Zewnętrzna ochrona odgromowa obiektów budowlanych

Dostosowywanie norm do wymagań nowoczesnych urządzeń i systemów nie ominęło dziedziny ochrony odgromowej obiektów budowlanych. Od roku 2001 wprowadzane są nowe normy przedstawiające zasady  kompleksowej ochrony odgromowej obiektów oraz ochrony przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Wymóg stosowania nom ochrony odgromowej zawarto w Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 7 kwietnia 2004 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – Dz. U. Nr 109, poz.1156. Zestawienie obecnie obowiązujących norm zawiera poniższa tablica 1.





W porównaniu z wcześniej obowiązującym wykazem norm obowiązkowego stosowania norm obowiązkowego stosowania można zauważyć następujące różnice:

»  wycofano z wykazu normę PN-86/E 05003/02 zawierającą wymagania dotyczące podstawowej ochrony odgromowej budynków,
»  obowiązują obecnie dwie normy (PN- 86/E-05003/01 i PN-IEC 61024-1) określające podstawowe zasady ochrony odgromowej. Pomijając problemy formalno-prawne jakie wynikają z przedstawionej zmiany, pojawiają się również nowe zalecenia i wymagania, które różnią się od dotychczas obowiązujących. Dodatkowym problemem mogą być różnice w podstawowych wymaganiach jakie zawierają obowiązująca dotychczas norma PN-86/E- 05003/01 i wprowadzona PN-IEC 61024-1. Poniżej przedstawiono różnice w zasadach i doborze materiałów wykorzystywanych do tworzenia poszczególnych części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego.


Zwody

Zwodami mogą być przewodzące elementy konstrukcyjne obiektu, tzw. zwody naturalne, lub przewody umieszczone tylko w celach ochrony odgromowej, tzw. zwody sztuczne. Zwody na dachach oraz, w przypadku obiektów wysokich (ponad 20 m), na ścianach budynku powinny wytrzymać przepływ prądu piorunowego. W normie PN-IEC 61024-1 dokładnie określono warunki jakie musi spełniać struktura stalowa w obrębie obiekty żelbetowego, żeby można ją traktować jako galwanicznie ciągłą i wykorzystać jako naturalne elementy urządzenia piorunochronnego. Podstawowe wymagania dotyczą zapewnienia spawanych lub solidnych powiązań ok. 50%prętów pionowych i poziomych. W przypadku wiązania prętów miękkim drutem stalowympowinny one zachodzić na siebie na długości równej 20-krotnej ich średnicy. Należyrównież zapewnić ciągłość połączeń pomiędzy poszczególnymi elementami prefabrykowanymi. Przekrój pokrycia dachowego. W większości obiektów budowlanych należy zastosować zwody poziome niskie. Materiały stosowane na zwody zestawiono w tablicy 2. W dotychczas obowiązujących zaleceniach zwody powinny być mocowane w sposób trwały w odległości minimum 2 cm od dachu niepalnego lub trudno zapalnego. W normie PN-IEC 61024-1 nie określa się minimalnej odległości przewodu od powierzchni dachu. Przewody mogą być ułożone bezpośrednio na dachu lub w niewielkiej od niego odległości. Takie ułożenie jest możliwe 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, którego wartość uzależniona jest od wybranego poziomu ochrony (tablica 3), można wykorzystać dane zestawione w tablicy 4.




Blachę pokrycia dachowego można i należy wykorzystywać jako zwód poziomy niski pod warunkiem, że jej grubość będzie nie mniejsza niż 0,5 mm bez względu na rodzaj materiału pokrycia dachowego (wg PN-IEC 61024-1). Dodatkowe wartości minimalnych grubości  blach z różnych materiałów zalecane przez normę PN-86/E-05003/01 zestawiono w tablicy5.




W obiektach krytych materiałem nieprzewodzącym zwody na dachu mogą być tworzone przez dowolną kombinację prętów, rozpiętych przewodów lub przewodów ułożonych w postaci sieci. W tablicy 7 przedstawiono, zgodnie z zaleceniami zawartymi w obowiązujących normach, wymiary oka sieci zwodów w zależności od poziomu ochrony odgromowej i związanej z tym skuteczności ochrony. W tablicy 7 przedstawiono również (pola zacienione) wartości określone w wycofanej normie PN-86/E-05003/02.

Analizując przedstawione wartości należy zwrócić uwagę na wymóg tworzenia siatki Zewnętrzne metalowe pokrycia dachowe ułożone na pokryciu wykonanym z drewna (deski lub belki drewniane) należy wykorzystywać jako zwody lub przewody odprowadzające pod warunkiem niewystępowania bezpośrednio pod blachą materiałów łatwopalnych takie jak: słoma, płyny i inne materiały łatwopalne. Analizując przedstawione wartości należy zwrócić uwagę na wymóg tworzenia siatki zwodów o wymiarach 5mx5m. Siatka o takich wymiarach jest wymagana w przypadku konieczności zapewnienia ochrony o efektywności na poziomie 98%. W dotychczasowych wymaganiach siatka o boku 5m była wymagana tylko w przypadku ochrony odgromowej zbiorników naziemnych.




W normie PN-IEC-61024-1 stwierdzono, że metalowe pokrycia dachowe nie mogą być pokryte materiałem izolacyjnym. Nie jest uznawane za izolację pokrycie blachy: PN-IEC 61024-1 0,5 

»  cienką warstwą farby ochronnej,
»  warstwą asfaltu o grubości do 0,5mm,
»  warstwą folii o grubości do 1mm.




W przypadku urządzeń technologicznych np.:  naziemnych zbiorników, rurociągów, aparatów technologicznych usytuowanych poza budynkami, jako zwody można wykorzystać blachy o grubościach zastawionych w tabl. 6.


Przewody odprowadzające

Podobnie jak w przypadku zwodów, jako przewody odprowadzające należy wykorzystać przewody odprowadzające naturalne lub przewody sztuczne. Wymiary elementów stosowanych do odprowadzania prądów piorunowych są analogiczne jak w przypadku zwodów. Układ przewodów odprowadzających powinien zapewnić możliwie najkrótszą, wieloprzewodową drogę dla przepływu prądu piorunowego od punktu uderzenia do ziemi. Przewody odprowadzające powinny być instalowane wzdłuż prostych i pionowych tras. W tablicach 8 i 9 zestawiono wymagane odległości pomiędzy przewodami odprowadzającymi, przewodami a ścianami obiektu oraz samymi wspornikami.








Przewody uziemiające





Do połączenia przewodów odprowadzających z uziomem są stosowane przewody uziemiające. Minimalne wymiary materiałów z których wykonywane są przewody uziemiające zestawiono w tablicy 10.


Uziomy naturalne i sztuczne

Do celów ochrony odgromowej i przepięciowej  należy w pierwszej kolejności wykorzystać uziomy naturalne obiektu, którymi mogą być:

a) nieizolowane od ziemi podziemne metalowe części chronionych obiektów i urządzeń,
b) żelbetowe fundamenty i podziemne części chronionych obiektów (nie izolowane od ziemi lub zamalowane warstwą przeciwwilgociową),
c) metalowe rurociągi wodne oraz osłony studni artezyjskich znajdujące się w odległości nie większej niż 10 m od chronionego
d) uziomy sąsiednich obiektów znajdujących się w odległości nie większej niż 10 m od chronionego

Połączenia uziomów naturalnych z przewodami uziomowymi powinny być wykonane w sposób trwały za pomocą spawania lub zgrzewania. W łatwo dostępnych miejscach połączenia przewodów odprowadzających z przewodami uziemiającymi powinny znajdować się zaciski probiercze. Dodatkowo należy uwzględnić zalecenia, aby te zaciski znajdowały się na wysokości od 0,3 m do 1,8 m.

Jeśli wykonanie takich połączeń jest niemożliwe lub utrudnione dopuszczalne jest wykorzystanie obejm lub uchwytów mających zacisk lub zaciski zabezpieczone przed rozluźnieniem się. Tylko w przypadkach obiektów, w których nie ma
możliwości wykorzystania uziomów naturalnych lub ich wykorzystanie jest niecelowe, należy stosować uziomy sztuczne z materiałów zestawionych w tablicy 11.

Ze względu na trwałość uziomów pojawiają się zalecenia zwiększenia wymaganych wymiarów poprzecznych uziomów do wartości 100mm2 - stal ocynkowana na gorąco oraz miedziane taśmy - 50mm2, miedziane pręty lub liny 35 mm2. Układ uziomowy powinien również zapewnić zredukowanie do bezpiecznych wartości różnice potencjałów pomiędzy poszczególnymi punktami uziomu oraz podłączonymi do niego instalacjami i urządzeniami.





Wyznaczanie wartości rezystancji uziomów

Nowością wprowadzoną w normie PN-IEC 61024-1 jest podział uziomów stosowanych do celów ochrony odgromowej na następujące typy:

»  typ A, do którego należą uziomy pionowe oraz poziome (promieniowe), dołączone do każdego z przewodów odprowadzających instalacji piorunochronnej

»  typ B, do którego zaliczamy uziomy otokowe, kratowe i fundamentowe.

Postępując zgodnie z zaleceniami obowiązujących norm należy, analizując dowolny uziom otokowy, wyznaczyć zastępczy promień r powierzchni objętej tym otokiem i porównać z minimalną długością l dobraną dla danego poziomu ochrony odgromowej i rezystowności gruntu.

W wyniku porównania otrzymujemy: Tworząc system uziomowy należy posiadać informacje o rezystywności gruntu, w którym projektowany uziom będzie umieszczony, wymogi jakie nakładają na uziom inne zalecenia i funkcje jakie powinien on spełnić. Dotyczy to szczególnie wymogów jakie narzucają urządzenia telekomunikacyjne i teleinformatyczne. W przypadku obiektów budowlanych zalecanym rozwiązaniem jest zastosowanie poziomego uziomu otokowego.

»  r >= l - uziom otokowy obiektu jest wystarczający,
»  r < l - uziom otokowy należy uzupełnić dodatkowymi uziomami poziomymi lub pionowymi.

Każdy z dodatkowych uziomów powinien mieć następującą długość ldot :

»  uziom poziomy - ldot poz = l - r 

»  uziom pionowy - ldot pion = (l - r)/2

Liczba dodatkowych uziomów poziomych lub pionowych powinna być równa liczbie przewodów odprowadzających w zewnętrznym urządzeniu piorunochronnym. Liczba ta nie może być mniejsza od 2. - typ B, do którego zaliczamy uziomy otokowe, kratowe i fundamentowe.

Postępując zgodnie z zaleceniami obowiązujących norm należy, analizując dowolny uziom otokowy, wyznaczyć zastępczy promień r powierzchni objętej tym otokiem i porównać z minimalną długością l dobraną dla danego poziomu
ochrony odgromowej i rezystywności.