URZĄDZENIE PIORUNOCHRONE 

 

 

Badania elementów urządzenia  

piorunochronnego

 

 

Andrzej Sowa 

 

 

 

 

rowego symulującego przepływ prądu pioru-
nowego.   

Poprawne zaprojektowanie i wykonanie insta-
lacji piorunochronnej staje się sprawą coraz 
bardziej skomplikowaną. Rosną wymagania 
dotyczące zarówno estetyki jej wykonania, jak 
i trwałości oraz pewności działania podczas 
bezpośredniego wyładowania piorunowego w 
obiekt budowlany. Niestety częste są jeszcze 
przypadki lekceważenia zagadnień ochrony 
odgromowej oraz  traktowania wykonawstwa  
instalacji piorunochronnej jako sprawę prostą, 
niewymagającą praktycznie żadnego przygo-
towania i doświadczenia . 

 

Oddziaływanie prądu piorunowego 

na elementy urządzenia  

piorunochronnego 

 
Zwody na dachach oraz, w przypadku obiek-
tów wysokich (ponad 20 m), na ścianach 
obiektów budowlanych powinny wytrzymać 
zagrożenie jakie występuje podczas przepływ 
prądu piorunowego. Zwodami mogą być 
przewodzące elementy konstrukcyjne obiektu, 
tzw. zwody naturalne, lub przewody umiesz-
czone tylko w celach ochrony odgromowej, 
tzw. zwody sztuczne.  

Wśród podstawowych przyczyn takiej niefra-
sobliwości należy wymienić:  
•  niewielkie, w naszym klimacie,  prawdopo-

dobieństwo bezpośredniego wyładowania 
piorunowego w obiekt budowlany  i sto-
sunkowo rzadką weryfikację poprawnego 
rozwiązania i wykonania urządzenia pioru-
nochronnego, 

W tym drugim przypadku zwody mogą być 
złożone  z dowolnej kombinacji prętów, poje-
dynczych przewodów lub tworzonych z prze-
wodów sieci. Dobierając elementy do montażu 
zwodów należy uwzględnić zagrożenie jakie 
wywołuje przepływ prądu piorunowego pod-
czas bezpośredniego wyładowania w obiekt. 
W większości typowych obiektów budowla-
nych na bezpośrednie działanie prądu pioru-
nowego narażone są zwody poziome i pio-
nowe niskie. 

•  przekonanie,  że montaż urządzenia pioru-

nochronnego jest prostą sprawą, którą prak-
tycznie może wykonać dowolna firma, 

•  częste kłopoty finansowe inwestorów w 

końcowej fazie budowy obiektu, w której 
montowane jest urządzenie piorunochron-
ne, i poszukiwania najtańszych materiałów 
oraz wykonawców.  

Ocena zagrożenia piorunowego elementów 
urządzenia piorunochronnego  wymaga okre-
ślenia następujących wartości charakteryzują-
cych prąd piorunowy : 

Wzrostowi wymagań stawianych przed pro-
jektantami i wykonawcami musi towarzyszyć 
dostępność do różnorodnych i pewnych w 
działaniu elementów instalacji piorunochron-
nych. Fakt ten stwarza konieczność tworzenia 
nowych wymagań określające zasady badań 
poszczególnych elementów instalacji, włącz-
nie z symulację zagrożenia stwarzanego pod-
czas bezpośrednie oddziaływanie prądu uda- 

- wartości szczytowej  

 

 I

m

 

-  ładunku przenoszonego przez prąd  udarowy      
 

 

 

 

      Q

imp

 =  

∫ i

p

dt 

-impulsu kwadratu prądu            W=

∫ i

p

2 

dt    

 (energia  właściwa wydzielona  przez   
prąd piorunowy na rezystancji 1 

Ω). 

Podczas bezpośredniego wyładowania w elementy 
urządzenia piorunochronnego narażone są na: 

W niektórych przypadkach są wykorzysty-
wane również parametry uzupełniające do któ-
rych należą: 

•  erozję termiczną w miejscu kontaktu prze-

wodu z kanałem wyładowania pioruno-
wego, 

•  czas trwania czoła prądu piorunowego,  
•  czas do półszczytu na grzbiecie fali prądu 

piorunowego,  

•  rozżarzenie przewodów wywołane przez 

przepływ prądu piorunowego, 

•  liczba udarów prądowych w wyładowaniu 

wielokrotnym. 

•  działania dynamiczne pomiędzy przewo-

dami, w których płynie prąd piorunowy. 

Zalecane przez normy międzynarodowe i eu-
ropejskie,  wartości podstawowych parame-
trów charakteryzujących prąd piorunowy w 
przypadku czterech poziomów ochrony od-
gromowej zestawiono w tablicy  1. 

Podczas bezpośredniego wyładowania w urzą-
dzenie piorunochronne w miejscu styku prze-
wodu z kanałem wyładowania następuje na-
grzanie się metalu co może spowodować jego 
erozję.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tablica  1.   Wartości podstawowych parametrów charakteryzujących prąd piorunowy wyładowania 
doziemnego 

 

Składowa 
wyładowania 

Poziom 

ochrony 

Wartość 

szczytowa 

kA 

Czas  
czoła 

µs 

Czas do  

półszczytu 

µs 

Całkowity 

ładunek  

C ** 

Ładunek im-

pulsowy 

C *  

Energia 

właściwa 

MJ/

Ω 

Efektywność 

ochrony 

% 

I 

200 10 350 300  100  10  98 

II 

150 

10 

350 

225 75 5,6 95 

 
 

pierwsza 

składowa 

II i IV 

100 

10 

350 

150 

50 

2,5 

90 i 80 

I 

50 0,25 100  -- 

--- 

---  98 

II 

37,5 0,25  100  -- 

--- 

--- 

95 

 
 

kolejne  

składowe 

III i IV 

25 

0,25 

100 

-- 

--- 

--- 

90 i 80 

 
*  - Ponieważ zasadnicza część całkowitego ładunku jest zawarta w pierwszym udarze to uznaje się, że poda-
ne wartości zawierają ładunek wszystkich udarów krótkotrwałych, 

** - Ładunek całkowity - suma ładunku krótkotrwałego i ładunku składowej długotrwałej prądu.

 

 

Krytyczną wartość ładunku wymaganą do wy-
topienia takiej ilości metalu określa równanie 
[1,3]: 

Erozja termiczna prowadzi do perforacji cien-
kich blach, wytapiania przewodów i ich ewen-
tualnego przerywania.   

e

w

K

r

Q

3

⋅

=

π

 

W przypadku klasycznego urządzenia pioru-
nochronnego zagrożeniem może być zarówno 
rozgrzany  przewód jaki i wytopione z niego 
krople metalu.  

K

e

 – współczynnik erozji, 

Określając kryteria opadania kropel wytopio-
nego metali z przewodu przyjęto [1,2,3] , że 
wystąpienie tego zjawiska wymaga ubytku po-
łowy masy przewodu na długości równej jego 
średnicy. 

r  - promień przewodu. 

Uwzględniając, przedstawione w tablicy 1, 
wartości  ładunków przenoszonych przez prąd 
piorunowy można określić  średnice przewo-
dów, w których na skutek erozji termicznej 

 
 

Tablica 3. Wartości współczynników występu-
jących w równaniu  

może wystąpić zagrożenie stwarzane przez 
opadające krople metalu.   

 

Przykładowe wyniki obliczeń dla przewodów 
stalowych, aluminiowych i miedzianych ze-
stawiono w tablicy 2.  

