Zastita od atmosferskih praznjenja

Електроенергетика

 - 

Скрипта

327

13. ZAŠTITA OD ATMOSFERSKIH PRAŽNJENJA 

13.1 Tipovi atmosferskih pražnjenja 

Sva atmosferska pražnjenja u uzemljene objekte ili zemlju mogu se razvrstati u nekoliko 

tipova prikazanih na slici 13.1. 

ATMOSFERSKO PRA@NJENJE

 UZLAZNO  PRA@NJENJE

SILAZNO PRA@NJENJE

Negativan

udar

Pozitivan 

udar

Negativan

udar

Pozitivan 

udar

Slika 13.1 - Podela atmosferskih pražnjenja 

Na slici 13.1 su usvojene slede

ć

e konvencije: 

-

udar je negativan ako je oblak negativno naelektrisan, 

-

udar je uzlazni ako se skokoviti lider kre

ć

e od zemlje ka oblaku, 

-

udar je silazni ako se skokoviti lider kre

ć

e od oblaka ka zemlji. 

Pri silaznom pražnjenju kada se glava skokovitog lidera približi objektima na zemlji koji 

imaju izražene šiljke, dolazi do pojave jake korone i obrazovanja strimera dužine preko 1 m, koji 
mogu da se pretvore u uzlazne lidere koji kre

ć

u u susret glavnom skokovitom lideru. Po pravilu 

dužina ovih lidera je znatno manja u poredjenju sa silaznim liderom koji je inicirao razvoj 
pražnjenja. 
 Naj

č

eš

ć

e su oblaci nosioci negativnog naboja, tako da su i pražnjenja u ve

ć

ini slu

č

ajeva 

negativna. Kada se pražnjenje odvija u niske objekte ili u zemlju, tada je ono naj

č

eš

ć

e silaznog 

karaktera. Jedino se kod vrlo visokih objekata (televizijski tornjevi, vrlo visoke zgrade) pojavljuju 
uzlazna pražnjenja inicirana sa vrha objekta. 
 Utvr

đ

eno je da se pozitivna pražnjenja sastoje iz samo jednog udara. Pozitivna pražnjenja 

su znatno redja od negativnih, ali mogu da imaju razornije dejstvo zbog ve

ć

e amplitude struje 

glavnog pražnjenja. 
 

Pored opisanih pražnjenja u zemlju ili u uzemljene objekte postoje i pražnjenja izmedju 

oblaka, koja mogu da izazovu pojavu indukovanih prenapona na provodnicima ili instalacijama 
pojedinih objekata, mada su ovi prenaponi znatno niži od prenapona nastalih direktnim udarom 
groma. 

Електроенергетика

 - 

Скрипта

328

13.2. Parametri atmosferskih pražnjenja 

Pri procenjivanju ugroženosti objekata od atmosferskih pražnjenja neophodno je poznavati 

pojedine elektri

č

ne i meteorološke parametre grmljavinske aktivnosti. 

13.2.1 Elektri

č

ni parametri 

 Osnovni 

elektri

č

ni parametri atmosferskog pražnjenja su: 

1.  amplituda struje atmosferskog pražnjenja, I; 
2.  oblik struje atmosferskog pražnjenja, i; 
3.  strmina strujnog talasa, di/dt; 
4. udarna koli

č

ina elektriciteta; 





ud

t

ud

dt

i

Q

koja predstavlja koli

č

inu elektriciteta koja protekne za vreme trajanja udarne struje u 

vremenskom periodu t

ud

; 

5. koli

č

ina elektriciteta prvog udara, 





dt

i

Q

koja obuhvata i struju skokovitog lidera i struju nakon završetka glavnog pražnjenja; 

6. ukupna koli

č

ina elektriciteta kompletnog pražnjenja, 

 



n

u

dt

i

Q

gde je: n 

- 

broj uzastopnih pražnjenja, 

ova veli

č

ina predstavlja ukupnu koli

č

inu elektriciteta koja proti

č

e u zemlju u toku svih n 

pražnjenja; 

7.  toplotni impuls kompletnog pražnjenja, 





dt

i

A

2

8. broj pojedina

č

nih udara u jednom kompletnom pražnjenju.  

Na slici 12.2 prikazan je tipi

č

an talasni oblik struje prvog negativnog udara. 

0.1

0.9
1.0

I

I

max1

max2

S

10

T

0.9

T

0.1

Slika 13.2 -

 Definicija strmine 

č

ela za tipi

č

an oblik negativnog silaznog prvog udara 

S10-strmina linearizovanog 

č

ela struje dobijenog postavljanjem 

prave koja prolazi kroz ta

č

ke koje imaju vrednost 0,1 i 0,9 od prvog maksimuma struje 

I

max1

 Prvi maksimum struje negativnog atmosferskog pražnjenja 

I

max2

 Drugi maksimum struje negativnog atmosferskog pražnjenja 

Strmina struje se definiše primenom slede

ć

eg izraza: 

Електроенергетика

 - 

Скрипта

330

Jedan od naj

č

eš

ć

e koriš

ć

enih meteoroloških parametara atmosferskih pražnjenja koji služi 

kao merilo grmljavinske aktivnosti na nekom podru

č

ju je kerauni

č

ki nivo. Kerauni

č

ki nivo T

d

 se 

definiše kao prose

č

an broj dana sa grmljavinom u toku jedne godine na odredjenom podru

č

ju. 

Odredjuje se osmatranjem a prikazuje u vidu geografskih karti sa unesenim izokerauni

č

kim 

nivoima, za Jugoslaviju je ona prikazana na slici 13.4.  

Slika 13.4 -

 Izokerauni

č

ka karta 

Godišnja gustina pražnjenja N

g

  predstavlja broj atmosferskih pražnjenja u zemlju u toku 

jedne godine po km

2

. To je mera ugroženosti objekta od atmosferskih pražnjenja. Ona se može 

odrediti na osnovu poznavanja dnevne gustine pražnjenja u toku jednog grmljavinskog dana u 
površinu zemlje po km

2 

(N

g

), ukoliko je taj podatak dostupan, na osnovu slede

ć

e relacije: 

.

T

N

N

d

d

g



Gustina pražnjenja se može odredjivati osmatranjem, koriš

ć

enjem broja

č

a pražnjenja ili 

postavljanjem stanica za lokalizaciju mesta pražnjenja. Osmatranjem se može dobiti broj 
pražnjenja samo približno za manju teritoriju dok se sistematskim pra

ć

enjem grmljavinske 

aktivnosti pomo

ć

u broja

č

a pražnjenja može dobiti relativno ta

č

na slika o grmljavinskoj aktivnosti 

Електроенергетика

 - 

Скрипта

331

na jednoj teritoriji. Me

đ

utim, sistematsko prikupljanje ovih podataka na nivou jedne zemlje, blo 

bi veoma skupo, i prakti

č

no je nerealno. 

Da bi se ipak dobila informacija o godišnjoj gustini pražnjenja u neki deo teritorije neke 

zemlje, u kojoj se ne vrši instrumentalno odredjivanje N

g

, može se koristiti približna empirijska 

formula za izra

č

unavanje godišnje gustine pražnjenja na osnovu kerauni

č

kog nivoa (JUS 

N.B4.803): 

.

.)

god

km

/

.

ud

.

br

(

T

04

,

0

N

2

25

,

1

d

g



Ovakve empirijske formule mogu biti od velike koristi pri odre

đ

ivanju ugroženosti pojedinih 

objekata od atmosferskih pražnjenja. Me

đ

utim, treba ih stalno korigovati u skladu sa 

pove

ć

anjem broja uzoraka dobijenih pra

ć

enjem i registrovanjem atmosferskih prenapona. 

