Rollende-bol-methode voor de planning van opvanginrichtingen
Op fysica gebaseerde methode voor complexe systemen
Voor het plannen van de opvanginrichtingen als onderdeel van het externe bliksembeveiligingssysteem kunnen verschillende methoden worden toegepast. Een methode die zich al in talrijke gevallen heeft bewezen, is de zogenaamde rollende-bolmethode. Deze is bijzonder goed geschikt als ontwerpmethode bij complexe installaties. In tegenstelling tot de beschermingshoek- of maasmethode, is de rollende-bolmethode afgeleid uit het elektrogeometrische bliksemmodel en natuurkundig te verantwoorden. Daarom moet deze methode ook worden gebruikt, wanneer bij de beschermingshoek- of maasmethode onzekerheden optreden.
De basis voor de berekening van de opvanginrichtingen vormt de straal van de bliksembol, want bij deze methode rolt een bliksembol digitaal over het te beveiligen object. De aanrakingspunten staan dan voor mogelijk inslagpunten van de bliksem.
Einddoorslagafstand en voorontladingskop
Als gevolg van ladingsscheiding ontstaat er een potentiaalverschil tussen de wolken en de aarde, wat leidt tot een voorontlading met een voorontladingskop. Diverse punten zoals bomen, huizen of antennes starten opvangontladingen in de richting van deze voorontladingskop. Op het punt, waar de opvangontlading de voorontladingskop als eerste bereikt, vindt de einddoorslag plaats. Hieruit volgt dat alle punten op het oppervlak van de bliksembol, met de straal van de uiteindelijke inslagafstand en de voorontladingskop als middelpunt, beschermd moeten zijn tegen een directe blikseminslag. De straal van de bliksembol wordt door de bliksembeveiligingsklasse van het te beveiligen gebouw bepaald.
Opvanginrichtingen als beschermingszones
De bliksemstroom moet door het bliksembeveiligingssysteem worden opgevangen en afgeleid en vormt bij een directe inslag ook de brandbeveiliging voor het gebouw. De opvanginrichtingen bieden een optimaal inslagpunt en zijn via de afleidingen met de aardingsinstallatie verbonden. Op deze manier wordt een geleidend pad voor bliksemstromen naar de aarde tot stand gebracht. De opvanginrichtingen kunnen worden beschouwd als beschermingszones. Met de rollende-bolmethode worden deze beschermingszones vastgesteld.
De rollende-bolmethode kan worden gebruikt om de vereiste lengtes van de opvangstangen en de onderlinge afstand daartussen te bepalen. Deze moeten zodanig worden opgesteld dat alle delen van de te beveiligen installatie binnen het beveiligingsgebied van de opvanginrichting liggen. Daarom moet het te beschermen gebouw zodanig van opvanginrichtingen worden voorzien dat een bol met een straal die is vastgesteld op basis van de bliksembeveiligingsklassen, het gebouw niet kan raken.
Het elektro-geometrisch bliksemmodel als fysisch erkend model
De bliksembolstraal vormt samen met de minimale stroompiekwaarden, gerelateerd aan de betreffende bliksembeveiligingsklasse, het elektrogeometrische model (EGM) dat als enig natuurkundig erkende basismodel voor het opstellen van het bliksembeveiligingszoneconcept conform VDE 0185-305-1 (IEC/EN 62305-1) wordt gebruikt.
Met behulp van CAD-programma's kan de bliksembol over de gehele te beschermen installatie in de driedimensionale ruimte worden gerold. Zo worden bijvoorbeeld bij gebouwen van de bliksembeveiligingsklasse I oppervlakken en punten door de bol geraakt, die bij gebouwen van de bliksembeveiligingsklasse II, III of IV nog binnen de beschermde zone zouden vallen. Met de rollende-bolmethode kan de te beveiligen installatie in verschillende externe bliksembeveiligingszones (Lightning Protection Zones = LPZ) worden onderverdeeld:
LPZ 0A: Gevaar door directe blikseminslagen en het volledige elektromagnetische veld van de bliksem
LPZ0B: Beschermd tegen directe blikseminslagen, maar kwetsbaar voor het algehele elektrische veld van de bliksem
Berekening van de indringingsdiepte
Wanneer meerdere opvangstangen worden gebruikt om een object te beveiligen, moet rekening worden gehouden met de indringingsdiepte tussen de opvangstangen. Voor een nauwkeurige berekening kan daarvoor de volgende formule worden gebruikt:
