PRZEBUDOWA OCHRONY ODGROMOWEJ PO ZAMONTOWANIU MASZTU NA DACHU

Transkrypt

1 Biblioteka Sekcji Instalacji mgr inż. Krzysztof Wincencik PRZEBUDOWA OCHRONY ODGROMOWEJ PO ZAMONTOWANIU MASZTU NA DACHU analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego Profesjonalne ebooki

2 Wstęp Wytyczne do projektowania ochrony odgromowej obiektów budowlanych określa wieloczęściowy arkusz normy PN-EN (ustanowionych i wydanych przez PKN w języku polskim w latach 2008 i 2009). Został on wymieniony w znowelizowanym w 2010 r. rozporządzeniu Ministra Infrastruktury o warunkach technicznych dla obiektów budowlanych i ich usytuowania. 2

3 Przy projektowaniu ochrony odgromowej niezbędne jest oszacowanie ryzyka dla obiektu. Czynność ta jest potrzebna również wtedy, gdy następuje modyfikacja lub rozbudowa obiektu budowlanego, a także po zamontowaniu na dachu klimatyzatorów czy masztu antenowego. W e-booku przeprowadzona jest analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego, w którym dostawiono masz antenowy. Przed rozpoczęciem jakichkolwiek szczegółowych prac projektowych nad urządzeniem piorunochronnym LPS projektant ochrony odgromowej powinien zebrać informacje dotyczące: funkcji obiektu, ogólnego planu jego zagospodarowania, konstrukcji oraz lokalizacji. Tam, gdzie urządzenie piorunochronne nie zostało jeszcze sprecyzowane przez upoważnioną instytucję, ubezpieczyciela lub nabywcę, tam projektant ochrony odgromowej powinien zdecydować, czy obiekt chronić za pomocą urządzenia piorunochronnego (LPS), czy też nie jest to wymagane. Decyzja ta powinna być podjęta na podstawie procedury szacowania ryzyka podanej w normie IEC

4 W normie PN-EN urządzenie piorunochronne odpowiedniej klasy stanowi jeden z elementów minimalizacji ryzyka. Projektant, w ramach analizy, decyduje, jakiej klasy urządzenie piorunochronne oraz jakie inne dodatkowe środki będą najbardziej odpowiednie dla rozpatrywanego obiektu z punktu widzenia technicznego i ekonomicznego. Aby uniknąć nieporozumień, w normie PN-EN :2009 Ochrona odgromowa -- Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia wyraźnie zostały określone cztery klasy LPS (I do IV) w sposób odpowiadający poziomom ochrony odgromowej (LPL) zdefiniowanym w pierwszym arkuszu normy PN-EN :2008 Ochrona odgromowa -- Część 1: Zasady ogólne. Tablica 1. Powiązanie poziomów ochrony odgromowej (LPL) z klasami LPS LPL I II III IV Klasa LPS I II III IV 4

5 Projektant powinien wybierać wymaganą klasę LPS na podstawie dokonanej oceny ryzyka zgodnie z zapisami normy PN-EN Tok postępowania przy wykonywaniu analizy ryzyka obiektu pokazano na rysunku 1. Rys. 1. Schemat decyzyjny dotyczący analizy konieczności stosowania środków ochrony w obiekcie 5

6 Aby procedura zarządzania ryzykiem pokazana na rysunku 1 była skuteczna, należy wziąć pod uwagę wszystkie czynniki mające wpływ na wartość szacowanego ryzyka. Dlatego też przeprowadzenie analizy wymaga od projektanta (szczególnie dla rozległych obiektów z wieloma wydzielonymi strefami) dużych nakładów czasu oraz wielu prostych, ale czasochłonnych obliczeń. Szczególnej uwagi wymaga właściwy dobór odpowiednich współczynników. Projektant dobierając ochronę odgromową dla obiektu, musi na samym początku poznać charakterystykę budynku. Niezbędna będzie także znajomość jego wymiarów geometrycznych (rzuty budynku) oraz miejsca usytuowania. Identyfikacja musi również obejmować kilka dodatkowych informacji, które pozwolą określić: przeznaczenie obiektu oraz jego powiązanie z obiektami sąsiednimi, instalacje elektryczne i teletechniczne znajdujące się w obiekcie, zawartość (wyposażenie) wnętrza obiektu, osoby znajdujące się w obiekcie lub przebywające w strefie do 3 m na zewnątrz obiektu, wpływ uszkodzenia obiektu na środowisko. 6

7 Źródła uszkodzeń Podczas analizy zagrożenia piorunowego projektant musi rozpatrzeć różne rodzaje niebezpieczeństw, uszkodzeń i strat. Należy przy tym pamiętać, że głównym źródłem uszkodzenia jest prąd pioruna. Z uwagi na miejsce uderzenia zostały wyróżnione następujące źródła uszkodzeń (rys. 2): S1 bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt, S2 wyładowanie obok obiektu, S3 wyładowanie w urządzenie usługowe (instalacje wchodzące do budynku), S4 wyładowanie obok urządzenia usługowego. Rys. 2. Źródła uszkodzeń z uwagi na miejsce uderzania pioruna 7

8 Typy strat Przy dokonywaniu analizy ryzyka należy wziąć pod uwagę następujące typy strat, które zostały powiązane z obiektem budowlanym: L1 utrata życia ludzkiego, L2 utrata usługi publicznej, L3 utrata dziedzictwa kulturowego, L4 utrata wartości ekonomicznej (samego obiektu wraz z jego zawartością). Straty L1, L2 i L3 mogą mieć wymiar społeczny, a L4 może być rozpatrywana tylko jako strata czysto gospodarcza. Wartości rozmiaru strat powinny być wyznaczone i ustalone przez projektanta ochrony odgromowej (lub właściciela obiektu). Wartość ryzyka Dla każdego typu straty, która może wystąpić w obiekcie lub w urządzeniu usługowym, powinna być wyznaczona stosowna wartość ryzyka poddawanego ocenie dla obiektu: utrata życia ludzkiego R1, utrata usługi publicznej R2, 8

9 utrata dziedzictwa kulturowego R3, utrata wartości ekonomicznej R4. Aby wyznaczyć wartość ryzyka R, należy zdefiniować, a następnie obliczyć stosowne jego komponenty, to znaczy rodzaje ryzyka częściowego, które są zależne od źródła i typu uszkodzenia. Każde ryzyko R jest sumą jego komponentów. Obliczając ryzyko, można pogrupować jego komponenty wg źródła uszkodzenia i wg typu uszkodzenia. Rys. 3. Zestawienie komponentów ryzyka R X w zależności od źródła uszkodzenia Analiza pod kątem zarządzania ryzykiem dla obiektu poddawanego ochronie obejmuje: sam właściwy obiekt, instalacje znajdujące się w obiekcie, 9

10 zawartość (wyposażenie) obiektu, osoby przebywające w obiekcie lub w strefie do 3 m na zewnątrz obiektu, środowisko podlegające wpływom wynikającym z uszkodzenia obiektu. Uwzględnienie wszystkich tych czynników do obliczenia komponentów ryzyka związanego z oddziaływaniem wyładowań na obiekt budowlany wymaga od projektanta przeprowadzenia wielu obliczeń. Należy w nich również uwzględniać również dochodzące do obiektu urządzenia usługowe (do 1 km długości) oraz obiekty znajdujące się na drugim końcu urządzenia usługowego (jeżeli są w odległości do 1 km od rozpatrywanego obiektu). W przypadku linii napowietrznej bierze się pod uwagę wysokość jej zawieszenia, a w odniesieniu do linii kablowej rezystywność gruntu. W normie PN-EN :2008 podano reprezentatywne wartości tolerowanego ryzyka R T, przy których wyładowania piorunowe powodują utratę życia ludzkiego, utratę dóbr socjalnych lub kulturowych. Wartości te odpowiednio wynoszą: R T =10-5 Utrata życia ludzkiego lub trwałe porażenie (R1), R T =10-3 Utrata usług publicznych (R2), R T =10-3 Utrata dziedzictwa kulturowego (R3). 10

11 Analiza ryzyka w przypadku rozbudowanego, wielostrefowego obiektu wymaga od projektanta wielu pracochłonnych obliczeń. Jest to związane z koniecznością uwzględnienia dużej liczby współczynników powiązanych z wyposażeniem i instalacjami wewnątrz obiektu. Niezbędne są również informacje o stosowanym wewnątrz oprzewodowaniu, odporności udarowej instalowanych urządzeń, podziale na strefy użytkowe o podobnych cechach funkcjonalnych, rodzaju podłóg, stosowanych środkach ochrony ppoż. itd. Zwiększenie liczby obliczeń może też wynikać z konieczności wielokrotnego ich powtarzania (szczególnie w obiektach wielostrefowych) w celu uzyskania zadowalających efektów (minimalizacji ryzyka R poniżej wartości tolerowanej R T ). Analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego z masztem antenowym Po dostawieniu nowych urządzeń na dachu, na przykład masztu antenowego jak na rys. 1, konieczna może być rozbudowa istniejącego zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (LPS ang. Lightning Protection System) tak, aby nowe urządzenia również były chronione przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego. W przypadku większej ingerencji w stan obiektu, na przykład dobudowanie dodatkowej kondygnacji czy przybudówki może okazać się konieczne uzupełnienie istniejących 11

12 środków ochrony. Wiąże się to z ponowną analiza ryzyka budynku. dla Rys. 4. Maszt antenowy postawiony po wykonaniu urządzenia piorunochronnego. Widoczne zwody pionowe nie chronią masztu z antenami Dane do obliczeń Analizowany budynek jest położony w obszarze południowej Polski, dla którego gęstość piorunowych wyładowań doziemnych na 1/km 2 wynosi 2,5 na rok. 12

13 Teren, na którym stoi analizowany obiekt jest płaski, a w jego otoczeniu nie ma innych zabudowań. Budynek jest zasilany elektroenergetyczną linią kablową. Dochodzi do niego napowietrzna linia telefoniczna. Dokładna długość obu linii jest nieznana. Wymiary obiektu dla którego dokonujemy analizy ryzyka są następujące: Lb = 15 m Wb = 20 m Hb = 6 m Analiza ryzyka warunki wyjściowe Przeprowadzając analizę zajmiemy się określeniem ryzyka R1, które opisuje możliwość utraty życia ludzkiego w związku z poszczególnymi zagrożeniami wynikającymi z udziału źródeł: napięcie krokowe i dotykowe towarzyszące trafieniu pioruna, fizyczne oddziaływania, na przykład pożar, eksplozja itd. Z uwagi na charakter budynku przyjmujemy jedynie podział na dwie strefy funkcjonalne: 13

14 strefa Z1 (na zewnątrz domu), strefa Z2 (wewnątrz domu). Przeprowadzona analiza ryzyka w przypadku wyjściowym (sam budynek bez masztu), której wyniki można zobaczyć na rys. 5, rys. 6 pokazuje, że obliczone dla budynku ryzyko: R1 = 1,561x10 5 jest większe od określonej w normie wartości tolerowanej R T = Z tego powodu w obiekcie wymagane jest zastosowanie ochrony przed skutkami wyładowań piorunowych. Rys. 5. Graficzny zapis wartości ryzyka tolerowanego R T oraz występującego ryzyka utraty życia ludzkiego R1 dla obiektu bez masztu 14

15 Rys. 6. Komponenty ryzyka dla budynku bez masztu antenowego W tym przypadku przekroczenie wartości R1 związane jest z komponentem R V (rys. 3). Komponent związany jest z fizycznymi uszkodzeniami takimi, jak pożar lub wybuch zainicjowanymi przez groźne iskrzenie pomiędzy wewnętrzną instalacją, a innymi metalowymi częściami. Na ogół ma to miejsce w punkcie wejścia linii do obiektu i powodowane jest przez prąd pioruna przepływający poprzez lub wzdłuż wchodzących do obiektu linii zewnętrznych. Rys. 7. Wyróżniony komponent wpływający na przekroczenie ryzyka R1 ponad tolerowaną wartość ryzyka R T 15

16 Analiza ryzyka po postawieniu masztu Poniżej prześledzimy, jakie zmiany wprowadzi do analizy ryzyka postawienie na dachu budynku masztu telekomunikacyjnego o wysokości 6 m. W takiej sytuacji wysokość najwyższej części obiektu liczna jest od powierzchni gruntu i wynosi H max = 12m. Rys. 8. Graficzny obraz zwymiarowanego chronionego budynku po postawieniu masztu 16

17 Samo dodanie masztu powoduje, że rośnie powierzchnia zbierania odosobnionego obiektu prostokątnego i obecnie wynosi: A d = 4072 m 2 Bez masztu wynosiła A d =2758m 2. W przypadku pozostawienia bez zmian innych czynników charakteryzujących obiekt (dochodzące linie, zagrożenie pożarowe itd.) obliczone dla budynku ryzyko wynosi: R1 = 1,636 x10 5 Jest ono większe od wartości tolerowanej R T = Rys. 9. Graficzny zapis wartości ryzyka tolerowanego R T oraz występującego ryzyka utraty życia ludzkiego R1 dla obiektu z masztem 17

18 Dodanie masztu na dachu powoduje tylko nieznaczną zmianę wartości R1 (zagrożenia utraty życia ludzkiego). Warto podkreślić, że miejsce umieszczenia masztu na dachu budynku nie wpływa w zauważalny sposób na wartość R1 i wynosi 163 % R T w przypadku masztu zamontowanego na środku dachu i 165 % R T w przypadku masztu usytuowanego w narożniku dachu. Obniżanie wartości ryzyka utraty życia ludzkiego do wartości tolerowanych Aby obniżyć wartość ryzyka R1 poniżej wartości tolerowanej, zastosujemy środki ochrony pozwalające na zmniejszenie wartości komponentów R V i R B. Ponieważ do budynku wprowadzane są linie wykonane kablami nieekranowanymi, dlatego wartość prawdopodobieństwa P V można obniżyć poprzez wyrównanie potencjałów wchodzących do obiektu linii za pomocą ograniczników przepięć (SPD). Zastosowanie na wejściu do obiektu ograniczników przepięć odpowiadających poziomowi ochrony IV LPL, pozwala na redukcję wartości prawdopodobieństw P U i P V z poziomu 1 do poziomu 0,03. 18

19 Zainstalowanie na budynku urządzenia piorunochronnego LPS klasy IV, pozwala na redukcję wartości prawdopodobieństwa P B z poziomu 1 do poziomu 0,2. Zastosowanie przedstawionych powyżej środków ochrony pozwala na redukcję ryzyka utraty życia ludzkiego R1 do poziomu 16% wartości tolerowanej R T. R1 = 0,1651 x 10 5 < R T = 10-5 Rys. 10. Graficzny zapis wartości ryzyka tolerowanego R T oraz występującego ryzyka utraty życia ludzkiego R1 dla obiektu z masztem po zastosowaniu środków ochrony Narzędzia pomocne w analizie ryzyka W prostym obiekcie, w którym nie ma potrzeby wydzielania dodatkowych stref użytkowych, analiza ryzyka i dobór środków nie nastręcza wielkich trudności. Ogranicza się jedynie do 19

20 wykonania szeregu prostych obliczeń poszczególnych komponentów ryzyka. W przypadku takich obiektów można wykorzystać do przyspieszenia obliczeń program IEC Risk Assessment Calculator. Jest on dołączany do papierowego wydania normy PN-EN :2008 Ochrona odgromowa Część 2: Zarządzanie ryzykiem. Należy jednak pamiętać, że program nie uwzględnia wszystkich czynników i może służyć jedynie jako narzędzie pomocnicze do określania poziomu ryzyka. Producent oprogramowania (IEC Międzynarodowy Komitet Elektrotechniki) nie ponosi żadnej odpowiedzialności z tytułu strat i szkód spowodowanych jego użyciem. Aplikacja na przykład nie uwzględnia wysokości zawieszenia linii napowietrznej lub rezystywności gruntu w przypadku linii kablowej. Nie ma także możliwości uwzględniania wpływu obiektów przyłączonych do drugiego końca linii, a także elementów naturalnych LPS i stosowania tak zwanych mocniejszych SPD. Narzędzie nie uwzględnienia również informacji o ekranowaniu przewodów w obiekcie. Nie pozwala analizować obiektów podzielonych na strefy funkcjonalne. 20

