα το αργό πετρέλαιο, τα παράγωγά του και γενικά τα υγρά καύσιμα διαιρούνται σε δύο κατηγορίες με βάση την αγωγιμότητά τους: 1. Μη συσσωρευτές στατικού ηλεκτρισμού Αγώγιμα: Αργό, μαζούτ, άσφαλτος, αλκοόλες τα οποία δεν δημιουργούν φορτία στατικού ηλεκτρισμού εφόσον τα προϊόντα αυτά διακινούνται σε υγρή συνεχή φάση. 2. Συσσωρευτές στατικού ηλεκτρισμού Μη αγώγιμα: Νάφθα, βενζίνες, JET A-1/κηροζίνη, JP-4, ντήζελ και διαλύτες όπως π.χ. βενζόλιο, τολουόλιο, ξυλόλιο. Για τα προϊόντα της κατηγορίας των μη συσσωρευτών τα μέτρα αποφυγής ηλεκτροστατικής ανάφλεξης που θα αναφερθούν παρακάτω δεν έχουν ισχύ εκτός εάν τα προϊόντα της παραπάνω κατηγορίας μπορεί να διακινηθούν υπό μορφή νέφους ή σταγονιδίων (mist). Τονίζεται ότι σε κάθε περίπτωση για μια ανάφλεξη είναι απαραίτητη η ύπαρξη αναφλέξιμης ατμόσφαιρας. Ο στατικός ηλεκτρισμός είναι μια πιθανή πηγή ανάφλεξης σε λειτουργίες που συναντώνται σε διυλιστήρια, σε βιομηχανίες πετρελαίου και εγκαταστάσεις διακίνησης και μεταφοράς πετρελαιοειδών. Β Εύφλεκτα χαρακτηριστικά [9], [11] 1. Το υγρό καύσιμο αυτό καθαυτό δεν καίγεται, ενώ το αέριο που προέρχεται από αυτό καίγεται. Τα υγρά προϊόντα πετρελαίου εξαεριώνονται εύκολα. Αυτό σημαίνει, ότι αμέσως δημιουργούν αναθυμιάσεις που αναμειγνύονται με τον αέρα. Μερικά προϊόντα όπως η βενζίνη δίνει αέρια σε χαμηλές θερμοκρασίες, τόσο χαμηλές, όπως 45 C κάτω από το 0. Άλλα, όπως το βαρύ πετρέλαιο καύσης (μαζούτ), πρέπει να θερμανθούν για να δημιουργήσουν αναθυμιάσεις. 2. Για να αναφλεγούν οι αναθυμιάσεις του πετρελαίου, πρέπει να αναμειχθούν με τον αέρα σε ορισμένες αναλογίες. Όταν οι ατμοί αναμειχθούν με τον αέρα σε αυτές τις αναλογίες, σχηματίζουν ένα εύφλεκτο μείγμα, το οποίο μπορεί να αναφλεγεί από οποιαδήποτε εστία ανάφλεξης. Οι ατμοί των περισσοτέρων προϊόντων πετρελαίου έχουν σημεία αυτανάφλεξης μεταξύ 260 C-480 C. 3. Όπου η αναλογία των αερίων στο μείγμα είναι κάτω του 1% του όγκου, το μείγμα αναφλέγεται και καλείται πολύ φτωχό προς ανάφλεξη ή κάτω του κατωτέρου ορίου ανάφλεξης. Όταν η αναλογία των αερίων στο μείγμα είναι πάνω από 8% του όγκου, το μείγμα πάλι δεν αναφλέγεται αλλά καλείται πολύ πλούσιο προς ανάφλεξη ή πάνω από το ανώτερο όριο ανάφλεξης. Β Επικίνδυνη ατμόσφαιρα [9], [11] Η τάση των ατμών του πετρελαιοειδούς είναι ένας σημαντικός παράγοντας για δημιουργία επικίνδυνης ατμόσφαιρας. 273

274 Προϊόντα χαμηλής τάσης ατμών όπως είναι το ντήζελ ή το βαρύ πετρέλαιο (μαζούτ), στη θερμοκρασία που διακινούνται δημιουργούν μέσα στη δεξαμενή ή στο δοχείο στο οποίο περιέχονται, ατμόσφαιρα, η οποία κανονικά είναι πολύ φτωχή για να αναφλεγεί. Παρ όλα αυτά, η ατμόσφαιρα στο χώρο πάνω από τα προϊόντα αυτά μπορεί να αναφλεγεί σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από το σημείο ανάφλεξής τους, εάν το προϊόν παρουσιάζεται σε μορφή ομιχλώδη ή ψεκασμού, η οποία προκαλείται από μια γρήγορη ή τυρβώδη πλήρωση. Προϊόντα υψηλής τάσης ατμών όπως η βενζίνη δημιουργούν σε συνθήκες ισορροπίας, ατμόσφαιρα, η οποία κατά κανόνα είναι πολύ πλούσια για να αναφλεγεί. Δεν πρέπει όμως να δίνεται αξιοπιστία σε ατμούς με συγκέντρωση μεγαλύτερη από εκείνη του ανώτερου ορίου ανάφλεξης. Προϊόντα μέσης τάσης ατμών μπορεί σε οποιαδήποτε στιγμή, κατά τη διακίνησή τους, να δημιουργήσουν ένα εύφλεκτο μείγμα αερίων και επομένως επικίνδυνη ατμόσφαιρα. Συνηθέστερο από αυτά τα προϊόντα είναι το AVTAG (JEG JP4, καύσιμο αεροπορίας). Κατάσταση επικίνδυνης ατμόσφαιρας στο διάκενο χώρο μιας δεξαμενής ή ενός δοχείου δημιουργείται επίσης, κατά την φόρτωση διαφορετικού προϊόντος και επίσης κατά την διάρκεια της απελευθέρωσης ατμών μιας δεξαμενής, η οποία περιέχει ένα προϊόν υψηλής τάσης ατμών. Η παράγραφος αυτή αναφέρεται στην εύφλεκτη κατάσταση του χώρου των ατμών, θα έπρεπε όμως να τύχουν ιδιαίτερης προσοχής οι συνθήκες της ατμόσφαιρας κοντά στα στόμια μέτρησης, τις ανοιχτές ανθρωποθυρίδες ή τα στόμια εξαερισμού των δεξαμενών και των δοχείων. 1. Είναι επομένως πολύ σημαντικό να λαμβάνονται όλες οι προφυλάξεις για να αποφευχθεί ο κίνδυνος δημιουργίας οποιασδήποτε εστίας ανάφλεξης εξαιτίας π.χ. στατικού ηλεκτρισμού κατά την διάρκεια εργασιών, όταν επικρατούν συνθήκες επικίνδυνης ατμόσφαιρας στο χώρο του διακένου ατμών της δεξαμενής ή του δοχείου ή όταν μια επικίνδυνη ατμόσφαιρα θα μπορούσε να δημιουργηθεί από μια εστία ανάφλεξης. 2. Επικίνδυνη ατμόσφαιρα μπορεί να δημιουργηθεί στο χώρο ατμών κατά τη φόρτωση διαφορετικού προϊόντος όταν ένα προϊόν ατμών χαμηλής τάσης, όπως το ντήζελ ή το μαζούτ, κ.λπ. φορτώνεται σε μια δεξαμενή ή σε διαμέρισμα δεξαμενής οχήματος που προηγούμενα περιείχε προϊόν υψηλής τάσης ατμών όπως η βενζίνη. Αυτή η εργασία είναι γνωστή σαν αλλαγή είδους φορτίου. Θα έπρεπε να αποφεύγονται οι αλλαγές φορτίου, αλλά εάν είναι αναπόφευκτο πρέπει να λαμβάνονται όλες οι προφυλάξεις ώστε να μην δημιουργηθεί εστία ανάφλεξης. Β Αποθήκευση [9], [11] Οι δεξαμενές πλωτής οροφής θεωρούνται πολύ ασφαλείς διότι παρεμποδίζεται η συνύπαρξη αέρος και εύφλεκτων αερίων στον υπερκείμενο χώρο. Συνιστώνται για την αποθήκευση κλασμάτων και προϊόντων με χαμηλότερο της θερμοκρασίας περιβάλλοντος σημείο ανάφλεξης. Δηλαδή: Ελαφρών κλασμάτων πετρελαίου και βενζινών 274

275 Αργού πετρελαίου Ελαφρών πολικών χημικών ενώσεων (αλκοόλες, κετόνες κ.λπ.) Για το αργό πετρέλαιο ο τρόπος δεξαμενισμού περιορίζει σημαντικά την απώλεια των ελαφρών ευφλέκτων συστατικών και κατ επέκταση τον κίνδυνο ανάφλεξης. Επίσης το επικίνδυνο φαινόμενο το "Αναβρασμού" (Boil Over) εκδηλώνεται μόνο σε πυρκαγιές Αργού πετρελαίου που εναποθηκεύονται σε δεξαμενές σταθερής οροφής, όχι όμως όταν η αποθήκευση είναι σε δεξαμενές πλωτής οροφής. Β.2 ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΑΠΟ ΣΤΑΤΙΚΟ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ [9], [11] Η δημιουργία στατικών φορτίων, η συγκέντρωσή τους (σε υλικά) και η διαδικασία διάχυσής τους προξενούν κινδύνους από στατικό ηλεκτρισμό. Οι σπινθήρες από στατικό ηλεκτρισμό αποτελούν μια σημαντική πηγή εναύσεως. Ένα ηλεκτροστατικό φορτίο γίνεται πηγή εναύσεως υπό την παρουσία τεσσάρων συνθηκών: 1. Μέσα δημιουργίας ηλεκτροστατικού φορτίου 2. Μέσα συγκεντρώσεως ηλεκτροστατικού φορτίου ικανού να παράξει σπινθήρα εναύσεως 3. Ένα διάκενο σπινθήρα και 4. Ένα αναφλέξιμο μείγμα ατμών - αέρα (αερίων - αέρα) Οι κίνδυνοι εναύσεως από σπινθήρες στατικού φορτίου μπορούν να εξαλειφθούν με: 1. Τον έλεγχο της δημιουργίας 2. Τον έλεγχο της συγκέντρωσης των στατικών φορτίων ή 3. Τον αποκλεισμό ευφλέκτου μείγματος εκεί όπου μπορεί να υπάρξει εκκένωση στατικού φορτίου. Ο κίνδυνος εναύσεως μπορεί επίσης να μειωθεί: Εάν αποφεύγονται οι προαγωγοί σπινθήρων (spark promoters) στις περιοχές με δυνητικά υψηλό ηλεκτρικό δυναμικό. Β.2.1 Δημιουργία φορτίων στατικού ηλεκτρισμού [9], [11] Ο στατικός ηλεκτρισμός δημιουργείται κυρίως από την κίνηση των προϊόντων και έχει να κάνει με τον διαχωρισμό επιφανειών που ευρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Ονομάζεται επίσης φόρτιση τριβής. Όταν δύο σώματα από ανόμοια υλικά ευρίσκονται σε φυσική επαφή μεταξύ τους συχνά υπάρχει μεταφορά ελευθέρων ηλεκτρονίων. Εάν το ένα ή και τα δύο υλικά είναι κακός αγωγός, τα ανόμοια φορτία δεν μπορούν να επανενωθούν γρήγορα. Ένας ξαφνικός διαχωρισμός θα αφήσει πλεονάζοντα ηλεκτρόνια σε ένα από τα σώματα και έλλειψη ηλεκτρονίων στο άλλο. Εάν τα δύο σώματα είναι μονωμένα από το περιβάλλον τους τότε τείνουν να συγκεντρώσουν ίσα και αντίθετα φορτία. Το σώμα με τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια θα είναι αρνητικά φορτισμένο και αυτό με την έλλειψη ηλεκτρονίων θετικά φορτισμένο. Η 275

