CAP.20. INSTALAŢII DE PARATRĂSNET .

20.1. PRODUCEREA TRĂSNETULUI .

Descărcarea de trăsnet se formează între norii încărcati cu sarcini electrice şi sol,

sau obiecte de pe sol, fiind caracterizat printr-o lungime mare a intervalului de

descărcare ( km) .

Măsurătorile efectuate asupra repartiţiei sarcinilor electrice în nori au arătat că ,

de regulă, în partea inferioară a norului se acumulează picături de apă încărcate

negativ,iar la partea superioară picături sau cristale de gheaţă încărcate pozitiv,fig.20.1.a

Datorită caracterului turbulent al mişcării maselor de aer , sarcinile electrice se

constituie în acumulări distincte .

Uneori la partea inferioară a norului pot să apară şi acumulări de sarcini pozitive,

care în majoritatea cazurilor joacă rol de iniţiere a descărcării, prin creşterea intensităţii

câmpului electric în vecinătatea acumulărilor negative.

În marea majoritate a cazurilor , descărcările de trăsnet sunt de polaritate negativă

(80-90 ) %. Marimea sarcinii electrice acumulate în nor poate atinge valori de mai multe

zeci de coulombi.În prezenţa acestora , între nor şi sol apare un cîmp electric puternic

434

Fig.20.1.

neuniform,fig. 20.1b, la suprafata solului, intensitatea câmpului putând ajunge la valori

de 15-20kv/m.

Densităţile de sarcini în acumularile menţionate, pot să difere mult de valoarea

medie şi ca urmare în vecinatatea lor apar intensităţi ale câmpului de valori foarte mari

ce determină ionizarea aerului, deci iniţierea unor descărcări.

Prin observaţii directe şi înregistrări foto s-a constatat că străpungerea intervalului

de aer- sol are loc prin dezvoltarea unui leader de la nor către sol (leader descendent),

sau de la structuri legate la pamânt ,de pe sol, către nor (lider ascendent). Pe măsura

propagării descărcării, scăzând distanţa dintre sol şi fruntea leaderului, creşte şi mai mult

intensitatea câmpului electric E = Q/4π r2 E

Acumularea sarcinilor de semn contrar, pe sol, are loc sub fruntea leaderului ,

numai dacă solul are conductibilitate uniform repartizată în zona respectivă. Dacă

liderul se formează deasupra unei zone cu conductibilitate mică, iar în apropiere se

găseşte o zonă ( un punct ) de mare conductibilitate, atunci sarcinile de pe sol se

concentrează în zona de mare conductibilitate, traiectoria liderului curbându-se spre

locul de mare conductibilitate.

În acest mod se explică de ce trăznetul loveşte în văi cu ape şi nu pe crestele din

apropiere.

Când leaderul s-a apropiat foarte mult de sol, începe să se dezvolte descărcarea

principală, pe a cărui canal de mare conductibilitate se scurg la pământ sarcinile electrice

din canalul liderului. În fig 20 .2., se observă modul de evoluţie a descărcării şi variaţia

în timp a valorii curentului de descărcare.

Evoluţia unei descărcări de trăsnet de la stadiu de leader descendent şi până la

stadiul de descărcare principală este prezentată în fig. 20.3.

Deoarece în nor sunt mai multe concentrări ( acumulări ) de sarcini negative,

după amorsarea descărcării între nor şi sol, pe traiectoria astfel formată, are loc o

succesiune de descărcări până la neutralizarea totală a sarcinilor. Acest caracter multiplu

al descărcărilor a fost confirmat şi de aspectul fotografiilor descărcărilor. Aceste

435

1’;2’zona de strimeri a liderilor descendenti (1)si ascendenti (2)- contralideri; 3- faza d

strapungere a liderului Fig 20.2

Fig. 20.3

436

fotografii sunt reprezentate în fig.20.3. Din examinarea lor rezultă că fiecare

descărcare este formată dintr-o predescărcare, în leader descendent (1) şi un stadiu

prinipal al descarcarii ( 2 ).Ordinele de mărime ale duratelor de timp menţionate

sunt: ; ; ;T=40-60ms

20.2. PARAMETRII CURENTULUI DE TRĂSNET

Mărimea caracteristică fundamentală a descărcării de trăsnet este curentul de

trăsnet. Pe seama numeroaselor înregistrări s-a constatat că evoluţia în timp a acestui

curent, are forma unei unde dublu exponenţială şi poate fi caracterizată prin doi

parametri ,fig.20.4:

- I - amplitudinea curentului de trăsnet ( kA )

- a - panta curentului, care este viteza de variaţie pe frontul undei

( 20.1.)

În fig.20.4 sunt prezentate exemple de forme de undă de trăsnet.

Măsurătorile au arătat că aceste valori variază în limite foarte largi, încât ele se

dau sub forma unor curbe de probabilitate.

