Bezpieczna instalacja piorunochronna

 

Elementy zewnętrznej instalacji piorunochronnej powinny przejąć i odprowadzić do ziemi prąd wyładowania piorunowego bez szkody dla chronionego obiektu i w sposób bezpieczny dla przebywających w nim ludzi.
Instalację zewnętrzną należy wykonać zgodnie z zasadami określonymi w normach ochrony odgromowej obiektów budowlanych oraz ochrony przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym (tabela 1).

Zwody poziome niskie na dachach płaskich

Zwody na dachach i – w przypadku obiektów wysokich – na ścianach powinny wytrzymać przepływ prądu piorunowego. Zwodami mogą być przewodzące elementy konstrukcyjne obiektu, tak zwane zwody naturalne, lub przewody umieszczone tylko w celach ochrony odgromowej, tak zwane zwody sztuczne. W drugim z wymienionych przypadków, zwody mogą być złożone z dowolnej kombinacji prętów, rozpiętych przewodów lub sieci tworzonej z przewodów. Dokładne informacje o elementach przewodzących, które mogą być wykorzystane jako zwody, przedstawiono w normach PN-86/E-05003/01 oraz PN-IEC 61024-1.
Początkowo zalecano mocowanie zwodów niskich w sposób trwały w odległości minimum 2 cm od dachu niepalnego bądź trudno zapalnego. W normie PN IEC-61024-1 nie została określona minimalna odległość przewodu od powierzchni dachu. Przewody mogą być ułożone bezpośrednio na powierzchni dachu bądź w niewielkiej od niego odległości. Takie ułożenie możliwe jest tylko w przypadku, jeśli przepływ prądu piorunowego w przewodach nie spowoduje termicznego uszkodzenie pokrycia dachowego.

Do oceny przyrostu temperatury, jaki nastąpi przy przepływie prądu piorunowego o kształcie 10/350 i różnych amplitudach (zależnie od przyjętego poziomu ochrony) można wykorzystać dane zestawione w tabeli 2.

Zwody poziome niskie powinny tworzyć na dachu obiektu siatkę, a wymiary pojedynczego oka siatki w zależności od poziomu ochrony odgromowej i związanej z tym efektywności ochrony zestawiono w tabeli 3.
Należy zwrócić uwagę na siatkę o wymiarach oka 5m x 5m, którą powinno się stosować w przypadku pierwszego poziomu ochrony – we wcześniejszych zaleceniach (PN-89/E-05003/03) siatka o takich wymiarach była wymagana tylko w przypadku ochrony odgromowej zbiorników naziemnych.

Tabela 1. Zestawienie podstawowych norm dotyczących ochrony odgromowej.
Stopień ochrony Zestawienie norm
Normy ochrony odgromowej PN-86/E-05003/01: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne.
PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona.
PN-92/E-05003/04: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona specjalna.
Ochrona odgromowa obiektów budowlanych oraz wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych PN-IEC 61024-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne.
PN-IEC 61024-1:2001/Ap1 grudzień 2002, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Część 1. Zasady ogólne.
PN-IEC 61024-1-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych.
PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1 grudzień 2002, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych.
PN-IEC 61024-1-2:2002, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B – Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych.
Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym PN-IEC 61312-1:2001, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne.
PN-IEC/TS 61312-2:2002, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP). Część 2. Ekranowanie obiektów, połączenia wewnątrz obiektów i uziemienia.
PN-IEC/TS 61312-3:2003, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Część 3. Wymagania urządzeń do ograniczania przepięć (SPD).

* – wzrost temperatury powoduje eksplozję lub stopienie przewodu.

Tabela 2. Przyrost temperatury przewodów przy przepływie prądu piorunowego w zależności od ich średnicy materiału, z którego są wykonane oraz przyjętego poziomu ochrony odgromowej [3].
Przekrój w mm2 Aluminium Stal miękka Miedź Stal nierdzewna
Przyjęty poziom ochrony
III+IV II I III+IV II I III+IV II I III+IV II I
4 * * * * * * * * * * * *
10 564 * * * * * 169 542 * * * *
16 146 454 * 1120 * * 56 143 309 * * *
25 52 132 283 211 913 * 22 51 98 940 * *
50 12 28 52 37 96 211 5 12 22 190 460 940
100 3 7 12 9 20 37 1 3 5 45 100 190
Tabela 3. Wymiar oka siatki zwodu poziomego w zależności od poziomu ochrony.
PN-E-05003/01, 03 PN-IEC 61024-1
Charakterystyka obiektu i występującego zagrożenia Oko siatki zwodu Poziom ochrony Oko siatki zwodu
Obiekty wymagające ochrony podstawowej 20m × 20m IV 20m × 20m
Obiekty wymagające ochrony obostrzonej 15m × 15m III 15m × 15m
Obiekty zagrożone wybuchem mieszanin par i pyłów z powietrzem 10m × 10m II 10m × 10m
Zbiorniki naziemne zagrożone wybuchem mieszanin par i pyłów z powietrzem 5m × 5m I 5m × 5m
Rys. 1 Wsporniki do mocowania siatki zwodów na rozległych dachach płaskich [2] Rys. 2. Złączki stosowane do łączenia przewodów instalacji odgromowej.

W tabeli 3 przedstawiono również (pola zacienione) wartości określone w wycofanej normie PN- 86/E-05003/02
Na dachach o niewielkiej powierzchni siatkę zwodów można tworzyć metodą naprężania przewodów, zaś w przypadku dachów rozległych do mocowania siatki zwodów należy wykorzystywać odpowiednie wsporniki odstępowe oraz złączki i uchwyty. Zastosowane wsporniki powinny zapewnić łatwość, szybkość oraz niezawodność montażu.

Obecnie do pokrywania dachów płaskich lub o niewielkim nachyleniu wykorzystywane są różnorodne materiały, których estetyczne i trwałe połączenie ze zwodami instalacji odgromowej może być bardzo kłopotliwe. W takich przypadkach do tworzenia siatki zwodów wykorzystuje się różnorodne elementy do połączenia przewodów oraz wsporniki. Przykłady różnorodnych wsporników zwodów przedstawione zostały na rysunku 1.

Na dachach płaskich lub dachach o niewielkim (dochodzącym do 5 %) spadku, na których zastosowano pokrycia z tworzyw sztucznych można również stosować wsporniki przedstawione na rysunku 1.
Na rozległych dachach płaskich wykonanych z materiałów, do których nie powinno się nic wkręcać lub wbijać, można stosować wsporniki układane na dachu bądź mocowane do jego powierzchni przy pomocy materiału, z którego wykonano pokrycie dachowe.
Zazwyczaj są one mocowane do powierzchni dachu w następujący sposób:

  • wsporniki należy ustawić na dachu w odpowiednich miejscach i, jeśli jest to niezbędne, połączyć przewodami tworząc wymaganą siatkę zwodów,
  • z materiału, którym pokryty jest dach, „paski” o długości i szerokości odpowiedniej dla danego wspornika,
  • wykorzystując technikę łączenia odpowiednią dla danego tworzywa (np. zgrzewanie, klejenie) połączyć wsporniki z powierzchnią dachu (Fot. 1).
Fot. 1 Wspornik typu FB2 i sposoby jego mocowania do powierzchni dachu
a) ułożony bezpośrednio na powierzchni,
b) i c) mocowany do powierzchni przy pomocy „paska” wyciętego z materiału, jakim pokryto dach [2].

Przykładowe rozwiązania złączek wykorzystywanych do połączeń przy tworzeniu siatki zwodów na dachach obiektów budowlanych przedstawiono na rysunku 2, w przypadku rozległych dachów należy uwzględnić zmiany długości drutu powstałe na skutek zmian temperatury. Ogólna zależność określająca przyrost długości drutu ΔL wynosi przy wzroście temperatury ΔT:

gdzie: L – długość drutu, α – temperaturowy współczynnik rozszerzalności liniowej.

Tabela 4. Zmiany długości drutu wykonanego z różnych materiałów.
Materiał Współczynniki Przyrost długości drutu ΔL przy wzroście temperatury ΔT = 1000ºC
Aluminium 23,5 ∙ 10-6 ΔL = 3,35 mm/m
Miedź 17,0 ∙ 10-6 ΔL = 1,7 mm/m
Stal nierdzewna 16,0 ∙ 10-6 ΔL = 1,6 mm/m
Stal 11,5 ∙ 10-6 ΔL = 1,15 mm/m

Wartości temperaturowych współczynników rozszerzalności liniowej dla różnych materiałów i przyrosty długości przy zmianach temperatury zestawiono w tabeli 4.
W celu uniknięcia niebezpiecznych naprężeń wywołanych przez zmiany temperatury, należy zastosować elastyczne elementy łączące przewody pomiędzy sobą lub z przewodzącymi elementami konstrukcji dachu (fotografia 2).

Fot. 2. Połączenia kompensujące naprężenia powstające przy zmianie temperatury [2].

Zwody pionowe

Na dachach obiektów budowlanych urządzenia wymagające ochrony przed bezpośrednim działaniem prądu piorunowego występują coraz częściej. Elementy urządzenia piorunochronnego zapewniające taką ochronę powinny:

  • stworzyć odpowiednie przestrzenie chronione dla urządzeń i instalacji na dachu obiektu,
  • wyeliminować możliwość powstawania przeskoków iskrowych pomiędzy instalacjami,
  • wyeliminować różnice potencjałów pomiędzy poszczególnymi instalacjami na dachu i wewnątrz obiektu,

Powyższe wymagania można spełnić przez zastosowanie odpowiednio dobranych układów zwodów pionowych lub poziomych. Przykładowe zasady tworzenia przestrzeni chronionych przez pojedynczy zwód bądź układ dwu zwodów pionowych przedstawiono na rysunku 3.

Rys. 3. Tworzenie przestrzeni chronionych przez zwód pionowy pojedynczy lub układ dwu zwodów pionowych.

Przestrzenie chronione

Określając obszar przestrzeni chronionej tworzony przez pojedynczy zwód bądź kilka zwodów należy uwzględnić wymagania dotyczące kątów ochronnych oraz odstępów bezpiecznych uniemożliwiających powstawanie przeskoków iskrowych pomiędzy chronionymi urządzeniami a zwodami, elementami instalacji piorunochronnej lub konstrukcji obiektu wykorzystywanymi do celów ochrony odgromowej.

Odstępy bezpieczne

Dokładne wyznaczenie odstępów bezpiecznych jest zadaniem bardzo trudnym i w normie ochrony odgromowej PN-IEC 61024-1 przyjęto określać minimalne wartości odstępów bezpiecznych za pomocą prostych zależności:

Wartości współczynników:
ki – 0,1 , 0,075, i 0,05 odpowiednio dla I, II oraz II i IV poziomu ochrony,
km – 1 w powietrzu i 0,5 w dielektryku stałym,
kc – uzależniony od rozpływu prądu w obiekcie, L – jest długością mierzoną wzdłuż przewodu odpro wadzającego od punktu rozpatrywanego zbliżenia do punktu najbliższego połączenia wyrównawczego.

W przypadku typowych dachów wartości współczynników kc są uzależnione od wymiarów obiektu oraz ilości przewodów odprowadzających.

Kąty ochronne

Zalecenia norm ochrony odgromowej uzależniają wartości kątów ochronnych od poziomów ochrony wymaganych dla danego obiektu oraz wysokości zwodów (tabela 5).

Tabela 5. Kąty ochronne w zależności od wymaganego poziomu ochrony i wysokości zwodu.
Układ przestrzenny Kąty ochronne

W pewnych przypadkach wyznaczając przestrzeń chronioną tworzoną przez pojedynczy zwód pionowy należy uwzględnić więcej niż jeden kąt ochronny. W przykładzie przedstawionym na rysunku 4 do wyznaczania przestrzeni chronionej tworzonej przez zwód umieszczony na dachu obiektu budowlanego należy przyjąć:
kąt α1 na dachu obiektu – wartość kąta uzależniona od wysokości zwodu liczonej od powierzchni dachu,
kąt α2 obok obiektu – dobrany z uwzględnieniem sumy wysokości obiektu i zwodu.
W układzie dwu zwodów do określania przestrzeni chronionej między zwodami należy wyznaczyć tzw. strzałką ugięcia p (rys. 5).

Rys. 4. Przestrzenie chronione tworzone przez pojedynczy zwód pionowy.
Rys. 5. Wyznaczanie przestrzeni chronionej tworzonej przez układ dwu zwodów.

Wartość p, w zależności od wysokości zwodów pionowych h odległości między nimi d i promienia kuli R, określa zależność:

Promień kuli R jest uzależniony od poziomu ochrony i wynosi R = 20 m, 30 m, 45 m i 60 m co odpowiada odpowiednio I, II, III i IV poziomowi ochrony. Typowym rozwiązaniem jest mocowanie zwodów pionowych do betonowych podstaw, a następnie ich połączenie do elementów instalacji piorunochronnej (fotografia 3).

Fot. 3 Mocowanie zwodów o różnych wysokościach do betonowych podstaw[2]

Zapewnienie stabilności zwodów pionowych wymaga uwzględnienia zagrożeń stwarzanych przez podmuchy wiatru, a do wstępnego doboru wymiarów i ciężaru podstaw betonowych można skorzystać z danych przedstawionych w tabeli 6.

Tabela 6. Podstawowe wymiary podstaw betonowych w zależności od wysokości zwodu pionowego (prędkość wiatru do 150 km/h) [6].
Wysokość zwodu Średnica ø = 300 mm Średnica ø = 350 mm
Wysokość (cm) Ciężar (kg) Wysokość (cm) Ciężar (kg)
1,0 m 1,0 2,0 0,5 2,0
1,5 m 4,5 8,5 2,5 6,5
2,0 m 9,5 17,5 5,5 13,5
2,5 m 17 31 10,0 25,0
3,0 m 25,5 46 15,5 38,0

Jeśli zastosowanie pojedynczego zwodu bądź układu zwodów pionowych o wysokości do 3 m nie zapewni wymaganej przestrzeni chronionej lub jest trudne do realizacji, to należy rozważyć możliwość zastosowania zwodów wyższych. Wymagają one bardziej rozbudowanych i cięższych podstaw, a często także dodatkowych odciągów. Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na fotografii 4.

Przedstawiony system odciągów oraz zastosowana podstawa umożliwiają mocowanie zwodów o wysokości dochodzącej do 8 m.
Innym rozwiązaniem, zapewniającym zwiększenie stabilności zwodu pionowego oraz nie wymaga rozbudowanych ciężkich podstaw, jest zastosowanie zwodów pionowych mocowanych do chronionych obiektów.

Takie zwody mogą być mocowane zarówno do nadbudówek dachowych jak i do poszczególnych urządzeń. W skład najczęściej stosowanych układów wchodzą:

  • pionowego zwodu mocowanego do betonowej podstawy oraz, wykorzystując izolacyjne elementy dystansujące, do chronionych obiektów,
  • pionowego zwodu mocowanego przy pomocy elementów dystansujących tylko do chronionego obiektu,
  • pionowego zwodu dołączonego do izolacyjnej rury, która jest mocowana do chronionego obiektu.
Fot. 4 Pojedyncze zwody pionowe[2]Fot. 5 Przykłady zwodów mocowanych do chronionych obiektów

W ostatnim z przedstawionych przypadków od zwodu odchodzi przewód odprowadzający. Bezpieczny odstęp pomiędzy tym przewodem a chronionym obiektem zapewniają właściwie dobrane izolacyjne elementy dystansujące.
Przykładowe rozwiązania zwodów pionowych mocowanych do urządzeń lub elementów konstrukcyjnych przedstawione zostały na zdjęciu.
Poprawnie wykonane mocowanie zwiększa stabilność układu i umożliwia wyniesienie zwodu na wysokość 3-4 m ponad chroniony obiekt.

Podsumowanie

Przedstawione sposoby łączenia przewodów tworzących siatkę zwodów poziomych umożliwiają stworzenie trwałej i estetycznej instalacji piorunochronnej na rozległych dachach płaskich niezależnie od materiału, jakim pokryte są dachy.
Obecnie coraz częściej stawiane są wymagania niedopuszczenia do bezpośredniego oddziaływania prądu piorunowego na urządzenia i eliminacja możliwości wnikania prądu piorunowego do obiektu. Spełnienie takich wymagań można osiągnąć stosując układy zwodów pionowych, które powinny zapewnić odpowiednią przestrzeń chronioną i znajdować się z bezpiecznej odległości od chronionego urządzenia.

LITERATURA
1. Hasse P., Wiesinger J.: Handbuch für Blitzschutz und Erdung. Pfl aum Verlag München 1993.
2. Katalog firmy DEHN+SOHNE
3. PN-EN 62305-1:2006 (oryg.), Ochrona odgromowa – Część 1: Wymagania ogólne.
4. PN-EN 62305-3:2006 (oryg.), Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia.
5. PN-EN 62305-4:2006 (U), Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.
6. Wettingfeld J.: Fangeinrichtung für kleineren Dachaufbauten Verband Deutscher Blitzschutzfi rmen E.V.


Bezpieczna instalacja piorunochronna
5 (100%) 1 głos[ów]

dołącz do dyskusji

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


Zobacz także