276 ηλεκτρική διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο φορτισμένων σωμάτων μπορεί εύκολα να φθάσει μερικές χιλιάδες volts. Παρακάτω δίνονται μερικά παραδείγματα δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού: 1. Ο διαχωρισμός υγρού ή αερίου από μία μάνικα (εύκαμπτο σωλήνα), ακροφύσιο, στρόφιγγα ή κρουνό εκροής 2. Η διαφυγή αέριας φάσης πτητικού προϊόντος από περιορισμένο άνοιγμα και ειδικότερα στην περίπτωση που συμπαρασύρονται και σταγονίδια υγρής φάσης 3. Η πλήρωση με ελαφρά λευκά προϊόντα δοχείων, δεξαμενών ανοιχτών και βυτίων ειδικότερα όταν αυτά βρίσκονται επί ελαστικών τροχών 4. Σταγόνες νερού ή καθίζηση στερεών σωματιδίων που διαχωρίζονται μέσα στη δεξαμενή που περιέχει το πετρελαιοειδές 5. Φυσαλίδες αερίων ή αέρια μέσα στο πετρελαιοειδές υγρό 6. Η τριβή του υγρού καυσίμου ή εύφλεκτου προϊόντος στα τοιχώματα των σωληνώσεων και αγωγών κατά την μεταφορά. Η παρουσία στο καύσιμο αιώρημά του και σταγονιδίων νερού αυξάνει τον συντελεστή τριβής και της πιθανότητας εμφάνισης σημαντικού ποσού στατικού ηλεκτρισμού. Ειδικότερα η επίδραση της ταχύτητας ροής σε λευκά προϊόντα πετρελαίου είναι η κυριότερη αιτία εμφάνισης στατικού ηλεκτρισμού. Όσο πιο μεγάλη είναι η ταχύτητα ροής τόσο πιο μεγάλη είναι η πιθανότητα δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού. Μια μικρότερη ταχύτητα ροής όχι μόνο μειώνει τη δημιουργία φορτίων ηλεκτρισμού αλλά δίνει περισσότερο χρόνο στο ηλεκτροστατικό φορτίο του υγρού να διασκορπιστεί στη γη, διαδικασία που είναι γνωστή σαν ανακούφιση ή διάχυση. Γενικά ταχύτητες μικρότερες του 1 m/s σε μεταλλικούς αγωγούς και σωλήνες δεν στοιχειοθετούν προϋποθέσεις δημιουργίας στατικού ηλεκτρισμού 7. Κίνηση υγρών ή αερίων ή μικρών στερεών σωματιδίων σχετικά με άλλα υλικά, όπως απλά συμβαίνει σε λειτουργίες που σχετίζονται με ροή διά μέσου σωλήνων, μείξη, έκχυση, άντληση, φιλτράρισμα, ανάδευση ή άλλους τύπους χειρισμού υγρών 8. Τυρβώδης ροή ανομοίων υγρών, όπως νερού ή αερίου που ρέουν διά μέσου ενός υγρού υδρογονάνθρακα 9. Αέρας, αέριο ή ατμοί που περιέχουν στερεά σωματίδια (π.χ. σκόνη, σκουριά, κ.λπ.) ή σταγονίδια που διαφεύγουν από μία σωλήνα ή στενό πίδακα. Παραδείγματα είναι η εκφόρτιση διοξειδίου του άνθρακα από πυροσβεστήρες, αμμοβολή, εκτόξευση ατμού και πνευματική μεταφορά στερεών (με αέρα). 10. Μη αγώγιμοι ιμάντες και ταινίες μεταφοράς που κινούνται επί ή διαχωρίζονται από κυλίνδρους ή τροχαλίες Β Δημιουργία Στατικού Ηλεκτρισμού στον Άνθρωπο [11]. Φορτία στατικού ηλεκτρισμού μπορεί να δημιουργηθούν στο σώμα του ανθρώπου ειδικά όταν φορεί ενδύματα από συνθετικά υλικά, τα οποία έχουν πολύ μικρότερη αγωγιμότητα απ ότι έχουν τα φυσικά υλικά. Αυτή η επίδραση είναι μεγαλύτερη σε συνθήκες ξηράς ατμόσφαιρας. Εάν το άτομο φορεί αγώγιμα υποδήματα και δεν στέκεται πάνω σε μονωτική επιφάνεια, τα φορτία 276

277 συνήθως διασκορπίζονται ακίνδυνα στη γη. Παρόμοιες φορτίσεις μπορούν όμως να προκαλέσουν σπινθήρα όταν η ένδυση αποβάλλεται, πράγμα το οποίο θα πρέπει να αποφεύγεται σε περίπτωση επικίνδυνης ατμόσφαιρας. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν στην επιλογή φορμών εργασίας και υποδημάτων των εργαζομένων στο διυλιστήριο καθώς και στη λήψη μέτρων όπου χρειάζεται. Β.2.2 Συσσώρευση φορτίων και ανακούφιση [9] Τα ηλεκτροστατικά φορτία συνεχώς διαρρέουν εκτός του φορτισμένου σώματος. Αυτός ο μηχανισμός, που λέγεται και «διάχυση», αρχίζει μόλις δημιουργηθεί ένα φορτίο και μπορεί να συνεχίζεται και αφού η δημιουργία σταματήσει. Τα ηλεκτροστατικά φορτία συγκεντρώνονται όταν ο ρυθμός δημιουργίας είναι υψηλότερος από τον ρυθμό διάχυσης. Η ικανότητα ενός φορτίου για διάχυση από ένα υγρό είναι συνάρτηση των ακολούθων: 1. Την αγωγιμότητα του διακινουμένου προϊόντος 2. Την αγωγιμότητα της δεξαμενής 3. Την ικανότητα της δεξαμενής να οδηγήσει το φορτίο στη γη Σε μία γειωμένη αγώγιμη δεξαμενή η ικανότητα του υγρού να διαχέει ένα φορτίο εξαρτάται από την αγωγιμότητα του υγρού. Όσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα τόσο γρηγορότερη είναι η διάχυση. Γενικά υγρά με αγωγιμότητα μεγαλύτερη από 50 ps/m (50 C.U.) δεν συγκεντρώνουν στατικό ηλεκτρισμό με την προϋπόθεση ότι το υλικό ευρίσκεται σε μία γειωμένη αγώγιμη δεξαμενή. Πάνω 50 ps/m, τα φορτία τείνουν να διαχέονται τόσο γρήγορα όσο παράγονται. Για υγρά με αγωγιμότητα μεγαλύτερη από περίπου 2 ps/m, η διάχυση του φορτίου ακολουθεί μια εκθετική εξασθένηση ανάλογη με την σταθερά χρόνου διάχυσης. Υγρά με χαμηλότερες αγωγιμότητες ακολουθούν μία υπερβολική εξασθένηση. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει χρόνους διάχυσης μικρότερους από τους προβλεπόμενους με την εκθετική εξασθένηση. Φορτία μπορούν επίσης να συσσωρευθούν ανεξάρτητα από την αγωγιμότητα του υγρού εάν η δεξαμενή που γεμίζεται είναι κατασκευασμένη από χαμηλής αγωγιμότητας υλικό (μη αγώγιμη, π.χ. πλαστική) ή εάν η δεξαμενή είναι αγώγιμη αλλά όχι κατάλληλα γειωμένη. Παράδειγμα μία μεταλλική (αγώγιμη) δεξαμενή καυσίμου τοποθετημένη πάνω σε πλαστικό υπόστρωμα ενός φορτηγού. Β.2.3 Μηχανισμοί Στατικής εκφόρτισης [9] Καθώς συσσωρεύεται το ηλεκτροστατικό φορτίο, τα ηλεκτρικά πεδία και οι διαφορές δυναμικού αυξάνουν. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο υπερβεί τις μονωτικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας μπορεί να συμβεί μια στατική εκφόρτιση. Για την βιομηχανία των πετρελαιοειδών υπάρχουν δύο είδη πρωτευούσης σημασίας στατικών εκφορτίσεων: εκφόρτιση σπινθήρα και brush discharge. Β Εκφόρτιση σπινθήρα [9] 277

278 Εκφορτίσεις σπινθήρα συμβαίνουν μεταξύ αγωγίμων αντικειμένων τα οποία ευρίσκονται σε διαφορετικά δυναμικά. Συνήθως ένα από τα αντικείμενα δεν είναι κατάλληλα γειωμένο. Ένα παράδειγμα είναι ένα μέταλλο που επιπλέει σε ένα στατικό συσσωρευτή και η πλευρά διαμερίσματος της δεξαμενής φορτηγού. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η πλωτή οροφή και το κέλυφος δεξαμενής πλωτής οροφής εάν δεν υπάρχει ισοδυναμική διασύνδεση μεταξύ τους και υπάρχει διαφορά δυναμικού. Ο τύπος αυτός του σπινθήρα μπορεί να αποφευχθεί με: 1. Αποφυγή μη καλά γειωμένων αγωγίμων αντικειμένων 2. Αποφυγή μη καλά ισοδυναμικά διασυνδεδεμένων μεταξύ τους 3. Σωστή συντήρηση 4. Σωστές διαδικασίες και πρακτικές λειτουργίας Β «Brush discharge» [9] Brush discharge μπορεί να συμβεί μεταξύ ενός γειωμένου αγωγίμου αντικειμένου και ενός φορτισμένου χαμηλής αγωγιμότητας υλικού. Ένα παράδειγμα θα μπορούσε να είναι ένας σπινθήρας μεταξύ του πυθμένα ενός βραχίονα φορτώσεως και της επιφανείας του προϊόντος κατά τη διάρκεια γεμίσματος με πιτσίλισμα (με παφλασμό: αποτόμου και με υψηλή ταχύτητα γεμίσματος). Brush discharges μπορούν να εξαλειφθούν μέσω: 1. Καταλλήλων χρόνων αναμονής 2. Περιορισμών στους ρυθμούς ροής, κ.λπ. 3. Σχεδιασμού και λειτουργίας του εξοπλισμού για αποφυγή προεξοχών αγωγίμων αντικειμένων εντός της δεξαμενής Β.2.4 Εκφόρτιση εναύσεως [9] Ένας σπινθήρας ο οποίος έχει αρκετή ενέργεια για να προκαλέσει ανάφλεξη θεωρείται «σπινθήρας εναύσεως». Και οι δύο οι τύποι εκφορτίσεως, σπινθήρα και ψήκτρας, μπορούν να αναφλέξουν κοινά μείγματα υδρογονανθράκων/αέρα. Β.2.5 Προαγωγοί σπινθήρων [9] Ένας προαγωγός σπινθήρων (Spark Promoter) είναι ένα γειωμένο ή μη γειωμένο αγώγιμο αντικείμενο το οποίο προσφέρει το απαραίτητο διάκενο σπινθήρα ώστε να συμβεί σπινθήρας. Οι προαγωγοί σπινθήρων αυξάνουν σημαντικά την πιθανότητα ενός σπινθήρα εναύσεως. Μία σημαντική κλάση προαγωγών σπινθήρων είναι αγώγιμα αντικείμενα πλησίον της επιφανείας του φορτισμένου υγρού. Παρακάτω αναφέρονται ορισμένα παραδείγματα προαγωγών σπινθήρων: 1. Ελεύθερα επιπλέοντα αγώγιμα αντικείμενα ή σκουπίδια εντός της δεξαμενής 278

279 2. Καταρρακτώδης βροχή που δεν φθάνει στον πυθμένα της δεξαμενής 3. Μετρητικές ράβδοι ή μεταλλικά άκρα επαφής (probes) πλευρικά στο τοίχωμα τα οποία δεν συνδέονται στον πυθμένα 4. Μετρητικές ταινίες, σωλήνες δειγματοληψίας ή θερμομέτρησης οι οποίες κατεβαίνουν στην περιοχή ατμών της δεξαμενής 5. Μη γειωμένοι σύνδεσμοι σε μάνικες επί της δεξαμενής Δύο είδη προαγωγών σπινθήρων δείχνονται στα σχήματα Δ.1 και Δ.2. Σχέδιο Δ.1: Σταθερός προαγωγός σπινθήρων Σχέδιο Δ.2: Επιπλέων προαγωγός σπινθήρων Για αποφυγή προαγωγών σπινθήρων πρέπει να δίνεται προσοχή: 279

280 1. Στο σχεδιασμό: Αποφυγή προαγωγών σπινθήρων όπως μη γειωμένων αγωγίμων αντικειμένων εντός της δεξαμενής. Μια μετρητική ράβδος, ένας αισθητήρας υψηλής στάθμης ή άλλη αγώγιμη συσκευή που εξέχει προς τα κάτω εντός του χώρου ατμών της δεξαμενής μπορεί να δημιουργήσει χώρο για εκφόρτιση ψήκτρας πάνω από το ανερχόμενο υγρό. Εάν αυτές οι συσκευές είναι αγώγιμες πρέπει να συνδέονται ισοδυναμικά με ασφάλεια στον πυθμένα της δεξαμενής με αγώγιμο καλώδιο ή ράβδο (για εξάλειψη διακένου σπινθήρα) ή να τοποθετούνται σε σωλήνα μετρητικής διάταξης ο οποίος είναι γειωμένος στη δεξαμενή. Μερικοί αισθητήρες υψηλής στάθμης δεν είναι σχεδιασμένοι να συνδεθούν με καλώδιο ή ράβδο γειώσεως. Σ αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να τοποθετούνται σε σωλήνα μετρητικής διάταξης ή να τοποθετείται όσο το δυνατόν πλησιέστερα καλώδιο ή ράβδος γειώσεως. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν και αλυσίδες αλλά δεν συνιστώνται λόγω του ότι δεν εξασφαλίζουν την ηλεκτρική συνέχεια. 2. Στην επιθεώρηση και συντήρηση: Περιοδικός έλεγχος, και αποκατάσταση αν απαιτείται, ότι τα καλώδια διασύνδεσης δεν έχουν αποσυνδεθεί. 3. Σε ειδικές περιπτώσεις: Συσκευές που είναι τοποθετημένες στην εσωτερική πλευρά του κελύφους της δεξαμενής (π.χ. διακόπτες στάθμης, κεφαλή μέτρησης θερμοκρασίας) και οι οποίες προεξέχουν σε μικρό μήκος εντός της δεξαμενής αλλά δεν έχουν προεξοχή προς τα κάτω μπορεί να μην δημιουργούν ηλεκτροστατικό κίνδυνο και πρέπει να εξετάζονται ανά περίπτωση 4. Στη λειτουργία: Ακολουθώντας τις προτεινόμενες από τα πρότυπα και τη νομοθεσία διαδικασίες καθώς και τις επί πλέον διαδικασίες που καθορίζονται σε κάθε εταιρεία. Β.3 ΈΛΕΓΧΟΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΚΑΙ ΟΔΗΓΙΕΣ ΑΠΟΦΥΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ ΓΙΑ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ [9] Η πιθανότητα στατικής εκφόρτισης μεταξύ της επιφανείας του υγρού και του κελύφους της δεξαμενής, στηριγμάτων οροφής ή άλλων μηχανισμών σχετίζεται με τη δημιουργία στατικών φορτίων του υγρού στη δεξαμενή. Ο ρυθμός δημιουργίας επηρεάζεται από τον βαθμό στροβιλισμού του υγρού και από την απόθεση πολύ μικρών ποσοτήτων λεπτοδιαιρούμενων (λεπτόκοκκων) υλικών όπως σταγονίδια νερού, σωματίδια (φλοιού) σιδήρου και ιζήματα. Η πιθανότητα ενός σπινθήρα είναι μεγαλύτερη με την παρουσία ενός δημιουργού σπινθήρων (σχήματα Δ.1 και Δ.2). Διυλισμένα προϊόντα πετρελαίου τα οποία τείνουν να διατηρούν τα στατικά φορτία μεγαλώνουν τον κίνδυνο στατικής εναύσεως εκτός και εάν υπάρχει ο κατάλληλος χειρισμός. Εάν ο χώρος ατμών μιας δεξαμενής αποθήκευσης είναι πιθανό να περιέχει εύφλεκτα μείγματα όπως: 1. Προϊόντα ενδιαμέσου πίεσης ατμών 2. Προϊόντα χαμηλής τάσης ατμών αναμεμειγμένα με μικρές ποσότητες υγρών υψηλής τάσης ατμών 280

281 3. Προϊόντα χαμηλής πίεσης ατμών τα οποία περιέχουν διαλυμένο υδρογόνο ή ελαφρούς υδρογονάνθρακες από τις διαδικασίες παραγωγής ή τις φορτώσεις. Τότε θα πρέπει να λαμβάνονται μέτρα προστασίας όπως: Β.3.1 Αποφυγή δημιουργίας ηλεκτροστατικών φορτίων: [9], [11] Β Γέμισμα - Άδειασμα - ταχύτητες: [9], [11] a. Πρέπει να αποφεύγεται κατά το γέμισμα πιτσίλισμα της δεξαμενής και ο ψεκασμός προς τα πάνω. Η έξοδος του σωλήνα γεμίσματος θα πρέπει να εκρέει πλησίον του πυθμένα της δεξαμενής με ελάχιστη ανάδευση του νερού και του ιζήματος στον πυθμένα της δεξαμενής. b. Περιορισμός της ταχύτητας φόρτωσης και εκφόρτωσης του υγρού στο 1 m/s έως ότου ο σωλήνας πληρώσεως είναι βυθισμένος είτε κατά δύο διαμέτρους του σωλήνα είτε κατά 61 cm οποιοδήποτε από τα δύο είναι μικρότερο [9] (ή μέχρις ότου η στάθμη ξεπεράσει τουλάχιστον κατά μια διάμετρο το στόμιο εισόδου [11]). Στην περίπτωση δεξαμενής πλωτής οροφής (εσωτερική ή ανοικτή) διατήρηση της ταχύτητος του 1 m/s έως ότου η πλωτή οροφή επιπλεύσει. Τα στατικά φορτία που συσσωρεύονται στον σωλήνα πριν τη δεξαμενή μπορούν να μεταφερθούν με το προϊόν στη δεξαμενή. Οι περιορισμοί στον ρυθμό ροής ισχύουν σε όλα τα τμήματα από 0 έως 30 secs (ελάχιστο) αντίθετα προς το ρεύμα του ανοίγματος για γέμισμα της δεξαμενής, καθώς και για τα τμήματα των σωλήνων επί της δεξαμενής. Αυτή η ελεγχόμενη ταχύτητα δεν μπορεί να ικανοποιηθεί τοποθετώντας ένα «ταφ» στην εκροή για μείωση των τελικών ρυθμών εκροής. Κατά την διάρκεια των αρχικών σταδίων γεμίσματος της δεξαμενής υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα για το ρεύμα εισόδου να δημιουργήσει ανάδευση ή στροβιλισμό και επομένως υπάρχει ανάγκη περιορισμού της ταχύτητας εισόδου. Παρ όλα αυτά ο ρυθμός ροής του προϊόντος θα πρέπει να διατηρείται πλησίον του 1 m/s κατά την διάρκεια αυτής της περιόδου, καθ όσον χαμηλότερες ταχύτητες μπορεί να έχουν σαν αποτέλεσμα χαμηλά σημεία των σωλήνων να βρεθούν χωρίς νερό. Διαδοχικά επαναγεμίσματα όταν η ταχύτητα αυξηθεί θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την τάση φόρτισης του προϊόντος c. Αποφυγή άντλησης ή διακίνησης υδρογονανθράκων με διασκορπισμένο νερό ή στερεά. d. Συστήνεται ο περιορισμός της μέγιστης ταχύτητας ροής, μετά το αρχικό στάδιο, στα 7 m/s έως 10 m/s [9]. (Στην Ελληνική νομοθεσία ΦΕΚ 846/Β/ το όριο αυτό της κανονικής φόρτωσης καθορίζεται στα 10 m/s και είναι υποχρεωτικό [11]). e. Β Μείξη - ανάδευση: [9], [11] i. Πρέπει να αποφεύγεται η άντληση μειγμάτων νερούυδρογονανθράκων καθώς και η είσοδος αέρα, αζώτου κ.λπ. στη δεξαμενή. Ιδιαίτερα η πρακτική καθαρισμού των γραμμών πληρώσεως με φύσημα αέρα θα έπρεπε να απαγορεύεται όταν το 281

282 ii. iii. υλικό είναι ένα εύφλεκτο υγρό ή ένα εύφλεκτο υγρό θερμαινόμενο έως εντός 15 F έως 20 F (8.5 C έως 11 C) του σημείου ανάφλεξής του. Πρέπει να αποφεύγεται ανάδευση με αέρα, ατμό, αέριο, ακροφύσια εκτόξευσης ή μηχανικούς αναδευτήρες υψηλής ταχύτητος διότι μπορεί να μετακινήσουν νερό και αποθέσεις και να δημιουργήσουν στατικό ηλεκτρισμό. Επιτρέπεται η ανακυκλοφορία με τους περιορισμούς ταχύτητας προηγούμενης παραγράφου. Όμως όπου είναι δυνατόν πρέπει να προτιμάται η απευθείας ανάμειξη γραμμής. Οι συμβατικοί αναδευτήρες με πτερωτές χαμηλής ταχύτητας χρησιμοποιούνται για πολλά χρόνια χωρίς ένδειξη προβλημάτων από δημιουργία στατικού ηλεκτρισμού. Εξ άλλου στις δεξαμενές πλωτής οροφής, που αποκλείουν τον χώρο ατμών, είναι επιθυμητή η ανάμειξη διότι εξαλείφονται οι συνθήκες χώρου ευφλέκτων ατμών που διαφορετικά θα υπήρχαν. f. Αποφυγή χρήσης ελεύθερης ροής ατμού για αδρανοποίηση ενός δυναμικά ευφλέκτων ατμών χώρου καθώς ο υγρός ατμός έχει περιγραφεί σαν φοβερός διαχωριστής ηλεκτροστατικών φορτίων. Το διοξείδιο του άνθρακα έχει τις ίδιες ιδιότητες όταν μορφώνεται «χιόνι» στο στόμιο Β.3.2 Αποφυγή συγκέντρωσης ηλεκτροστατικών φορτίων: [9], [11] g. Χρήση ικανοποιητικού χρόνου αποφόρτισης στις καταθλίψεις των αντλιών και φίλτρων (π.χ. μεταξύ οποιουδήποτε μικροπορώδους ή φίλτρου διαχωρισμού και της δεξαμενής πρέπει να υπάρχει τέτοια απόσταση, ώστε το προϊόν να παραμένει μέσα στη γραμμή τουλάχιστον για 30 secs) h. Γείωση αγωγίμων υγρών κατά τη φόρτωση μονωμένων δεξαμενών i. Χρήση ισοδυναμικών συνδέσεων και γείωσης για παρεμπόδιση ανάπτυξης διαφορών δυναμικού μεταξύ αγωγίμων μερών (π.χ. κατά τις λειτουργίες ροής, έκχυσης, άτμισης και εκτόξευσης) j. Β Ισοδυναμική διασύνδεση - γείωση: [9], [11] i. Η ηλεκτρική συνέχεια και η γείωση είναι πάντοτε απαραίτητες κατά τη διακίνηση πετρελαιοειδών και κατά την αλλαγή φορτίου ii. Όλα τα αγώγιμα αντικείμενα μέσα στη δεξαμενή θα πρέπει να βρίσκονται σε ηλεκτρική συνέχεια με αυτή iii. Μεταλλικά ή αγώγιμα αντικείμενα, όπως μετρητικές ταινίες, δειγματοληπτικά δοχεία ή θερμόμετρα δεν πρέπει να εισάγονται μέσα στη δεξαμενή κατά το γέμισμά της ούτε και για 30 λεπτά μετά από αυτό. Πέρα από το χρόνο αυτό αναμονής τα παραπάνω αντικείμενα μπορούν να εισαχθούν με την προϋπόθεση ότι είναι γειωμένα. Επιπλέον δεν επιτρέπεται η παραμονή ατόμων στην οροφή της δεξαμενής κατά το γέμισμά της. iv. Επειδή οι λειτουργίες δειγματοληψίας και μετρήσεων (συμπεριλαμβανομένων και μετρήσεων θερμοκρασίας) μπορούν να αποτελέσουν προαγωγούς σπινθήρων εντός της δεξαμενής αυξάνοντας την πιθανότητα ηλεκτροστατικής εκφόρτισης συνιστάται η χρήση ενός αγώγιμου μετρητικού σωλήνα για όλες τις 282

283 χειροκίνητες δειγματοληψίες και μετρήσεις. Για να υπάρξει σωστό αποτέλεσμα πρέπει ο σωλήνας να είναι συνδεδεμένος στην οροφή και στον πυθμένα της δεξαμενής έτσι ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη μεγάλων διαφορών δυναμικού στην επιφάνεια του υγρού εντός του σωλήνα. Με την ύπαρξη του γειωμένου σωλήνα δεν απαιτείται η καθυστέρηση των 30 λεπτών για δειγματοληψία ή μετρήσεις [9]. v. Οι συσκευές δειγματοληψίας και μετρήσεων είναι: a. Αγώγιμες οπότε τα σχοινιά, σύρματα, κ.λπ. που κατεβάζουν τις συσκευές αυτές πρέπει να είναι και αυτά αγώγιμα και μαζί με τις συσκευές καθ εαυτές πρέπει να είναι ισοδυναμικά συνδεδεμένα με τη δεξαμενή b. Μη αγώγιμες οπότε παρ όλο που ο χρόνος αναμονής δεν είναι απαραίτητος συνιστάται να τηρείται. Επίσης εάν τα σχοινιά είναι από φυσικές ίνες πρέπει να διατηρούνται σε επαφή με τη δεξαμενή διότι σε περίπτωση που δεν είναι καθαρά καθίστανται αγώγιμα Αυτόματες συσκευές δειγματοληψίας και μετρήσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια στις δεξαμενές. Εν τούτοις επιπλέουσες διατάξεις θα πρέπει να διασυνδέονται ισοδυναμικά με το κέλυφος της δεξαμενής με χρήση αγώγιμης ταινίας ή σύρματος οδηγού. k. Πρόσθεση SDA (προσθέτων) σε καύσιμα χαμηλής αγωγιμότητας, εμποδίζοντας τη συσσώρευση φορτίου σε γειωμένο εξοπλισμό. Β.3.3 Για αποφυγή εκφόρτισης σπινθήρα εναύσεως: [9], [11] l. Αφαίρεση ή ισοδυναμική σύνδεση προαγωγών σπινθήρων εντός των δεξαμενών ή δοχείων m. Ελεύθερα επιπλέουσες συσκευές μπορεί να ενεργούν σαν προαγωγοί σπινθήρων και πρέπει να αποφεύγονται. n. Χρήση ικανοποιητικού χρόνου αναμονής πριν τις μετρήσεις ή τη δειγματοληψία o. Οι δεξαμενές δεν πρέπει να περιλαμβάνουν μεταλλικές προεξοχές κάτω από την οροφή τους. p. Έλεγχος για μη γειωμένα ελεύθερα ή επιπλέοντα αντικείμενα εντός της δεξαμενής και αφαίρεση αυτών. (π.χ. επιπλέοντα όργανα μέτρησης και δοχεία δειγματοληψίας). Β Αποφυγή εύφλεκτης ατμόσφαιρας: [9], [11] q. Αντικατάσταση αέρα με άζωτο ή άλλο αδρανές αέριο με τρόπο που να μην παράγει στατικό φορτίο Β Αδρανοποίηση: [9], [11] r. Αφορά την αφαίρεση ατμών καυσίμου από κλειστό χώρο και την αντικατάστασή του με αέρα ή αδρανές αέριο. Οι κίνδυνοι από ηλεκτροστατικά φορτία εξαρτώνται από το μέσο αδρανοποίησης. 283

284 i. Καθαρισμός ή επικάλυψη με ατμό ή παρόμοιες λειτουργίες πρέπει να αποφεύγονται όταν η δεξαμενή ή το δοχείο περιέχουν επικίνδυνη ατμόσφαιρα ή μπορεί να δημιουργηθεί επικίνδυνη ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας καθ όσον ο ατμός μπορεί να δημιουργήσει φορτίο πριν ολοκληρωθεί η αδρανοποίηση. Επί πλέον η συμπύκνωση του ατμού θα προκαλέσει είσοδο αέρα με πιθανότητα δημιουργίας εκρηκτικού μείγματος σε μη σφραγισμένο δοχείο. Σε μη αγώγιμο δοχείο ή δοχείο με μη αγώγιμη επικάλυψη το φορτισμένο συμπύκνωμα ατμού μπορεί να συσσωρευτεί και υπό ορισμένες προϋποθέσεις μπορεί να δημιουργήσει ένα «αγώγιμο» αντικείμενο εντός του δοχείου. ΟΙ εγχυτήρες ατμού που χρησιμοποιούνται για αδρανοποίηση μπορούν να δημιουργήσουν στατικά φορτία στο στόμιο, σε μονωμένα αντικείμενα που πέφτει ο ατμός και σε διαμόρφωση φορτισμένης ομίχλης. Εάν χρησιμοποιείται ατμός για αδρανοποίηση δεξαμενής ή άλλου εξοπλισμού όλα τα αγώγιμα μέρη συμπεριλαμβανομένων και των σωλήνων εξόδου (ή στομίου) του ατμού πρέπει να συνδέονται ισοδυναμικά στη δεξαμενή. ii. Οι ίδιες προφυλάξεις πρέπει να ακολουθούνται για χρήση CO 2 (π.χ. πυροσβεστήρων CO 2 ) όπως για χρήση εκτόξευσης ατμού, διότι έχουν παρατηρηθεί εκρήξεις από άδειασμα πυροσβεστήρων CO 2 σε δεξαμενές που περιείχαν εύφλεκτο μείγμα ατών - αέρα iii. Άλλα μέσα αδρανοποίησης όπως καθαρός αέρας και άζωτο τυπικά δεν προκαλούν κίνδυνο από στατική εκκένωση. s. Πλήρωση χώρου ατμών (vapor space) με υπέρ - πλούσιο μείγμα ατμών t. Αποφυγή φόρτωσης προϊόντων χαμηλής τάσης ατμών σε υψηλές θερμοκρασίες u. Αποφυγή φόρτωσης προϊόντων υψηλής τάσης ατμών σε χαμηλές θερμοκρασίες v. Αποφυγή αλλαγής φορτίου w. Λειτουργία σωλήνων και δοχείων πλήρη υγρών (χωρίς χώρους ατμών) x. Λειτουργία τουλάχιστον 11 C (20 F) χαμηλότερα από το σημείο ανάφλεξης (flash point). Β.3.4 Καθαρισμός: [9], [11] y. Νερό και ατμός δημιουργούν κινδύνους από ηλεκτροστατικό φορτίο σύμφωνα με όσα αναφέραμε. Περισσότερες πληροφορίες στο OCIMF (International Safety Guide for Oil Tankers and Terminals). Περιστασιακά εύφλεκτοι διαλύτες, όπως ντήζελ, χρησιμοποιούνται για καθαρισμό δεξαμενών οπότε όμως πρέπει να λαμβάνεται ιδιαίτερη προσοχή λόγω της ευφλέκτου ατμοσφαίρας που δημιουργείται από τη διαδικασία καθαρισμού. Όταν η δεξαμενή ή το δοχείο δεν είναι ελεύθερη αερίων όταν χρησιμοποιείται σαν μέσο καθαρισμού διαλυτικό τότε πρέπει να λαμβάνονται οι ακόλουθες προφυλάξεις: i. Χρήση μόνο αγωγίμου διαλυτικού (μεγαλυτέρου από 50 ps/m). Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διαλυτικό υψηλής αγωγιμότητος, χρησιμοποιώντας πρόσθετα για αύξηση της αγωγιμότητας ή χρησιμοποιώντας λάσπη από τη δεξαμενή για 284