437

Fig.20.4

20.3. EFECTELE TRĂSNETULUI

Pot fi de natură termică, mecanică, electromagnetică, ş.a.

Efectele termice constau în supraâncălzirea conductoarelor străbătute de curentul

de trăsnet, în topirea metalelor la contactul direct cu canalul descărcării. De exemplu,

pot suferi cablurile de antenă de televizor sau tablele de cupru, sau de fier, care pot fi

topite pe adâncimi de până la 5 mm, respectiv 4 mm, cel mult. Efectul termic poate avea

consecinţe importante în cazul contactelor imperfecte, în care caz particule metalice

lichefiate sau scântei din particule metalice, în contact cu materiale inflamabile, pot

provoca incendii.

De asemenea, poate da naştere la incendii, acţiunea curentului persistent, de

intensitate mică, dar de durată egală cu durata de ordinul secundelor a unei descărcări

multiple.

Efectele mecanice ale descărcării de trăsnet sunt datorate forţelor

electrodinamice care apar pe conductoarele parcurse de curentul de trăsnet, precum şi

efectelor electrohidraulice şi electrogazodinamice, care apar la contactul canalului de

trăsnet cu mediul care formează vapori, sau generează gaze. Aceste efecte se manifestă

prin despicarea arborilor, a stâlpilor de lemn ai liniilor electrice aeriene, prin deteriorarea

costrucţiilor înalte, cum ar fi : coşuri de fum, turnuri de răcire de pe teritoriul

termocentralelor, etc.

În cazul vaporizării violente ,a umidităţii, sau a generării de gaze la contactul cu

canalul de temperatură foarte înaltă al descărcării, apar creşteri foarte mari a presiunii

gazelor aflate în volume închise, sau parţial închise, de exemplu în structura trunchiului

arborilor. Acestui efect i se datorează despicarea de către trăsnet a copacilor şi a stâlpilor

de lemn.

Efectele electrochimice constau în descompunerea electrolitică a materialelor de

pe conductoare sau de pe prizele de pământ, cu consecinţe importante în ceea ce

priveşte coroziunea acestora, mai ales în cazul în care ele sunt îngropate.

438

Efectele electromagnetice ale descărcării de trăsnet au drept principală consecinţă

apariţia supratensiunilor. Aceste efecte se por grupa în efecte primare , cauzate de

loviturile directe şi efecte secundare, care au drept cauză inducţiile electrostatică şi

electromagnetică.

Efectele primare constau în supratensiunile care apar datorită căderilor de

tensiune pe elemente ale instalaţiilor ( de exemplu pe stâlpi ai liniilor electrice) prin care

curentul de trăsnet se scurge la pământ.

Efectele secundare ale trăsnetului apar datorită variaţiei câmpului electromagnetic

creat de canalul descărcării, care dă naştere la supratensiuni prin inducţie electrostatică

şi electromagnetică.

Inducţia electrostatică apare la variaţia rapidă a câmpului electric creat de canalul

descărcării, atât în stadiul de leader, cât şi de descărcare principală. Inducţia

electrostatică mai apare şi în cazul deplasării lente a norului deasupra unei linii aeriene,

când pe conductoarele acesteia se acumulează sarcini de semn contrar acelora de la baza

norului. În momentul descărcării sarcinilor din nor, către alt obiect, sau către alt nor,

sarcinile de pe conductoarele liniei devin libere şi se propagă de-a lungul acesteia sub

formă de unde electromagnetice.

Inducţia electromagnetică este datorată variaţiei câmpului electromagnetic creat

de curentul din canalul trăsnetului, sau din obiectul prin care acesta se scurge la pământ,

sub influienţa căruia, în instalaţii, sau structuri învecinate, apar supratensiuni.

Efectul electromagnetic al trăsnetului se manifestă şi sub forma undelor

electromagnetice emise de canalul descărcării, având un spectru larg de frecvenţe, care

provoacă perturbaţii radioelectrice.

20.4INTENSITATEA MANIFESTĂRILOR ATMOSFERICE

Manifestările atmosferice ce caracterizează o anumită zonă geograficaă sunt:

-indicele keraunic: media anuală a zilelor cu furtuni cu descărcari electrice, stabilit pe

baza datelor obţinute în cel puţin 10 ani consecutivi ;

439

-indice crono-keraunic: durata anuală a manifestărilor atmosferice;

-indice aritomo-keraunic : numarul anual al deascărcarilor atmosferice ;

20.5 METODE DE PROTECŢIE ÎMPOTRIVA LOVITURILOR DIRECTE DE TRĂSNET

Protecţia structurilor de pe sol şi a instalaţiilor electrice exterioare se realizează cu

ajutorul paratrăsnetelor , care au rolul de a prelua asupra lor loviturile directe de trăsnet.

Paratrăsnetul este realizat sub forma unei tije metalice verticale ( paratrăsnet vertical),

sau a unui conductor orizontal ( paratrăsnet orizontal), denumit în cazul liniilor electrice

aeriene conductor de protecţie, conectate la o priză de pământ prin conductoare de

coborâre , care asigură scurgerea la pământ a curentului de trăsnet.

Efectul protector al paratrăsnetelor este bazat pe proprietatea trăsnetului de a lovi

cu probabilitate mai mare obiectele mai înalte şi mai bine legate la pământ, în

comparaţie cu alte obiecte de înălţime mică, a căror protecţie este astfel asigurată.

Efectul protector al paratrăsnetului se evaluează prin probabilitatea de pătrundere

a trăsnetului pe lângă paratrăsnet, prin care se înţelege raportul între numărul de lovituri

de trăsnet în obiectul protejat şi numărul total de lovituri asupra ansamblului

paratrăsnet-obiect.

Zona de protecţie a unui paratrăsnet , sau a unui sistem de mai multe

paratrăsnete reprezintă spaţiul din jurul acestuia, respectiv cuprins între ele, în care un

obiect este protejat împotriva loviturilor directe de trăsnet, cu o anumită probabilitate.

În practică se acceptă un risc de lovire a obiectului protejat de 0,1 %.

Pentru construirea zonelor de protecţie a paratrăsnetelor se folosesc, în mod

obişnuit, două metode :

-metoda bazată pe modelarea în laborator ;

-metoda modelului electromagnetic .

20.5.1.Metoda bazată pe modelarea fizică în laborator a zonelor

de protecţie.

Această metodă a fost elaborată în anii `30, în fosta URSS, prin modelarea în

laborator a sistemului paratrăsnet – obiect protejat – lider descendent, elementele

440

respective fiind reprezentate prin electrozi tijă. Pentru fiecare caz studiat s-au determinat

poziţiile reciproce ale electrozilor de modelare a paratrăsnetului şi obiectivului protejat

pentru care descărcarea provocată de un impuls de tensiune, provenit de la un generator

de impuls de tensiune a lovit tija – paratrăsnet. Metoda admite că efectul protector al

paratrăsnetului se manifestă din stadiul de leader descendent a descărcării. Direcţia de

propagare a liderului este determinată, în principal, de traseul pe care intensitatea

câmpului electric este maximă. Această direcţie este influenţată, la înălţimi mari,

exclusiv de canalul leaderului. Începând cu o anumită înălţime (notată cu H în fig.20.5)

numită înălţime de orientare a trăsnetului, începe să se manifeste influenţa obiectelor de

pe sol, în particular a paratrăsnetului, prin câmpul electric creat de sarcinile electrice ce

se concentrează pe acesta. Intensitatea câmpului devine maximă pe traseul ce uneşte

capul leaderului cu vârful paratrăsnetului, pe care apare contraliderul, direcţia de

propagare în continuare a leaderului şi locul de lovire a trăsnetului fiind astfel bine

determinate.

Metoda modelării fizice admite că între modelul de laborator şi sistemul nor-

paratrăsnet-obiectul de protejat există o similitudine geometrică. Se acceptă ipoteza că

pentru paratrăsnete având înălţimea h30 m se poate considera că H = kh,

unde k=10 20.

441

Fig.20.5

Pe baza rezultatelor încercărilor pe modele de laborator s-au elaborat regulile de

construire a zonelor de protecţie, după cum se arată în continuare.

a) Zonele de protecţie a paratrăsnetelor verticale.

Zona de protecţie a unui singur paratrăsnet vertical are forma unui con de revoluţie

cu generatoarele curbe, aşa cum se poate observa în fig.20.6, construcţia zonei de

protecţie fiind dată în fig.20.7.

Secţiunea în plan orizontal a zonei de protecţie la o înălţime hx , deasupra

nivelului solului, este un cerc cu raza :

unde : (20.2)

Rezultă că raza zonei de protecţie la nivelul solului ( pentru hx = 0) va fi r0=1,6hp.

Construcţia zonei de protecţie a două paratrăsnete verticale de aceeaşi înălţime este dată

de fig.20.8. Porţiunea exterioară a zonei de protecţie se construieşte la fel ca şi pentru un

singur paratrăsnet. Porţiunea interioară a zonei de protecţie este determinată în partea

superioară de un arc de cerc care trece prin vârfurile paratrăsnetelor şi prin punctul aflat

la mijlocul distanţei dintre paratrăsnete, la înălţimea dată de relaţia (20.3) şi de dreptele

care se întâlnesc, în plan orizontal, la distanţele hx, de planul paratrăsnetelor:

Fig.20.6

442

Distanţa bx se determină după nomograme , conform cu

metodologia indicată

în PE-109.

Condiţia ca cele două paratrăsnete să formeze o zonă de protecţie comună este

a 7hp, aşa cum rezultă din expresia (20.3).În cazul în care această condiţie nu este

îndeplinită, înseamnă că fiecare paratrăsnet îşi are zona să de protecţie.

În cazul a două paratrăsnete verticale de înălţimi diferite, se începe cu construirea

zonei de protecţie a paratrăsnetului mai înalt ,(fig.20.9). Apoi, prin vârful paratrăsnetului

de înălţime mai mică se duce o orizontală până la intersecţia cu limita zonei de protecţie

a paratrăsnetului mai înalt, în punctul de intersecţie considerându-se un paratrăsnet fictiv

de înălţime egală cu primul. În continuare, se procedează ca şi la construirea zonei de

protecţie a două paratrăsnete de înălţime egală. Condiţia ca paratrăsnetele să formeze o

zonă comună este în acest caz a’ 7h1p.

Protecţia împotriva loviturilor directe de trăsnet a unor structuri ce ocupă

suprafeţe mai mari în plan orizontal, se asigură cu mai multe paratrăsnete.

443

(20.3)

Fig.20.7.

În fig.20.10,se prezintă zone de protecţie a 3 şi 4 paratrăsnete, prin secţiunile lor

în plan orizontal, la înălţimea hx deasupra solului.

Porţiunile exterioare ale zonelor de protecţie se construiesc luând în considerare

succesiv câte două paratrăsnete.Porţiunile interioare ale zonelor de protecţie nu se

construiesc în astfel de cazuri, ci se consideră că obiectul de înălţime hx, aflat aici, este

protejat, dacă diametrul cercului construit prin urmele în plan orizontal a celor trei

paratrăsnete, respectiv diagonala dreptunghiului format de cele patru paratrăsnete

îndeplineşte condiţia D 8(h-hx)p.

444

Fig. 20.8.

Fig.20.9.

În cazul a mai mult de patru paratrăsnete, zonele de protecţie se construiesc prin

gruparea, după caz, a câte două , trei sau patru paratrăsnete.

b) Zonele de protecţie a paratrăsnetelor orizontale.

Zonele de protecţie a conductoarelor de protecţie se construiesc similar cu a

paratrăsnetelor verticale, aşa cum se poate observa în fig.20.11. Secţiunea în plan

orizontal a zonei de protecţie a unui conductor de protecţie este un dreptunghi cu latura

mare egală cu lungimea conductorului şi cu latura mică egală cu 2bx, unde :

(20.4)

în care k= 0,8 în cazul liniilor electrice aeriene şi k=1,8 pentru celelalte spaţii exterioare.

Partea superioară interioară a zonei de protecţie a două paratrăsnete orizontale

paralele este mărginită de un cerc care trece prin urmele, în planul perpendicular pe axa

liniei, a conductoarelor de protecţie şi un punct din acelaşi plan, aflat între cele două

conductoare de protecţie, la înălţimea :

(20.5)

445

Fig.20.10.

446

a)

Fig.20.11.b

20.6. MIJLOACE DE PROTECŢIE ÎMPOTRIVA LOVITURILOR

DIRECTE DE TRĂSNET.

20.6.1. Terminologie şi clasificări.

- sistem de protecţie – ansamblul constituit dintr-o instalaţie exterioară şi/sau

măsuri interioare de protecţie împotriva trăsnetului şi care asigură reducerea

riscurilor de deteriorare a construcţiilor şi de accidentare a persoanelor;

- instalaţie exterioară de protecţie (IPT) – ansamblu format dintr-un dispozitiv

de captare, conductoare de coborâre şi priză de pământ;

- nivel de protecţie la trăsnet – clasifică IPT din punct de vedere a probabilităţii

de a proteja un spaţiu împotriva trăsnetului. Sunt definite două nivele de

protecţie :- normal

- întărit ;

- indice de risc – evaluează prin valoarea lui necesitatea prevederii, pentru o

construcţie sau instalaţie exterioară, protecţia la trăsnet şi a nivelului de

protecţie al acestuia;

- construcţii cu risc mărit datorită înălţimii, sunt cele ce au o înălţime mai mare

de 20 m, având probabilitatea mare de a fi lovite de trăsnet.

20.6.2. Dotarea construcţiilor şi instalaţiilor cu protecţie

împotriva trăsnetului.

Conform Normativ I-20-94 privind protecţia construcţiilor împotriva trăsnetului

se prevăd obligatoriu cu protecţie împotriva trăsnetului (PT), următoarele

categorii de construcţii şi instalaţii :

a) Construcţiile care cuprind încăperi cu aglomerări de persoane sau săli

aglomerate, indiferent de nivelul la care aceste încăperi sunt situate, având

următoarele capacităţi sau suprafeţe :

- teatre, cinematografe, săli de concert şi de întruniri, cămine culturale, săli de

sport acoperite, etc., cu o capacitate mai mare de 400 de locuri ;

447

- clădiri bloc pentru spitale, sanatorii, etc. cu mai mult de 75 paturi ;

- hoteluri, cămine, cazărmi, cu mai mult de 400 de paturi;

- construcţii pentru învăţământ – universităţi, şcoli, grădiniţe de copii şi creşe,

cu mai mult de 10 săli de clasă sau joc, de laborator sau de atelier ;

- restaurante şi magazine cu o suprafaţă desfăşurată mai mare de 1 000 m2,

exclusiv depozitele şi spaţiile anexe de deservire;

- clădiri pentru călători, din categoriile I şi II, în care în perioada de vârf a

traficului, la ora de maximă aglomerare se pot afla mai mult de 300 de călători;

b) Construcţiile care constituie sau adăpostesc valori de importanţă naţională,

cum sunt : muzeele, expoziţiile permanente, monumentele istorice sau de

arhitectură, arhivele pentru documente de valoare , etc.

In cazul monumentelor istorice, soluţia se stabileşte de comun acord cu

forurile de specialitate.

c) Construcţiile de locuit cu mai mult de P + 11E.

În cazul în care la aceste construcţii deasupra ultimului nivel se mai află o

construcţie cu un singur nivel ce ocupă până la 50 % din aria construită a

clădirii şi este compusă numai din încăperi pentru spălătorii, uscătorii sau

maşini ale ascensoarelor, PT se prevede numai la această construcţie.

d) Construcţiile cu risc mărit datorită înălţimii .

e) Construcţiile şi instalaţiile tehnologice exterioare care sunt cel puţin de două

ori mai înalte decât construcţiile, proeminenţele de teren sau copacii din jur şi

au cel puţin 10 m înălţime ( de ex . coşuri de fum, castele de apă, silozuri,

turnuri, clădiri în formă de turn, etc.).

f) Construcţiile şi instalaţiile tehnologice exterioare amplasate izolat, în zone cu

indicele keraunic mai mare de 30 cum sunt : cabanele sau construcţiile

similare, amplasate izolat, clădirile pentru călători de categoriile III, IV, V de

pe liniile de cale ferată.

448

g) Construcţiile stabilite ca prezentând importanţă pentru diverse domenii din

economia naţională ( de ex. clădiri destinate producerii de energie electrică,

centralele de telecomunicaţii, cabinele de centralizare electrodinamică, centrele

de calcul,etc.).

h) Construcţiile şi instalaţiile tehnologice exterioare încadrate în categoria C de

pericol de incendiu, dacă sunt situate în zone cu indicele keraunic mai mare de

30 şi dacă materialele combustibile care se prelucrează, utilizează sau

depozitează în ele sunt considerate obiecte de bază ale întreprinderii sau ca

având valoare mare sau importanţă deosebită.

i) Depozitele deschise de materiale şi substanţe încadrate în clasele de

periculozitate P.3, P.4 şi P.5 dacă sunt situate în zone cu indice keraunic (k)

mai mare de 30 şi dacă sunt considerate obiecte de bază ale întreprinderii sau

ca având valoare mare sau importanţă deosebită.

j) Construcţiile şi instalaţiile tehnologice exterioare încadrate în categoriile A sau

B de pericol de incendiu.

k) Construcţiile pentru adăpostirea animalelor, dacă sunt :

- grajduri pentru animale mari, de rasă, indiferent de capacitate;

- grajduri pentru animale mari, cu capacitatea peste 200 capete ;

- grajduri pentru animale mari, cu o capacitate de peste 100 capete, amplasate în

zone cu indicele keraunic mai mare de 30;

- depozite de furaje fibroase amplasate în zone cu indicele keraunic mai mare de

30.

l) Amenajările sportive cu public, cu peste 5000 locuri.

m) Podurile amplasate izolat, în zone cu indicele keraunic mai mare de 30.

n) Instalaţiile mobile de ridicat şi transportat, din aer liber (de ex. macarale).

În alte cazuri, necesitatea prevederii protecţiei la trăsnet (PT) şi a nivelului acestei

protecţii se poate face determinându-se pentru situaţia dată valoarea indicelui de

risc R. Indicele de risc R se calculează în funcţie de factorii parţiali de risc A, B,

449

C, D, E şi F cu relaţia :R = (20.6)

în care : - A- factor determinat de destinaţia construcţiei şi de caracteristicile ei

dimensionale (tabelul 20.1) ;

Tabelul 20.1

Destinaţia construcţiei şi caracteristicile dimensionale

Factorul

A

Construcţii în care se realizează, prelucrează, manipulează, depozitează materiale şi

substanţe periculoase (toxice, combustibile)

Spitale, cămine pentru bătrâni sau handicapaţi, case pentru copii, creşe, grădiniţe şi

similare

Construcţii zvelte-coşuri, turnuri de control, castele de apă, faruri, turle de biserici

Construcţii pentru turism şi recreere ( hoteluri, moteluri, hanuri, cabane, campinguri,

tabere, refugii, cazinouri, etc.)

Construcţii pentru ferme

Construcţii pentru învăţământ, pentru cult, construcţii sportive ( cu public) teatre şi

similare

Construcţii pentru servicii municipale, pompieri, poliţie, apă,canalizare, depouri pentru

mijloace de transport, gări, clădiri înalte

Construcţii administrative şi construcţii industriale cu înălţimea peste 45 m

Construcţii pentru cultură, biblioteci, muzee, etc. şi construcţii cu valoare istorică

Turnuri de răcire

Spaţii pentru producerea energiei, centrale telefonice, poşta

Construcţii administrative şi construcţii industriale cu înălţimea între 20 şi 45 m

Idem, cu înălţimea între 10 şi 20 m

Idem, cu înălţimea sub 10 m cu suprafaţa la sol :

- peste 2300 m2

- egală sau sub 2300 m2

Construcţii de locuit cu suprafaţa la sol :

- peste 450 m2

-egală sau sub 450 m2

10

10

10

9

9

9

9

9

8

8

8

5

4

5

3

2

1

450

-B- factor determinat de natura structurii construcţiei (tabelul 20 2) ;

-C- factor determinat de vecinătăţile construcţiei (tabelul 20.3);

-D- factor determinat de topografia amplasamentului construcţiei (tabelul 20.4);

-E- factor determinat de valoarea sau particularităţile conţinutului construcţiei

(tabelul 20. 5);

-F- factor determinat de indicele keraunic al zonei geografice (tabelul 20.6).

Tabelul 20.2.

Structura elementelor

de rezistenţă ale

construcţiei

Structura acoperişului construcţiei

Factorul

B

Nemetalice (altceva decât

lemn)

Lemn

Beton armat

Schelet metalic

Lemn

Compozit *)

Metal fără continuitate electrică

Metal cu continuitate electrică

Lemn

Compozit *)

Metal fără continuitate electrică

Metal cu continuitate electrică

Lemn

Compozit *)

Metal fără continuitate electrică

Metal cu continuitate electrică

Lemn

Compozit *)

Metal fără continuitate electrică

Metal cu continuitate electrică

5

3

4

1

5

3

4

2

5

3

4

1

4

3

3

1

*) Acoperişul compozit include : bitum,învelitori din material compozit,

gudron,ţiglă, ardezie, beton,etc.

451

Tabelul 20.3

Situaţia construcţiei faţă de vecinătăţi ( construcţii, denivelări de

teren )

Factorul C

Construcţia depăşeşte cu peste 15 m înălţimea vecinătăţilor

Construcţia depăşeşte cu până la 15 m înălţimea vecinătăţilor

Construcţia se găseşte într-o zonă cu construcţii mai joase decât ea şi

care au o suprafaţă :

- mai mare de 900 m2

- de cel mult 900 m2

Construcţia se găseşte într-o zonă cu construcţii mai înalte decât ea şi

care au o suprafaţă :

- mai mare de 900 m2

- de cel mult 900 m2

10

7

5

4

2

1

Tabelul 20.4

Amplasamentul construcţiei pe formele de relief Factorul

D

Vârf de munte , coastă de munte

Vârf de deal

Coastă de deal

Teren plat

5

4

2

1

452

Tabelul 20.5.

Conţinutul construcţiei, ocupanţii ei

Factorul E

Materiale sau substanţe cu pericol de explozie volumetrică

Valori istorice

Echipament pentru utilizarea în situaţii critice ( municipalitate, dispecerate, poliţie,

pompieri, etc.

Lichide sau gaze combustibile, benzină, hidrogen, etc.

Persoane bolnave sau handicapaţi

Materiale sau echipamente de valoare mare

Clădiri cu public – 50 sau mai multe persoane simultan

Clădiri cu public _ sub 50 persoane simultan

Materiale combustibile

Vite şi şeptel

Echipament sau materiale obişnuite

Mobilier ( pentru locuinţe )

Materiale necombustibile

10

10

9

8

8

7

6

4

5

3

2

2

1

Tabelul 20.6.

Frecvenţa medie anuală a zilelor cu descărcări ( vezi harta keraunică a

României )

Factorul F

peste 70

61..70

51..60

41..50

31..40

20..30

11..20

6..10

0.. 5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

453

În tabelul 20.7. se prezintă corelarea dintre nivelul de protecţie şi indicele de risc.

Tabelul 20.7.

Indicele de risc , R

Riscul

Nivelul protecţiei împotriva

trăsnetului

peste 7

4...7

3...4

2...3

0...2

mare

mediu spre mare

mediu

mic spre mediu

mic

întărită

normală sau întărită la

cererea beneficiarului

normală

fără protecţie sau protecţie

normală la cererea

beneficiarului

_

20.6.3 Dispozitive de captare.

A) Dispozitivele de captare naturale se folosesc cu prioritate şi pot fi

constituite din :

- a) învelitorile din tablă care acoperă construcţia de protejat dacă se asigură

valorile minime privind secţiunea şi continuitate electrică;

- b) elementele metalice portante ale acoperişului ( ferme,armături de oţel

interconectate, etc) cu învelitoare nemetalice, eventuala deteriorare a învelitorii

( de către trăsnet) fiind acceptată de către beneficiarul lucrării;

- c) elementele metalice portante ale acoperişului cu învelitoare nemetalică ( de

ex. din azbociment) dacă aceasta este fixată pe structura metalică prin bolţuri,

nituri metalice, amplasate la distanţe aproximativ egale şi dacă învelitoarea

este exclusă din spaţiul de protejat, eventuala ei deteriorare fiind acceptată de

către beneficiarul lucrării;

- d) părţile metalice ale acoperişului, de tip jgheab, cornişă , coamă, etc;

- e) tuburile şi rezervoarele metalice executate din :

454

- materiale cu grosimea de cel puţin 2,5 mm, dacă perforarea lor sub efectul

trăsnetului, nu poate conduce la situaţii periculoase sau inacceptabile ;

- materiale cu o grosime minim admisă , dacă ridicarea temperaturii pe suprafaţa

lor interioară în punctul de impact al trăsnetului nu prezintă pericol prin

conţinutul lor ;

B) Dispozitive de captare independente.

În cazurile în care elementele metalice de la partea superioară a construcţiilor

sau instalaţiilor tehnologice exterioare nu sunt suficiente pentru a constitui dispozitive

de captare naturale sau nu asigură nivelul de protecţie necesar, se execută dispozitive de

captare independente.

Dispozitivele de captare pot fi constituite din unul sau mai multe din următoarele

tipuri de elemente de captare :

- tije de captare ;

- conductoare de captare ;

- reţea de captare ( reţea de conductoare captatoare ) şi se pot instala pe

construcţie sau independent de construcţie.

Alegerea diverselor tipuri de elemente de captare ( tijă, conductor, reţea ) se face

respectându-se condiţiile din tabelul 20.8. referitoare le înălţimea maxim permisă pentru

punctul cel mai de sus al dispozitivului de captare Hmax şi distanţa maximă permisă între

suporturile ( stâlpii) de susţinere a elementelor dispozitivului de captare amax, în funcţie

de nivelul protecţiei la trăsnet.

Limitele zonei de protecţie determinată de un dispozitiv de captare se pot stabili

aplicând, conform I-20-94 :

- metoda unghiului de protecţie în cazul construcţiilor cu înălţimea H, până la

cel mai înalt punct al dispozitivului de protecţie de max. 30 m, pentru o

protecţie normală şi de max. 20 m, pentru o protecţie întărită, pentru valorile

unghiului de protecţie date în tabelul 20.9.

455

metoda sferei rotative fictive ( metoda electromagnetică), în cazul construcţiilor

cu înălţimi H mai mari decât cele de mai sus, pentru protecţie normală, respectiv întărită,

cu mărimi ale razei sferei rotative fictive date în tabelul 20.9

Tabelul 20.8.

Nivelul protecţiei Normal Întărit

Tipul dispozitivului de

captare

Hmax

m

amax

m

Hmax

m

amax

m

O tijă captatoare

Două tije captatoare

Patru tije captatoare

dispuse în patrat

Un conductor de captare

Două sau mai multe

conductoare de captare

Reţea captatoare

20

20

30

20

-

30

30

-

nu se

limitează

nu se

limitează

20

20

20

20

nu se

limitează

nu se

limitează

-

20

20

-

Legenda : Hmax , înălţimea faţă de pământ al celui mai înalt punct al dispozitivului de captare

a max , distanţa dintre suporturile de susţinere .

20.6.4 Conductoare de coborâre

Au rolul de a canaliza energia electrică captată de dispozitivele de captare

( paratrăsnete) la priza de pământ.

Conductoarele de coborâre trebuiesc să fie realizate astfel încât să se evite riscul

apariţiei scânteilor. Ca urmare, se impun următoarele condiţii :

- curentul să parcurgă mai multe căi de curent ( conductoare) în paralel ;

lungimea traseelor (conductoarelor) să fie cât mai mică;

456

Tabelul 20.9.

Nivelul

protectiei

Înălţimea h

m

10

20 30 30

Raza *) R

( m)

normal

întărit

unghiul α,

(grade)

ochiuri reţea de

captare, (m)

unghiul α

(grade)

ochiuri reţea de

captare, (m)

45

20x

20

45

10x10

45

10x2

0

30

10x1

0

30

10x2

0

*)

10x10

*)

10x20

*)

5x5

45

35

Legenda : h – înălţimea faţă de pământ a celui mai înalt punct al dispozitivului de

captare, în ; α – unghiul faţă de verticală al zonei de protecţie ;

R – raza sferei rotative, în m ;

*)- se aplică numai metoda sferei fictive rotative şi se respectă dimensiunile permise ale

reţelei de captare .

Conductoarele de coborâre (căile de curent) se pot realiza în două variante :

- dependente de clădire (naturale)

- independente de clădire

Coborârile naturale se folosesc cu prioritate şi pot fi realizate din :

a) Echipamente metalice naturale dacă :

- asigură continuitate electrică şi au secţiunea minimă admisibilă (I-20-94);

b) Armăturile metalice ale structurii construcţiei; cu excepţia celor pretensionate.

Dacă nu sunt suficiente, se pot monta în beton coborâri suplimentare ;

c) Elemente metalice de faţadă cu asigurarea cerinţelor de continuitate şi de

secţiune minimă admisă ;

Nu este admisă folosirea drept coborâre naturală a următoarelor elemente metalice :

- conductele pentru fluide combustibile;

457

- componentele metalice ale construcţiilor şi instalaţiilor prevăzute cu IPT

independente;

- elementele metalice ale construcţiilor încadrate în categoria C de pericol de

incendiu sau cu praf combustibil (PC);

Dacă coborârile naturale nu asigură condiţiile unei coborâri ale IPT, atunci se

execută coborâri suplimentare, sau independente cu conductoare de coborâre. Acestea

pot fi pozate în exterior sau în interiorul construcţiei.

Materialele care se pot folosi la executarea coborârilor şi modul de asigurare a

protecţiei împotriva coroziunii sunt prezentate în I-20-94.

Datorită tensiunilor electromotoare induse de unda de curent de trăsnet şi a

repartiţiei potenţialului în jurul unei prize de pământ, coborârile se execută dintr-o

bucată, vertical şi rectiliniu, evitându-se buclele şi schimbările de direcţie. Dacă buclele

nu se pot evita, atunci acestea se execută ca în fig.20.12.

Distanţa minimă “d” între elemente IPT şi echipamentele şi instalaţiile metalice,

precum şi cea din figura 20.12, se calculează astfel :

d = (20.7)

unde : k1 – coeficient determinat de nivelul de protecţie ( 0,1 normală, 0,05 întărită)

km- coeficient determinat de natura mediului de separare (1- aer; 0,5 material de

separare)

ke – coeficient determinat de configuraţia dispozitivului de captare (kc =1-

vertical, kc =0,66 conductor orizontal, kc =0,44 reţea de conductoare)

l - lungimea coborârii între punctul în care apropierea este luată în considerare

şi legătura de egalizare a potenţialelor cea mai apropiată ( sau cea din fig.20.12).

Evident, valoarea lui ‘’l’’ este determinată de considerente practice.

Fiecare conductor de coborâre , cu excepţia coborârilor naturale se prevede cu o

piesă de separaţie de priza de pământ, care se amplasează la 2-2,5 m în raport cu solul.

458

Conductoarele de coborâre se distribuie cât mai uniform şi simetric pe perimetrul

spaţiului de protejat.

În cazul nivelului normal de protecţie se prevede câte un conductor de coborâre la

fiecare 20 m pe perimetru, iar dacă nivelul de protecţie este întărit, la fiecare 10 m, însă

minim două coborâri.

Din condiţia de asigurare a stabilităţii termice în regim de scurtă durată, secţiunea

minimă a conductoarelor de coborâre se determină astfel :

s = k Imax (20.8.)

unde k = coeficient determinat de natura materialului (1/840 –CU , 1/115 –OL)

Imax – valoarea medie pătratică a amplitudinii curentului de trăsnet, compus

din mai multe impulsuri succesive.

τ - durata curentului de trăsnet (fig.20.3)

20.6.6. Priza de pământ.

Din punct de vedere al protecţiei împotriva trăsnetului se recomandă (I-20-94) cu

prioritate realizarea prizei de pământ unică şi comună pentru instalaţiile electrice, de

telefonie şi înglobată în structura construcţiei.

Dacă prizele de pământ trebuie să fie distincte se impun ,însă, legarea lor la

structura metalică înglobată prin legături de egalizare a potenţialelor.

Valoarea rezistenţei prizei de pământ a IPT normală, trebuie să fie de minim 10 Ω

dacă este artificială şi de minim 5 Ω dacă este naturală.

În cazul IPT întărită valoarea rezistenţei minime se reduce la jumătate.

Priza de pământ a IPT se leagă la bara de egalizare a potenţialelor (BEP)

prevăzută în subsolul sau parterul construcţiei.

Priza de pământ a unei IPT se execută aşa cum s-a arătat în subcap.18.5, cu

respectarea particularităţilor din I-20-94.

459

Fig.20.12

În cazul realizărilor prizelor de pământ multuple, acestea se vor lega între ele astfel încât

ele să formeze un contur (inel închis).

Priza de pământ a IPT sau cea comună se amplasează la minim 3 m de toate

elementele metalice subterane care nu fac parte din construcţia protejată. Dacă se află la

o distanţă mai mică se vor lega la priza de pământ.

460

461