PROJEKTERING AF LYNBESKYTTELSE AF KONTORBYGGERI

PROJEKTERING AF LYNBESKYTTELSE AF KONTORBYGGERI INGENIØRHØJSKOLEN ODENSE TEKNIKUM 6. SEMESTER STÆRKSTRØM (29.03.04) AF: Benjamin Nielsen Studie nr. 13050 Daníel Sigurbjörnsson Studie nr. 13924 Martin Todbjerg Studie nr. 13034

Indledning Formålet er at udarbejde et projekteringsforslag, for lynbeskyttelse af et kontorbyggeri i København. Der skal udarbejdes en risikovurdering, som afspejler hvilket niveau der skal dimensioneres efter. Projekteringen indeholder ydre og indre lynbeskyttelse af bygningen. Dette omfatter risikovurdering, projektering af indfangeanlæg, nedlederanlæg og jordingsanlæg. Ydermere indeholder det aflederbeskyttelse af forsyningstransformer samt projektering af overspændingsbeskyttelse og potentialudligninger. Dette omhandler dog kun stærkstrømsinstallationer dvs. ikke tele og data installationer, da disse antages at være af kabeltypen fiberleder. Der udarbejdes energibetragtninger til klassificering af aflederbeskyttelse af forsyningstransformeren. Alle figurer og tabeller som bruges fra IEC normerne er i bilaget. - 3 -

Indholdsfortegnelse Afgrænsning og vedtagelser... 6 Ydre lynbeskyttelse... 6 Risikovurdering... 6 Indfangeanlæg... 8 Taget... 8 Ventilationsanlæg... 9 Nedleder... 9 Jordingsanlæg... 9 Indre Lynbeskyttelse...10 Overspændingsbeskyttelse i blok B...10 Potentialudligning i blok B...11 Lynbeskyttelse af transformeren...12 Transformerafledere...12 Konklusion...15 Litteraturliste...16 Disposition...17-4 -

Bilag A Beregning til mastehøjden...18 Bilag B Nedlederens sikkerhedsafstand...20 Bilag C Enstregsdiagram...21 Bilag D Bygningsplacering...22 Bilag E Ydre lynbeskyttelse, pos. af indfanger og nedlederanlæg...23 Bilag F Ydre lynbeskyttelse, nedleder og jordingsanlægget...24 Bilag G IEC 1024-1...25 Table 1 Positioning of air-termination according to the protection level...25 Table 3 Average distance between down-conductors according to the protection level...25 Table 5 Minimum dimensions of LPS materials...25 Table 6 Minimum dimensions for bonding conductors carrying a substantial part of lightning...26 Table 7 Minimum dimensions for bonding conductors carrying no significant art of lightning current...26 Table 8 Proximity of installation to LPS Values of coefficient k i...26 Table 9 Proximity of installation to LPS Values of coefficient k m...26 Fig.3 Proximity of installations to LPS, one-dimensional configuration, coefficient k m...27 Fig.3 Proximity of installations to LPS, two-dimensional configuration, coefficient k m...27 Fig.3 Proximity of installations to LPS, three-dimensional configuration, coefficient k m...27 Bilag H IEC 1024-1-1...28 Table 3 LPS efficiencies corresponding with protection levels...28 Bilag I Stjerneformet potentialudligning...29 Bilag J Risikovurdering, bestemmelse af N c...30 Bilag K Tabeller til beregninger af lynbeskyttelse af transformeren...34 Valg af U m...34 Valg af k e...34 Valg af k t...35 Til beregning af W...35 Valg af klasse...35 Bilag L Datablader...36 Dehn & Söhn, betonklodser til indfangeranlæg...36 Dehn & Söhn, indfangermaster...37 Dehn & Söhn, MV- klemmer, E-mail fra Desitek A/S...38 Dehn & Söhn, MV-Maxi klemmer...39 Dehn & Söhn, DEHNventil kombiafleder...40 Dehn & Söhn, DEHNguard overspændingsafleder r...42 Dehn & Söhn, DEHNrail overspændingsafleder...44 Raychem 10 kv Metal-Oxide, Transformeraflader...46 Kabel...49-5 -

Afgrænsning og vedtagelser Byggeriet, som skal lynbeskyttes, er opført 2001-2002 af Sjælsø Gruppen A/S. Byggeriet er opført som et fler brugerhus omkring et stort fælles glasindgangsparti, som er orienteret mod havnen. Vinduerne er etableret som gennemgående vinduesbånd. Facader er udført i lyse natursten. Ejendommen er i fem etager med fuldautomatisk klimaanlæg og parkeringskælder for ejendommens brugere. 1 Bygningen er udført med vægge af betonelementer, hvor armeringen ikke er forbundet mellem elementerne. Taget er udført af færdigelementer af armeret beton, belagt med tagpap ovenpå hård isolering. Køle- og ventilationsanlægget er placeret på taget. Automatisk branddetektering- og alarmeringsanlæg er installeret. Figur 1 Sundkrogsgade 7-9 ved Nordhavnen i København. Bygningen forsynes fra 10 kv nettet, via egen 800 kva,10,5/0,42 kv Dyn 5 transformer, afstand til hovedtavle er 12 m.. Forsyningen udføres, som et TN-S system uden reduceret nulleder. Hovedtavlen skal forsynes med transientbeskyttelse i indgangen. Bygningerne forsynes fra hovedtavlen, som er placeret i kælder i blok B. I kælder placeres endvidere tavle til forsyning af fællesarealer (trapper, kælder, udendørsanlæg). Der placeres desuden en gruppetavle per etage. Gruppetavles skal forsynes med transientbeskyttelse ved de enkelte grupper, hvor de tilsluttes elektronisk udstyr 2. Som jordelektrode for installationer etableres en fundamentalelektrode placeret i bygningens randfundament og forbundet med armeringsjernet så der opnås elektrisk kontinuitet af armeringsjernene. Elektroderne fremføres til hovedtavlerummet. Potentialudligning svarende til krav i Stærkstrømsbekendtgørelsen og IEC 61024-serien skal udføres. Klimaanlægget antages af størrelsesorden 4,0 2,0 2,0 m (l b h) og er placeret på taget af blok B. Ydre lynbeskyttelse Ved projekteringen af det ydre lynbeskyttelsessystem skal der ses på tre ting, indfangeranlæg, nedlederanlæg og jordingsanlæg. Dimensionering af disse vælges udfra risikovurderingen. Det vides at bygningen skal lynbeskyttes på niveau 2. Her følges IEC 1024-1 normen. Risikovurdering Der udarbejdes en vurdering til bestemmelse af beskyttelsesniveauet af bygningen. Ved vurderingen af beskyttelsesniveauet begrundes valgene. 1 Sjælsø Gruppens hjemmeside (www.sjaelsoe.dk) 2 Bilag C Enstregsdiagram - 6 -