285 «βρώμισμα» ( dirty-up ) του διαλυτικού. Η αγωγιμότητα πιθανόν να απαιτείται να ελέγχεται περιοδικά κατά τη διαδικασία πλυσίματος ii. Χρήση υλικών υψηλού σημείου εναύσεως (flash point 15 F έως 20 F (8.5 C έως 11 C) μεγαλύτερο από τη θερμοκρασία λειτουργίας κατά τη διάρκεια του καθαρισμού). Το σημείο εναύσεως θα πρέπει να επιβεβαιώνεται καθημερινά. iii. Το σύστημα εφαρμογής θα πρέπει να είναι αγώγιμο και ισοδυναμικά διασυνδεδεμένο στη δεξαμενή. Έλεγχοι αγωγιμότητος όλου του διασυνδεδεμένου εξοπλισμού πρέπει να γίνονται καθημερινά πριν την χρήση. iv. Χρήση ακροφυσίου και συστήματος εκροής που δεν δημιουργεί λεπτή ομίχλη ή αεριοποίηση. Δεν χρησιμοποιούμε μη γειωμένα αντικείμενα εντός της δεξαμενής κατά την διάρκεια του καθαρισμού. v. Έλεγχος της ευφλεξιμότητας του χώρου ατμών. Εάν ο χώρος ατμών στη δεξαμενή είναι στο ή πάνω από το κατώτερο όριο αναφλεξιμότητας λόγω προηγούμενα αποθηκευμένου προϊόντος και η δεξαμενή πρόκειται να γεμίσει με υγρό στατικό συσσωρευτή χαμηλής τάσης ατμών θα πρέπει να ακολουθούνται οι προφυλάξεις (τα μέτρα) που αναφέρθησαν ανωτέρω. Μια εναλλακτική λύση είναι ο καθαρισμός με αέρα ή ο εξαερισμός της δεξαμενής σε μία ασφαλή συγκέντρωση ατμών πριν τη φόρτωση. Β.3.5 Δεξαμενές πλωτής οροφής [9] Οι δεξαμενές πλωτής οροφής όταν η οροφή επιπλέει (ευρίσκεται σε επαφή με το προϊόν) θεωρείται αυτοπροστατευόμενη από συγκέντρωση στατικού εξοπλισμού και τα μέτρα προστασίας που περιεγράφησαν ανωτέρω δεν είναι απαραίτητα (με εξαίρεση το e-i), λόγω της γείωσης της επιφανείας του υγρού μέσω της πλωτής οροφής και της απουσίας σημαντικού χώρου ατμών (vapor space) με την προϋπόθεση είναι ο πλωτή οροφή είναι ισοδυναμικά διασυνδεδεμένη με το κέλυφος. (Δυστυχώς, όπως είδαμε στο κεφάλαιο Α η πλωτή οροφή της δεξαμενής, όπως και των υπολοίπων δεξαμενών, ουσιαστικά δεν είναι ισοδυναμικά διασυνδεδεμένη με το κέλυφος. Οπότε πρέπει να λαμβάνονται τα προτεινόμενα μέτρα ασφαλείας). Εάν η οροφή επικάθεται τότε μπορεί να συμβεί συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού και τα μέτρα ισχύουν. Β Ανοικτές δεξαμενές πλωτής οροφής [9], [11] Στις ανοικτές δεξαμενές πλωτής οροφής απαιτείται ισοδυναμική διασύνδεση με ελάσματα μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους. Τα ελάσματα τοποθετούνται πρωτίστως για κάλυψη των απαιτήσεων αντικεραυνικής προστασίας, προσφέρουν όμως και την προστασία από στατικό ηλεκτρισμό. Σημείωση: Τα ελάσματα πιστεύεται ότι μειώνουν την πιθανότητα κινδύνου από δευτερεύοντα επαγόμενα κεραυνικά ρεύματα αλλά είναι απίθανο να προσφέρουν προστασία από φωτιές φραγών που προκαλούνται από άμεσα κεραυνικά πλήγματα [9]. Όπως δε είδαμε προηγουμένως δεν προσφέρουν προστασία ούτε για στατικό ηλεκτρισμό εκτός και εφαρμοσθεί μια πληθώρα 285

286 μέτρων που είναι δύσκολο να εφαρμοσθούν και να ελέγχεται κάθε φορά η εφαρμογή τους. Συνιστάται χωρίς να είναι υποχρεωτικό η τοποθέτηση και πρόσθετης προστασίας απαγωγής στατικού ηλεκτρισμού με σύνδεση της πλωτής οροφής εσωτερικά με τον πυθμένα μέσω κατάλληλου χάλκινου αγωγού. Επιπλέον: Οι οροφές των δεξαμενών πλωτής οροφής πρέπει να επιθεωρούνται τακτικά για να εξακριβώνεται εάν επιπλέουν ελεύθερα και δεν σκαλώνουν. Αυτό είναι ιδιαίτερα απαραίτητο σε περιόδους βροχής ή σε παγετούς. Όταν χρειάζεται, πρέπει να αποστραγγίζεται το νερό από την επιφάνεια των πλωτών οροφών. Οι βάνες για την αποστράγγιση των οροφών πρέπει να κλείνονται, όταν η εργασία τερματισθεί για να αποφευχθεί η διαφυγή προϊόντος σε περίπτωση βλάβης της εσωτερικής σωλήνωσης αποστράγγισης. Υπάρχουν υποστηρίγματα που στηρίζουν την πλωτή οροφή όταν η δεξαμενή έχει εκκενωθεί με σκοπό τον καθαρισμό τη συντήρηση ή την επισκευή. Κατά τη διάρκεια εργασιών συντήρησης και για διευκόλυνση του προσωπικού αυτά τα υποστηρίγματα στερεώνονται έτσι ώστε η οροφή να ευρίσκεται στο υψηλότερο σημείο. Στο τέλος των εργασιών συντήρησης τα υποστηρίγματα στερεώνονται έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η πλεύση της οροφής της δεξαμενής και σε χαμηλές στάθμες. Η οροφή φέρει εξαεριστικά που επιτρέπουν τη διαφυγή των αερίων και του αέρα, όταν η δεξαμενή είναι κενή ή όταν μία σχεδόν κενή δεξαμενή πρόκειται να πληρωθεί. Τα εξαεριστικά πρέπει να φέρουν φλογοπαγίδες. Σε καθημερινή εργασία πρέπει να αποφεύγεται το χαμήλωμα της οροφής πάνω στα υποστηρίγματά της (ελάχιστο περίπου 2 m, αλλού αναφέρεται ελάχιστο ύψος 1,8 m. Στην 7-ΤΚ-102 είναι 1,956 m). Σε αντίθετη περίπτωση υπάρχει ενδεχόμενο εισόδου αέρος στο διάκενο μεταξύ στάθμης και οροφής και δημιουργία εκρηκτικού μείγματος. Αλλά εάν αυτό είναι αναπόφευκτο (μόνο κατά την αρχική πλήρωση ή εκκένωση της δεξαμενής) η ταχύτητα πλήρωσης πρέπει να μειωθεί μέχρι η οροφή να επαναπλεύσει. Η οροφή μιας δεξαμενής πλωτής οροφής δεν πρέπει να φθάνει σε ύψος τέτοιο που κάποιο τμήμα της να είναι υπεράνω της κορυφής του περιβλήματος της δεξαμενής. Η τοποθέτηση αλεξικεραύνου αυστηρά απαγορεύεται [11] Β.3.6 Δεξαμενές κωνικής οροφής [9], [11] Δεν είναι στο αντικείμενο της μελέτης μας αλλά αναφέρουμε επιγραμματικά ορισμένα σημαντικά σημεία: 286

287 Σε δεξαμενές κωνικής οροφής όταν ο ελεύθερος χώρος είναι εμπλουτισμένος με αδρανές αέριο δεν είναι απαραίτητη η λήψη των παραπάνω προαναφερθέντων μέτρων. Απαιτείται κατάλληλη γείωση κελύφους με το κεντρικό σύστημα γείωσης των εγκαταστάσεων. Απαγορεύεται η τοποθέτηση αλεξικεραύνου [11] Η οροφή των ηλεκτροσυγκολλείται ελαφρά επί του κελύφους. Η διάταξη αυτή αποτελεί την ασφάλεια της δεξαμενής σε ενδεχόμενη έκρηξη, ώστε να μην επέλθει ρήξη του περιφερειακού κελύφους. Β.4 ΓΕΙΩΣΕΙΣ [9] Οι δεξαμενές αποθήκευσης εδραζόμενες επί του εδάφους θεωρούνται αυτογειούμενες για τη διάχυση ηλεκτροστατικών φορτίων ανεξάρτητα από τον τύπο εδράσεως (π.χ. μπετόν, άμμος, άσφαλτος). Για υπερυψωμένες δεξαμενές η αντίσταση γείωσης μπορεί να φθάσει 1 megohm (10 6 ohms), αλλά είναι απίθανο να υπάρξει υπέρβαση αυτής της τιμής. Εντούτοις η δεξαμενή μπορεί ακόμη να θεωρείται κατάλληλα γειωμένη για τη διάχυση ηλεκτροστατικών φορτίων [9]. (Άρτιο σύστημα γείωσης κελύφους [11]). Η πρόσθεση ράβδων γειώσεως και παρομοίων συστημάτων γείωσης δεν θα μειώσουν τον κίνδυνο που σχετίζεται με τις ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις στο υγρό. Εν τούτοις μπορεί να απαιτούνται πρόσθετες γειώσεις για ηλεκτρική ασφάλεια (σύμφωνα με τους σχετικούς κώδικες και πρότυπα όπως π.χ. NFPA 70) ή την αντικεραυνική προστασία (σύμφωνα με τους σχετικούς κώδικες και πρότυπα όπως π.χ. NFPA 780, IEC 62305, κ.λπ.). Σημείωση: Οι απαιτήσεις των γειώσεων για κάλυψη της αντικεραυνικής προστασίας που ανεφέρθησαν στο κεφάλαιο Α της μελέτης υπερκαλύπτουν τις απαιτήσεις των γειώσεων για κάλυψη της ηλεκτροστατικής εκφόρτισης. 287

