tytuł

podtytuł

Autor

Lead

o c h r o n a o d g r o m o w a i p r z e p i ę c i o w a

n r 5 / 2 0 0 4

27

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

U

ziemienia i połączenia wyrów-
nawcze stosowane w systemach

ochrony odgromowej mają szczególne
znaczenie w obiektach budowlanych wy-
posażonych w różne instalacje i urządze-
nia techniczne. Powinny zapewniać nie
tylko bezawaryjną pracę urządzeń i pra-
widłowe działanie systemu ochro nnego,
ale, co najważniejsze, bezpieczeństwo
porażeniowe ludziom przebywającym
wewnątrz i na zewnątrz przestrzeni
chronionej. Realizacja tych funkcji wy-
maga zainstalowania w budynku odpo-
wiednio zaprojektowanych i wykona-
nych systemów: uziemiającego i wyrów-
nywania potencjałów.

Zalecenia aktualnych norm [1-5]

mogą być podstawą określenia zasad
postępowania przy tworzeniu nowe-
go lub modernizacji istniejącego sys-
temu ochrony odgromowej i przed
przepięciami typowych obiektów
budowlanych.

W początkowym etapie projekto-

wania należy:

zebrać wszystkie niezbędne informa-
cje o obiekcie, jego przeznaczeniu,
konstrukcji, położeniu, doprowadzo-
nych instalacjach wewnętrznych,

w przypadku modernizacji zinwen-

taryzować zastosowany w obiek-
cie system oraz środki zewnętrznej
i wewnętrznej ochrony odgromowej
na podstawie istniejącej dokumen-
tacji technicznej oraz oględzin aktu-
alnego stanu technicznego,

przyjąć poziom ochrony systemu,

jaki należy zastosować na podstawie
obowiązujących przepisów, zaleceń
inwestora lub decyzji projektanta,

określić wartości podstawowych pa-

rametrów charakteryzujących prąd
piorunowy wynikające z przyjętego
poziomu ochrony,

określić wymagane klasy środo-

wisk dla urządzeń elektrycznych,
które będą lub są zainstalowane
w budynku,

ustalić kategorie przepięciowe dla

instalacji elektrycznej, które będą
tworzone wewnątrz obiektu.
W dalszej części artykułu omó-

wiono rolę uziemień i połączeń wy-
równawczych w ochronie odgro-
mowej oraz przedstawiono podsta-
wowe wyma gania w stosunku do
tych instalacji, co może ułatwić dal-
sze działania inżynierskie w opraco-
waniu projektu, jak również jego re-
alizacji.

pojęcia i defi nicje

Uziemienie to celowe elektrycz-

ne połączenie z ziemią przewodzą-
cego prąd elektryczny przedmio-
tu lub jego części, a uziemienie od-
gromowe to uziemienie przeznaczo-
ne do odprowadzania prądu pioru-
na do ziemi.

Uziom to przedmiot metalowy

o dobrej styczności z ziemią lub
znajdujący się w betonie o dużej
styczności z ziemią. Uziomy mogą
być naturalne lub sztuczne, bądź
stanowić układ mieszany, złożony
z obu ich rodzajów. Uziomy natural-
ne to przedmioty metalowe znajdu-
jące się w ziemi, których podsta-
wowe przeznaczenie jest inne niż

dla celów uziemienia, spełniają-
ce wszystkie wymagania stawia-
ne uziomom, bez zmniejszania
przydatności do zadań podstawo-
wych. Jako uziomy sztuczne mogą
być wykorzystywane różne metalo-
we kształ towniki ułożone w grun-
cie poziomo (uziomy po ziome) lub
pionowo (uziomy pionowe). Uziomy
mogą być wykonywane z pojedyn-
czych elementów poziomych lub pio-
nowych (uziomy skupione) lub też
stanowić uziom złożony, utworzony
z układu uziomów o zróżnicowanej
konfiguracji (np. uziomy promienio-
we, kratowe lub otokowe).

System uziemiają cy to układ skła-

dający się z uziomów i przewodów
uziemiających. Przewód uziemiający
to przewód łączący część podlegającą
uziemieniu z uziomem.

Rezystancja uziemienia to rezy-

stancja gruntu między uziomem z zie-
mią odniesienia, czyli obszarem poza
strefą wpływu uziomu. Rozróżnia się
rezystancję statyczną, odpowiadającą
przewodzeniu prą dów przemiennych
o częstotliwości 50 Hz, oraz rezystan-
cję udarową, odpowiadającą przepły-
wowi prądów piorunowych o charak-
terze udarowym.

Połączenie wyrównawcze (EB -

equipotential bonding) to część we-
wnętrznego urządzenia pioruno-
chronnego, redukujące różnice po-
tencjałów wywołane przez prąd pio-
runowy, wykonane za pomocą złą-
czy (połączenie bezpośrednie) lub
ograniczników przepięć (połączenie
pośrednie).

Przewód wyrównawczy jest to prze-

wód łączący części przewodzące po-
wodujący wyrówna nie potencjałów
łączonych części. Sieć wyrównaw-
cza to sieć przewodów wyrównaw-
czych łączących przewodzące czę-
ści układu.

Szyna wyrównawcza to szyna, za

pomocą której są łączone z urządze-
niem piorunochronnym metalowe
instalacje, zewnętrzne części prze-
wodzące, linie elektroenergetyczne
i telekomunikacyjne oraz inne prze-
wody. Lokalna szyna wyrównawcza to
szyna wyrównawcza na granicy kolej-
nych stref ochrony odgromowej.

Bezpieczny odstęp to minimalna

odległość między dwiema przewo-
dzącymi częściami chronionej prze-
strzeni, między którymi nie może
wystąpić niebezpieczna iskra.

rola uziemień i połączeń

wyrównawczych

w ochronie odgromowej

Uziemienia i bezpośrednie połą-

czenia wyrównawcze spełniają waż-
ną rolę w ochronie odgromowej typo-
wych obiektów budowlanych, wypo-
sażonych w róż nego rodzaju instalacje
i urządzenia techniczne, a w szczegól-
ności w urządzenia i systemy elektro-
niczne. Znaczącym zagro żeniem dla
obiektów budowlanych i ich wypo-
sażenia technicznego są:

przepięcia powstające w wyniku

uderzeń wyładowań piorunowych,

napięcia i prądy indukowane w ob-

wodach wyposażenia wewnętrzne-

praktyka inżynierska połączeń

wyrównawczych i uziemień

odgromowych w typowych

obiektach budowlanych

dr inż. Henryk Boryń, inż. Sławomir Kostrubiec - Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki

W aktualnym krajowym systemie prawnym zarówno projektant, jak i wykonawca instalacji
są zobowiązani stosować podstawowe zasady wiedzy technicznej i przepisy prawne, zwią-
zane z inwestycją, oraz brać pod uwagę zalecenia norm krajowych i międzynarodowych.

28

o c h r o n a o d g r o m o w a i p r z e p i ę c i o w a

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 5 / 2 0 0 4

go przez impulsowe pola elektroma-
gnetyczne powstające podczas wyła-
dowań atmosferycznych,

przepięcia wewnętrzne występują-

ce w trakcie operacji łączeniowych
aparatury sieciowej oraz wywołane
zwarciami doziemnymi.
Wymienione zagrożenia mogą spo-

wodować porażenie ludzi przebywają-
cych wewnątrz lub na zewnątrz obiek-
tu, wybuch lub pożar w przypadku
sprzyjających warunków, uszkodze-
nie lub nieprawidłową pracę urządzeń
technicznych, co może mieć szczegól-
nie niekorzystne efekty w przypadku
urządzeń komputerowych.

System uziemiający obiektów bu-

dowlanych powinien spełniać okre-
ślone funkcje, które można sformu-
łować następująco:

zapewnienie właściwej pracy sieci,

instalacji i urządzeń elektrycznych,

ograniczenie zaburzeń w urządze-

niach teletechnicznych i elektro-
nicznych,

eliminacja zagrożenia porażeniowe-

go personelu i użytkowników urzą-
dzeń elektrycznych.
Podstawowe zadania systemu

uziemiają cego to:

odprowadzenie do ziemi prądu pio-

runowego wyładowań piorunowych
bezpośrednich w budynek oraz prą-
du piorunowego wyładowań po-
średnich obok budynku, bez szkody
dla chronionego obiektu oraz w spo-
sób nie stwarzający zagrożenia pora-
żeniowego dla ludzi przebywających
wewnątrz i na zewnątrz obiektu bu-
dowlanego,

wyrównanie potencjału przewodów

odprowadzających.
System wyrównywania poten-

cjałów ma do spełnienia określone
funkcje, które można sformułować
następująco:

eliminacja możliwości występowa-

nia iskier wtórnych w chronionej
przestrzeni, co pozwala znacznie
zredukować zagrożenie pożarowe
i wybuchowe,

ograniczenie do poziomu dopusz-

czalnego wartości przepięć wystę-
pujących między instalacjami tech-
nicznymi budynku,

zapewnienie bezpieczeństwa pora-

żeniowego ludziom przebywającym
wewnątrz i na zewnątrz obiektu bu-
dowlanego.
Realizacja tych zadań sprowadza

się do wykonania następujących po-
łączeń, tworzących system połączeń
wyrównawczych budowli:

połączeń bezpośrednich (za pomocą

przewodów wyrównawczych), czyli
połączeń między wszystkimi prze-
wodzącymi instalacjami i urządze-
niami technicznymi budynku, na
których nie występuje trwale po-
tencjał elektryczny, a zewnętrznym
urządzeniem piorunochronnym,

połączeń pośrednich (za pomocą

ograniczników przepięć), czyli po-
łączeń między znajdującymi się
pod napięciem przewodami insta-
lacji elektrycznych lub odizolowa-
nymi od potencjału ziemi elemen-
tami urządzeń a zewnętrznym urzą-
dzeniem piorunochronnym.

wymagania stawiane

uziemieniom

Przedstawiając wymagania stawia-

ne uziemieniom odgromowym należy
wziąć pod uwagę zalecenia norm [1, 2,
4]. Ogólne wymaga nia w stosunku do
uziemień sprowadzają się do zbudo-
wania systemu o odpowiednich wła-
ściwościach technicznych, czyli:

właściwej konfiguracji w celu unik-

nięcia napięć krokowych i dotyko-
wych niebezpiecznych dla ludzi,

małej wartości rezystancji uziemie-

nia mieszczącej się w zalecanych
granicach, co umożliwia zreduko-
wanie wartości potencjału syste-
mu wywołanego przepływającym
w nim prądem piorunowym,

właściwego połączenia z innymi

systemami uziemień (funkcjonal-
nym, roboczym, ochronnym) w je-

den wspólny układ uziemienia
obiektu budowlanego,

dopuszczalnej gęstości prądu na po-

wierzchni uziomu, przekroczenie
tej wartości powoduje wysychanie
gruntu i wzrost rezystancji uziomu,

symetrii układu uziomowego umoż-

liwiającej zredukowa nie różnic po-
tencjału między poszczególnymi
elementami uziomu,

możliwie krótkich połączeń uzio-

mów z uziemianymi urządzeniami,
co daje ograniczenie indukcyjności
połączeń,

efektywnej długości uziomu sztucz-

nego,

zapewnienia właściwych odstępów

w gruncie pomiędzy elementami
układu uziomowego a innymi insta-
lacjami doprowa dzonymi do obiek-
tu, które nie zostały wykorzystane
jako uziomy naturalne,

dużej trwałości uziomu, czyli pew-

ności połączeń pomiędzy elementa-
mi uziomu i przewodami uziomo-
wymi, odporności na uszkodzenia
mechaniczne i korozyjne, wytrzy-
małości zwarciowej cieplnej zasto-
sowanych elementów,

wykorzystania uziomów naturalnych

we wszystkich przypadkach, w któ-
rych jest to technicznie możliwe.
Osiągnięcie wymienionych wy-

żej właściwości technicznych syste-
mu uziemienia wymaga w pierw-
szej kolejności zaprojektowania wła-
ściwej konfiguracji uziomów oraz
ich wymiarów. Wartość rezystancji
uziemienia ma drugorzędne znacze-
nie, choć generalnie zaleca się uzy-
skiwanie w układzie małej wartości
tego parametru. Zgodnie z normami
[2, 4] wyróżnia się dwie konfiguracje
układu uziomów:

typu A – złożonego z promieniowych,

pionowych albo pochyłych uziomów,
w którym każdy przewód odprowa-
dzający obiektu jest przyłączony do co
najmniej jednego uziomu, a więc sys-
tem uziemieniowy typu A nie może
mieć mniej uziomów niż dwa. Układ
może mieć przewód pierścieniowy łą-
czący wszystkie przewody odprowa-
dzające, ale jego styczność z gruntem
może występować tylko na odcinku
krótszym niż 80% długości przewodu,

Rys. 1 Przykład połączeń wyrównawczych bezpośrednich i pośrednich

Poziom

ochrony

Minimalna długość l

1

[m]

Rezystywność gruntu r

[W m]

I

5

0 < r < 500

I

0,0286 r - 9,3

500 £ r £ 3000

II – IV

5

500 £ r £ 3000

Tab. 1 Minimalna długość uziomów według normy [2]

Typ układu

uziomów

Minimalna

długość

Uwagi

A*

l

1

Uziom poziomy promieniowy

A

0,5 l

1

Uziom pionowy lub pochyły

A

nieokreślona

Grunt o małej rezystywności, wypadkowa rezystancja

uziomu <10 W

B

r ³ l

1

Gdzie r to średni promień obszaru objętego uziomem

otokowym lub fundamentowym

B

l

r

= l

1

- r

l

v

= 0,5

(l

1

- r)

Jeżeli wymagana długość l

1

jest większa niż wartość

r, to należy wykonać dodatkowy uziom promieniowy

o długości l

r

lub pionowy (pochyły) o długości l

v

* - w przypadku uziomów złożonych rozpatrujemy całkowitą długość uziomu

Tab. 2 Zalecane minimalne długości uziomów typu A i B według normy [2]

n r 5 / 2 0 0 4

29

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

typu B – złożonego z uziomu otoko-

wego ułożonego na zewnątrz obiek-
tu, przy czym otok musi mieć kon-
takt z gruntem na odcinku równym
co najmniej 80% długości lub uzio-
mu fundamentowego.
System uziemieniowy typu A zale-

ca się dla obiektów budowlanych wy-
posażonych w urządzenie pioruno-
chronne o zwodach pionowych, po-
ziomych wysokich lub izolowanych.
Natomiast system typu B zaleca się
w przypadku zwodów poziomych ni-
skich i obiektów z kilkoma przewo-
dami odprowadzającymi.

Oba typy systemów uziemienio-

wych powinny mieć odpowiednio
dobraną minimalną długość równą l

1

,

zgodną z zaleceniami normy [2]. Mini-
malna długość jest zależna od przyję-
tego poziomu ochrony i rezystywno-
ści gruntu zgodnie z danymi zesta-
wionymi w tabeli 1. Zalecane warto-
ści minimalnej długości uziomów ze-
stawiono z kolei w tabeli 2.

Projektując system uziemienio-

wy nie powinniśmy przekraczać jego
maksymalnej efektywnej długości
l

max

, co wynika z właściwości falo-

wych uziomu, szczególnie w warun-
kach udarowych [7]. W pracy [7] są
podane uproszczone zależności, któ-
re w praktyce inżynierskiej pozwalają
na wyznaczenie minimalnej i maksy-
malnej efektywnej długości uziomu,
zwią zanej z jego zdolnością do sku-
tecznego rozprowadzania prądu pio-
runowego w gruncie i uzależnionej od
stromości narasta nia czoła prądu pio-
runowego.

Norma [1] zaleca, aby długość

pojedyn czego uziomu sztucznego nie
przekraczała 35 m dla rezystywności
gruntu r < 500 Wm i 60 m dla rezy-
stywności powyżej 500 Wm. W przy-
padku pojedynczych uziomów sztucz-
nych, o dłu gościach większych niż za-
lecane w normie i podane wyżej dłu-
gości graniczne, zmierzoną rezystan-
cję uziomu długiego należy pomnożyć
przez współczynnik równy 2 i w ten
spo sób obliczoną wartość rezystan-
cji uziemienia porównać z wartością
dopuszczalną. Podobny sposób postę-
powania jest przewidziany przy okre-
ślaniu rezystancji uziemienia wszyst-

kich uziomów naturalnych, z wyjąt-
kiem uziomu naturalne go funda-
mentowego.

Zalecane przez normę [2] minimal-

ne, wymagane przekroje uziomów, nie-
zależne od przyjętego poziomu ochro-
ny urządzenia piorunochronnego, wy-
noszą 50 mm

2

w przypadku zastoso-

wania elementów miedzianych, oraz
80 mm

2

, gdy elementy wykonano ze

stali cynkowanej na gorąco.

zasady wykonywania

uziemień

Norma [1] zaleca w pierwszej ko-

lejności wy korzystywać uziomy natu-
ralne, przede wszystkim fundamen-
towe. Jako uziomy naturalne mogą
być wykorzystywane: metalowe rury
wodociągowe nieizolowane od zie-
mi, pancerze kabli elektroenerge-
tycznych, elementy metalowe fun-
damentów, zbrojenia betonu znaj-
dującego się w ziemi o dostatecz-
nie dużej styczności z gruntem oraz
inne podziemne elementy metalowe
obiek tów budowlanych. Jako uziomy
sztuczne mogą być wykorzystywane
kształ towniki, pręty, druty, linki, pły-
ty lub taśmy, najczęściej sta lowe, po-
kryte przewodzącymi powłokami an-
tykorozyjnymi pogrążone w gruncie
poziomo lub pionowo.

Stosowanie uziomów sztucznych

jest zalecane, jeżeli uziomy natural-
ne znajdują się w odległości większej
niż 10 m od chronio nego obiektu oraz
rezystancja tych uziomów jest większa
niż wymagana wartość dopuszczalna.

Wszystkie wymagania stawiane

uziomom najłatwiej uzyskać w pra-
widłowo wykonanym uziemieniu
fundamentowym, które stosunko-
wo łatwo można uzupełnić o dodat-
kowe elementy w przypadku niespeł-
niania wymogów dotyczących mini-
malnej długości. Uziemienia funda-
mentowe są dość dobrze chronione
przed korozją (wymaga się co naj-
mniej 50 mm grubości warstwy be-
tonu pokrywającej metal), pozwala-
ją znacznie obniżyć koszty instalacji
i, co najważniejsze, dają możliwość ła-
twej koordynacji funkcji różnych sys-
temów uziemieniowych.

Zastosowanie uziemienia fun-

damentowego w obiekcie wyma-
ga współpracy projektantów obiek-
tu w fazie opracowywania projek-
tu budowlanego oraz odpowiednie-
go wykonania zbrojenia fundamen-
tu, aby prawidłowo pełnił zarówno
funkcje budowlane, jak i elektryczne.
W przypadku wykorzystywania beto-
nu naprężanego należy zwrócić uwa-
gę na skutki przepływu prądu pioru-
nowego, mogące wytwarzać niedo-
puszczalne dla betonu naprężenia
mechaniczne.

Charakterystycznym parametrem

określającym cechy uziemienia jest
rezystancja uziemienia, przy czym
rozróżnia się rezystancję statyczną,
odpowiadającą przewodzeniu prą-
dów przemiennych o częstotliwo-
ści 50 Hz, oraz rezystancję udarową,
odpowiadającą przepływowi prądów
piorunowych o charakterze udaro-
wym, charakteryzujących się dużą
war tością prądu i bardzo krótkim
czasem trwania.

Zestawienie wzorów stosownych

do inżynierskich oszacowań rezystan-
cji uziemienia, co wynika w głównej
mierze z praktyki pomiarowej, poda-
je norma [1] w załączniku nr 3. Istot-
nym pa rametrem wpływającym na
wyniki obliczeń rezystancji uzie-
mienia jest rezystywność gruntu r,
będąca wielkością cha rakteryzującą
poszczególne rodzaje gruntów, za-
wierającą się w przedziale od 40 Wm
do 2000 Wm.

Zaleca się, aby uziomy były sytu-

owane w ziemi na odpowiedniej głę-
bokości, co daje stabilizację rezystan-
cji i ograniczenie efektów korozyj-
nych uziemienia. Głębokość zakopa-
nia uziomu otokowego nie może być
mniejsza niż 0,5 m, a odległość uzio-
mu od ściany obiektu powinna być
równa co najmniej 1 m. Uziomy pio-
nowe są skuteczne, gdy rezystywność
gruntu maleje wraz z głębokością.

Uziomy powinny być umieszczo-

ne w bezpiecznych odległościach od
wejść do obiektu i od zewnętrznych

30

o c h r o n a o d g r o m o w a i p r z e p i ę c i o w a

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 5 / 2 0 0 4

elementów metalowych w ziemi, co
eliminuje zagrożenie porażeniowe
napięciem krokowym i dotykowym.
Zgodnie z zaleceniami normy [4] rezy-
stywność warstwy powierzchniowej
ziemi w obszarze występowania za-
grożenia porażeniowego powinna być
co najmniej równa wartości obliczo-
nej zgodnie z tabelą 3.

Minimalny odstęp D w gruncie

między uziomem a innymi przewoda-

mi, które nie mogą być łączone z sys-
temem ochrony odgromowej, powi-
nien odpowiadać zależności:

D

b

k

c

≈

i

i

ρ

0 4

0 5

,

,

w której:
b - parametr zależny od poziomu ochro-
ny i wynosi odpowiednio (I – 0,4; II –
0,3; III i IV – 0,25),

k

c

- współczynnik rozpływu prądu pio-

runowego o wartościach według nor-
my [4],
r - rezystywność gruntu [Wm].

Problemy związane z prawidło-

wym doborem bezpiecznych odstę-
pów mogą być również rozwiązane
przez stosowanie barier izolacyjnych
(niehigroskopijnych) o grubości co
najmniej 5 mm umieszczonych tak,
aby zapewnić odpowiedni odstęp
między uziomem a kablem, mierzo-
ny w ziemi wokół bariery.

wymagania stawiane

połączeniom

wyrównawczym

Wymagania dotyczące połączeń

wyrównawczych ochro ny odgromo-
wej można sformułować na podsta-
wie zaleceń norm [1, 2, 4].

Przewody połą czeń wyrównaw-

czych nie stanowią elementu obwo-
dów prą dowych i nie są obciążone
prądami roboczymi lub zwarciowy-
mi. W większości przypadków na-
tomiast system połączeń wyrów-
nawczych obiektu budowlanego
jest narażony na przepływ całkowi-
tego prądu pioruna lub zasadniczej
jego części.

Zatem zarówno szyny, jak i prze-

wody wyrównawcze powinny wytrzy-
mywać spodziewane wartości prądów
piorunowych. Minimalne wymagane
przekroje elementów systemu wy-
równania potencjału, niezależne od
przyjętego poziomu ochrony urządze-
nia piorunochronnego, podano w ta-
belach 6 i 7.

Pośrednie połączenia wyrównaw-

cze wykonuje się z zastosowaniem
urządzeń ograniczających przepię-
cia (z ang. SPD - surge protective de-
vice). Urządzenia ograniczające prze-
pięcia przeznaczone do zastosowania
w instalacji elektrycznej niskiego na-
pięcia w obiekcie budowlanym pod-
daje się próbom udarowym stosow-
nie do klasy I, II lub III zgodnie z za-
leceniami [6].

Dla urządzeń ograniczających prze-

pięcia spełniających wymogi prób kla-
sy I charakterystycznymi są próby:

prądem udarowym I

imp

, zdefinio-

wanym przez wartość szczytową
i ładunek,

normalnym prądem wyładowczym

I

n

, o kształcie 8/20 µs,

napięciem udarowym 1,2/50 µs.

Dobierając aparaty spełniające wy-

mogi powyższej próby do konkretnej
instalacji należy uwzględnić:

napięcie znamionowe,
wartość szczytową oszacowane-

go prądu piorunowego (odpowiada
prądowi udarowemu I

imp

),

obliczeniowy prąd zwarciowy

w miejscu montażu ogranicznika
przepięć, aby dobrać dobezpiecze-
nie ogranicznika w przypadku, gdy
jego zdolność wyłączania prądów
następczych nie jest na odpowied-
nim poziomie,

poziom ochrony.

Dla urządzeń ograniczających prze-

pięcia spełniających wymogi prób kla-
sy II charakterystycznymi są próby:

największym prądem wyładowczym

I

max

, wartość szczytowa prądu uda-

rowego 8/20 µs przepływającego
przez urządzenie (I

max

jest większe

niż I

n

),

normalnym prądem wyładowczym

I

n

, o kształcie 8/20 µs,

napięciem udarowym 1,2/50 µs.

Dla urządzeń ograniczających prze-

pięcia spełniających wymogi prób kla-
sy III charakterystycznymi są próby:

przeprowadzane udarem kombi-

nowanym napięciowo-prądowym
(1,2/ 50 µs-8/20 µs) za pomocą ge-
neratora, który wytwarza w otwar-
tym obwodzie udar napięciowy
o kształcie 1,2/50 µs (czas czoła/
czas do półszczytu na grzbiecie fali)
i udar prądowy 8/20 µs – w zwar-
tym obwodzie.
Urządzenia te mają za zadanie chro-

nić poszczególne odbiorniki i/lub gru-
py odbiorników, które wymagają ta-
kiej ochrony.

Wartości poszczególnych parame-

trów do prób są dobierane z typosze-
regu podanego w normie [6].

zasady wykonywania

połączeń wyrównawczych

Instalując połączenia wyrównaw-

cze bezpośrednie w budynku nale-

Poziom ochrony

Parametr

Symbol

Jednostka

I

II

III-IV

Wartość szczytowa prądu

I

max

kA

200

150

100

Ładunek całkowity

Q

t

C

300

225

150

Ładunek impulsowy

Q

i

C

100

75

50

Energia właściwa

W/R

kJ/W

10000

5600

2500

Stromość narastania

di/dt

kA/µs

200

150

100

Tab. 4 Wartości podstawowych parametrów prądu piorunowego dla celów ochrony od-

gromowej [3]

Poziom ochrony

odgromowej

Skuteczność ochrony

odgromowej

I

0,98

II

0,95

III

0,90

IV

0,80

Tab. 5 Skuteczność systemu ochrony odgromowej dla poszczególnych poziomów ochro-

ny odgromowej [3]

Rys. 2 Przykład połączeń wyrównawczych instalacji zasilających wprowadzanych do

obiektu: 1 - kabel zasilający 0,23kV/0,4kV; 2 - kabel transmisji sygnałów, np. in-

stalacja alarmowa, itp.; 3 - kabel telekomunikacyjny; 4 - rura wodociągowa;

5 - rura gazowa; 6 - rura kanalizacyjna; 7 - uziom fundamentowy; 8 - główna szy-

na ekwipotencjalna z zaciskiem i torem prądowym

Typ układu uziomów

Napięcie krokowe

Napięcie dotykowe

A

r

s

³ 1200 · r

0,215

r

s

³ 1250 · k

c

- 250

B

r

s

³ 140 · k

c

· Z

r

s

³ 400 · k

c

· Z - 250

r – rezystywność gruntu [Wm]

k

c

– współczynnik konfi guracji rozpatrywanego zbliżenia wg [4]

Z – rezystancja udarowa uziemienia wg [4]

Tab. 3 Minimalne rezystywności

r

s

warstwy powierzchniowej ziemi [

W

m] wg normy [4]

n r 5 / 2 0 0 4

31

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

ży pamiętać o zasadniczych zalece-
niach dotyczących miejsca ich za-
montowania:

połączenia wyrównawcze należy

instalować w piwnicy lub przy po-
wierzchni ziemi, wybierając miej-
sce dla szyny wyrównawczej, tak
aby połączenia między nią a ele-
mentami łączonymi były jak naj-
krótsze. W obiektach rozległych ist-
nieje konieczność instalowania kil-
ku szyn wyrównawczych, przy czym
zawsze należy mieć na uwadze mi-
nimalizację długości połączeń mię-
dzy poszczególnymi szynami. Opty-
malny wybór trasy połączeń wyrów-
nawczych bezpośrednich jest wa-
runkiem poprawnej pracy systemu
ekwipotencjalizacji,

jeżeli obiekty budowlane są wyż-

sze niż 20 m, to szyny wyrównaw-
cze należy instalować również na
kolejnych poziomach w odstępach
nie przekraczających 20 m. Takie
szyny powinny być przyłączone do
przewodów wyrównawczych pozio-
mych, łączących otokowo przewody
odprowadzające zewnętrznego urzą-
dzenia piorunochronnego,

wszystkie wewnętrzne części prze-

wodzące budynku o znacznych roz-
miarach (np. prowadnice wind,
podłogi metalowe, dźwigi, rury
instalacyjne, korytka kablowe) po-
winny być połączone również naj-
krótszą trasą z najbliższą szyną wy-
równawczą.
Konieczność minimalizacji dłu-

gości połączeń wyrównawczych
w obiekcie budowlanym sprowa-

dza się do spełnienia następujących
wymagań:

zewnętrzne instalacje przewodzące

oraz linie elektroenergetyczne i te-
lekomunikacyjne powinny wcho-
dzić do budynku w jednym wspól-
nym punkcie blisko poziomu grun-
tu, szczególnie w budynku o kon-
strukcji stwarzającej słabe ekranowa-
nie przestrzeni chronionej, wskazu-
jącym miejsce zainstalowania głów-
nej szyny wyrównawczej. Realizacja
tego postulatu wymaga uzgodnień
na etapie projektu budynku,

w przypadku, gdy instalacje wcho-

dzą do budynku w różnych punk-
tach, należy zainstalować kilka
szyn wyrównawczych połączo-
nych z uziemieniem otokowym
lub fundamentowym budowli. Je-
żeli w budynku jest zastosowany
układ uziomów lokalnych, to szy-
ny wyrównawcze należy połączyć
z poszczególnymi uziomami i do-
datkowo wewnętrznym przewo-
dem wyrównawczym tworzącym
otok pełny lub częściowy. Podob-
nie należy postąpić z instalacjami
wchodzącymi do budynku nad po-
wierzchnią ziemi,

w celu obniżenia wartości szczyto-

wych przepięć w instalacjach tech-
nicznych przyłączonych do obiektu
do wartości dopuszczalnych wyni-
kających z wytrzymałości przyłączo-
nych urządzeń należy stosować urzą-
dzenia ograniczające przepięcia,

w przypadku instalacji telekomu-

nikacyjnych, teleinformatycznych
urządzenia ograniczające przepię-

cia stosuje się po uprzednim uzgod-
nieniu z operatorem infrastruktury
technicznej służącej do przesyłu da-
nych mediów,

w instalacjach elektrycznych niskie-

go napięcia stosuje się urządzenia
ograniczające przepięcia, spełniają-
ce wymogi testu próby klasy I, II, III
- w zależności od typu (np. budynek
z lub bez zewnętrznej ochrony od-
gromowej, zabudowa zwarta) i prze-
znaczenia obiektu (np. budynek
mieszkalny, przemysłowy, użytecz-
ności publicznej, itp.),

dobór układu połączeń urządzeń

ograniczających przepięcia należy
wykonać odpowiednio do istnie-
jącego układu sieciowego (TN-C,
TN-C-S, TN-S, TT, IT) oraz liczby
przewodów skrajnych (ilości faz),

urządzenia ograniczające przepię-

cia należy przyłączać możliwie naj-
krótszymi odcinkami przewodów
w celu niedopuszczenia do induko-
wania się napięcia podczas zadzia-
łania urządzeń,

przy montażu SPD o konstrukcji

opartej na iskierniku ważnym jest
aspekt konstrukcyjny, a mianowi-
cie, jeżeli aparat nie jest wykona-
ny jako zamknięty, należy uwzględ-
nić odpowiednie odstępy izolacyjne
w celu bezpiecznej eksploatacji.

zalecane jest, jeżeli istnieje taka

możliwość, aby urządzenia ograni-
czające przepięcia spełniające wy-
mogi prób klasy II były montowa-
ne przed wyłącznikiem różnicowo-
prądowym, takie rozwiązanie ma
dwie zalety: chroniony jest wyłącz-
nik różnicowoprądowy, a ponadto
prądy przepływające przez ogranicz-
niki przepięć przy napięciu znamio-
nowym nie powodują błędnych po-
budzeń wyłącznika różnicowoprą-
dowego,

w obiektach, w których sformuło-

wano szczególne wymagania w za-
kresie kompatybilności elektroma-
gnetycznej i wymaga się bardzo ni-
skiego poziomu zaburzeń, należy za-
stosować w miejscu wejścia instala-

Element systemu

ekwipotencjalizacji

Materiał

Przekrój minimalny

mm

2

Przewód wyrównawczy

Cu

16

Al

25

Fe/Zn

50

Szyna wyrównawcza

Cu, Fe/Zn

50

Tab. 6 Minimalne przekroje przewodów i szyn wyrównawczych przy przepływie

zasadniczej części prądu pioruna

Element systemu

ekwipotencjalizacji

Materiał

Przekrój minimalny

mm

2

Przewód wyrównawczy

Cu

6

Al

10

Fe/Zn

16

Szyna wyrównawcza

Cu, Fe/Zn

50

Tab. 7 Minimalne przekroje przewodów i szyn wyrównawczych przy przepływie

nieznacznej części prądu pioruna

32

o c h r o n a o d g r o m o w a i p r z e p i ę c i o w a

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 5 / 2 0 0 4

cji technicznych do budynku meta-
lową płytę dławiącą z wieloma połą-
czeniami z elementami przewodzą-
cymi budynku.

badanie stanu uziemień

i połączeń wyrównawczych

Zewnętrzne i wewnętrzne urządze-

nia piorunochronne budynku mogą
ulegać degradacji w związku z działa-
niem szkodliwych czynników środo-
wiskowych, kolejnych uderzeń pio-
runów, jak również przypadkowych
uszkodzeń mechanicznych układu.
Kontrola aktualnego stanu technicz-
nego całego systemu (a więc również
i jego części, uziemień oraz połączeń
wyrównawczych) zgodnie z zalecenia-
mi normy [4] powinna uwzględniać
dwie procedury:

konserwację urządzeń systemów

ochronnych,

sprawdzenie poprawności działania.

Program konserwacji urządzeń

rozpatrywanych systemów powi-
nien zawierać okresową kontro-

lę stanu technicznego elemen-
tów, badania ciągłości elektrycz-
nej połączeń instalacji, pomiary
rezystancji uziemienia oraz jako-
ści połączeń. Konserwacja powin-
na przebiegać zgodnie z procedu-
rą opracowaną dla obiektu, okre-
sowo w terminach określonych
w instrukcji zależnie od przezna-
czenia budynku, poziomu ochro-
ny oraz w uzgodnieniu z właści-
cielem obiektu. Niezbędne jest
prowadzenie dokumentacji kon-
serwacji urządzeń.

Program sprawdzania popraw-

ności działania urządzeń powinien
być realizowany przez uprawnio-
nego specjalistę z zakresu ochro-
ny odgromowej, zgodnie z zalece-
niami norm [2, 4]. Sprawdzanie na-
leży realizować:

w trakcie instalowania urządzeń,

w zakresie zgodności wykonania
całości układu z projektem, oraz
w szczególności w odniesieniu do
tych elementów, które będą niedo-
stępne po zakończeniu budowy,

Rys. 3 Przykład połączeń wyrównawczych instalacji wprowadzanych w różnych punktach obiektu

po zainstalowaniu urządzeń przed

dopuszczeniem układu do pracy,

okresowo zgodnie z wymaganiami

instrukcji lub innych uregulowań
prawnych,

po wprowadzeniu w instalacjach

istotnych zmian.
W programie sprawdzania powin-

ny być uwzględnione coroczne oglę-
dziny stanu technicznego elemen-
tów oraz wykonywane okresowo (za-
leżnie od poziomu ochrony, często-
tliwości wyładowań, przeznaczenia
budynku, jakości środowiska) próby
ciągłości połączeń i rezystancji uzie-
mień. Jeżeli nie ma innych uregulo-
wań prawnych, sprawdzanie można
realizować zgodnie z zaleceniami [4]
w okresach zestawionych w tabeli 8.
Wyniki kolejnych sprawdzeń nale-
ży porównywać sporządzając odpo-
wiedni raport.

podsumowanie

Poprawnie zapro jektowany i wy-

konany system ochrony odgromo-
wej i przeciwprzepięciowej ma pod-
stawowe znaczenie dla zapewnienia
poprawnego dzia łania i bezpieczeń-
stwa użytkowania urządzeń i insta-
lacji elek trycznych w obiektach bu-
dowlanych.

Zasadniczym zagrożeniem pio-

runowym w typowym obiekcie bu-

dowlanym z zainstalowanym ze-
wnętrznym urządzeniem pioruno-
chronnym są:

niebezpieczne napięcia występują-

ce między systemem uziomowym
a przewodami instalacji energetycz-
nych, sygnałowych i metalowymi
instalacjami technicznymi,

uszkodzenia termiczne i mechanicz-

ne, zapłony materiałów łatwo pal-
nych i wybuchowych, porażenia lu-
dzi, wynikające z przepływu prądu
piorunowego w urządzeniu pioru-
nochronnym.
Istotnym elementem ochrony od-

gromowej i prze

ciwprzepięciowej

są uziemienia i połączenia wyrów-
nawcze, które odgrywają ważną rolę
w zakresie zapewnienia bezpieczeń-
stwa porażeniowego, oraz wyklucze-
nia możliwości wystąpienia innych
niebezpiecznych skutków wyłado-
wania piorunowego.

literatura

1. PN-E-05003.01:1986 Ochrona odgro-

mowa obiektów budowlanych. Wy-
magania ogólne.

2. PN-IEC 61024-1:2001 Ochrona od-

gromowa obiektów budowlanych.
Zasady ogólne.

3. PN-IEC 61024-1-1:2001 Ochrona od-

gromowa obiektów budowlanych.
Zasady ogólne. Wybór poziomów
ochrony dla urządzeń pioruno-
chronnych.

4. PN-IEC 61024-1-2:2002 Ochrona od-

gromowa obiektów budowlanych.
Zasady ogólne. Przewodnik B – Pro-
jektowanie, montaż, konserwacja
i sprawdzanie urządzeń pioruno-
chronnych.

5.

PN-IEC 61312-1:2001 Ochrona
przed piorunowym impulsem elek-
tromagnetycznym. Zasady ogólne.

6. PN-IEC 61643-1:2001 Urządzenia

do ograniczania przepięć w sie-
ciach rozdzielczych niskiego napię-
cia. Część 1: Wymagania techniczne
i metody badań.

7. Łoboda M.: Systemy uziemienio-

we urządzeń chronionych od prze-
pięć. Materiały Konferencji Nauko-
wo-Technicznej SEP, Iwonicz Zdrój,
27-28 czerwca 1997.

Poziom ochrony

Okres między pełnymi

sprawdzeniami

Okres między

oględzinami

I

2 lata

0,5 roku

II

4 lata

1 rok

III, IV

6 (5*) lat

1 rok

* - zgodnie z prawem budowlanym

Tab. 8 Zalecana częstotliwość prowadzenia badań systemów ochrony odgromowej typo-

wych obiektów budowlanych