Andrzej Sowa Politechnika Białostocka Nowe wymagania dotyczące ochrony odgromowej w obiektach zagrożonych wybuchem 1. Wstęp Stworzenie warunków zapewniających bezpieczną ochronę przed skutkami wyładowań piorunowych w obiekty posiadające przestrzenie zagrożone wybuchem wymaga zastosowania rozwiązań chroniących przed bezpośrednim działaniem prądu piorunowego oraz wyładowaniami elektrycznymi wywołanymi przez impulsowe pole elektromagnetyczne. Obecnie podstawowe informacje o wymaganiach stawianych przed urządzeniem piorunochronnym obiektu budowlanego zawarto w 4 normach serii PN-EN 62305 [1, 2, 3, 4], które wprowadzono w Polsce w latach 2008 2009. W grudniu 2010 roku normy serii PN-EN 62305 wymieniono w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury [5] dotyczącym warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Od roku 2011 Polski Komitet Normalizacyjny zastępuje powyższe normy ochrony odgromowej nowymi ich wydaniami [6, 7, 8, 9], które w dalszej części artykułu nazywane będą normami nowymi. Niestety dotychczas tych nowych norm nie przetłumaczono na język polski, co praktycznie uniemożliwia ich stosowanie. Poniżej zasygnalizowane zostaną podstawowe informacje zawarte w obu seriach norm. Główna uwaga zostanie zwrócona na ochronę obiektów posiadających strefy zagrożone wybuchem. Wymagania dotyczące ochrony odgromowej takich obiektów zawarto w informacyjnym załączniku D normy PN-EN 62305-3. W nowym wydaniu tej normy [8] zawartość załącznika D uległa częściowej zmianie. Podstawową, jest zmiana statusu załącznika D z załącznika informacyjnego na załącznik normatywny. 2. Analiza ryzyka oraz ocena uszkodzeń Zupełnie nowym wymaganiem, stawianym przed projektantami urządzeń piorunochronnych oraz systemów ograniczających narażenia piorunowe, jest konieczność przeprowadzenia analizy ryzyka oraz oceny uszkodzeń powodowanych przez wyładowanie piorunowe. Przystępując do analizy ryzyka należy zebrać podstawowe informacje dotyczące funkcji, ogólnego rozmieszczenia, konstrukcji oraz lokalizacji obiektu. Szczegółowy opis zasad postępowania przedstawiono w normie PN-EN 62305-2 zarówno z roku 2008, jak i 2012 [2, 7]. 3
W normach omówiono szczegółowe zasady szacowania ryzyka powodowanego przez prądy piorunowe podczas doziemnych wyładowań piorunowych: bezpośrednio w obiekty budowlane lub obok tych obiektów, bezpośrednio w linie lub instalacje dochodzące do analizowanych obiektów lub w bliskim sąsiedztwie tych linii lub instalacji. W przypadku rozbudowanych obiektów ze strefami zagrożonymi wybuchem (rys. 1) przeprowadzenie takiej analizy może być zadaniem bardzo pracochłonnym i wymagać zebrania podstawowych informacji o analizowanym obiekcie oraz określeniu, a następnie wykorzystaniu od kilkudziesięciu do kilkuset różnego rodzaju współczynników. Rys. 1. Zagrożenie stwarzane przez doziemne wyładowanie piorunowe Ogólny tok postępowania przy ustalaniu konieczności wykonania urządzenia piorunochronnego został przedstawiony na rys. 2. Procedura zarządzania ryzykiem pokazana na rys. 2 jest skuteczna, jeśli rozważa się wszystkie czynniki, które mają wpływ na wartość ryzyka. Takie podejście do zagadnień ochrony odgromowej stwarza przed projektantem (dotyczy to szczególnie rozległych obiektów z wieloma wydzielonymi strefami) konieczność przeprowadzenia wielu prostych, ale czasochłonnych obliczeń oraz wymagających uwagi w zakresie doboru odpowiednich współczynników. Porównanie wyznaczonych wartości ryzyka z wartościami uznanymi za tolerowane pozwala dopiero ustalić potrzebę stosowania środków ochrony odgromowej i dobrać odpowiednią ich skuteczność. W obiektach zagrożonych wybuchem, jeśli przeprowadzona analiza ryzyka wykaże konieczność stosowania ochrony odgromowej lub ochrona odgromowa jest wymagana przez uprawnione władze, należy stosować urządzenie piorunochronne przynajmniej klasy II. 4
Rys. 2. Proces podejmowania decyzji o konieczności stosowania ochrony odgromowej Taki wymóg występuje zarówno w załączniku informacyjnym D normy PN-EN 62305-3 z roku 2008 [2] oraz w nowym wydaniu normy PN-EN 62305-2 [7]. 3. Wymagania wprowadzane przez normy serii PN-EN 62305 W normach ochrony odgromowej serii PN-EN 62305 [1, 2, 3, 4] wprowadzono nowe, w porównaniu do zawartych w normie PN-89/E-05003/03 [10], oznaczenia i wymagania dotyczące stref zagrożonych wybuchem (tabela 1) oraz przedstawiono ogólne zasady ochrony w obiektach zawierających strefy 0, 1, 2 oraz 20, 21 i 22. Tabela 1. Oznaczenia rodzajów stref wybuchowych Występujące w PN-89/E-05003/03 Występujące w PN-EN 62305-3 Kategoria Z0 obszar, w którym mieszanina wybuchowa gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powie- zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci Strefa 0 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa trzem występuje stale lub długotrwale. gazu, pary lub mgły z powietrzem występuje stale lub przez długie okresy lub często. Kategoria Z1 obszar, w którym istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia mieszaniny wybuchowej zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci Strefa 1 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powietrzem gazu, pary lub mgły z powietrzem może czasami wystąpić w trakcie normalnego w normalnych warunkach pracy. działania. 5
Występujące w PN-89/E-05003/03 Występujące w PN-EN 62305-3 Kategoria Z2 obszar, w którym wystąpienie mieszaniny wybuchowej gazów i/lub par cieczy łatwopal- zawierająca mieszaninę substancji palnych w posta- Strefa 2 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa nych z powietrzem jest mało prawdopodobne, a jeśli ci gazu, pary lub mgły z powietrzem nie występuje mieszanina ta wystąpi, to będzie utrzymywana krótkotrwalestąpienia trwa krótko. w trakcie normalnego działania, a w przypadku wy- Kategoria Z10 obszar, w którym mieszanina wybuchowa pyłów palnych z powietrzem występuje długo- w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu występuje Strefa 20 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa trwale lub często. stale lub przez długie okresy lub często Kategoria Z11 obszar, w którym zalegające pyły Strefa 21 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa mogą stworzyć krótkotrwale mieszaninę wybuchową w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania. na skutek przypadkowego zawirowania. Strefa 22 miejsce, w którym atmosfera wybuchowa w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu nie występuje w trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa krótko. Rezystancja uziemienia układów uziomowych w obiektach zawierających materiały i mieszaniny wybuchowe powinna być możliwie najmniejsza, ale nie większa niż 10 Ω. Dodatkowo należy zauważyć, że w obiektach, w których występuje zagrożenie wybuchem oraz duże ryzyko pożaru preferowany jest uziom typu B. Poniżej zestawiono podstawowe wymagania, jakie powinno spełniać urządzenie piorunochronne w strefach zagrożonych wybuchem zawarte w normie PN-EN 62305-3. 1. Poszczególne części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (zwody, przewody odprowadzające i uziemiające) powinny się znajdować w odległości co najmniej 1 m od strefy zagrożonej wybuchem. 2. Jeśli zachowanie odległości 1 m jest niemożliwe do wykonania, to można ją zmniejszyć do ok. 0,5 m, ale powinny być zastosowane przewody ciągłe oraz połączenia spawane lub prasowane. 3. Połączenia wyrównawcze wykonane przy pomocy zacisków są dopuszczalne, jeśli nie będzie ikrzenia przy przepływie prądów piorunowych (rys. 3). Rys. 3. Przykładowe rozwiązanie połączeń wyrównawczych badanych prądem udarowym [11] 6
4. Wykonując połączenia z rurociągami należy stosować takie rozwiązania, w których rozpływający się prąd piorunowy nie wywoła niebezpiecznego iskrzenia (np. połączenia spawane). Połączenia zaciskowe są dopuszczalne, jeśli ochrona przed zapłonem została sprawdzona za pomocą prób. 5. Minimalne grubości blach, które można wykorzystać do odprowadzania prądu piorunowego zestawiono w tabeli 2. Tabela 2. Minimalne grubości blach stosowanych do odprowadzenia prądu piorunowego Materiał Grubość t 1 mm Grubość t 2 mm Stal (nierdzewna, ocynkowana) 0,5 4 Tytan 0,5 4 Miedź 0,5 5 Aluminium 0,65 7 Cynk 0,7 Grubość t 1 istnieje możliwość wytopienia otworu w blasze w punkcie wpłynięcia prądu piorunowego, Grubość t 2 w miejscu wpłynięcia prądu piorunowego wystąpi jedynie wzrost temperatury blachy. Należy jednak zauważyć, że w normie PN-EN 62305, przy opisie szczegółowych rozwiązań ochrony odgromowej obiektów zawierających strefy zagrożone wybuchem, pojawia się wymóg stosowania blach stalowych o grubości 5 mm, a nie 4 mm przedstawione w tabeli 2. 6. Strefy zagrożone wybuchem nie powinny się znajdować bezpośrednio pod metalowym pokryciem dachu, jeśli możliwa jest jego perforacja lub mogą wystąpić przeskoki iskrowe pomiędzy poszczególnymi elementami pokrycia. W normie PN-EN 62305-3 [3] przedstawiono także ogólne zalecenia dotyczące: uziemiania zbiorników, sposobów połączeń ścian zbiornika z pływającym dachem, uziemiania rurociągów. Zalecenia dotyczące ochrony odgromowej powyższych obiektów zagrożonych wybuchem zestawiono w tabeli 3. Tabela 3. Podstawowe zalecenia dotyczące obiektów zagrożonych wybuchem Obiekt Podstawowe wymagania Rurociągi Nadziemne rurociągi metalowe na zewnątrz obiektów produkcyjnych należy łączyć co ok. 30 m z układem uziomowym lub do uziomu pionowego albo poziomego. W długich liniach przesyłu cieczy palnych w pompowniach na odcinkach przesuwnych itp. wszystkie rurociągi łącznie z rurami osłonowymi należy mostkować przewodami o przekroju co najmniej 50 mm 2. Do mostkowania wstawek izolacyjnych powinny być zastosowane iskierniki (rys. 4). Zbiorniki zasobnikowe Zbiorniki stalowe o grubości ścian nie mniejszej niż 5 mm (7 mm aluminium), bez przerw iskrowych nie wymagają dodatkowej ochrony. W przypadku zbiorników o cieńszych ściankach należy zastosować ochronę przed bezpośrednim trafieniem (rys. 5 i 6). Zbiorniki lub rurociągi pokryte ziemią nie wymają instalowania zwodów. Urządzenie elektryczne i elektroniczne stosowane wewnątrz tych obiektów powinny być dostosowane do tego rodzaju pracy. 7
Zbiorniki z pływającymi dachami Dach zbiornika należy skutecznie połączyć z główną powłoką zbiornika. Należy zredukować do możliwie najniższego poziomu ryzyko ewentualnego zapłonu mieszaniny wybuchowej wywołanego przez iskrzenie. Należy wykonać, w odstępach co ok. 1,5 m wokół obwodu dachu, wielokrotne połączenia bocznikowe między pływającym dachem a powłoką zbiornika. Jeśli na dachu jest drabina, to na zawiasach pomiędzy drabiną a wierzchołkiem zbiornika oraz pływającym dachem należy zastosować giętkie przewody o szerokości 35 mm. W przypadku braku drabiny należy zastosować jeden lub więcej przewodów o szerokości 35 mm między powłoką zbiornika a pływającym dachem. Alternatywne sposoby, wykorzystywane do ochrony odgromowej, zapewniające przewodzące połączenie pomiędzy pływającym dachem a powłoka zbiornika są dopuszczalne tylko wtedy, gdy ich właściwości zostały potwierdzone badaniami. 4. Podstawowe zmiany w wymaganiach technicznych wprowadzane w nowych normach W nowym wydaniu normy PN-EN 62305-3 [8], jak już wspomniano, zmieniono status załącznika D, w którym omawiano zalecenia dotyczące ochrony odgromowej obiektów zagrożonych wybuchem, z informacyjnego na załącznik normatywny, ale zakres zaleceń nie został zmieniony. Rys. 4. Przykłady bocznikowania wstawek izolacyjnych (monobloków) na gazociągu [11] Pojawia się jednak kilka stosunkowo drobnych zmian i uzupełnień. Część z nich zestawiono poniżej: 1. Nie zmieniono wymagań dotyczących zachowania odległości co najmniej 1 m poszczególnych części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (zwody, przewody odprowadzające i uziemiające) od strefy zagrożonej wybuchem, ale nie wprowadzono ograniczeń dotyczących umieszczania przewodu odprowadzającego względem strefy, jeśli zachowanie wymaganej odległości jest niemożliwe do wykonania (dotychczas zalecano jej zmniejszenie do ok. 0,5 m). 2. Dokładnie określono wymiary giętkich przewodów (szerokość 35 mm grubość 3 mm) wykorzystanych do połączeń dachów z powłokami zbiorników (zbiorniki z pływającymi dachami). 3. Dotychczasowy zapis dotyczący uzgadniania z operatorem wykonania połączeń wyrównawczych pomiędzy urządzeniem piorunochronnym a innymi instalacja- 8
mi/ urządzeniami (zarówno bezpośrednich, jak i z wykorzystaniem iskierników) był zalecany do stosowania w obiektach zawierających strefy 0 i 20. Obecnie ten wymóg występuje w części podstawowej dotyczącej obiektów zawierających dowolne strefy. Rys. 5. Ogólne zasady ochrony zbiorników przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym 9
Rys. 6. Przykładowe rozwiązania ochrony odgromowej zbiorników w biogazowniach 5. Podsumowanie W normach dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych serii PN-EN 62305 zwrócono uwagę na konieczność profesjonalnego wykonania projektu oraz samego urządzenia piorunochronnego. Dodatkowo w załączniku D nowej normy [8] zalecana jest, w przypadku obiektów zagrożonych wybuchem, konieczność profesjonalnego przeprowadzenia sprawdzenia, konserwacji i pomiarów urządzań piorunochronnych. Takimi sprawami powinien zajmować się specjalista z doświadczeniem zarówno w dziedzinie ochronie odgromowej, jak i w zagadnieniach związanych z problemami występującymi w obszarach zagrożonych wybuchem. 6. Literatura 1. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa Część 1: Zasady ogólne. 2. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa Część 2: Zarządzanie ryzykiem. 10
3. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia. 4. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach. 5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2010 r. Nr 239, poz. 1597). 6. PN-EN 62305-1:2011-05 Ochrona odgromowa Część 1: Zasady ogólne. 7. PN-EN 62305-2:2012-07 Ochrona odgromowa Część 2: Zarządzanie ryzykiem. 8. PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia. 9. PN-EN 62305-4:2011-05 Ochrona odgromowa Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach. 10. PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona. 11. Materiały informacyjne firmy DEHN. 11