13.3. Delovanje struje atmosferskog pražnjenja 

Struja atmosferskog pražnjenja tokom proticanja kroz elemente gromobranske instalacije, 

izaziva promene napona kako na njima tako i u okolnim instalacijama. S jedne strane dolazi do 
porasta potencijala uzemljiva

č

a i drugih galvanski povezanih instalacija objekta, odnosno 

celokupnog objekta, a s druge zbog induktivnih i kapacitivnih veza dolazi do porasta napona u 
otvorenim ili zatvorenim petljama metalnih instalacija u okolini spusnih vodova. 

Napon na uzemljiva

č

u 

Maksimalna vrednost napona na udarnom otporu rasprostiranja uzemljiva

č

a i svih za njega 

galvanski vezanih instalacija pogo

đ

enog objekta, R

ud

, posledica je amplituda struje 

atmosferskog pražnjenja i iznosi: 

ud

z

R

I

U





 . 

i

t

I

o d v o d

p r esk o ~n i   n ap o n

u z em l j i v a~
      ( R )

m etal n i   c ev o v o d
( r ef er en t n a z em l j a)

U

z

k r at k o   sp o j en o

o d v o d n i k   p r en ap o n a
         ( i sk r i { te)

R

u d

A)

B)

Slika 13.5 - 

Šematski prikaz presko

č

nog napona (a) 

i mera za spre

č

avanje preskoka (b) 

Електроенергетика

 - 

Скрипта

333

Slika 13.6 -

 Izrazi za "geometrijske reprezente" me

đ

usobne induktivnosti 

tipi

č

nih petlji instalacija u objektu (rastojajnja su u (m)). 

 U 

prakti

č

nim prora

č

unima indukovani naponi ra

č

unaju se samo u vodovima ili otvorenim 

petljama vodova ispred nekih ure

đ

aja, radi dimenzionisanja njihove zaštite od prenapona. 

Č

eš

ć

e se umesto toga, me

đ

utim vrši prora

č

un potrebnog sigurnosnog rastojanja da ne do

đ

e do 

preskoka izme

đ

u krajeva otvorene petlje (s na slici 13.6).  

Termi

č

ko i mehani

č

ko dejstvo struja atmosferskog pražnjenja 

Kanal struje atmosferskog pražnjenja dostiže najve

ć

u temperaturu na mestima pove

ć

anih 

prelaznih otpornosti, gde struja ulazi u metalnu površinu (npr. hvataljku) ili gde presko

č

e preko 

izolovnih deonica u obliku elektri

č

nog luka. Dovedena energija W zavisi od koli

č

ine 

naelektrisanja Q koje se prenosi kroz kanal, a može da prouzrokuje topljenje vrha hvataljke 
aluminijumskog omota

č

a aviona i drugih sli

č

nih površina. Energija luka, dovedena na vrh 

hvataljke, dobija se kao prozvod koli

č

ine naelektrisanja i anodnog, odnosno katodnog pada 

napona U

A,K

 nastalog u mikronskoj oblasti, koji u proseku iznosi nekoliko desetina volti, a zavisi 

od veli

č

ine i oblika struje, slika 13.7. 

U

A ,K

Q

i sto p l j en i
   m etal

S tr u j a  g r o m a

Q

Slika 13.7 - 

Dovedena energija na hvataljku preko naelektrisanja kanala 

 Ve

ć

i deo energije se odvodi zra

č

enjem u okolinu, dok manji deo zagreva metalnu površinu. 

Na tom mestu se topi deo metala i eksplozijom pod pritiskom luka raspršuje radijalno u polje. 
Pritisak luka može dosti

ć

i red veli

č

ine 10. Trag od istopljenog metala zato stvara pravilne 

krugove od 5 do 20 mm pre

č

nika koji su ve

ć

i od preseka kanala struje groma. 

 Termi

č

ki efekat 

struje atmosferskog pražnjenja, koja se prostire kroz elemente 

gromobranske instalacije, koji se manifestuje zagrevanjem tih elemenata, može se odrediti na 
osnovu toplotnog impulsa struje pražnjenja: 





dt

i

A

2

,