21 Rys. 11. Widok okna dialogowego programu do szacowania ryzyka zgodnie z PN-EN

22 Przykładowy widok okna dialogowego z wprowadzonymi danymi budynek z masztem o wysokości 6 m pokazano na rys. 11. Wyniki oceny ryzyka utraty życia ludzkiego za pomocą programu IEC Risk są podobne, jak w przypadku analizy dokładnej uwzględniającej wszystkie czynniki i wynoszą: R1 = 1,55 x 10 5 Przy zastosowaniu środków ochrony: urządzenie piorunochronne klasy IV oraz skoordynowany układ ograniczników przepięć wartość R1 wyliczona przez program zostaje obniżona do poziomu: R1 = 0,0651 x 10 5 Różnica pomiędzy wynikami uzyskanymi z obliczeń dokładnych przedstawionych w poprzednim rozdziale (R1 = 0,1651 x 10 5 ) oraz przybliżonych, uzyskanych z programu IEC RISK (R1 = 1,55 x 10-5 ) jest dość znaczna. Dlatego korzystając z programu IEC RISC warto pamiętać o jego ograniczeniach i uzyskane wyniki traktować 22

23 jako wstępne przybliżenie pomoc w ocenie doboru środków ochrony. Ostateczna weryfikacja przyjętego rozwiązania, szczególnie w przypadku skomplikowanych obiektów mających na zewnątrz i wewnątrz różne strefy użytkowe, powinna być wykonana w drodze obliczeń uwzględniających wszystkie czynniki wpływające na wartość ryzyka. Autor: mgr inż. Krzysztof Wincencik Sekcja Instalacji Elektrycznych Krakowskiego Oddziału SEP 23

24 Wydawca: Weronika Wota Redaktor naczelna: Urszula Wróblewska Redaktor: Jarosław Wilk Korekta: Skład ISBN: Ochrona odgromowa Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z.o.o Warszawa, ul. Łotewska 9a Tel , faks , ieredakcja@wip.pl NIP: Numer KRS: Sąd Rejonowy dla m.st. Warszawy, Sąd Gospodarczy XIII Wydział Gospodarczy Rejestrowy. Wysokość kapitału zakładowego: zł Copyright by Wydawnictwo Wiedza i Praktyka sp. z o.o. Warszawa 2013 Przebudowa ochrony odgromowej po zamontowaniu masztu na dachu - analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego wraz z przysługującym Czytelnikom innymi elementami dostępnymi w subskrypcji (e-letter, strona www i inne) chronione są prawem autorskim. Przedruk materiałów opublikowanych w Przebudowa ochrony odgromowej po zamontowaniu masztu na dachu - analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego oraz w innych dostępnych elementach subskrypcji bez zgody wydawcy jest zabroniony. Zakaz nie dotyczy cytowania publikacji z powołaniem się na źródło. Publikacja Przebudowa ochrony odgromowej po zamontowaniu masztu na dachu - analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego została przygotowana z zachowaniem najwyższej staranności i wykorzystaniem wysokich kwalifikacji, wiedzy i doświadczenia autorów oraz konsultantów. Zaproponowane w publikacji Przebudowa ochrony odgromowej po zamontowaniu masztu na dachu - analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego oraz w innych dostępnych elementach subskrypcji wskazówki, porady i interpretacje nie mają charakteru porady prawnej. Ich zastosowanie w konkretnym przypadku może wymagać dodatkowych, pogłębionych konsultacji. Publikowane rozwiązania nie mogą być traktowane jako oficjalne stanowisko organów i urzędów państwowych. W związku z powyższym redakcja nie może ponosić odpowiedzialności prawnej za zastosowanie zawartych w publikacji Przebudowa ochrony odgromowej po zamontowaniu masztu na dachu - analiza ryzyka dla domu jednorodzinnego lub w innych dostępnych elementach subskrypcji wskazówek, przykładów, informacji itp. do konkretnych przykładów. Wydawca nie odpowiada za treść zamieszczonej reklamy; ma prawo odmówić zamieszczenia reklamy, jeżeli jej treść lub forma są sprzeczne z linią programową bądź charakterem publikacji oraz interesem Wydawnictwa Wiedza i Praktyka. Centrum Obsługi Klienta: Tel: cok@wip.pl 1BN