W obiekcie budowlanym koordynacja układania linii przesyłu sygnałów, przewodów instalacji elektrycznej oraz przewodzących elementów urządzenia piorunochronnego powinna zapewnić:
• ograniczenie sprzężeń wzajemnych między różnego rodzaju instalacjami,
• ograniczenie przepięć atmosferycznych powstających w układach przewodów wewnątrz obiektu budowlanego,
• eliminację przeskoków iskrowych do instalacji wewnątrz obiektu podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w ten obiekt.
Poniżej, wykorzystując dostępne dane literaturowe, szczegółowo przeanalizowano zalecenia określające wymagane odstępy pomiędzy różnego rodzaju instalacjami układanymi wewnątrz obiektów budowlanych.

Zasady dobrego oświetlenia ulicznego

Ogólne zasady układania przewodów w obiekcie budowlanym

Optymalnym sposobem ochrony przed zagrożeniami wywołanymi przez zewnętrzne zaburzenia elektromagnetyczne np. piorunowy impuls elektromagnetyczny, jest układanie przewodów (na całej ich długości) w metalowych korytkach, rurach, kanałach lub stosowanie kabli ekranowanych.
Zapewnienie ochrony przed zagrożeniami wywołanymi przez indukowane przepięcia atmosferyczne wymaga ograniczenia powierzchni „pętli” tworzonych z przewodów sieci zasilającej, linii przesyłu sygnałów oraz przewodzących elementów konstrukcyjnych budynku, sieci wodnokanalizacyjnej, CO itp.
Przewody przesyłu sygnałów między kondygnacjami powinny być układane w biegnących pionowo ekranowanych kanałach (szybach, traktach). Jeśli jest to możliwe to kanału nie należy umieszczać przy zewnętrznych ścianach budynku w sąsiedztwie przewodów odprowadzających urządzenia piorunochronnego. Optymalnym rozwiązaniem jest kanał biegnący w środkowej części obiektu, możliwie najdalej od przewodów, w których może popłynąć prąd piorunowy.
Jeżeli przewody przesyłu sygnałów i zasilania nie są umieszczone w metalowych korytkach, rurach lub kanałach, to należy je układać możliwie najbliżej siebie (zachowując odległości uniemożliwiające wystąpienie przeników) i prowadzić trasą możliwie najkrótszą. W ten sposób unikamy tworzenia z przewodów pętli, w których mogłyby indukować się przepięcia.

Tabela 1. Zalecane odstępy pomiędzy liniami telekomunikacyjnymi a przewodami instalacji elektrycznej [1, 2]
Warunki prowadzenia kabli Moc odbiorników
P < 2 kVA 5 kVA > P >2 kVA P > 5 kVA
Nieekranowane linie zasilające. Nieekranujące korytka kabli telekomunikacyjnych. 127 mm 305 mm 610 mm
Nieekranowane linie zasilające. Ekranujące metalowe korytka kabli telekomunikacyjnych. 64 mm 152 mm 305 mm
Linie zasilające i telekomunikacyjne prowadzone w oddzielnych uziemionych metalowych korytkach --- 76 mm 152 mm

Odstępy między przewodami różnych instalacji

Początkowo w celu wyeliminowania przeników pomiędzy układami przewodów określono dopuszczalne zbliżenie pomiędzy przewodami instalacji elektrycznej a kablami telekomunikacyjnymi. Szczególną uwagę zwracano na dopuszczalne odstępy w przypadku:
• stosowania ekranowanych i nieekranowanych kabli,
• układania kabli w różnorodnych kanałach.
• przepływu znamionowych prądów o różnych wartościach w przewodach instalacji elektrycznej.
Przykłady zalecanych odstępów zestawiono w tabeli 1.
Początkowo, dane zestawione w tabeli 1 wykorzystywano również do koordynacji układania przewodów zasilających i okablowania strukturalnego lokalnych sieci komputerowych (tabela 2).

Tabela 2. Minimalne odstępy pomiędzy kablami energetycznymi a okablowaniem strukturalnym [1, 2]
Minimalny odstęp od Moc odbiorników
< 2 kVA 2 - 5 kVA > 5 kVA
Kable elektroenergetyczne bez ekranów 125 mm 300 mm 600 mm
Kable energetyczne prowadzone w uziemionych korytkach, rurach, itp. 40 mm 75 mm 150 mm
Dodatkowo należy tak rozmieszczać trasy kabli, aby zapewnić ułożenie okablowania strukturalnego w następujących odległościach od układów zakłócających (odstępy minimalne):
• 300 mm - od oświetlenia wysokonapięciowego (świetlówki),
• 1000 mm - od rozdzielni elektrycznych,
• 1000 mm - od transformatorów i silników.
Tabela 3. Odstępy pomiędzy kablami elektroenergetycznymi i informatycznymi [3]
Środowisko elektromagnetyczne zgodne z wymaganiami zawartymi w normach serii PN-EN 50081 i PN-EN 50082
1.Długość równoległego ułożenia jest mniejsza od 35 m.
2.Kable informatyczne ekranowane.
Rozdzielenie nie jest wymagane
1.Długość równoległego ułożenia jest większa od 35 m.
2.Kable informatyczne ekranowane.
Rozdzielenie na całej długości z wyjątkiem ostatnich 15 m dołączonych do wypustu
Środowisko elektromagnetyczne, w którym wymagania dotyczące emisji i odporności przewyższają poziomy zawarte w normach serii PN-EN 50081 i PN-EN 50082
Stosowane przewody Wymagane odstępy pomiędzy przewodami A
Bez separatora lub z separatorem niemetalowym Separator aluminiowy Separator stalowy
Nieekranowany kabel elektroenergetyczny i nieekranowany kabel informatyczny 200 mm 100 mm 50 mm
Nieekranowany kabel elektroenergetyczny i ekranowany kabel informatyczny 50 mm 20 mm 5 mm
Ekranowany kabel elektroenergetyczny i nieekranowany kabel informatyczny 30 mm 10 mm 2 mm
Ekranowany kabel elektroenergetyczny i ekranowany kabel informatyczny 0 mm 0 mm 0 mm
Wymagane odległości a w przypadkach zastosowania separatorów

Porządkowanie zaleceń i wymagań dotyczących technik informatycznych objęło również planowanie i wykonawstwo instalacji informatycznych. W normach przedstawiających zasady okablowania informatycznego wewnątrz i na zewnątrz obiektów budowlanych uzależniono zasady rozdzielenia kabli elektroenergetycznych i kabli przesyłu danych od warunków środowiska elektromagnetycznego [3, 4]. Wymagania dotyczące odstępów pomiędzy kablami elektroenergetycznymi i informatycznymi zestawiono w tabeli 3. Należy zauważyć, że obecnie próbuje się uzależnić odstępy minimalne pomiędzy przewodami okablowania strukturalnego i instalacji elektrycznej od następujących czynników:
• rodzaju kanału, w którym układane są przewody,
• typu oraz właściwości elektromagnetycznych przewodów okablowania strukturalnego,
• ilości i rodzaju obwodów instalacji elektrycznej.
Zestawienie wymaganych odstępów minimalnych przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4. Minimalne odstępy pomiędzy kablami elektroenergetycznymi i informatycznymi [5]
Sposób układania Klasyfikacja kabli informatycznych
a b c d
Odstęp bez stosowania barier elektromagnetycznych 300 mm 100 mm 50 mm 10 mm
Otwarty metalowy kanał* 225 mm 75 mm 38 mm 8 mm
Kanał metalowy perforowany* 150 mm 50 mm 25 mm 5 mm
Jednolity pełny metalowy kanał* 0 mm 0 mm 1 mm 1 mm
*- dokładne informacje o właściwościach kanałów zawarto w normie PN-EN 50174-2:2009 [5]
Klasyfikacja kabli Właściwości
a Ekranowane CA < 40 dB, Nieekranowane TCL < (50-10xlgf) dB, Współosiowe SA <40 dB
b Ekranowane CA ≥ 40 dB, Nieekranowane TCL ≥ (50-10xlgf) dB, Współosiowe SA ≥40 dB
c Ekranowane CA < 55 dB, Nieekranowane TCL < (60-10xlgf) dB, Współosiowe SA <55 dB
d Ekranowane CA ≥ 80 dB, Nieekranowane TCL < (70-10xlgf) dB, Współosiowe SA <85 dB
CA ( Coupling attenuation) – tłumienie sprzężeń od 30 MHz do 100 MHz,
TCL (Transverse conversion loss) – strata konwersji poprzecznej [ ] od 30 MHz do 100 MHz,
SA (screening attenuation) – tłumienie ekranu od 30 MHz do 100 MHz.

Otrzymane wielkości odstępów minimalnych należy pomnożyć przez tzw. współczynnik p uzależniony od ilości przewodów instalacji elektrycznej. W przypadku niewielkiej liczby obwodów instalacji elektrycznej (poniżej 12) współczynnik jest mniejszy od 1. Zwiększenie liczby obwodów powoduje zwiększenie wartości współczynnika do wartości p = 6 dla ponad 75 obwodów.

Dostępne są także zalecenia określające odstępy pomiędzy przewodami przesyłu sygnałów a kablami instalacji elektrycznej w zależności od długości równoległego ułożenia przewodów oraz sposobów ich układania (tabela 5).
W opracowywanych obecnie zaleceniach [1, 2] po szczegółowym scharakteryzowaniu właściwości kabli i sygnałów, wyodrębniono 6 klas kabli (tabela 6).

Tabela 5. Zalecane odstępy pomiędzy przewodami zasilającymi a liniami przesyłu sygnałów
Sposób układania przewodów Długość równoległego ułożenia przewodów Minimalna odległość pomiędzy kablami zasilającymi i sygnałowymi
Przekrój kabla zasilającego 35 mm2 Przekrój kabla zasilającego < 35 mm2
W kanale dowolna 400 mm 200 mm
W stalowej rurze dowolna 200 mm 100 mm
Nieekranowane na ścianie < 5m 0 mm 0 mm
Tabela 6. Charakterystyka kabli poszczególnych klas
Klasa kabli Charakterystyka
Kable klasy I Bardzo czułe sygnały. Klasa ta obejmuje kable stosowane do wszystkich sygnałów niskiego poziomu (sygnały analogowe mniejsze od 1 V, 1 mA lub, gdy źródło ma impedancję wyższą niż 1 k a sygnał ma częstotliwość większą niż 1 MHz). Kable tej klasy to dobrze ekranowane skręcone pary przewodów. Przy doprowadzeniach kabli do urządzeń ekran jest łączony na całej powierzchni z lokalnym systemem wyrównawczym. W przypadku ułożenia tych kabli bliżej niż 1 m do wysokonapięciowego kabla (ponad 1kV) powinny być one ułożone wewnątrz metalowych korytek lub osłon.
Kable klasy II Mniej wrażliwe sygnały. Kable tej klasy wykorzystywane są do sygnałów 4-20 mA, 0-10 V, częstotliwość mniejsza niż 1 MHz. Do przesyłu sygnałów wykorzystuje się kable ekranowane – skręcone.
Kable klasy III Mało zakłócające sygnały. Są to kable sterujące z rezystancyjnym lub indukcyjnym obciążeniem. Kable tej klasy mogą być ekranowane, wielożyłowe lub składające się z pojedynczych żył, dobrze jak są skręcone.
Kable klasy IV Silnie zakłócające sygnały. Kable do zasilania silników, indukcyjności, przekaźników, przetworników tyrystorowych. Są to kable ekranowane (w płaszczach stalowych) lub nieekranowane.
Kable klasy V Kable średniego napięcia
Kable klasy VI Kable wysokiego napięcia.
Rys. 1. Odstępy pomiędzy kablami różnych klas ułożonymi w przewodzących kanałach [1, 2] Odległości pomiędzy kablami poszczególnych klas są analogiczne do odległości przedstawionych na rys.1a. Dotyczy to zarówno odległości na poziomie kanału, jak i między kanałami. Rys. 1. Odstępy pomiędzy kablami różnych klas ułożonymi w przewodzących kanałach [1, 2]
Odległości pomiędzy kablami poszczególnych klas są analogiczne do odległości przedstawionych na rys.1a. Dotyczy to zarówno odległości na poziomie kanału, jak i między kanałami.
Rys. 2. Przykładowe odległości pomiędzy kablami sygnałowymi i zasilającymi [6] Rys. 2. Przykładowe odległości pomiędzy kablami sygnałowymi i zasilającymi [6]