Først fastlægges lynnedslagshyppigheden 3 N g. Denne vælges til 0,51 pr. km 2, dette fremkommer af standard afvigelsen på 0,13 gange 2, sammenlagt den gennemsnitlige nedslagshyppighed på 0,25 pr. km 2. Dernæst beregnes det attraktive areal ved Ae A a b h a b h = 81,802 63,38 + 6 22 (81,802 + 63,38) + 9 π 22 = 38033, 4 mm 2 e = + 6 ( + ) + 9 π Ligning 1 2 2 Højden på 22 m. er vurderet ud fra at bygningen er 20 m. høj og dertil kommer ventilationsanlægget som er 2 m. højt. Ud fra dette areal beregnes det forventede antal direkte nedslag N d ved N N A 6 6 d = g e 10 = 0,51 38033, 4 10 = 0, 0194 Ligning 2 Figur 2 Flowdiagram som fastlægger fremgangsmåden for udarbejdelsen af risikovurderingen Til bestemmelse af N c fastlægges parametrene A, B og C 4. Den samlede N c værdi bliver altså 3 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 1, side 35 4 Bilag J Risikovurdering, bestemmelse af N c - 7 -

Nc = A B C = 0,025 0,04 0, 25 = 0,00025 Ligning 3 Nu sammenlignes N d og N c, som vist i flowdiagrammet. For at finde sikkerhedsniveauet bruges formlen Nc 0, 00025 Ec 1 Ec 1 Ec 0,987 Ligning 4 N 0, 0194 d Det beregnede tal i ligning 4 sammenlignes med tabel 3 i IEC 1024-1-1 og der konkluderes, at risikovurderingen svare til et beskyttelses niveau 1. Da ønsket fra virksomheden er niveau 2 udarbejdes beskyttelsen efter dette. A: A1 sættes til 0,5 (vægge er af beton) Står i oplægget. A2 sættes til 0,5 (færdige elementer af stålbeton) Står i oplægget. A3 sættes til 0,5 (tagpap på taget) Står i oplægget. A4 sættes til 0,2 (ledende materiale på taget Samlet A = 0,5 0,5 0,5 0,2 = 0,025 B: B1 sættes til 1,0 (ingen panikfare) En sikker bygning. B2 sættes til 0,2 (brandbart) Inventaret er brandbart. B3 sættes til 0,1 (eksklusivt inventar) Står i oplægget. B4 sættes til 2,0 (brand detektering) Da bygningen skal rumme en bank, er dette en nødvendighed. Samlet B = 0,5 1,0 0,5 2,0 = 0,04 C: C1 sættes til 0,5 (stor miljøtrussel) På grund af beliggenheden. C2 sættes til 1,0 (ingen udfald) C3 sættes til 0,5 (store følgeskader) På grund af beliggenheden. Samlet C = 0,5 1,0 0,5 = 0,25 Tabel 1 Oversigt over valgte værdier til parametrene A, B og C til bestemmelse af N c Indfangeanlæg Indfangeranlægget er den del af det ydre lynbeskyttelsessystem, som lynet skal slå ned i uden beskadigelse af bygningen. Derfor er det placeret øverst på taget. Indfangeranlægget kan udføres på tre måder, master, udspændt ledere og maskenet af ledere 5. Anlægget kan også udføres som en kombination af disse. Taget For at indfangeranlægget skæmmer bygningen mindst muligt, vælges maskenet af ledere. Dog er det nødvendigt at udfør særlig beskyttelse af ventilationsanlægget. Her vælges alle værdier udfra beskyttelsesniveau 2. For holde lederne på plads vælges klodser af beton fra fabrikanten Dehn & Söhne (Art. Nr. 253 015) 6, afstand mellem klodserne skal holdes 1 m. Lederne til maskenettet vælges til minimum 35 mm 2 af uisoleret kobber 7. Krydspunkter af lederne forbindes med Maxi-MV klemme (Art. Nr. 308 040) 8. Maskebredden vælges til maksimum 10 meter 9. Udbringning af maskenettet kan ses på Figur 8 i Bilag E. På figuren ses det at bygningens struktur styrer maskestørrelsen, som aldrig overstiger 10 m. 5 IEC 1024-1 normen, afsnit 2.1.1 6 Dehn & Söhne Blitzschutz, side 45 7 IEC 1024-1 normen, tabel 5 8 Dehn & Söhne Blitzschutz, side 45 9 IEC 1024-1 normen, tabel 1-8 -

Ventilationsanlæg Maskenettet er ikke nok til at beskytte bygningen, pga. tagets ventilationsanlæg, som er af størrelsesorden 4,0 2,0 2,0 m (l b h). Dermed er det nødvendigt at dimensionere ekstrabeskyttelse til ventilationsanlægget. Her kan bruges maskenet, som monteres på selve anlægget eller udspændt leder som spændes over anlægget eller indfangermaster. Den sidste metode bruges for at tage hensyn til servicering af anlægget. Beskyttelseszonen (dvs. zonen som masterne beskytter) bestemmes ud fra mastehøjden. Tilhørende beregninger findes i Bilag A. Minimumshøjden beregnes til at være 7,25 meter, men hvis indfangermasterne fra Dehn & Söhne bruges, vælges master som er 7,5 m (Art. Nr. 105 750) 10. Da radiusen på mastens fod er 10 cm. kan den godt være ved siden af anlægget, pga. sikkerhedsafstanden på 25 cm. For at forbindelsen bliver kortest mulig til nedleder, forbindes masterne til nærmeste nedleder. Dog tilladt er at forbinde indfangegren kortest vej som muligt til maskenettet 11. Nedleder Nedlederanlægget er den del af lynbeskyttelsesanlægget som leder lynstrømmen fra indfangeranlægget til jordningsanlægget. Bygningen er udført med vægge af betonelementer, hvor armeringen ikke er forbundet mellem elementerne. Derfor bruges der nedledere som er placeret uden på væggene. Nedlederne skal placeres rundt om hele bygningen, hvor middelafstanden mellem nedlederne ikke må overstige 15 meter 12 (niveau 2). Dog kan afstanden svinge mellem 12,5 og 17,5 meter pga. at bygningens struktur styrer afstanden mellem lederne. Det foretrækkes at nedlederne placeres så tæt på hjørnerne som muligt og afstanden mellem to ledere holdes lige store. Tilslutningen af lederne skal være udført således, at disse tilsluttes indfangerledernes knudepunkter, hvis muligt. Placering af nedledere kan ses på Figur 8 i Bilag E. Nedlederne skal som hovedregel udføres i mindst 16 mm 2 uisoleret kobber 13. For nedledere i vinduesparti skal der bruges mindst 25 mm 2 Al. På grund af at taget antages som helt fladt tag, er det ikke nødvendigt at tage højde for mulige strømløkker i forbindelse med tilslutning af indfangeanlægget. Dog tages der hensyn til mulige strømløkker, som kunne opstå i forbindelse med elektrisk udstyr inde i bygningen 14. Her er sikkerhedsafstanden beregnet til minimum til 24,75 cm. Hvis muren er tykkere end 24,75 cm er det muligt at fæstne nedlederen direkte på muren eller i samlingen mellem betonelementerne. Hvis muren ikke er tykkere end 24,75 cm bliver det nødvendigt at montere afstandsholdere som fæstnes til muren og nedlederne fæstnes til disse. Afstandsholdere vælges så afstanden bliver 24,75 cm eller mere. Jordingsanlæg Jordingsanlæg er den del af lynbeskyttelsesanlægget som leder lynet til jord med tilpas lav overgangsmodstand og uden at genererer farlige overspændinger. Fundamentselektroden er placeret i randfundamentet og forbundet til armeringsjernet i fundamentet. Armeringsjernet skal have en dimension fra Ø6 - Ø25. Dette bliver herved anvendt som bygningens jordelektrode. Fundamentselektroden skal være udført i dimensionen, ifølge kravene for lynbeskyttelsesanlæg dvs. Ø10 stål ca. 80 mm 2 eller Ø8 kobber ca. 50 mm 2. Den valgte jordingsanlægstype er en konfiguration B 15. Tilslutningen mellem elektroden og udligningsforbindelsen udføres med en udføringsplade type M. Yderligere skal armeringsjernene være indbyrdes forbundet vha. MV 10 Dehn & Söhne Blitzschutz, side 23 11 Beskyttelse mod lyn, afsnit 4.2, side 23 12 IEC 1024-1 normen, tabel 3 13 IEC 1024-1 normen, tabel 6 14 Bilag B Nedlederens sikkerhedsafstand 15 IEC 1024-1 normen, afsnit 2.3.3.2-9 -

klemme (Art. Nr. 390 053) 16 hvis jernet ikke er over 14 mm i tværsnit, eller bruges Maxi-MV (Art. Nr. 308 040) 17. Dette gøres for at sikre den bedste forbindelse og dermed elektrisk kontinuitet. Indre Lynbeskyttelse Overspændingsbeskyttelse i blok B Ved overspændingsbeskyttelse, menes der lynbeskyttelse af alle former for elektriske anlæg, installationer og apparater. I dette tilfælde skal lynbeskyttelsen etableres i henhold til IEC61312-1 tabel 1, som betyder at lynstrømmens peakværdi ved den første udladningsstrøm vil være 150 ka. Der er i byggeriets kælder i blok B, én hovedtavle og en gruppetavle der forsyner bygningens fællesarealer. Udover det, er der en gruppetavle for hver etage. De nævnte tavler skal overspænding- eller overstrømsbeskyttes. Udvalgte grupper skal have udført yderligere beskyttelse, ydermere vil det være beskrevet hvor der skal udføres apparatbeskyttelse. Afhængig af jordingsforholdende i et elektrisk anlæg vil der være forskellige metoder at sikre det på. I et TN-S system som dette er der separat nulleder og jordleder. Derfor kan der ved overspændinger opstå store potentialforskelle mellem disse to ledere. Det betyder at der ligesom ved faselederen skal være en afleder til jord, dvs. fra nulleder til jordleder. Hovedtavlen beskyttes med en lynstrømsafleder for at begrænse den største del af lynstrømmen. En regel er at når en bygning er forsynet med lynaflederanlæg vil mindst halvdelen af lynstrømmen løbe til jord og den anden halvdel eller mindre vil løbe ud i installationen 18. Derfor dimensioneres der efter at beskyttelsesudstyret skal kunne klare 75 ka ud fra lynstrømmens peakværdi på 150 ka. Samtidig skal den være i impulsholdespændingskategori IV 19 som er kategorien for udstyr ved hovedledninger. Som tidligere nævnt skal nullederen beskyttes som de øvrige aktive leder, dvs. at lynstrømsaflederen skal være 4-polet 20. Valget af lynstrømsaflederen er en 4-polet kombiafleder som er specielt beregnet til TN-S systemer. Kombiafledern er af typen DEHNventil/TNS255 (Art. Nr. 900 374) 21, som afleder i specifikationsklasse B, som betyder at den kan anvendes, som lynstrømsafleder. Kombiaflederen kan klare en lynstødstrøm på 100 ka dvs. den overholder det satte krav på 75 ka. Den er ligeledes i impulsholdespændingskategori IV. Enheden monteres som første del i hovedtavlen. De 6 gruppetavler beskyttes for hver gruppe i tavlerne dvs. efter fejlstrømsrelæet. Her kræves det at overspændingsaflederene skal have en stødstrømsikkerhed på mindst 3 ka 22. Grupperne beskyttes ikke med ens udstyr, da gruppernes belastninger ikke er ens og stiller forskellige krav til beskyttelsen. Som tidligere nævnt skal nullederen også her beskyttes som de andre aktive ledere dvs. med 2 eller 4-polet udstyr. Grupperne indeholdende GL1-GL7 og GL8 beskyttes hver især med 2 polet overspændingsafledere af typen DEHNrail 230FML (Art. Nr. 901 100) 23 som afleder i specifikationsklasse D. Det betyder at den er beregnet til overspændingsbeskyttelse i fast samt transportabel installation. Den er i impulsholdespændings-kategori III som er kravet for fast installation. 16 Dehn & Söhne Blitzschutz, e-mail fra Ernst Boye Nielsen, Desitek A/S 17 Dehn & Söhne Blitzschutz, side 67 18 Joachim Schimanski, Overspændingsbeskyttelse afsnit 4.2.4 19 Peter Hasse, Overvoltage protection of low voltage systems, afsnit 4.2.2 side 107. 20 Joachim Schimanski, Overspændingsbeskyttelse afsnit 8.1.2.2] 21 Dehn & Söhne Overspændingsbeskyttelse, side 25 22 Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6, paragraf 534.2.7 23 Dehn & Söhne Overspændingsbeskyttelse, side 48-10 -

Grupperne indeholdende GL9-GL20 dvs. EDB stikkontakterne kræver en bedre og mere sikker beskyttelse, da det er meget følsomme apparater. Sådanne apparater kræver impulsholdespændingskategori I, som igen klares med en 2-polet DEHNrail 230FML. Den opfylder kravene for kategori I ved 230 V driftsspænding idet den har en restspænding på under 1,5 kv. Yderligere overspændingsafledere kan være nødvendige tættere på ekstra følsomt datamateriel, hvis de ikke allerede indgår i dette materiel. Grupperne indeholdende GL21-GL24 er alm. stikkontakter delt ud på 3 faser derfor anvendes der en 4 polet overspændingsafbryder. Overspændingsafbryderen skal kunne overholde impulsholdespændingskategori II, til det er der valgt en DEHNguard TNS 230/400 (Art. Nr. 900 530) 24, som kan klare en restspænding på mindre end 1,5 kv. Grupperne indeholdende GL25 og GL26 hører begge til impulsholdespændingskategori II og kan derfor også sikres med en 2 polet DEHNrail 230FML. Ved tilføjelse af enhver apparatbeskyttelse på en gruppeleder der er mindre end 5 m., skal der monteres mellemkoblingsspole til kompensering for den manglende induktans i kablet. Mellemkoblingsspolen indsættes for at opnå det ønskede spændingsfald så det efterfølgende udstyr kan overholde sin impulsholdespænding. De nævnte overspændingsafledere skal installeres i overensstemmelse med fabrikantens anvisninger for at undgå enhver brand- eller eksplosionsfare i tilfælde af overbelastning af overspændingsaflederen. Potentialudligning i blok B Udligningsforbindelser er til for at sikre at elektrisk ledende dele har samme potentiale. Ligeledes anvendes udligningsforbindelser, i forbindelse med lynbeskyttelse. Dette gøres ved at forbinde alle elektriske og elektrisk ledende elementer til potentialudligningsskinner. Udligningsforbindelserne kan opdeles i 3 kategorier; hovedudligningsforbindelser, supplerende udligningsforbindelser, samt lokal udligningsforbindelse uden jordforbindelse. Der skal være mindst en hovedudligningsforbindelse i bygningen, som i dette tilfælde er jordlederen fra transformerstationen. Hovedudligningsforbindelsen er forbundet i hovedudligningsskinnen i hovedtavlen. Hertil skal udligningsforbindelser til gruppetavler, alm. beskyttelsesledere, jordledere eller hovedjordklemmer, jordingsanlæg for lynbeskyttelse samt vand, varme og ventilationssystemer tilsluttes. Udligningsforbindelser på de forskellige etager skal tilsluttes i etagens tilhørende gruppetavle. Alle ledende bygningsdele, som f.eks. betonarmering eller stålkonstruktioner udlignes så vidt dette er muligt, både inde og uden for bygningen. Potentialudligningslederen skal være så kort og lige som muligt. Potentialudligningen fra hovedudligningsklemmen i hovedtavlen til gruppetavlerne, skal udføres som stjerneformet, da det har den fordel at der ikke dannes nogen lukkede strømkredse 25. Det kræver dog at yderligere udligningsforbindelser der tilsluttes i tavlerne på de givne etager laves omhyggeligt så der også her undgås unødige strømkredse. Potentialudligningsledere dimensioneres ved at vurderer, hvor stor en del af lynstrømmen der løber gennem denne. Hvis hele eller væsentlige dele af lynstrømmen løber gennem lederen dimensioneres den i henhold til tabel 6 i IEC 1024-1. Det er vurderet at forbindelsen fra hovedudligningsskinnen i 24 Dehn & Söhne Overspændingsbeskyttelse, side 39 25 Joachim Schimanski, Overspændingsbeskyttelse, figur 2.2, side 24-11 -

hovedtavlen til gruppetavlerne samt forbindelsen til fundamentelektroden dimensioneres herefter. Alle øvrige potentialudligningsledere dimensioneres ifølge tabel 7 i IEC 1024-1 Alle potentialudligninger skal være udført i grøn/gul hvis disse er isolerede, endvidere skal de monteres vha. materiel der er beregnet til formålet. Lynbeskyttelse af transformeren Transformerafledere Overspændingsaflederens opgave er at beskytte transformeren mod overspændinger, som opstår ved lynnedslag. Når der vælges afledere til en transformerstation, er fremgangsmåden som følgende. Der tages udgangspunkt i systemspændingen U n, som ved denne transformer er oplyst til 10,5 kv. Herudfra vælges den højeste spændingen U m, som kan optræde ved normale driftsforhold. U m findes til 12 kv 26. Den nominelle aflederstrøm I n fastlægges til 10kA 27. Aflederen placeres mellem fase og jord. Definitionen af jordfejlsfaktoren k e bliver kvadrat af 3, som er worst case 28. Systemjordingen sker på sekundærsiden af transformeren. Systemet benævnes som at have indirekte jord. Ved jordfejl sker udkoblingen efter 10 sekunder, idet det er forudsat at der er en form for jordfejlsindikering til fjernkontrolanlægget. Den maksimale varighedsspændingen U c beregnes ved U c 1, 05 Um 1,05 12000 = = 7,27 kv Ligning 5 3 3 Dernæst beregnes den mindste mærkespænding Uc 7270 U ro = = = 9,1 kv Ligning 6 0,8 0,8 U d fra U ro findes producentens nærmeste mærkespænding. Der er valgt en afleder af mærket Raychem 10 kv Metal-Oxide, og dennes mærkespænding er 11,3 kv. Det skal dertil siges at der vælges en af typen HDA 29. Spændingen U e beregnes ved Ue = ke Uc = 3 7270 12,6 kv Ligning 7 Til udregning af mærkespændingen U re bruges konstanten T r, som er en faktor for evnen til at modstå. Aflæsningen af T r vurderes til 1,29 p.u. Mærkespændingen beregnes ved U re Ue 12600 = = 9,77 kv Ligning 8 T 1, 29 re Den valgte mærkespænding U re på komponenten er 11,3 kv. For at kalkulere med hvor meget energiaflederen skal kunne holde til, udføres beregningen ud fra ligningen 30 26 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 1, tabel 1.1, side 2 27 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 4, afsnit 6.2.7, side 86-87 28 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 4, afsnit 1.1.3, side 9 29 Bilag L Datablader, Raychem 10 kv Metal-Oxide, Transformeraflader 30 Bilag K Tabeller til beregninger af lynbeskyttelse af transformeren, Til beregning af W - 12 -

W U1 Ures = Ures 2τ η Ligning 9 Z hvor τ findes ved L 8 km τ = = = 40 µs Ligning 10 v 0, 2 km µs da længden L kommer fra en vurdering af afstanden til den nærmeste 60/10 kv station. Hastigheden v = 0,2 er standard udbredelses hastigheden for et kabel. U l er givet ved formlen 10500 U1 = kt U fase ke 2 η = 3,0 3 2 1= 44,5 kv Ligning 11 3 værdien k t bestemmes til 3,0. 31 Spændingen U res aflæses i producentens komponent katalog 32 til 30 kv. n er antal genindkoblinger og sættes til en. Z er modstanden i kablet før transformeren. For at kunne beregne kabel impedansen findes kapacitansen og induktansen for kablet. Belastningsstrømmen i kablet beregnes for at kunne bestemme kabeldimensionen. S 800000 S = 3 U I I = = 44 A 3 U 3 10500 Ligning 12 Men før der vælges kvadrat, skal det tages i betragtning at 10 kv nettet er et ringnet og dermed belastes kablet betydeligt mere. Ud fra bilag fra EE 33 findes kvadratet til 50 mm 2 aluminium (sektorformede ledere). Kablet kan holde til 146 A, svarende til 3,3 gange den maksimale belastningsstrøm på den anvendte transformer. Nu fastlægges den specifikke kapacitans og induktans ud fra NKT s katalog 34 til henholdsvis 240 nf/km og 0,33 mh/km. Impedansen Z fås til Z 3 L km 0,33 10 8 = = = 37 Ω 9 C km 240 10 8 Ligning 13 Dermed kan W nu beregnes til ud fra ligning 9 W = = 37 44500 30000 30000 2 40 10 6 1 940,5 J For at finde den energiklasse der er nødvendig beregnes W 0,94 0,083 kj U = 11,3 = kv r 31 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 4, tabel 3.1, side 12. 32 Bilag L Datablader, Raychem 10 kv Metal-Oxide, Transformeraflader 33 Bilag L Datablader, Kabel 34 Bilag L Datablader, Kabel - 13 -

Det er nødvendigt at finde klassen af aflederen med U res / U r forholdet 35, dette udregnes til 2,65, hermed konstateres at aflederen bliver af klassen 1. Da der ikke er nogen klassificering i producentens katalog, er det kun klassetypen der er opgivet. Aflæsningen er sket på baggrund af U res fra kolonne 10 ka under 8/20 µs i databladet. Den rigtige værdi som bruges til aflæsning er ikke opgivet i kataloget, derfor er denne valgt. 35 Henny K. Nielsen, ELF2 kompendium, appendiks 4, figur 3.4, side 14. - 14 -

Konklusion Risikovurderingen er udført til den overbeskyttende side, specielt ved C-faktoren (følgeskade vurderingen) er der taget worst case betragtninger. Hvis det beregnede niveau og firmaets ønskede beskyttelsesniveau skulle stemme overens, var det her man ville ændre sin vurdering. De forskellige A, B og C faktorer, er fundet ved hjælp af opgavebeskrivelsen eller personlige vurderinger af konsekvenserne ved lynnedslag. Det kan derfor altid diskuteres om de personlige vurderinger er korrekte eller ej, men de er lavet efter bedste overbevisning. Det er lidt ærgerligt at den udarbejdede vurdering ikke bruges i projektet, da det på forhånd allerede er fastlagt til beskyttelsesniveau 2. Udformningen af det ydre lynbeskyttelsesanlæg (indfangeanlægget, nedlederanlægget og jordingsanlægget) skal kun bruges som vejledning til montering af anlægget. Det kan godt være at det bliver nødvendigt at ændre størrelser og komponenter under udvikling. Det passer til placering af enkelte dele i anlægget, men ikke dimensionering af anlægget. Til indfangeanlægget vælges maskenet af størrelsesorden 10 10 meter dog kan maskerne være mindre. Til ekstra beskyttelse af ventilationsanlægget vælges 7,5 meter høje master. Nedlederne vælges til at have en gennemsnitsafstand på 15 meter. Som jordingsanlæg anvendes fundamentsarmeringen. Ved valget af en Raychem afleder passer mærkespændingen bedre end en ABB afleder til transformerens U n spænding. Der kan til gengæld opstå et problem med energiindholdet i aflederen, men som beregnet bliver dette heller ikke noget problem. Da der ikke er opgivet nogen værdi på energien i producentens data katalog, er der kun udregnet hvad den skal kunne klare. Et andet problem er, at databladet også mangler switching surge værdien, som bruges til aflæsning af klassificeringen i bilag 36. Overspændingsbeskyttelsen er udført så det opfylder kravene for TN-S systemer mht. yderligere beskyttelse af nullederen. Den opfylder ligeledes projektbeskrivelsen mht. overspændingsbeskyttelse i div. tavler. Overspændingsbeskyttelsen kunne have været udført på et højere beskyttelsesniveau. Dette kunne have været gjort vha. apparatbeskyttelse, i computere osv. Potentialudligninger og jordingsanlæg er udført og dimensioneret som anvist i de nævnte IEC normer. Her kunne forbedringer af anlægget også være forekommet, hvis armeringsjernet i væggene havde været mulige at potentialudligne. Dette skyldes manglende samlinger af armeringen i betonelementerne. 36 Bilag L Datablader, Raychem 10 kv Metal-Oxide, Transformeraflader - 15 -

Litteraturliste. Dehn & Söhne Blitzschutz Hauptkatalog 2003. 2. Auflage Desitek Overspænding beskyttelse hovedkatalog 2002. Henny K. Nielsen Kompendium. Elfremskaffelse 2. Odense Teknikum. Appendiks 1, 4 og 6. Februar 2004. IEC 1024-1 Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. First edition 1990-03 IEC 1024-1-1 Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1: Guide A Selection of protection levels for lightning protection systems. First edition 1993-08 IEC 11312-1 Protection against lightning electromagnetic impulse Part 1. General principles. First edition 1995-02 IEC 61024-1-2 Protection of structures against lightning. Part 1-2: General principles. Guide B Design, installation, maintenance and inspection of lightning protection systems. First edition 1998-05 Joachim Schimanski / Henning Lippert Overspændingsbeskyttelse. Bogfondens Forlag A/S. 1. udg. 1999 ISBN 87-7463-266-3 Norm for beskyttelse mod lyn Dansk standard DS 453. Dansk ingeniørforeningen. 1. udgave 1984 Peter Hasse Overvoltage Protection of low voltage system. The Institution of Electrical Engineers. 2 nd Edition 2000. ISBN 08-5296-781-0 Sjælsø Gruppens hjemmeside www.sjaelsoe.dk, 28. Mars 2004 Stærkstrømsbekendtgørelsen. Afsnit 6 Elektriske installations. Juni 2001. ISBN 87-90360-30-3 - 16 -

Disposition Definition af lynbeskyttelse Risikovurdering ο Nedslagshyppighed N g. ο Forventede antal direkte nedslag N d. ο Acceptable antal direkte nedslag N c. ο Ækvivalente effektive opsamlingsareal. ο Valg af beskyttelsesniveau. Ydre lynbeskyttelse ο Indfangeranlæg Maskeprincip. Kuglemetode. Anvendt metode i projekt. ο Nedlederanlæg ο Jordingsanlæg Type A anlæg. Type B anlæg. Indre lynbeskyttelse ο Potentialudligning ο Lynstrømsafleder. ο Overspændingsafleder. ο Potentialudligning. ο Transformerbeskyttelse. Afledervalg. TOV. Energiafledningsevne. - 17 -

Bilag A Beregning til mastehøjden Til at bestemme masternes højde skal sikkerhedsafstanden mellem ventilationsanlægget og masterne bestemmes. IEC 1024-1 giver en metode til at bestemme afstanden 37. Sikkerhedsafstanden s skal holdes større end den beregnede værdi d, som bestemmes ud fra efterfølgende ligning k = Ligning 14 c d ki l( m) km Hvor k i er faktoren som er afhængig af beskyttelsesniveauet 38 (sat til 0,075), k c er faktoren som bestemmes ud fra geometrisk udformning 39 (her sat til 1, som er endimensional). k m er faktoren som er afhængig af materialet mellem mast og ventilationsanlæg 40 (her sat til 1, luft) og l (m) er højden af den mulige strømsløjfe 41 (her sat til 2,0 m, ventilationsanlæggets højde). Ud fra disse værdier beregnes d værdien som 0,15 m. Til at være på sikkerhedssiden vælges s til at være 0,25 m. 2,0 h. Figur 3 viser en master, ventilationsanlægget og sikkerhedsafstanden s Hvor ventilationsanlægget er af længden 4 meter og bredde 2 meter, sættes masten i midten af bredden og masternes højde bestemmes ud fra længden af anlægget. Dvs. hvis masten beskytter ventilationsanlæggets længde så kan det godt beskytte bredden. Her vælges at opstille to master så disse ikke påvirker bygningens udformning. Derfor kan længden deles op i to 2 meters længde, som bruges til beregningerne. Figur 4 koordinatsystem med ventilationsanlæggets afstand til master. 37 IEC 1024-1 normen, afsnit 3,2 38 IEC 1024-1 normen, table 8 39 IEC 1024-1 normen, figur 3, 4, 5 40 IEC 1024-1 normen, table 9 41 IEC 1024-1 normen, figur 3, 4, 5-18 -

Hvis ligningen til cirklen som er i koordinatsystemet bruges, sættes masten i koordinatsystemet nulpunkt og ventilationsanlægget starter i 0,25(sikkerhedsafstand) til højre, så kan mastens minimumhøjde findes. Ligningen til cirklen opstilles ( x x ) + ( y y ) = R Ligning 15 2 2 2 0 0 Hvor x 0 og y 0 giver cirklens midtpunkt. Her sættes x 0 og y 0 lig med højden af masterne, som er den samme som cirklens radius. x vælges til det punkt på x aksen hvor ventilationsanlæggets midtpunkt ligger (d + ½b = 2,25 m) og y vælges til højden af ventilationsanlægget (2,0 m). Nu indsættes disse værdier ind i ligningen + = + = 2 2 2 2 (2,25 h) (2 h) h h 8,5 h 9,0625 0 Hvis ligningen løses mht. h så kan det ses at højden skal være minimum 7,25 meter. - 19 -

Bilag B Nedlederens sikkerhedsafstand s Elektrisk udstyr Beton Gulv Figur 5 viser sikkerhedsafstanden s som er afstanden fra nedleder til elektriske udstyr som kan befinde sig på den anden side af væggen. For at bestemme den afstand som nedlederen skal have i forhold til det mulige elektriske udstyr, som kunne befinde sig på den anden side af væggen(indendørs) skal sikkerhedsafstanden bestemmes. IEC 61024-1 giver en metode til at bestemme afstanden 42. Sikkerhedsafstanden s skal holdes større end den beregnede værdi d, som bestemmes ud fra efterfølgende ligning k = Ligning 16 c d ki l( m) km Hvor k i er faktoren som er afhængig af beskyttelsesniveauet 43 (her sat til 0,075). k c er faktoren som bestemmes ud fra nedledernes geometriske udformning 44 (her sat til 0,66 som er todimensionalt). k m er faktoren som er afhængig af materialet mellem elektrisk udstyr og nedlederen 45 (her sat til 0,5, beton eller fast stof). l (m) er højden af den mulige strømsløjfe 46 (her sat til 2,5 m, afstanden til næste ækvipotentialpunkt eller etagehøjden). Ud fra disse værdier beregnes d værdien som 24,75 cm. Dvs. at minimum afstanden (sikkerhedsafstand) mellem nedleder og det mulige elektriske udstyr på den anden side af muren skal holdes større end 24,75 cm. 42 IEC 1024-1 normen, afsnit 3,2 43 IEC 1024-1 normen, tabel 8 44 IEC 1024-1 normen, figur 3, 4, 5 45 IEC 1024-1 normen, tabel 9 46 IEC 1024-1 normen, figur 3, 4, 5-20 -

Bilag C Enstregsdiagram Figur 6 Enstregsdiagram for forsyningen af en etage. T Transformer HT Hovedtavle GT Gruppefordelingstavle F Beskyttelsesudstyr SL/B Stikledning blok B (længde 12 m) HL/B Hovedledning blok B (længde 30-50m) GL Gruppeledning (længde 5-45 m) Tabel 2 Information om bogstaver som brugt er på Figur 6. - 21 -

Bilag D Bygningsplacering Figur 7 Bygningsplacering på Nordhavnen - 22 -

Bilag E Ydre lynbeskyttelse, pos. af indfanger og nedlederanlæg Figur 8 Udformning af indfangeranlægget (rød) og nedledere (blå), her kan også ses placering af ventilationsanlægget (violet) og masterne til beskyttelse af det (grøn). Figur 8 viser udformning af indfangeanlægget. Hvor middelafstanden mellem nedledere holdes i et gennemsnit på 15 m. Maskebredden holdes til maksimal 10 meter. Dermed holdes kravene til lynbeskyttelsesniveau 2. Nedleder fra indfangeranlægget som beskytter ventilationsanlægget forbindes med maskenettet. Udførelsen af nedlederanlæggets forbindelse til jordingsanlægget findes i Bilag F. - 23 -

Bilag F Ydre lynbeskyttelse, nedleder og jordingsanlægget Figur 9 Tilslutning og udformning af fundamentsjordingen Ud fra Figur 9 kan man se hvordan nedlederne forbindes til fundamentjordet. Her bruges tilslutningsplade med tilslutningsstav påskruet. Tilslutningspladen kan anvendes, som testpunkt ved gennemgangs og modstandsmåling. - 24 -

Bilag G IEC 1024-1 Table 1 Positioning of air-termination according to the protection level Table 3 Average distance between down-conductors according to the protection level Table 5 Minimum dimensions of LPS materials - 25 -

Table 6 Minimum dimensions for bonding conductors carrying a substantial part of lightning current Table 7 Minimum dimensions for bonding conductors carrying no significant art of lightning current Table 8 Proximity of installation to LPS Values of coefficient k i Table 9 Proximity of installation to LPS Values of coefficient k m - 26 -

Fig.3 Proximity of installations to LPS, one-dimensional configuration, coefficient k m Fig.3 Proximity of installations to LPS, two-dimensional configuration, coefficient k m Fig.3 Proximity of installations to LPS, three-dimensional configuration, coefficient k m - 27 -

Bilag H IEC 1024-1-1 Table 3 LPS efficiencies corresponding with protection levels - 28 -

Bilag I Stjerneformet potentialudligning Figur 10 Stjerneformet potentialudligning, PAS = potentialudligningsskinner. - 29 -

Bilag J Risikovurdering, bestemmelse af N c - 30 -

- 31 -

- 32 -

- 33 -

Bilag K Tabeller til beregninger af lynbeskyttelse af transformeren Valg af U m Valg af k e - 34 -

Valg af k t Til beregning af W Valg af klasse - 35 -

Bilag L Datablader Dehn & Söhn, betonklodser til indfangeranlæg - 36 -

Dehn & Söhn, indfangermaster - 37 -

Dehn & Söhn, MV- klemmer, E-mail fra Desitek A/S From: EBN [ebn@desitek.dk] Sent: 26. mars 2004 15:16 To: 'Daníel Sigurbjörnsson' Subject: SV: IOT - Jordingsanæl! Hej Daniel, Det er helt rigtigt valgt, Jordforbindelsespunktet 478019 sættes i den støbte sokkel, og der forbindes til armering med MV-klemmen. Hvis armeringen ikke er over Ø 14 kan MV-klemmen 390053 bruges, ellers skal MV maxi bruges den hedder 308040. Du er altid velkommen til at spørge os, enten pr. mail eller ved telefon. Venlig hilsen/kind Regards/ Freundlichen Grüßsen Ernst Boye Nielsen, Adm. Direktør, mail: ebn@desitek.dk, tlf.+45 63893216 /24477406 DESITEK A/S www@desitek.dk, tlf: +45 63893210 -----Oprindelig meddelelse----- Fra: Daníel Sigurbjörnsson [mailto:dannis@dannis.dk] Sendt: 25. marts 2004 10:09 Til: ebn@desitek.dk; jkj@desitek.dk Emne: IOT - Jordingsanæl! God dag! Jeg læser kursuset PRT på IOT, hvor Henny K. Nielsen er min underviser. Jeg har lille spørgsmål til jordingsanlæg. Hvad er normal at bruge til at forbinde nedleder som er uden på væg af bygning og armeret fundament? Jeg har tænkt at bruge Jordforbindelsespunkt (Art. Nr. 478 019)! Og MV klemme (Art. Nr.??? )som forbinder 478 019 sammen ved armeringsjernet, jeg er ikke klar med hvem MV klemme jeg skal vælge! Er måske også muligt at jeg kan så spørge I nogle spørgsmål til - hvis der kommer nogen? Daníel Sigurbjörnsson dannis@dannis.dk Ørstedsgade 33 1.4 DK-5000 Odense C Mbl. +45 22 92 42 47 www.dannis.dk - 38 -

Dehn & Söhn, MV-Maxi klemmer - 39 -

Dehn & Söhn, DEHNventil kombiafleder - 40 -

- 41 -

Dehn & Söhn, DEHNguard overspændingsafleder r - 42 -

- 43 -

Dehn & Söhn, DEHNrail overspændingsafleder - 44 -

- 45 -

Raychem 10 kv Metal-Oxide, Transformeraflader - 46 -

- 47 -

- 48 -

Kabel - 49 -

- 50 -