Tablica  2. Krytyczne wartości  ładunku dla 
przewodów wykonanych z różnych materiałów 

 

Ładunek Q (As)  

Średnica 
przewodu  

Stal Miedz 

Aluminium 

5 mm 

32,72 

18,11 

9,82 

6 

mm  56,64 31,29 16,96 

7 

mm  89,79 49,70 26,93 

8 mm 

134,04 

74,19 40,21 

9 mm 

190,85 

105,63 

57,25 

10 mm  

261,79 

144,90 

78,53 

11 mm 

348,45 

192,87 

104,53 

Materiał 

Współczynnik 

Aluminium Stal  Miedz 

)

(

3

m

kg

γ

 

2 700 

7 700 

8 920 

)

(

K

kg

J

c

w

⋅

 

908 469 385 

)

( m

Ω

ρ

 

29 10

-9

 120 

10

-9

 17,8 

10

-9

 

)

/

1

( K

α

 

4,0 10

-3

 6,5 

10

-3

 3,92 

10

-3

 

 
Wykorzystując przedstawione wartości można 
określić przyrost temperatury różnorodnych 
przewodów o różnych  średnicach przy prze-
pływie prądu piorunowego  o kształcie 
10/350

µs i wartościach szczytowych uzależ-

nionych od przyjętego poziomu ochrony od-
gromowej (tablica 4).   

 

Charakter zmian temperatury przewodów z 
różnych materiałów wywołany przez przepływ 
prądu udarowego o wartości szczytowej 100 
kA i kształcie 10/350 

µs [2] przedstawiono na 

rys.2.  

Obliczone wartości porównano z wartością ła-
dunku impulsowego jaki jest zalecany przy 
tworzeniu urządzenia piorunochronnego za-
pewniającego I poziom ochrony odgromowej 
(ładunki impulsowe 100As).  

Analizując wyniki przedstawione w tablicy 2 i 
4 należy stwierdzić,  że uniknięcie opadania 
kropel metalu lub jego przerwania wymaga 
stosowania przewodów o średnicach więk-
szych niż te, które są zalecane przez obowią-
zujące normy krajowe (tablica 5 -  [4,5]).  

Uniknięcie spadania kropel wytopionego me-
talu wymaga zastosowania przewodów, dla 
których krytyczne wartości  ładunku są więk-
sze od 100As (obszar zacieniony na tablicy 
2.). 
Podwyższenie temperatury przewodu o 

∆υ  

pod wpływem przepływającego prądu pioru-
nowego można wyznaczyć z zależności [1,3]:  

Dobierając elementy urządzenia pioruno-
chronnego należy dodatkowo uwzględnić za-
grożenia wywołane przez siły elektrodyna-
miczne wywołane przez rozpływający się prąd 
piorunowy (rysunek 3).  

)

1

(exp

1

2

−

⋅

⋅

⋅

⋅

=

∆

w

c

S

R

W

γ

ρ

α

α

ϑ

 

Siły elektrodynamiczne pomiędzy dwoma 
równoległymi przewodami, w których płyną 
prądy,  opisuje równanie:  

gdzie :  

 

ρ - rezystywność metalu (Ω⋅m), 

7

2

1

2

1

0

10

)

(

2

)

2

(

−

⋅

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

a

i

i

l

i

i

a

F

π

l

µ

  [N] 

γ - gęstość metalu (kg⋅m

-3

 ), 

c

w 

– ciepło właściwe  (J

⋅ kg

-1

⋅ K

-1

 ), 

gdzie:   i

1 

· i

2

 -  chwilowe wartości prądów 

płynących w przewodach  [A], 

α -  współczynnik temperaturowy (K

-1

), 

S

2

 – przekrój przewodu (m

2

). 

 

   a  - odstęp między przewodami, 

Przybliżone wartości współczynników wystę-
pujących w powyższym równaniu dla różnych 
materiałów zestawiono w tablicy 3.  

 

   l -  długość przewodów ułożonych  

                    równolegle. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tablica  4. Przyrost temperatury przewodów przy przepływie prądu piorunowego w zależności 
od ich średnicy i materiały z którego są wykonane 

 

Aluminium Stal  Miedz 

Przyjęty poziom ochrony 

przekrój 

w 

mm

2

 

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 

50 

12 28  52  37 96 211 5  12 22 

100 

3 7 12 9 20 

37 1 3 5 

* - wzrost temperatury powoduje eksplozję lub stopienie przewodu.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tablica 5.  Najmniejsze wymiary elementów stosowanych do odprowadzania prądu pioruno-
wego 

 

Rodzaj wyrobu 

Materiały     (wymiary znamionowe w mm) 

 

stal ocynkowana 

cynk 

aluminium  

miedź 

drut 

6 - 

10 

6 

taśma 

20

× 3 

- 

20

× 4 

20

× 3 

linka 

7

× 2,5 

- - 7 

×3 

bez wyszczególnienia 

50mm

2

 

 

70mm

2

* 

25mm

2

 ** 

35mm

2

* 

16mm

2

** 

 
* , **  - przekroje dotyczą odpowiednio zwodów i przewodów odprowadzających.

  

 

 

       a)   

                     b) 

 

 

F 

F 

i 

i 

          

 

F 

i 

i 

F 

 

 

F

1

 

F

1

 

F

2

 

i 

i 

 

Rys.3. Przy-
kłady rozkładu 
sił działających
na elementy 
instalacji pio-
runochronnej

 

 

Rys.2. Przyrosty temperatury przewodów  ( 

∅ 

8mm ) wywołane przez przepływ prądu uda-
rowego o wartości szczytowej 100 kA i kształ-
cie 10/350 

µs. 

 

 

 

Tablica 6. Podstawowe parametry prądu uda-
rowego stosowanego do badań elementów in-
stalacji piorunochronnej  

Należy zaznaczyć,  że działanie sił elektrody-
namicznych na przewody w układach ochron-
nych ogranicza się tylko do krótkiej chwili 
czasowej, np. w przypadku prądów udarowych 
siły będą działały na przewody tylko przez 
kilkadziesiąt – kilkaset 

µs. Jest to czas zbyt 

krótki w porównaniu z wywołanymi przez te 
siły drganiami mechanicznymi.  

 

Klasa         Imax 

W/R 

t

d

 

Wysoka  100 kA 

± 10% 

2,5MJ/

Ω ± 20%  ≤ 2 ms 

Niska 

50 kA 

± 10% 

0,63MJ/

Ω ± 20%  ≤ 2 ms 

Podejmowane są również próby wyznaczania 
sił elektrodynamicznych wykorzystując zależ-
ności określające tzw. energię właściwą prądu 
udarowego W wynoszącą: 

 
Badane elementy urządzenia piorunochronnego  
powinny być narażone na trzykrotny przepływ 
prądu udarowego  o przedstawionych parame-
trach. Czas pomiędzy poszczególnymi próbami 
powinien być na tyle długi, żeby było możliwe 
ostygnięcie badanego elementu do temperatury 
otoczenia przed kolejną próbą  

W = 

 

∫

dt

i

2

Jednostkowe impulsy sił są proporcjonalne do 
energii właściwej prądu udarowego 

Dodatkowo należy przeprowadzić pomiary re-
zystancji styku elementów instalacji pioruno-
chronnej, przy przepływie prądu 10A. Pomiary 
powinny być prowadzone możliwie najbliżej 
badanego styku, a zmierzona wartość powinna 
być mniejsza lub równa 1 m

Ω. Zalecenia za-

wierają również układy połączeń, do jakich 
należy doprowadzić udar prądowy (rys.4.). 

∫

∫

=

dt

i

f

Fdt

2

 

gdzie  f jest współczynnikiem proporcjonalno-
ści, którego wartości uzależnione od wzajem-
nego ułożenia przewodów wynoszą odpo-
wiednio : 
układ dwu przewodów równoległych (rys3a)  

a

f

⋅

=

−

2

10

7

 

 

Płaszczyzna 
izolacyjna 

500 

20 

20 

500 

Prąd  
udarowy 

Badany  
element 

 

gdzie : a – odstęp pomiędzy przewodami, 
układ przewodu zgiętego (rys.3b) 

r

r

l

f

+

⋅

=

−

ln

10

7

 

gdzie : l – długość przewodu liczona od środka 
promienia krzywizny, 
 

r – promień krzywizny zagięcia prze-
wodu. 

 

Płaszczyzna 
izolacyjna 

400 

20 

500 

20 

100 

 

Uwzględniając przedstawione zależności i pa-
rametry prądu piorunowego można określić si-
ły działające na przewody i wyznaczyć wy-
stępujące zagrożenie.  
Badanie elementów urządzenia piorunochron-
nego  
Analizy teoretyczne zjawisk zachodzących 
podczas bezpośrednich wyładowań w urzą-
dzenia piorunochronne wykorzystano do opra-
cowania zaleceń określających zakres badań 
symulujących w warunkach laboratoryjnych 
występujące zagrożenie [7]. 

 
Rys. 4. Przykładowe układy połączeń prze-
wodów podczas badań  złączek na działanie 
prądu udarowego

 

Źródłem zagrożenia jest prąd udarowy o pa-
rametrach zestawionych w tablicy 6. 

W zależności od swojego przeznaczenia, po-
szczególne typy złączek badane są w różnych 
układach połączeń (Rysunek 5.).  

Metalowa 
instalacja  

Metalowa 

rura 

Metalowa 
instalacja  

Metalowa 

rura 

Badany 
element  

 

Rys.5. Podstawowe układy do badań wytrzyma-
łości elementów urządzenia piorunochronnego 

Wnioski 

Elementy urządzenia piorunochronnego po-
winny zapewnić pewną i niezawodną ochronę 
obiektów budowlanych przed działaniem prą-
du piorunowego. Spełnienie takich warunków 
wymaga przeprowadzenia przez producentów 

badań, podczas których w laboratoriach symu-
lowane są  zagrożenia stwarzane przez prze-
pływ prądu piorunowego.   
Montując urządzenie piorunochronne z bada-
nych elementów można zapewnić ochronę 
obiektu i uniknąć sytuacji, w której układy ma-
jące zapewnić bezpieczeństwo nie tylko nie 
spełnią swojego zadania ale jako pierwsze ule-
gną uszkodzeniu. 
Dodatkowo należy zwrócić uwagę na jakość 
wykonania urządzenia piorunochronnego na 
obiekcie budowlanym 

Literatura 

1.  Flisowski Zd. : Trendy rozwojowe ochrony 

odgromowej budowli. Część 1. Wyładowa-
nia piorunowe jako źródło zagrożenia. 
PWN 1986. 

2.  Hampe E.A., Trommer W.: Blitzschutzan-

lagen. Planen, Bauen, Prüfen. Huthing 
1997. 

3.  Hasse P., Wiesinger J.: EMV Blitz – 

Schutzzonnen Konzept . Pflaum Verlag 
1994. 

4.  PN-86/E-05003/01:  Ochrona odgromowa 

obiektów budowlanych. Wymagania ogólne. 

5.  PN-86/E-05003/02:  Ochrona odgromowa 

obiektów budowlanych. Ochrona podsta-
wowa 

6.  prEN 50164-1. Lightning Protection Com-

ponents (LPC). Part 1. Requirements for 
Connection Components.  

7.  PN-IEC 61024-1.  Ochrona odgromowa 

obiektów budowlanych. Zasady ogólne. 
2001. 

8.  PN-IEC 61312-1.  Ochrona przed pioru-

nowym impulsem elektromagnetycznym. 
Zasady ogólne. Marzec 2001    

9.  PN-IEC 61024-1-2. Ochrona odgromowa 

obiektów budowlanych. Zasady ogólne. 
Przewodnik B – Projektowanie, montaż, 
konserwacja i sprawdzanie urządzeń pio-
runochronnych. 

10.  Noack F., Schönau J., Aumeier W., 

Trinkwald H.: Blitzstromtragfähigkeit von 
Verbindungsbauteilung für Blitzschutzan-
lagen. Der Blitzschutz in der Praxis, 1999