Unikanie wzajemnego oddziaływania wymaga zachowania odpowiednich odstępów pomiędzy kablami poszczególnych klas. Wymagane odstępy pomiędzy ułożonymi równolegle na przewodzącym podłożu kablami różnych klas przedstawiono na rys. 1 i 2.
Układając kable wewnątrz obiektów budowlanych należy także przestrzegać kilku prostych zaleceń, które zestawiono poniżej.
• Kable powinny krzyżować się pod kątem prostym.
• Metalowe konstrukcje wykorzystywane do prowadzenia kabli powinny być „uziemiane” na obu końcach. Jeżeli ich długość przekracza 50 m należy zastosować dodatkowe połączenia z systemem uziemiającym.
• Połączenia uziemiające powinny być możliwie najkrótsze.
• Pokrycia metalowych korytek i korytka powinny spełniać te same wymagania.
• Przy wprowadzaniu kabli do urządzenia mogą wystąpić trudności z zachowaniem wymaganych odstępów pomiędzy kablami. W takich przypadkach kable mogą być ułożone obok siebie na możliwie najkrótszym odcinku.
• Odstępy pomiędzy przyłączami oraz kablami wewnątrz urządzeń mogą być odmienne w porównaniu z odstępami wymaganymi w obiekcie.
Układając przewody instalacji elektrycznej oraz kable sygnałowe należy zwrócić również uwagę na ich wzajemne położenie względem przewodów urządzenia piorunochronnego. Należy unikać równoległego układania kabli sygnałowych i zasilających względem zwodów i przewodów odprowadzających lub przewodzących elementów konstrukcyjnych wykorzystywanych do odprowadzania prądu piorunowego.
Jeśli warunki występujące w obiekcie stwarzają konieczność takiego układania to należy stosować ekranowane linie transmisji sygnałów lub układać je w metalowych kanałach oraz ograniczyć do minimum ich równoległy przebieg. W przypadku równoległego układania w odległości nie mniejszej od ok. 1 m od siebie linii przesyłu sygnałów i przewodów instalacji piorunochronnej sugerowana dopuszczalna długość odcinków ich równoległego ułożenia może wynosić:
• 2 m w przypadku przewodów dochodzących do szczególnie wrażliwych urządzeń elektronicznych,
• 10 m w pozostałych przypadkach.

Tabela 7. Odstępy pomiędzy zwodami i przewodami odprowadzającymi a przewodami instalacji [6, 7]
Obiekt budowlany o wysokości H Odstęp do przewodu odprowadzającego na ścianie Odstęp do zwodu na dachu obiektu
H < 5 m 100 mm 300 mm
5 m ≤ H < 10 m 200 mm 400 mm
10 m ≤ H < 20 m 400 mm 600 mm
H ≤ 20 m 600 mm 800 mm

Do wstępnego oszacowania bezpiecznych odstępów można wykorzystać informacje zestawione w tabeli 7.
W obiektach wielokondygnacyjnych, w których uwzględniane jest zagrożenie piorunowe, należy unikać rozmieszczania rozbudowanych systemów elektronicznych na najwyższych kondygnacjach (1 - 3 górnych kondygnacji).
Stosowanie przedstawionych zasad układania przewodów powinno zapewnić poprawne i bezawaryjne działania niektórych urządzeń i systemów elektrycznych i elektronicznych.

Andrzej Sowa

Literatura
[1]Williams T., Armstrong K.: EMC for Systems and Installations. Newness 2000.
[2]Wiliams T., Amstrong K.: Installations cabling and earthing technique for EMC 2002
[3]PN-EN 50174-2:2002, Technika informacyjna. Instalacje okablowania. Część 2. Planowanie i wykonanie instalacji wewnątrz budynku.
[4]PN-EN 50174-3:2005, Technika informatyczna. Instalacja okablowania. Część 3. Planowanie i wykonawstwo instalacji na zewnątrz budynków.
[5]PN-EN 50174-2: 2009 (oryg.), Technika informatyczna. Instalacje okablowania. Część 2. Planowanie i wykonanie instalacji wewnątrz budynku.
[6]Pigler F.: EMV und Blitzschutz Leittechnischer Anlagen. Siemens Aktiengesellschaft 1990.
[7]Pigler F.: Blitzschutz elektronischer Anlagen. Grundlagen und praktische Losungen. Franzis -Verlag 1998.

Więcej na temat: