w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
n r 4 / 2 0 0 5
d z i a ł
77
p r o j e k t
projekt instalacji odgromowej
budynku przemysłowego
mgr inż. Julian Wiatr
P
rojektowanie ochrony odgromowej obiektów budowlanych należy wyko-
nywać na podstawie norm krajowych PN 86-92 / E 5003-1;2;4 lub między-
narodowych PN-IEC 61024 Instalacje odgromowe w obiektach budowlanych.
Normy te zostały przywołane w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia
7 kwietnia 2004 roku, zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U.
Nr 109 / 2004 poz. 1157 załącznik do rozporządzenia poz. 44).
Należy zauważyć, że normy międzynarodowe stanowią pewne porozumie-
nie techniczne akceptowalne przez kraje wspólnoty, a zatem uwzględniają
różne uwarunkowania wynikające miedzy innymi z różnorodności klimatu,
jaki występuje na ich terytorium. Normy te zawierają tylko pewne wskaza-
nia i zgodnie z prawem obowiązującym w naszym kraju nie są przeznaczone
do obowiązkowego stosowania.
W celu ułatwienia korzystania z tych norm PKN wprowadził „przewod-
nik” oznaczony PN-IEC 61024-1-2:2002 „Ochrona odgromowa obiektów bu-
dowlanych. Część 1-2: Zasady ogólne. Przewodnik B. Projektowanie, montaż,
konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych”, w którym zosta-
ły przedstawione szczegółowe zasady projektowania instalacji odgromowej
obiektów budowlanych.
Zarówno normy krajowe, jak i międzynarodowe nie wyczerpują wszystkich
zagadnień związanych z ochroną odgromową obiektów budowlanych. W za-
pisach norm krajowych i międzynarodowych występują dość znaczne różni-
ce, mimo że dotyczą tego samego problemu. Brak jest jednoznacznego rozwią-
zania problemu ochrony odgromowej, który pozwoliłby na wycofanie norm
krajowych. Sytuacja ta spowodowała, że PKN wydał oświadczenie zalecające
stosowanie norm ochrony odgromowej obiektów budowlanych zarówno kra-
jowych, jak i międzynarodowych.
Problem, jaki napotykają projektanci, polega na trafnym wyborze zaleceń
zapisanych w normach krajowych lub międzynarodowych, co znalazło swo-
je odzwierciedlenie w cytowanym wcześniej rozporządzeniu. Wprawdzie nie
powinno się stosować jednocześnie norm krajowych i międzynarodowych, to
jednak w przypadku ochrony odgromowej należy przyjąć odstępstwo, które
polega na przyjmowaniu bardziej krytycznych wymagań z zapisu w normach
krajowych i międzynarodowych.
W przypadku braku zaleceń sprecyzowanych w zakresie np. rezystan-
cji uziemienia instalacji odgromowej, zasadnym wydaje się zastosowanie
zalecenia w zakresie wymaganej rezystancji przedstawionej przez normy
krajowe w ścisłej korelacji z wymaganiami norm międzynarodowych. Wie-
le kontrowersji budzi również brak sprecyzowania w normach międzyna-
rodowych ochrony odgromowej obiektów zagrożonych wybuchem lub po-
żarem, co zmusza projektantów do stosowania norm krajowych, w których
wymagania dla tych obiektów sprecyzowano bardzo szczegółowo.
Nałożenie na projektanta lub właściciela obiektu oceny akceptowalnej
częstości wyładowań piorunowych w dany obiekt wydaje się pozostawie-
niem zbyt dużej odpowiedzialności ww. podmiotom, które mogą mieć duży
problem w ocenie ewentualnych zagrożeń. Sytuacja ta jednak zmusza pro-
jektantów instalacji odgromowej do bardzo precyzyjnej oceny szkód, jakie
mogą zaistnieć w wyniku bezpośrednich trafień pioruna w obiekt budowla-
ny. W przypadku, gdy wymagany poziom ochrony powinien być wyższy niż
przedstawiony w normach międzynarodowych, bardzo przydatne jest zasto-
sowanie metody toczącej się kuli.
Metoda ta pozwala na wprowadzenie korekty rozmieszczenia zwodów, tak by
można było zachować minimalne odległości od powierzchni obiektów zagrożo-
nych wybuchem lub pożarem. Należy jednak pamiętać, że zagrożenie piorunowe
dla obiektów budowlanych pojawia się nie tylko podczas bezpośredniego trafie-
nia pioruna w obiekt. Prądy pochodzące od wyładowań atmosferycznych mogą
przedostawać się do obiektu również poprzez linie zasilające lub indukcję pod-
czas wyładowań pobliskich. W tym numerze przedstawimy przykładowy projekt
instalacji odgromowej budynku przemysłowego, który stanowi zapowiedziany
wcześniej projekt budynku nr 2, publikowanego opracowania zasilania zakładu
przemysłowego. Obliczenia zostały wykonane zgodnie z zaleceniami PN-86 / E
05003-1 oraz PN-IEC 61024. Jakie są rozbieżności, oceńcie Państwo sami.
Rozbieżności w uzyskanych wynikach potwierdzają stanowisko Komitetu
Technicznego 55 PKN, że zapisy wymagań ww. normach nie obejmują cało-
ści zagadnień, dlatego obowiązują normy krajowe i międzynarodowe. Zatem
Rys. 1 Równoważna powierzchnia zbierania wyładowań przez obiekt
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
n r 4 / 2 0 0 5
p r o j e k t
78
to właśnie od rozwagi i doświadczenia projektanta zależy poprawność opra-
cowanego projektu ochrony odgromowej obiektu budowlanego, co nie jest
wbrew pozorom prostą sprawą.
Pełne opracowanie instalacji odgromowej wymaga miedzy innymi spraw-
dzenia odległości instalacji odbiorczej oraz odbiorników od zwodów oraz prze-
wodów odprowadzających instalacji odgromowej. Prezentowany projekt zawie-
ra zakres podstawowy. Wszystkie wymagania oraz szczegóły opracowania in-
stalacji odgromowej znajdą Państwo w wymienionych już normach.
dane wyjściowe
Wymiary budynku: długość a = 40 m, szerokość b = 10 m, wysokość h = 10 m.
Budynek ma dach płaski. Ponad dach nie zostały wyprowadzone żadne elementy
konstrukcyjne oraz kominy. W obiekcie zainstalowano RGSN i oddziałową stację
transformatorową SO I 15 / 0,4 kV. Lokalizacja budynku znajduje się na szerokości
geograficznej49°30’.Rezystywnośćgruntuustalonanapodstawiepomiarówwyno-
si 1000 Ω⋅m. Dla celów dydaktycznych założono, że budynek jest wolno stojący.
opis techniczny
Na dachu budynku należy zainstalować siatkę zwodów wykonaną drutem
Cu φ 16. Plan instalacji siatki zwodów przedstawia
rysunek 3. Zwody nale-
ży układać na podstawkach ustawionych na dachu oraz mocować w uchwy-
tach odciągowych mocowanych do konstrukcji budynku zgodnie z instruk-
cją producenta.
Do siatki zwodów należy, w miejscach wskazanych na
rysunku 3, zamoco-
wać przewody odprowadzające wykonane drutem Cu φ 16. Przewody te należy
mocować w odstępach co 1 m do ścian budynku i wprowadzić do zacisków kon-
trolnych zainstalowanych na wysokości 1,2 m nad powierzchnią gruntu. Z za-
cisków kontrolnych należy taśmą FeZn 30×5 wyprowadzić przewody uziemia-
jące, które trzeba połączyć przez spawanie z uziemieniem otokowym. Miejsca
spawów należy zabezpieczyć przed korozją. W wykopie o głębokości 1 m, odda-
lonym o 1 m od krawędzi budynku, należy ułożyć uziom otokowy, wykonany
taśmą FeZn 30×5.
Uwaga! Przewody uziomowe od złącza kontrolnego do głębokości 0,5 m po-
niżej poziomu gruntu należy prowadzić w rurze osłonowej DVK φ 50.
obliczenia według PN-86 / E 05003 / 1
- wskaźnik zagrożenia piorunowego:
W n m N A p
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
=
⋅
−
2 1 2 5 10
9400 0 00325
0 0015275 1 5275 10
6
,
,
,
,
−−4
- zagrożenie duże, ochrona odgromowa wymagana:
W
=
⋅
>
−
−
1 5275 10
10
4
4
,
gdzie:
n i m – współczynniki uwzględniające liczbę ludzi w obiekcie oraz położe-
nie obiektu,
N – roczna gęstość powierzchniowa wyładowań piorunowych,
A – powierzchnia równoważna zbierania wyładowań przez obiekt, w [m
2
],
p – prawdopodobieństwo wywołania szkody przez wyładowanie piorunowe.
Należy przyjmować następujące wartości współczynników n i m: n = l dla
obiektów, w których przewiduje się przebywanie nie więcej niż jednej osoby
na 10 m
2
powierzchni, n = 2 przy większej liczbie ludzi w obiekcie, m = 0,5 dla
budynków w zwartej zabudowie, m = l dla pozostałych obiektów.
Dla gęstości powierzchniowej wyładowań N należy przyjmować wartości:
N = 1,8*10
-6
m
-1
dla terenów o szerokości geograficznej powyżej 51°30’,
N = 2,5*10
-6
m
-1
dla pozostałych terenów kraju.
Powierzchnię równoważną A określa się według wzoru:
A S
L h
h
m
= + ⋅ ⋅ + ⋅
=
+
+
+
=
4
50
400 4000
5100 9500
2
2
gdzie:
S = a⋅b – powierzchnia zajmowana przez obiekt, w [m
2
],
L – długość poziomego obrysu obiektu, w [m],
h – wysokość obiektu, w [m].
Uwaga! Dla obiektów o wysokości h mniejszej niż 10 m należy przyjmować
h = 10 m.
Prawdopodobieństwo wywołania szkody p określa się według wzoru:
p R Z K
=
+
=
+
=
(
)
, ( ,
,
)
,
0 13 0 015 0 010
0 00325
gdzie:
R, Z i K – współczynniki uwzględniające rodzaj (R), zawartość (Z) i konstruk-
cję (K) obiektu, o wartościach według
tabeli 1.
W zależności od wartości wskaźnika „W” ustala się trzy stopnie zagrożenia
piorunowego:
I – W ≤ 5⋅10
-5
– zagrożenie małe, ochrona zbędna,
II – 5⋅10
-5
≤ W ≤ 10
-4
– zagrożenie średnie, ochrona zalecana,
III – W > 10
-4
– zagrożenie duże, ochrona wymagana.
Zgodnie z zaleceniami normy wymiary oka siatki zwodów nie mogą być
większe niż 20×20 m, odległości pomiędzy przewodami odprowadzającymi
Określenie
Wartości
W
spółczynnik
R
Budynki mieszkalne, administracyjne itp.
0,10
Budynki gospodarstw wiejskich i obiektów przemysłowych.
0,13
Kotłownie, stacje pomp itp.
0,14
Z
Wyposażenie typowe dla budynków mieszkalnych, biurowych,
usługowych itp.
0,010
Wyposażenie obiektów przemysłowych do produkcji
i składowania materiałów niepalnych lub trudno zapalnych.
0,015
Zwierzęta hodowlane w gospodarstwach rolnych.
0,020
K
Konstrukcja obiektu oraz pokrycie dachu wykonane
z materiałów niepalnych.
0,005
Konstrukcja obiektu lub pokrycie dachu wykonane
z materiałów trudno zapalnych.
0,010
Tab. 1 Wartości współczynników R, Z, K (wg PN 86 / E 05003-1)
Rys. 2 Wyznaczanie promienia zastępczego uziomu otokowego: R
z
– zastępczy pro-
mień okręgu
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
n r 4 / 2 0 0 5
79
nie mogą być mniejsze niż 20 m. Przy założeniu uziemienia otokowego jego
rezystancja nie może być większa niż 30 Ω (ochrona podstawowa).
Zgodnie ze wzorem na rezystancję uziemienia otokowego zamieszczonym
w załączniku do normy, przy rezystywności gruntu ρ = 1000 Ω⋅m, rezystan-
cja projektowanego uziemienia wyniesie:
R
A
U
=
⋅ = ⋅
=
≤
⋅
0 6
0 6 1000
504
26 73
30
,
,
,
ρ
Ω
Ω
A=42 12=504m
2
gdzie:
A – powierzchnia objęta obrysem uziomu,
ρ – rezystywność gruntu, w [Ω⋅m],
R
U
– rezystancja uziemienia, w [Ω],
Należy uznać, że warunek dopuszczalnej wartości uziemienia zostanie spełniony.
obliczenia według PN-IEC 61024
- wymagana skuteczność ochrony:
E
N
N
N
N A
c
d
d
g
e
≥ −
= −
⋅
≈
=
⋅ ⋅
=
⋅
⋅
=
−
−
−
−
1
1
10
15565 10
0 94
10
2 5 6226 10
3
6
6
6
,
,
115565 10
6
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅
⋅
−
A =4 S +2 S +2 S +S =(4
R )/4+2(R a)+2(R b
e
1
2
3
4
2
p
p
p
π
))+
+a b=
⋅
+
⋅
+
⋅
+ ⋅ =
30
2 40 30
2 10 30
40 10 6226
2
2
π
(
)
(
)
m
gdzie:
A
e
– równoważna powierzchnia zbierania wyładowań, w [m
2
],
N
g
– 2,5 wyładowań / m
2
w ciągu roku,
N
c
– akceptowalna roczna częstość wyładowań (wartość przyjęta w interpreta-
cji normy przez Komitet Techniczny 55 PKN; norma podaje wartość 10
-2
),
N
d
– spodziewana częstość bezpośrednich wyładowań piorunowych w obiekt,
S
1
; S
2
; S
3
; S
4
; R
p
– patrz
rysunek 1.
Wyznaczona wartość skuteczność ochrony mieści się przedziale 0,90 ≤ E ≤ 0,95.
Wartość ta pozwala na przyjęcie III poziomu ochrony. Z uwagi na lokalizację
w budynku RGSN oraz SO I zostanie przyjęty II poziom ochrony, dla którego
skuteczność urządzenia piorunochronnego wynosi E = 0,95, oko siatki zwo-
dów nie może być większe niż 10 m. Na podstawie krzywej określającej mi-
nimalną długość uziomu otokowego (zamieszczonego w normie) przy rezy-
stywności gruntu, minimalna długość uziomu dla II poziomu ochrony wyno-
si L
min
= 5 m. Zastępczy promień okręgu wyznaczony przez powierzchnię obję-
tą uziomem wynosi
(rys. 2):
R
A
m L
m
Z
=
=
=
>
=
π
π
504
12 67
5
,
min
Należy zatem uznać, że projektowany uziom otokowy spełni wymaga-
nia normy.
Na podstawie zestawienia uzyskanych wyników należy przyjąć n = 8 prze-
wodów odprowadzających. Siatka zwodów o wymiarach 10×10 m przedsta-
wiona jest na
rysunku 3.
Uwaga! Na zwody, przewody uziemiające oraz uziemienie może być użyty inny
materiał wyszczególniony w cytowanych normach. W
tabeli 3 podano tylko
porównanie wymagań dla materiałów przyjętych w projekcie.
zestawienie ważniejszych materiałów
Wspornik odciągowy – 10 szt., wspornik dachowy – 130 szt., wspornik prze-
wodów odprowadzających – 60 szt., złącze kontrolne – 8 szt., rura DVK φ 50 dł.
6 m – 2 szt., taśma FeZN 30×5 – 160 m, drut miedziany φ 16 – 220 m.
Uwaga! Rzeczywista równoważna powierzchnia zbierania uwzględniają-
ca usytuowanie budynku jest przedstawiona na
rysunku 4 (www.elektro.
info.pl).
Wymaganie
PN-86 / E 05003 / 1
PN-IEC 61024
Rezystancja uziemienia
≤
30
Ω
nie określa się
Wymiary oka siatki zwodów
20
×
20 m
(w tym przypadku 10
×
20 m)
10
×
10 m
Liczba przewodów
odprowadzających
5
8
Wymagany poziom ochrony
nie określa się
II
Wskaźnik zagrożenia
1,5275
⋅
10
-4
0,95
Rodzaj ochrony
podstawowa
nie określa się
Minimalny przekrój
przewodów odprowadzających
Cu
φ
6
Cu
φ
6
Minimalny przekrój zwodów
Cu
φ
6
Cu
φ
Minimalny przekrój uziemienia
taśma ocynkowana 20
×
3
nie określa się
Minimalna odległość przewodów
odprowadzających od ścian
2 cm
ułożenie bezpośrednie
na niepalnej konstrukcji
Minimalna wysokość zwodów
nad powierzchnią dachu
2 cm
ułożenie bezpośrednie
na niepalnym dachu
Odstępy pomiędzy
uchwytami mocującymi
1,5 m
1,0 m
Tab. 3 Porównanie wymagań PN-86 / E 05003 / 01 i PN-IEC 61024
Skuteczność urządzenia piorunochronnego E
Poziom ochrony
0,98
I
0,95
II
0,90
III
0,80
IV
Tab. 2 Skuteczność urządzenia piorunochronnego w zależności od wymaganego po-
ziomu ochrony
Rys. 3 Siatka zwodów poziomych oraz szkic uziemienia otokowego budynku nr 2
zakładu produkcyjnego
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
n r 4 / 2 0 0 5
porady
80
W
obiektach służby zdrowia instalowa-
ne jest oświetlenie bakteriobójcze, któ-
rego zadaniem jest sterylizowanie pomiesz-
czeń użytkowanych medycznie. Oświetlenie
to może być włączone w pomieszczeniu do-
piero po opuszczeniu go przez ludzi, ponieważ
jego promieniowanie jest szkodliwe dla czło-
wieka. Zasilanie oświetlenia bakteriobójcze-
go należy projektować w sposób uniemożli-
wiający włączenie podczas pobytu ludzi w po-
mieszczeniu.
Tym razem w „e.poradach” prezentujemy
prosty sposób rozwiązania tego problemu
na przykładzie zasilania oświetlenia po-
mieszczenia użytkowanego medycznie.
Oświetlenie podstawowe oraz bakteriobój-
cze jest zasilane przez przekaźnik (stycznik)
z opóźnionym czasem odpadania. Przekaź-
nik (stycznik) wyposażony jest w dwie pary
zestyków: NO i NZ. Taka kombinacja sty-
ków uniemożliwia jednoczesne włączenie
obydwu obwodów oświetlenia. Instalacja
wyłączników oświetlenia podstawowego
wewnątrz pomieszczenia oraz oświetlenia
bakteriobójczego na korytarzu uniemożli-
jak zabezpieczyć się przed
przypadkowym włączeniem
oświetlenia bakteriobójczego
mgr inż. Julian Wiatr
Rys. 1 Plan instalacji oświetlenia
reklama
wia załączenie lamp bakteriobójczych w po-
mieszczeniu podczas pobytu w nim ludzi.
Zastosowanie przekaźnika (stycznika)
z opóźnionym czasem odpadania pozwala
na bezpieczne opuszczenie pomieszczenia
po zakończeniu pracy – przed włączeniem
opraw bakteriobójczych.
Rys. 2 Układ sterowania oświetleniem