Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa budynków Na płaskim dachu istniejącego budynku, gdzie w latach 80 zainstalowano odgromówkę, została zamontowana klimatyzacja. Dostałem zlecenie na zabezpieczenie klimatyzatora piorunochronem. Zrobiłem dwie antenki z drutu fi 12 mm i wystawiłem je 50 cm ponad klimatyzator, gdzie drugi koniec podłączyłem do istniejącej na dachu instalacji. Do połączenia użyłem złącza krzyżowego. Jednak inwestor nie chce odebrać instalacji twierdząc, iż mam dostarczyć projekt i pomiary, ponieważ wymaga tego ich agent ubezpieczeniowy. W 2011 roku miała miejsce poważna zmiana przepisów dotyczących instalacji elektrycznej, w tym instalacji odgromowej. Obecnie w skład definicji instalacji piorunochronnej wchodzą nie tylko elementy konstrukcyjne budynku czy zainstalowane na budynku. Zgodnie z obowiązującymi przepisami to także wewnętrzne urządzenia piorunochronne. Zmiany dotyczyły również pomiarów. Czy wiesz, jak obecnie wykonać pomiar rezystancji uziemienia dla różnych warunków atmosferycznych? Czy wiesz, co obecnie kryje się pod pojęciem instalacja odgromowa? Czy wiesz, kiedy mamy do czynienia z remontem, a kiedy z modernizacją i na czym polega różnica między tymi pojęciami? Definicja instalacji odgromowej Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji [4] z roku 1999 Instalacja piorunochronna jest to zespół elementów konstrukcyjnych budynku i elementów zainstalowanych na budynku, odpowiednio połączonych, wykorzystywanych do ochrony odgromowej. Tak zdefiniowana instalacja odgromowa chroni budynek przed zewnętrznymi skutkami działania pioruna. Definicja instalacji odgromowej Zgodnie z Rozporządzeniami Ministra Infrastruktury [2, 3] obowiązująca od 21-03-2011 r. Urządzenie piorunochronne (LPS) jest to kompletne urządzenie stosowane do redukcji szkód fizycznych powodowanych wyładowaniami piorunowymi w obiekt, składa się z zewnętrznego i wewnętrznego urządzenia piorunochronnego. Zewnętrzne urządzenie piorunochronne (izolowane, nieizolowane) jest to część LPS składająca się ze zwodów, przewodów odprowadzających i uziomów. Wewnętrzne urządzenie piorunochronne jest to część LPS składająca się z piorunowych połączeń wyrównawczych i/lub elektrycznego odizolowania zewnętrznego LPS. Według obecnie obowiązujących od 21-03-2011 r. przepisów [2, 3] ochrona odgromowa powinna zapewniać: ochronę obiektów przed uszkodzeniami fizycznymi,
ochronę istot żywych przed napięciami rażeniowymi dotykowymi i krokowymi, ochronę przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym i przepięciami, ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (kompatybilność elektromagnetyczna). Porównując podane wyżej definicje, wyraźnie widać, że obecnie obowiązująca definicja wprowadza kompleksową ochronę przed skutkami pioruna zarówno na zewnątrz (dla obiektu i istot żywych), jak i wewnątrz (dla istot żywych, urządzeń i instalacji). Rozporządzenie Ministra Infrastruktury [3] wprowadza duże zmiany w wykazie polskich norm, według których należy wykonywać instalacje elektryczne i odgromowe obiektów budowlanych. Wprowadzenie nowych kompleksowych rozwiązań dotyczących instalacji zewnętrznej i wewnętrznej, znacznie różniących się od dotychczas obowiązujących zasad jest dużym wyzwaniem dla projektantów, wykonawców i użytkowników instalacji odgromowych obiektów budowlanych. Szczególnie problem ten występuje przy przebudowie, rozbudowie i użytkowaniu (eksploatacji) obiektów budowlanych. Najczęściej ignorowane, choć niezwykle ważne, zagadnienia: skoordynowanie instalacji wewnętrznych i zewnętrznych skoordynowanie izolacji instalacji odgromowej wykonanie izolowanej instalacji odgromowej skoordynowanie ochrony przeciwprzepięciowej skoordynowanie i wykonanie uziemień o odpowiedniej oporności projekt instalacji czy jest potrzebny i na jaki zakres dokumentacja powykonawcza co wchodzi w jej skład zakres odpowiedzialności wykonawcy za wykonane prace i istniejącą instalację W dalszej części przedstawiamy aktualne wymagania dla ochrony odgromowej. Wg rozporządzenia Ministra Infrastruktury [3] instalacja odgromowa powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą PN-EN 62305 dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych. Norma składa się z czterech arkuszy normujących obliczanie, projektowanie, wykonanie, odbiór i eksploatację instalacji odgromowej zewnętrznej i wewnętrznej. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa Część 1: Zasady ogólne Określa zasady ogólne, które należy spełnić w celu ochrony obiektu budowlanego przed udarem piorunowym. Norma nie dotyczy niektórych budowli.
PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem Określa zasady oceny ryzyka wywoływanego w obiektach budowlanych lub w instalacjach przez doziemne wyładowania piorunowe. Zawiera procedurę przeznaczoną do obliczania ryzyka i pozwala dobrać właściwe środki ochrony, aby zredukować to ryzyko do poziomu nieprzekraczającego jego górnej granicy. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia Określa wymagania dotyczące ochrony za pomocą urządzeń piorunochronnych obiektów budowlanych przed fizycznymi uszkodzeniami oraz istot żywych przed porażeniem napięciami dotykowymi i krokowymi w pobliżu obiektów budowlanych. Norma ta ma zastosowanie do: projektowania, instalowania, sprawdzania i eksploatacji w obiektach budowlanych bez ograniczenia ich wysokości, montażu środków do ochrony istot żywych przed porażeniem napięciami dotykowymi i krokowymi. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach Określa zasady projektowania instalacji wewnętrznych, sprawdzania, konserwacji i badania zabezpieczeń chroniących urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych przed skutkami uderzenia pioruna i powodujących obniżenie ryzyka uszkodzeń spowodowanych piorunowym udarem elektromagnetycznym. Podaje informacje pomocne w ocenie zakłóceń pracy urządzeń elektronicznych. Zawiera zalecenia dotyczące współpracy między projektantem urządzeń elektrycznych i elektronicznych a projektantem systemu ochrony w celu jej optymalizacji. Nie dotyczy szczegółowego projektowania urządzenia elektrycznego i elektronicznego.
Najlepszym sposobem przedstawienia obowiązujących zasad ochrony odgromowej schemat postępowania przy realizacji LPS: jest Rys. 1 1 1 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
1. Określenie własności obiektu podlegającego ochronie oraz skutków uderzenia pioruna Dokładnie definiujemy obiekt, który podlega ochronie, pod względem: konstrukcyjno-budowlanym, przeznaczenia, pełnionej funkcji, użytkowania, wartości finansowej. 2. Ocena ryzyka i określenie wymaganego poziomu ochrony Rys. 2 2 Typy strat i odpowiadające im ryzyko związane z różnymi typami szkód Potrzeba ochrony odgromowej Aby ustalić, czy ochrona odgromowa obiektu jest potrzebna, należy ocenić ryzyko zgodnie z procedurami: R1: ryzyko utraty życia ludzkiego, R2: ryzyko utraty usług publicznych, R3: ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego, R4: ryzyko utraty dóbr materialnych. Ochrona odgromowa jest potrzebna, jeżeli ryzyko R jest większe niż tolerowany jego poziom RT. R > RT W takim przypadku należy zastosować środki ochrony, by zredukować ryzyko R (R1,R2, R3) do tolerowanego poziomu RT. 2 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Ze względów ekonomicznych ochrona odgromowa jest opłacalna, jeżeli suma kosztu CRL strat resztkowych ze środkami ochrony i kosztu CPM środków ochrony jest mniejsza niż koszt CL całkowitych strat w przypadku braku środków ochrony: CRL + CPM < CL 3. Wybór zewnętrznego urządzenia piorunochronnego LPS Poziom ochrony odgromowej (LPL) W normie wprowadzono cztery poziomy ochrony odgromowej oznaczone I, II, III, IV, uzależnione od wartości parametrów pioruna powiązanych z LPL. Klasa LPS Cechy charakterystyczne LPS wynikają z właściwości poddawanego ochronie obiektu i z rozpatrywanego poziomu ochrony odgromowej. Powiązanie poziomów ochrony odgromowej (LPL) z klasami LPS: Rys. 3 3 Obiekt poddawany ochronie powinien znajdować się wewnątrz chronionej strefy. Strefę ochronną uzyskuje się przez zastosowanie urządzenia piorunochronnego. LPS składa się z urządzenia zewnętrznego i wewnętrznego. Zadania LPS zewnętrznego: przejęcie wyładowania piorunowego skierowanego w obiekt za pomocą układu zwodów odprowadzenie prądu pioruna bezpiecznie do ziemi za pomocą układu przewodów odprowadzających rozproszenie go w ziemi za pomocą układu uziomów Zadania LPS wewnętrznego: zapobieganie niebezpiecznemu iskrzeniu w obiekcie z zastosowaniem: połączeń wyrównawczych odstępu izolacyjnego s (elektrycznej izolacji) pomiędzy elementami LPS, a innymi przewodzącymi elektrycznie elementami wewnątrz obiektu 3 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Do budowy LPS stosujemy następujące materiały: Rys. 4 4 4. Układ zwodów W skład zwodów wchodzą: pręty (łącznie z wolno stojącymi masztami), przewody zawieszone, przewody w układzie oczkowym. Metody określania pozycji zwodów: metoda kąta ochronnego metoda toczącej się kuli metoda oczkowa Metoda kąta ochronnego jest odpowiednia dla budynków o prostych kształtach. Metoda toczącej się kuli jest odpowiednia w każdym przypadku. Metoda oczkowa jest właściwa tam, gdzie są poddawane ochronie płaskie powierzchnie. 4 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Maksymalne wartości promienia toczonej kuli, wymiarów siatki i kąta ochronnego odpowiadające klasom LPS: Rys. 5 5 Rys. 6 6 5 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa 6 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Przestrzeń chroniona przez zwód pionowy: WERSJA SKRÓCONA A - wierzchołek zwodu B - płaszczyzna odniesienia OC - promień przestrzeni chronionej h1 - wysokość zwodu od płaszczyzny odniesienia przestrzeni poddawanej ochronie α - kąt ochronny Rys. 7 7 Przy obiektach wyższych niż 60 m mogą pojawiać się wyładowania boczne, trafiające zwłaszcza w narożniki i krawędzie płaszczyzn. Układ zwodów powinien być zainstalowany tak, aby ochronił górną część wysokich obiektów (tj. 20 % wysokości obiektu od góry) i zainstalowane na niej urządzenia. Zwody LPS nieizolowane od poddawanego ochronie obiektu mogą być instalowane, jeżeli: dach jest wykonany z materiału niepalnego w takiej sytuacji zwody mogą być umieszczane na powierzchni dachu, dach jest wykonany z materiału łatwopalnego należy zwrócić szczególną uwagę na odległość pomiędzy przewodami zwodów a materiałem. 5. Układ przewodów odprowadzających Przewody odprowadzające należy rozmieścić w taki sposób, aby od punktu uderzenia do ziemi: istniało kilka równoległych dróg prądowych, długość dróg prądowych była jak najmniejsza, zostały wykonane połączenia wyrównawcze z przewodzącymi częściami obiektu. 7 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Typowe odległości między przewodami odprowadzającymi i otokowymi wg klas LPS: Rys. 8 8 Przewód odprowadzający powinien być instalowany w miarę możliwości przy każdym odsłoniętym narożniku obiektu. 6. Układ uziomów Zalecana jest mała rezystancja uziemienia, w miarę możliwości mniejsza niż 10 Ω w pomiarach przy małej częstotliwości. W układach uziomów mają zastosowane dwa podstawowe ich typy: Układ typu A Ten typ układu zawiera uziomy poziome i pionowe instalowane na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i przyłączane do każdego przewodu odprowadzającego. W układach typu A całkowita liczba uziomów nie powinna być mniejsza niż dwa. Układ typu B Ten typ układu zawiera albo uziom otokowy, ułożony na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i pozostający w kontakcie z ziemią na długości równej przynajmniej 80 % całkowitej jego długości, albo uziom fundamentowy. Takie uziomy mogą również tworzyć kratę. Uziomy naturalne Połączona stal zbrojeniowa w fundamentach betonowych lub inne odpowiednie metalowe struktury podziemne powinny być wykorzystywane jako uziomy. Jeżeli jako uziom jest wykorzystywane metalowe zbrojenie w betonie, to szczególnie należy zadbać o wzajemne połączenia, aby zapobiec mechanicznemu rozłupywaniu betonu. 