288 Γ. ΣΥΝΟΨΗ ΜΕΤΡΩΝ ΜΕΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ ΑΠΟ ΚΕΡΑΥΝΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΦΟΡΤΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ 7-ΤΚ-102 Γ.1 ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΤΡΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ 1. Αποξήλωση υπαρχόντων αλεξικεραύνων πλησίον των δεξαμενών 2. Ελάχιστο πάχος ελασμάτων οροφής 4,8 mm (ή 4 mm, επαφίεται στο διυλιστήριο να αποφασίσει πιο πρότυπο θα ακολουθήσει). Θα πρέπει πάντως να ληφθεί υπ όψιν και κάποιο επιπρόσθετο πάχος για διάβρωση (corrosion allowance) για την περίπτωση αμέσου πλήγματος όταν η δεξαμενή επικάθεται και υπάρχει επαρκής χώρος αερίων (σίγουρα θα πρέπει να ισχύει για κάθε περίπτωση για δεξαμενές σταθερής οροφής). 3. Αποκατάσταση ισοδυναμικότητας πλωτής οροφής - κελύφους ώστε να μην δημιουργούνται επικίνδυνοι σπινθήρες με: a. Αποξήλωση ελασμάτων ισοδυναμικής διασύνδεσης πλωτής οροφής - κελύφους και τοποθέτηση τουλάχιστον 0,3 m κάτω από το προϊόν. Τα σημεία επαφής με το κέλυφος πρέπει να παρουσιάζουν την μικρότερη δυνατή αντίσταση (καλή επαφή - όσο το δυνατόν καθαρότερες επιφάνειες επαφής, που λόγω υπολειμμάτων των πετρελαιοειδών δεν μπορεί να είναι, και φυσικά όχι βαφή). Εφόσον δε υπάρχουν ελάσματα που είναι μη εμβαπτιζόμενα εκτός του ότι δεν εξασφαλίζουν την ισοδυναμικότητα πλωτής οροφής με το κέλυφος αποτελούν και πηγή δημιουργίας επικινδύνου σπινθήρα b. Τοποθέτηση παρακαμπτηρίων ευκάμπτων πολύκλωνων αγωγών χαλκού, σύμφωνα με το κεφάλαιο , ως σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης βάσει [15] ή ισοδυνάμων. Οι αγωγοί πρέπει να μην δημιουργούν βρόγχους επί της οροφής και να έχουν την ελάχιστη αντίσταση σε κάθε ύψος της πλωτής οροφής και γι αυτό προτείνονται να είναι εκτυλισσόμενου τύπου με ελατήριο για αυτόματη τύλιξη). Οπότε για διάκενο 36 mm (για ασφάλεια 40 mm) προκύπτουν οι δύο παρακάτω πίνακες Δ.15 (L 20m = 31,7 μh) και Δ.15α (L 20m = 29,2 μh), χρησιμοποιώντας τα στοιχεία της εκτυλισσομένης γείωσης [15] που χρησιμοποιείται και στο παράρτημα Α [10], c = 41,275 mm, b = 2,794 mm, μ 0 = και σχετική διαπερατότητα αέρα οπότε υπολογίζουμε: L 20m = 29,2 μh (αντί L 20m = 31,7 μh [10]). Για τον υπολογισμό της διαφοράς δυναμικού U της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής χρησιμοποιούμε τον τύπο (Α.2) [10] λαμβάνοντας υπ όψιν και την ωμική αντίσταση. Σημείωση: Για οποιοδήποτε άλλο διάκενο μεταξύ μεταλλικών μερών με δυναμικά πλωτής οροφής - κελύφους αυτό πρέπει πρώτα να μετρείται με ακρίβεια και αφού ληφθεί κάποιος βαθμός ασφαλείας να υπολογίζεται ο απαιτούμενος αριθμός των παρακαμπτηρίων αγωγών. Το ίδιο και για οποιουσδήποτε αγωγούς διαφορετικών χαρακτηριστικών (διαστάσεων, R, L, κ.λπ., π.χ. πολύκλωνος χαλκός διατομής 50 mm 2, ελαχίστου διαμέτρου συρματιδίων 1,7 mm, (χαμηλής αντίστασης μέγιστη 0,03 Ω [7]), κ.λπ.). 288

289 ΠΙΝΑΚΑΣ Δ.15. Διαφορά δυναμικού U μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους της δεξαμενής για n = 1 ~ 26 αγωγούς και L = 31,7 μh για διάκενο 36 mm l [m] (1) (2) R [Ω] U R [kv] U = U R +Ldi(t)/dt [kv] U/n [kv] , , , , , , Αριθμός Αγωγών 'n 102 ' (3) ΠΙΝΑΚΑΣ Δ.15α. Διαφορά δυναμικού U μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους της δεξαμενής για n = 1 ~ 25 αγωγούς και L = 29,2 μh για διάκενο 36 mm l [m] (1) (2) R [Ω] U R [kv] U = U R +Ldi(t)/dt [kv] U/n [kv] , , , , , , Αριθμός Αγωγών 'n 102 ' (3) Δεδομένα: Για την 7-ΤΚ-102 λαμβάνοντας υπ όψιν ότι: i. Η διάμετρος αυτής είναι 85,344 m σε σχέση με τα 80 m της δεξαμενής του πειράματος βρίσκουμε τον απαιτούμενο αριθμό αγωγών αυτής ii. Η μέγιστη απόσταση μεταξύ των αγωγών είναι 30 m (API RP 545 [8]). iii. Θεωρούμε για τη μελέτη μας διάκενο για μη δημιουργία επικινδύνων σπινθήρων τα 36 mm iv. Πήραμε για τάση διάσπασης διακένου 36 mm τα 12 kv/cm που είναι η χειρότερη περίπτωση, διάκενο ακίδα - πλάκα v. Αντίσταση αγωγού ανάλογα με τη θέση της δεξαμενής (Σχήμα Α.6 [10]) 289

290 Αποτελέσματα: i. Με κόκκινους χαρακτήρες ο προκύπτων αριθμός των εκτυλισσομένων γειώσεων για τους οποίους δεν εξασφαλίζεται η μη διάσπασης του διακένου των 36 mm σε σχέση με τον συνδυασμό των μηκών της εκτυλισσόμενης γείωσης και της αντίστοιχης αντίστασης αυτής ii. Με μαύρους χαρακτήρες ο προκύπτων αριθμός των εκτυλισσομένων γειώσεων για τους οποίους εξασφαλίζεται η μη διάσπασης του διακένου των 36 mm σε σχέση με τον συνδυασμό των μηκών της iii. εκτυλισσόμενης γείωσης και της αντίστοιχης αντίστασης αυτής Απαιτούμενος αριθμός παρακαμπτηρίων αγωγών. Για R = 0 Ω (αμελώντας την ωμική αντίσταση [10]) ο απαιτούμενος αριθμός είναι: n 102 = max(πd/30;(14 ή 15)) = max(8,94; (14 ή 15)) = 14 (L 20m = 29,2 μh) ή 15 (L 20m = 31,7 μh). R = 0,03 Ω [7], n 102 = 14 ή 15 ως άνω Για μήκος εκτυλισσόμενης γείωσης 20 m (οροφή στο χαμηλότερο σημείο) και με αντίσταση 2,28 Ω, θα έχουμε n 102 = max(πd/30;(25 ή 26)) = max(8,94; (25 ή 26)) = 25 (L 20m = 29,2 μh) ή 26 (L 20m = 31,7 μh) Τελικός προτεινόμενος απαιτούμενος αριθμός n = 25 από τον Πίνακα Δ.15α (26 από πίνακα Δ.15). Σημείωση: Θα πρέπει να αναφέρουμε εδώ ότι ο απαιτούμενος αριθμός των εκτυλισσομένων γειώσεων προκύπτει μεν θεωρητικά, όμως η τάση διάσπασης λαμβάνεται 12 kv/cm που είναι η τάση διάσπασης του δυσμενεστέρου διακένου ακίδας-πλάκας (1~6 cm) είναι επιβεβαιωμένο και πειραματικά. Με την πειραματική επιβεβαίωση και εφ όσον θα εφαρμόζονται διαδικασίες που θα επιβεβαιώνουν την αξιοπιστία των συνδέσεων καθώς και διαδικασίες επιθεωρήσεων και συντηρήσεων οι αγωγοί αυτοί θα καλύψουν την ζητούμενη ισοδυναμικότητα σαν εναλλακτικό μέσο που με τις παραπάνω προϋποθέσεις αποδέχεται και το IEC [6] χωρίς τις απαιτήσεις των 3a, 4 και 5. Τονίζουμε εδώ ξανά το σημαντικό θέμα του διακένου που επιλέγουμε να προστατεύσουμε. 4. Μόνωση κάθε σημείου σωλήνων οδηγών και σωλήνων μετρήσεων σύμφωνα με το κεφάλαιο Μόνωση όλων των αγωγίμων στοιχείων του διακένου μεταξύ πλωτής οροφής και κελύφους σύμφωνα με το κεφάλαιο Επιθεωρήσεις - συντηρήσεις σύμφωνα με τους κανονισμούς - κεφάλαιο Α και θεωρώντας για τη δεξαμενή επίπεδο αντικεραυνικής προστασίας LPL Ι ως κάτωθι: a. Οπτική επιθεώρηση: Κάθε ένα (1) έτος b. Πλήρης επιθεώρηση: κάθε δύο (2) έτη c. Κρίσιμα συστήματα: Κάθε ένα (1) έτος d. Διαδικασίες επιθεωρήσεων και μετρήσεων σύμφωνα με IEC παράρτημα F.7 [6] 7. Χρήση εξοπλισμού σύμφωνα με την διαβάθμιση του χώρου (ΕΝ ή CENELEC) 8. Χρήση καλωδίων ισχύος και ελέγχου με κατάλληλη μεταλλική θωράκιση ή εντός μεταλλικών σωλήνων (conduit) 290

291 9. Γείωση της θωράκισης ή των μεταλλικών σωλήνων στην είσοδο ή στο πλησιέστερο αυτής σημείο 10. Ελαχιστοποίηση του μήκους των καλωδίων στο ελάχιστο δυνατό 11. Γείωση Δεξαμενής [7]. Μια μεταλλική δεξαμενή θεωρείται ότι είναι γειωμένη με μία από τις παρακάτω μεθόδους: a. Σύνδεση της δεξαμενής χωρίς μονωτικές φλάντζες σε ένα γειωμένο σύστημα μεταλλικών αγωγών (Ισχύει στη δεξαμενή που εξετάζουμε) b. Μια κατακόρυφη κυλινδρική δεξαμενή που θα είναι σε επαφή με τη γη ή με τσιμέντο και η διάμετρός της θα είναι τουλάχιστον 6 m, ή θα είναι σε επαφή με ασφαλτώδες υπόστρωμα και η διάμετρός της θα είναι τουλάχιστον 15 m (Ισχύει στη δεξαμενή που εξετάζουμε, διάμετρος μεγαλύτερη των 85 m) c. Η δεξαμενή θα είναι διασυνδεδεμένη στο έδαφος δια μέσου τουλάχιστον δύο ακροδεκτών σε ηλεκτρόδια γείωσης, σύμφωνα με το κεφάλαιο 5.5.3, με μέγιστα διαστήματα κατά μήκος της περιμέτρου της δεξαμενής με μέγιστη απόσταση μεταξύ τους τα 30 m. (Στη δεξαμενή που εξετάζουμε υπάρχουν τέσσερις ακροδέκτες που καθένας συνδέεται σε περιμετρική γείωση με λάμα γειώσεως και στα σημεία σύνδεσης υπάρχουν πάσσαλοι απλοί ή τρίγωνα γείωσης ανάλογα με το έδαφος ώστε η τελική τιμή της αντίστασης γείωσης να είναι χαμηλή. Το σύστημα αυτό δεν είναι αρκετό σαν αυτόνομο σύστημα γείωσης της δεξαμενής, λόγω απόστασης μεταξύ ακροδεκτών περίπου 67 m > 30 m, αλλά δρα ενισχυτικά. Για πλήρη κάλυψη θα έπρεπε να υπάρχουν εννέα ακροδέκτες με αντίστοιχα ηλεκτρόδια). 12. Απαγόρευση ανόδου προσωπικού στη δεξαμενή σε ημέρες καταιγίδας 13. Εφαρμογή των διαδικασιών και των μέτρων προστασίας για προστασία από στατικό ηλεκτρισμό (Κεφάλαιο Β) για: a. Αποφυγή δημιουργίας ηλεκτροστατικού φορτίου b. Αποφυγή συσσώρευσης ηλεκτροστατικού φορτίου c. Διάχυση παραμένοντος ηλεκτροστατικού φορτίου d. Αποφυγή δημιουργίας προαγωγών σπινθήρων (Spark Promoters) e. Αποφυγή δημιουργίας χώρου αερίων f. Αποφυγή δημιουργίας σπινθήρα εναύσεως Παρατήρηση: Εάν το παράρτημα Β γίνει πρότυπο, όπως ισχυρίζεται η ομάδα εργασίας για βελτίωση του API RP 545/2009, για κάλυψη της ισοδυναμικότητας δεν θα απατούνται τα 3a, 4 και 5 ανωτέρω, αλλά θα είναι αρκετό το 3b δηλαδή τα ελάσματα θα μπορούν να αποξηλωθούν χωρίς επανατοποθέτηση, μονώσεις δεν θα απαιτούνται και επομένως το μόνο μέτρο θα είναι η τοποθέτηση του καταλλήλου αριθμού παρακαμπτηρίων αγωγών. Και επομένως κατά τη γνώμη μας, εάν υπάρχει νομική κάλυψη λόγω κατασκευής της δεξαμενής με προηγούμενους κανονισμούς, λόγω μεγάλου κόστους και μεγάλων τεχνικών δυσκολιών το διυλιστήριο πρέπει να προχωρήσει στην τοποθέτηση των παρακαμπτηρίων αγωγών αφήνοντας τα υπόλοιπα για αργότερα. Για να γίνουν εξ άλλου τα υπόλοιπα αυτά απαιτείται γενική συντήρηση της δεξαμενής, και μέχρι τότε είναι πολύ πιθανόν να μην περιλαμβάνονται στις απαιτήσεις των προτύπων. 291

292 Γ.2 ΚΑΤΑΣΤΑΛΤΙΚΑ ΜΕΤΡΑ Για μείωση του κινδύνου τόσο από κεραυνικά πλήγματα άμεσα ή έμμεσα ή από δευτερογενή αποτελέσματα αυτών όσο και από ηλεκτροστατικά φορτία, καθ όσον τα προληπτικά μέτρα προστασίας δεν μπορούν να εξασφαλίσουν εκατό τοις εκατό την μη εκδήλωση επικινδύνων συμβάντων, απαιτούνται και κατασταλτικά μέτρα όπως: Σύστημα κατάσβεσης με αφρό (στις δεξαμενές πλωτής οροφής υπάρχουν επί της οροφής ανακατανεμημένες αφρογεννήτριες) Σύστημα ψύξης (στις δεξαμενές πλωτής οροφής υπάρχουν περιφερειακοί δακτύλιοι ψύξης σε διάφορα ύψη) Σύστημα αναγγελίας φωτιάς (υπάρχει στο διυλιστήριο) Άγημα εικοσιτετραώρου ετοιμότητας με δυνατότητα άμεσης επέμβασης κατάλληλα εκπαιδευμένο (υπάρχει στο διυλιστήριο) Αφροποιητικά οχήματα (υπάρχουν στο διυλιστήριο) 292

293 Δ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α [10] Έρευνα στους σπινθήρες εκφόρτισης από κεραυνούς και στα μέτρα προστασίας μεγάλων δεξαμενών πλωτής οροφής I. Εισαγωγή Σύμφωνα με μία μελέτη που έγινε στη Σουηδία, από το 1951 έως το 2003, εκδηλώθηκαν παγκοσμίως σε δεξαμενές πετρελαίου 15 έως 20 φωτιές, 31% εκ των οποίων οφείλονταν σε κεραυνούς. Το 2006 στην Κίνα συνέβησαν 6 διαδοχικές φωτιές σε μεγάλες δεξαμενές πλωτής οροφής. Έγινε έρευνα και η ανάλυση έδειξε ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά στα ανωτέρω 6 ατυχήματα: Η διάμετρος των οροφών των δεξαμενών ήταν από 80 m έως 100 m (όπως η δεξαμενή που εξετάζουμε). Όλες οι φωτιές εκδηλώθηκαν στο δακτύλιο φραγής Οι δεξαμενές είχαν πρωτοταγείς και δευτεροταγείς φραγές (όπως η δεξαμενή που εξετάζουμε). Η πρωτοταγής φραγή ήταν μηχανική φραγή και τα ελάσματα μεταγωγής (shunts) ήταν τοποθετημένα στην δευτεροταγή φραγή Το μείγμα πετρελαίου και αερίων μεταξύ της πρωτοταγούς και δευτεροταγούς φραγής είναι ικανό να φθάσει σε εκρηκτικά όρια. II. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Επειδή η πλωτή οροφή είναι πολύ μεγάλη (σε μέγεθος κλίμακος) και απ ευθείας εκτεθειμένη στην ατμόσφαιρα, ο κίνδυνος του απ ευθείας κεραυνικού πλήγματος φανερά αυξάνει. Η πλωτή οροφή μπορεί να επάγει στατικά φορτία κάτω από ένα σύννεφο καταιγίδας (επίσης στατικά φορτία συγκεντρώνονται σε διάφορες φάσεις λειτουργίας της δεξαμενής). Εάν υπάρχει ένα διάκενο μεταξύ της φραγής και του περιβλήματος της δεξαμενής και τα στατικά φορτία δεν μπορούν να εκφορτισθούν γρήγορα κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος, τότε μπορεί να εκδηλωθεί φωτιά στη δεξαμενή. Τα ελάσματα μεταγωγής στατικού ηλεκτρισμού (shunts) και το περίβλημα της δεξαμενής είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους με εύκαμπτη σύνδεση. Εν τούτοις, για κάποιους λόγους, είναι δύσκολο να επιτευχθεί καλή ηλεκτρική διασύνδεση με το περίβλημα της δεξαμενής, π.χ.: Βαριά συστατικά αργού πετρελαίου, όπως κερί, άσφαλτος, παραφίνη, κ.λπ., τείνουν να δημιουργούν μία επίστρωση στην εσωτερική πλευρά του περιβλήματος της δεξαμενής, η οποία δημιουργεί ένα μονωτικό διάφραγμα. 293

294 Σκουριά από διάβρωση στην εσωτερική πλευρά του περιβλήματος θα δημιουργήσει υψηλή αντίσταση μεταξύ των ελασμάτων μεταγωγής και του περιβλήματος της δεξαμενής. (Εσωτερική βαφή του κελύφους) Ένας δεύτερος λόγος είναι το διάκενο μεγάλων δεξαμενών: Εκ κατασκευής μεγάλες δεξαμενές μπορεί να έχουν τυπικά μία εκκεντρότητα αρκετών εκατοστών. Επίσης η διάσταση του διακένου μεγάλων δεξαμενών αλλάζει με την μετακίνηση της πλωτής οροφής. Επομένως, εάν τα ελάσματα μεταγωγής δεν ευρίσκονται σε τέλεια επαφή με το περίβλημα της δεξαμενής τότε θα συμβεί μια διαπήδηση φορτίου που θα προξενήσει ένα σπινθήρα μεταξύ των ελασμάτων μεταγωγής και του περιβλήματος της δεξαμενής κατά τη διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος και εάν κατά το ίδιο χρονικό διάστημα υπάρχει παρουσία ευφλέκτου μείγματος, μπορεί να συμβεί φωτιά στη δεξαμενή. Η κατασκευή της πρωτοταγούς μηχανικής φραγής είναι παρόμοια με ελάσματα μεταγωγής, τα οποία αποτελούνται κυρίως από μεταλλικά μέρη (στην περίπτωση της 7-ΤΚ-102 όχι διότι οι φραγές είναι από καουτσούκ), αλλά αυτά τα μεταλλικά μέρη δεν μπορούν να εγγυηθούν μια αξιόπιστη ηλεκτρική σύνδεση. Σαν αποτέλεσμα, διάκενα εκφόρτισης σχηματίζονται μεταξύ της θέσης του ενεργού άξονα ή του πέλματος φραγής και του άκρου του περιβλήματος της δεξαμενής. Επί πλέον η στρογγυλότητα του περιβλήματος της δεξαμενής θα επηρεάσει τη λειτουργία της μηχανικής φραγής. Όλοι οι ανωτέρω λόγοι μπορούν να οδηγήσουν στη συγκέντρωση αερίων και πετρελαίου στο διάκενο μεταξύ πρωτεύουσας και δευτερεύουσας φραγής, στο οποίο η συγκέντρωση είναι αρκετά υψηλή για να φτάσει στα εκρηκτικά όρια. Συγκέντρωση αερίων μπορεί να έχουμε και στην 7-ΤΚ-102 με τις υπάρχουσες φραγές. Το διάκενο μεταξύ των τμημάτων του σωλήνα μέτρησης ή των σωλήνων οδηγών και της πλωτής οροφής είναι εύκολο να δημιουργήσει διάκενο εκφόρτισης, και τα συγκεντρωθέντα εκεί αέρια και πετρέλαιο λόγω διαρροών μπορούν να προξενήσουν φωτιά στη δεξαμενή όταν η δεξαμενή δέχεται κεραυνικό πλήγμα. III. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ) ΑΝΑΛΥΣΗ (ΚΑΙ Α. Πειραματική μελέτη Η πειραματική μελέτη έγινε σε μοντέλο δεξαμενής πλωτής οροφής με διαμέτρους περιβλήματος και πλωτής οροφής 2 m και 1,6 m αντίστοιχα, άρα 294

295 με διάκενο 20 cm. Τα ελάσματα μεταγωγής ήταν από ελαστικά ανοξείδωτα τεμάχια διαστάσεων 300 mm 15 mm 1 mm και ήταν συνδεδεμένα περιφερειακά στο περίβλημα της δεξαμενής (Σχήμα Α.1. Μοντέλο της δεξαμενής). Έγινε εξομοίωση πειραματικά στο εργαστήριο του κεραυνικού πλήγματος στα ελάσματα εκφόρτισης. Σχήμα Α.1. Το μοντέλο της δεξαμενής 1. Πείραμα εκφόρτισης σπινθήρων στα ελάσματα μεταγωγής Το πείραμα έδειξε ότι ένα έλασμα το οποίο ερχότανε επαφή με το περίβλημα της δεξαμενής μόνο με τη δική του ελαστικότητα άρχισε να παράγει σπινθήρες όταν το ρεύμα κεραυνού 10/350 μs ή 8/20 μs έφθασε μια τιμή κορυφής περίπου 400 Α. Καθώς το κεραυνικό ρεύμα μεγαλώνει, το επίπεδο του σπινθήρα εκφόρτισης των ελασμάτων μεγαλώνει. Η φωτογραφία του σπινθήρα εκφόρτισης των ελασμάτων δείχνεται στο σχήμα Α

296 Σχήμα Α.2. Φωτογραφία σπινθήρα εκφόρτισης των ελασμάτων μεταγωγής Σύμφωνα με το NFPA 780 (προηγούμενη έκδοση), τα ελάσματα μεταγωγής στις δεξαμενές πλωτής οροφής απαιτείται να τοποθετούνται πάνω από τη φραγή περιμετρικά της δεξαμενής και σε απόσταση 3 m (10 feet) μεταξύ τους (σύμφωνα με το νέο NFPA 780, το νέο API RP 545 η τοποθέτηση πρέπει να γίνεται σε 0,3 m κάτω από το προϊόν) και ο σκοπός τους είναι να δημιουργούν μια αγώγιμη διαδρομή από την πλωτή οροφή στο περίβλημα της δεξαμενής. Εν τούτοις, θεωρητικές και πειραματικές μελέτες έχουν αποδείξει ότι οι σπινθήρες εκφόρτισης σε μεγάλες δεξαμενές πλωτής οροφής είναι αναπόφευκτοι εάν τα ελάσματα είναι τοποθετημένα σε ένα διάστημα 3 m σύμφωνα με το πρότυπο. (Γι αυτό λόγο το IEC δίνει απόσταση 1,5 m). ΠΙΝΑΚΑΣ Α.1. Αρχική τιμή του ρεύματος του σπινθήρα εκφόρτισης μεγάλων δεξαμενών πλωτής οροφής No. Όγκος [ 10 4 m 3 ] Διάμετρος [m] Αριθμός ελασμάτων τοποθετημένων ανά 3/1,5 m Αρχική τιμή του ρεύματος του σπινθήρα εκφόρτισης της δεξαμενής [ka] (63)/125(126) (84)/167(168) 33 7-TK , (90)/178(179) 35, (105)/209(210) 42 Σημείωση1: Οι τιμές σε παρένθεση αφορούν αριθμό ελασμάτων σε απόσταση όχι μικρότερη των 3/1,5 m (στρογγύλευση αριθμού αυτών προς τα πάνω) Σημείωση 2: Αρχική τιμή του ρεύματος του σπινθήρα εκφόρτισης της δεξαμενής δίνεται για αριθμό ελασμάτων τοποθετημένων ανά 3 m 296

297 Σχήμα Α.3. Ρεύμα έναρξης σπινθήρα ως προς την διάμετρο της δεξαμενής 2. Πείραμα διάσπασης διακένου εκφόρτισης ελασμάτων Εάν τα ελάσματα και το περίβλημα της οροφής δεν εφαρμόζουν καλά και δημιουργούν μεγάλα και μικρά διάκενα αέρος, η διαφορά δυναμικού μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής είναι αρκετή για να διασπάσει τα διάκενα και να προκαλέσει σπινθήρες εκφόρτισης όταν η δεξαμενή πλωτής οροφής δέχεται κεραυνικό πλήγμα. Το πείραμα χρησιμοποιεί την επίδραση κυματομορφής 1,2/50 μs στην πλωτή οροφή. Το αποτέλεσμα του πειράματος δείχνει ότι η σχέση μεταξύ του μεγέθους του διακένου και της τάσης διάσπασης εκφόρτισης είναι γραμμική. ΠΙΝΑΚΑΣ Α.2. Πειραματικές τιμές αρχικής τιμής της τάσεως διάσπασης των διακένων εκφόρτισης των δεξαμενών πλωτής οροφής. Το μέγεθος των διακένων [mm] Τάση διάσπασης εκφόρτισης Breakdown discharge voltage [kv] 5,0 12,6 10,0 15,8 15,0 23,2 20,0 26,4 25,0 31,2 30,0 37,9 35,0 42,1 36,0 43,2 40,0 47,1 297

298 Σημείωση: Οι τιμές τάσης διάσπασης εκφόρτισης για διάκενα 35 mm και 40 mm δίνονται με γραμμική παρεμβολή (από την εξίσωση της τάσης γραμμής του παρακάτω διαγράμματος που αποτυπώνει τις δοθείσες τιμές του πίνακα) Σχήμα Α.4 Τάση διάσπασης εκφόρτισης σε σχέση με το διάκενο Τα αποτελέσματα του πειράματος δείχνουν ότι τα ελάσματα είναι μία από τις κύριες πηγές εναύσεως φωτιάς δεξαμενών πλωτής οροφής. Για να εξαλειφθεί αυτή η αιτία σύμφωνα με το Αμερικάνικο πρότυπο API RP 545 (νέα έκδοση - Οκτώβριος 2010), το σημείο επαφής των ελασμάτων στο κέλυφος της δεξαμενής πρέπει να είναι βυθισμένο τουλάχιστον 0,3 m κάτω από την επιφάνεια του υγρού προϊόντος. Σ αυτή την περίπτωση ο έλεγχος και η συντήρηση είναι δύσκολα και δεν μπορεί να υπάρξει εγγύηση για μια καλή διασύνδεση με το κέλυφος της δεξαμενής. Έτσι προτείνεται η αφαίρεση των ελασμάτων μεταγωγής. 3. Πείραμα σύνθετης αντίστασης συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης Μια άλλη μέθοδος εκφόρτισης κεραυνικού ρεύματος είναι δύο στατικά αγώγιμα καλώδια δίπλα στη σκάλα μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής (προτείνονται και από IEC και αυτά υπάρχουν (ή ένα εκ των δύο) στις δεξαμενές του διυλιστηρίου ταυτόχρονα με τα ελάσματα εκφόρτισης). Μετά την απομάκρυνση των ελασμάτων αναπτύσσεται μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής λόγω της υψηλής επαγωγής του καλωδίου καθώς η δεξαμενή δέχεται κεραυνικό πλήγμα. Τοποθετώντας συμμετρικά περισσότερους αγωγούς ισοδυναμικών συνδέσεων μπορεί να αυξηθεί η πορεία εκφόρτισης 298

299 και να μειωθεί η διαφορά δυναμικού μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής. Το σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης είναι μια καλή επιλογή και μπορεί να επιτύχει τη βραχύτερη αγώγιμη σύνδεση μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής. Το σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης δείχνεται στο σχήμα Α.5. Σχήμα Α.5. Εικόνα του συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης Το πείραμα χρησιμοποιεί την επίδραση κυματομορφής 10/350 μs στο σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης Το καλώδιο του συστήματος της εκτυλισσόμενης γείωσης εκτείνεται (ανάλογα με το ύψος της πλωτής οροφής) σε διαφορετικά μήκη. Τα αποτελέσματα του πειράματος δείχνουν ότι υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ της σύνθετης αντίστασης του συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης και εκτυλιχθέντος κάθε φορά μήκους του καλωδίου. Το σύστημα εκτυλισσόμενης γείωσης είναι μια καλή επιλογή και μπορεί να επιτύχει τη βραχύτερη αγώγιμη (συρμάτινη - wire) σύνδεση μεταξύ της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής. Τα δεδομένα του πειράματος δείχνονται στο ακόλουθο στο σχήμα Α

300 Σχήμα Α.6. Δεδομένα πειράματος σύνθετης αντίστασης συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης για κεραυνό 10/350 μs. Β. Υπολογιστική Ανάλυση Η επαγωγή L του συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης υπολογίζεται από τον τύπο (Α.1) της επαγωγής της ορθογωνίου διατομής του αγωγού ( ) Όπου είναι το μήκος του αγωγού, είναι τα μήκη των πλευρών της διατομής του αγωγού,. Όταν ο αγωγός του συστήματος εκτυλισσόμενης γείωσης εκτείνεται σε ένα μήκος 20 m, η επαγωγή υπολογίζεται σε: L 20m = 31,7 μh. {βάσει των χαρακτηριστικών βλέπουμε ότι χρησιμοποιείται καλώδιο εκτυλισσόμενης γείωσης βάσει [15]: c = 41,275 mm, b = 2,794 mm, μ 0 = και σχετική διαπερατότητα αέρα οπότε υπολογίζεται: L 20m = 29,2 μh (αντί L 20m = 31,7 μh)} Η διαφορά δυναμικού U της πλωτής οροφής και του κελύφους της δεξαμενής υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο (Α.2). Όπου: R είναι η αντίσταση του αγωγού, i(t) είναι το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό, di(t)/dt είναι η κλίση (χρονική μεταβολή) του κεραυνικού ρεύματος. Η 300