7. Wewnętrzny LPS Wewnętrzny LPS powinien eliminować możliwość pojawienia się niebezpiecznego iskrzenia w poddawanym ochronie obiekcie wskutek przepływu prądu w zewnętrznym LPS lub w innych częściach przewodzących obiektu. 8 Źródło: PN-EN 62305 Ochrona odgromowa
Niebezpieczne iskrzenie może wystąpić między zewnętrznym LPS, a innymi urządzeniami, takimi jak: metalowe instalacje, wewnętrzne systemy, przyłączone do obiektu zewnętrzne przewodzące części i linie. Eliminacja niebezpiecznego iskrzenia między różnymi częściami za pomocą: połączeń wyrównawczych, elektrycznej izolacji pomiędzy częściami. Piorunowe połączenia wyrównawcze: Wyrównywanie potencjałów jest uzyskiwane przez wzajemne połączenie LPS z: metalowymi częściami konstrukcyjnymi, metalowymi instalacjami, systemami wewnętrznymi, przyłączonymi do obiektu zewnętrznymi przewodzącymi częściami i liniami. Środki wzajemnych połączeń: przewody łączące tam, gdzie ciągłość galwaniczna połączeń nie jest zapewniona w sposób naturalny, urządzenia do ograniczania przepięć (SPD) tam, gdzie bezpośrednie połączenie za pomocą przewodów łączących nie jest możliwe. Ochrona urządzeń wewnętrznych Uderzający piorun powoduje elektromagnetyczne skutki w postaci piorunowego impulsu elektromagnetycznego (LEMP). Przed LEMP chroni zespół środków ochrony (LPMS), tj. kompletny zespół środków ochrony urządzeń wewnętrznych przed LEMP. 8. Pomiary i badania Kontrolę i badania instalacji odgromowej należy wykonywać: w czasie budowy (zanikowe, zakryte, kontrolne), po zakończeniu budowy, okresowo (prawo, warunki lokalne), po zmianach lub naprawach, po uderzeniu pioruna w obiekt. Zakres badań: kontrola dokumentacji technicznej (powykonawczej, eksploatacyjnej) oględziny próby i pomiary protokół (ocena stanu)
Pomiary: geodezyjne i geometryczne LPS (izolacja) rezystancja uziemień: lokalny Ru < 10 Ω cały układ Rc < 10 Ω w gruncie skalistym (Ru > 10 Ω) + (Ud i Uk < UL) należy mierzyć w różnych okresach pogodowych naturalne i fundamentowe należy mierzyć przy realizacji Metody pomiaru uziemień: techniczna kompensacyjna mostkowa cęgowa udarowa analizy zbocza Przykład Pomiar rezystancji uziomu metodą techniczną: T: uziom badany, odłączony od wszystkich innych źródeł zasilania T1: uziom pomocniczy
T2: drugi uziom pomocniczy X: usytuowanie T2, zmienione do sprawdzenia pomiaru Y: kolejne usytuowanie T2, zmienione do drugiego sprawdzenia pomiaru Literatura: 1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo Budowlane (tekst jednolity) (Dz. U. 2010.243.1623 tj. zm.). 2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002.75.690 zm.). 3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2010.239.1597). 4. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 sierpnia 1999 r. w sprawie warunków technicznych użytkowania budynków mieszkalnych (Dz. U. 1999.74.836). 5. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa - Część 1: Zasady ogólne. 6. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem. 7. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia. 8. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach.