Nr 168

Instalacje odgromowe

3

Andrzej SoWA

Politechnika Białostocka

noWe WymAgAniA Dotyczące ochrony oDgromoWej

W obiektAch zAgrożonych Wybuchem

1. Wstęp

Stworzenie warunków zapewniających bezpieczną ochronę przed skutkami wy-

ładowań piorunowych w obiekty posiadające przestrzenie zagrożone wybuchem wy-

maga zastosowania rozwiązań chroniących przed bezpośrednim działaniem prądu

piorunowego oraz wyładowaniami elektrycznymi wywołanymi przez impulsowe

pole elektromagnetyczne.

Obecnie podstawowe informacje o wymaganiach stawianych przed urządzeniem

piorunochronnym obiektu budowlanego zawarto w 4 normach serii PN-EN 62305

[1, 2, 3, 4], które wprowadzono w Polsce w latach 2008–2009.

W grudniu 2010 roku normy serii PN-EN 62305 wymieniono w rozporządzeniu

Ministra Infrastruktury [5] dotyczącym warunków technicznych, jakim powinny

odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Od roku 2011 Polski Komitet Normalizacyjny zastępuje powyższe normy ochro-

ny odgromowej nowymi ich wydaniami [6, 7, 8, 9], które w dalszej części artykułu

nazywane będą normami „nowymi”. Niestety dotychczas tych „nowych” norm nie

przetłumaczono na język polski, co praktycznie uniemożliwia ich stosowanie.

Poniżej zasygnalizowane zostaną podstawowe informacje zawarte w obu seriach

norm. Główna uwaga zostanie zwrócona na ochronę obiektów posiadających strefy

zagrożone wybuchem.

Wymagania dotyczące ochrony odgromowej takich obiektów zawarto w infor-

macyjnym załączniku D normy PN-EN 62305-3. W nowym wydaniu tej normy [8]

zawartość załącznika D uległa częściowej zmianie. Podstawową, jest zmiana statusu

załącznika D – z załącznika informacyjnego na załącznik normatywny.

2. Analiza ryzyka oraz ocena uszkodzeń

Zupełnie nowym wymaganiem, stawianym przed projektantami urządzeń pio-

runochronnych oraz systemów ograniczających narażenia piorunowe, jest koniecz-

ność przeprowadzenia analizy ryzyka oraz oceny uszkodzeń powodowanych przez

wyładowanie piorunowe. Przystępując do analizy ryzyka należy zebrać podstawowe

informacje dotyczące funkcji, ogólnego rozmieszczenia, konstrukcji oraz lokalizacji

obiektu.

Szczegółowy opis zasad postępowania przedstawiono w normie PN-EN 62305-2

zarówno z roku 2008, jak i 2012 [2, 7].

Instalacje odgromowe

4

W normach omówiono szczegółowe zasady szacowania ryzyka powodowanego

przez prądy piorunowe podczas doziemnych wyładowań piorunowych:

•

bezpośrednio w obiekty budowlane lub obok tych obiektów,

•

bezpośrednio w linie lub instalacje dochodzące do analizowanych obiektów

lub w bliskim sąsiedztwie tych linii lub instalacji.

W  przypadku rozbudowanych obiektów ze strefami zagrożonymi wybuchem

(rys. 1) przeprowadzenie takiej analizy może być zadaniem bardzo pracochłonnym

i wymagać zebrania podstawowych informacji o analizowanym obiekcie oraz okre-

śleniu, a  następnie wykorzystaniu od kilkudziesięciu do kilkuset różnego rodzaju

współczynników.

rys. 1.

Zagrożenie stwarzane przez doziemne wyładowanie piorunowe

Ogólny tok postępowania przy ustalaniu konieczności wykonania urządzenia

piorunochronnego został przedstawiony na rys. 2.

Procedura zarządzania ryzykiem pokazana na rys. 2 jest skuteczna, jeśli rozważa

się wszystkie czynniki, które mają wpływ na wartość ryzyka.

Takie podejście do zagadnień ochrony odgromowej stwarza przed projektantem

(dotyczy to szczególnie rozległych obiektów z wieloma wydzielonymi strefami) ko-

nieczność przeprowadzenia wielu prostych, ale czasochłonnych obliczeń oraz wyma-

gających uwagi w zakresie doboru odpowiednich współczynników.

Porównanie wyznaczonych wartości ryzyka z wartościami uznanymi za tolero-

wane pozwala dopiero ustalić potrzebę stosowania środków ochrony odgromowej

i dobrać odpowiednią ich skuteczność.

W obiektach zagrożonych wybuchem, jeśli przeprowadzona analiza ryzyka wy-

każe konieczność stosowania ochrony odgromowej lub ochrona odgromowa jest

wymagana przez uprawnione władze, należy stosować urządzenie piorunochronne

przynajmniej klasy II.

Nr 168

Instalacje odgromowe

5

rys. 2.

Proces podejmowania decyzji o konieczności stosowania ochrony odgromowej

Taki wymóg występuje zarówno w załączniku informacyjnym D normy PN-EN

62305-3 z roku 2008 [2] oraz w nowym wydaniu normy PN-EN 62305-2 [7].

3. Wymagania wprowadzane przez normy serii pn-en 62305

W normach ochrony odgromowej serii PN-EN 62305 [1, 2, 3, 4] wprowadzono

nowe, w porównaniu do zawartych w normie PN-89/E-05003/03 [10], oznaczenia

i wymagania dotyczące stref zagrożonych wybuchem (tabela 1) oraz przedstawiono

ogólne zasady ochrony w obiektach zawierających strefy 0, 1, 2 oraz 20, 21 i 22.

tabela 1. Oznaczenia rodzajów stref wybuchowych

Występujące w pn-89/e-05003/03

Występujące w pn-en 62305-3

kategoria z0 – obszar, w którym mieszanina wybu-

chowa gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powie-

trzem występuje stale lub długotrwale.

Strefa 0 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci

gazu, pary lub mgły z powietrzem występuje stale lub

przez długie okresy lub często.

kategoria z1 – obszar, w  którym istnieje prawdo-

podobieństwo wystąpienia mieszaniny wybuchowej

gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z  powietrzem

w normalnych warunkach pracy.

Strefa 1 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci

gazu, pary lub mgły z powietrzem może czasami wy-

stąpić w trakcie normalnego działania.

Instalacje odgromowe

6

Występujące w pn-89/e-05003/03

Występujące w pn-en 62305-3

kategoria z2 – obszar, w  którym wystąpienie mie-

szaniny wybuchowej gazów i/lub par cieczy łatwopal-

nych z powietrzem jest mało prawdopodobne, a jeśli

mieszanina ta wystąpi, to będzie utrzymywana krót-

kotrwale.

Strefa 2 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

zawierająca mieszaninę substancji palnych w  posta-

ci gazu, pary lub mgły z  powietrzem nie występuje

w trakcie normalnego działania, a w przypadku wy-

stąpienia trwa krótko.

kategoria z10 – obszar, w którym mieszanina wybu-

chowa pyłów palnych z powietrzem występuje długo-

trwale lub często.

Strefa 20 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu występuje

stale lub przez długie okresy lub często

kategoria z11 – obszar, w  którym zalegające pyły

mogą stworzyć krótkotrwale mieszaninę wybuchową

na skutek przypadkowego zawirowania.

Strefa 21 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu może cza-

sami wystąpić w trakcie normalnego działania.
Strefa 22 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa

w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu nie wystę-

puje w trakcie normalnego działania, a w przypadku

wystąpienia trwa krótko.

Rezystancja uziemienia układów uziomowych w obiektach zawierających mate-

riały i mieszaniny wybuchowe powinna być możliwie najmniejsza, ale nie większa

niż 10 Ω. Dodatkowo należy zauważyć, że w obiektach, w których występuje zagro-

żenie wybuchem oraz duże ryzyko pożaru preferowany jest uziom typu B.

Poniżej zestawiono podstawowe wymagania, jakie powinno spełniać urządze-

nie piorunochronne w strefach zagrożonych wybuchem zawarte w normie PN-EN

62305-3.

1. Poszczególne części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (zwody, prze-

wody odprowadzające i uziemiające) powinny się znajdować w odległości co naj-

mniej 1 m od strefy zagrożonej wybuchem.

2. Jeśli zachowanie odległości 1 m jest niemożliwe do wykonania, to można ją

zmniejszyć do ok. 0,5 m, ale powinny być zastosowane przewody ciągłe oraz po-

łączenia spawane lub prasowane.

3. Połączenia wyrównawcze wykonane przy pomocy zacisków są dopuszczalne, jeśli

nie będzie ikrzenia przy przepływie prądów piorunowych (rys. 3).

rys. 3.

Przykładowe rozwiązanie połączeń wyrównawczych badanych prądem udarowym [11]

Nr 168

Instalacje odgromowe

7

4. Wykonując połączenia z rurociągami należy stosować takie rozwiązania, w któ-

rych rozpływający się prąd piorunowy nie wywoła niebezpiecznego iskrzenia (np.

połączenia spawane). Połączenia zaciskowe są dopuszczalne, jeśli ochrona przed

zapłonem została sprawdzona za pomocą prób.

5. Minimalne grubości blach, które można wykorzystać do odprowadzania prądu

piorunowego zestawiono w tabeli 2.

tabela 2. Minimalne grubości blach stosowanych do odprowadzenia prądu piorunowego

materiał

grubość

t

1

mm

grubość

t

2

mm

Stal (nierdzewna, ocynkowana)

0,5

4

Tytan

0,5

4

Miedź

0,5

5

Aluminium

0,65

7

Cynk

0,7

–

Grubość

t

1

– istnieje możliwość wytopienia otworu w blasze w punkcie wpłynięcia prądu piorunowego,

Grubość

t

2

– w miejscu wpłynięcia prądu piorunowego wystąpi jedynie wzrost temperatury blachy.

Należy jednak zauważyć, że w normie PN-EN 62305, przy opisie szczegółowych

rozwiązań ochrony odgromowej obiektów zawierających strefy zagrożone wy-

buchem, pojawia się wymóg stosowania blach stalowych o grubości 5 mm, a nie

4 mm przedstawione w tabeli 2.

6. Strefy zagrożone wybuchem nie powinny się znajdować bezpośrednio pod me-

talowym pokryciem dachu, jeśli możliwa jest jego perforacja lub mogą wystąpić

przeskoki iskrowe pomiędzy poszczególnymi elementami pokrycia.

W normie PN-EN 62305-3 [3] przedstawiono także ogólne zalecenia dotyczące:

•

uziemiania zbiorników,

•

sposobów połączeń ścian zbiornika z pływającym dachem,

•

uziemiania rurociągów.

Zalecenia dotyczące ochrony odgromowej powyższych obiektów zagrożonych

wybuchem zestawiono w tabeli 3.

tabela 3. Podstawowe zalecenia dotyczące obiektów zagrożonych wybuchem

obiekt

podstawowe wymagania

Rurociągi

Nadziemne rurociągi metalowe na zewnątrz obiektów produkcyjnych należy łączyć co

ok. 30 m z układem uziomowym lub do uziomu pionowego albo poziomego.
W długich liniach przesyłu cieczy palnych w pompowniach na odcinkach przesuw-

nych itp. wszystkie rurociągi łącznie z rurami osłonowymi należy mostkować przewo-

dami o przekroju co najmniej 50 mm

2

.

Do mostkowania wstawek izolacyjnych powinny być zastosowane iskierniki (rys. 4).

Zbiorniki

zasobnikowe

Zbiorniki stalowe o grubości ścian nie mniejszej niż 5 mm (7 mm aluminium), bez

przerw iskrowych nie wymagają dodatkowej ochrony. W  przypadku zbiorników

o  cieńszych ściankach należy zastosować ochronę przed bezpośrednim trafieniem

(rys. 5 i 6).
Zbiorniki lub rurociągi pokryte ziemią nie wymają instalowania zwodów.
Urządzenie elektryczne i elektroniczne stosowane wewnątrz tych obiektów powinny

być dostosowane do tego rodzaju pracy.

Instalacje odgromowe

8

Zbiorniki

z pływającymi

dachami

Dach zbiornika należy skutecznie połączyć z główną powłoką zbiornika.
Należy zredukować do możliwie najniższego poziomu ryzyko ewentualnego zapłonu

mieszaniny wybuchowej wywołanego przez iskrzenie.
Należy wykonać, w odstępach co ok. 1,5 m wokół obwodu dachu, wielokrotne połą-

czenia bocznikowe między pływającym dachem a powłoką zbiornika.
Jeśli na dachu jest drabina, to na zawiasach pomiędzy drabiną a wierzchołkiem zbiornika

oraz pływającym dachem należy zastosować giętkie przewody o szerokości 35 mm.
W przypadku braku drabiny należy zastosować jeden lub więcej przewodów o szero-

kości 35 mm między powłoką zbiornika a pływającym dachem.
Alternatywne sposoby, wykorzystywane do ochrony odgromowej, zapewniające prze-

wodzące połączenie pomiędzy pływającym dachem a powłoka zbiornika są dopusz-

czalne tylko wtedy, gdy ich właściwości zostały potwierdzone badaniami.

4. podstawowe zmiany w  wymaganiach technicznych wprowadzane w  „no-

wych” normach

W nowym wydaniu normy PN-EN 62305-3 [8], jak już wspomniano, zmieniono

status załącznika D, w którym omawiano zalecenia dotyczące ochrony odgromowej

obiektów zagrożonych wybuchem, z informacyjnego na załącznik normatywny, ale

zakres zaleceń nie został zmieniony.

rys. 4.

Przykłady bocznikowania wstawek izolacyjnych (monobloków) na gazociągu [11]

Pojawia się jednak kilka stosunkowo drobnych zmian i uzupełnień. Część z nich

zestawiono poniżej:

1. Nie zmieniono wymagań dotyczących zachowania odległości co najmniej 1 m

poszczególnych części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (zwody,

przewody odprowadzające i uziemiające) od strefy zagrożonej wybuchem, ale nie

wprowadzono ograniczeń dotyczących umieszczania przewodu odprowadzające-

go względem strefy, jeśli zachowanie wymaganej odległości jest niemożliwe do

wykonania (dotychczas zalecano jej zmniejszenie do ok. 0,5 m).

2. Dokładnie określono wymiary giętkich przewodów (szerokość 35 mm – grubość

3 mm) wykorzystanych do połączeń dachów z powłokami zbiorników (zbiorniki

z pływającymi dachami).

3. Dotychczasowy zapis dotyczący uzgadniania z operatorem wykonania połączeń

wyrównawczych pomiędzy urządzeniem piorunochronnym a innymi instalacja-

Nr 168

Instalacje odgromowe

9

mi/ urządzeniami (zarówno bezpośrednich, jak i z wykorzystaniem iskierników)

był zalecany do stosowania w obiektach zawierających strefy 0 i 20. Obecnie ten

wymóg występuje w części podstawowej dotyczącej obiektów zawierających do-

wolne strefy.

rys. 5.

Ogólne zasady ochrony zbiorników przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym

Instalacje odgromowe

10

rys. 6.

Przykładowe rozwiązania ochrony odgromowej zbiorników w biogazowniach

5. podsumowanie

W  normach dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych serii

PN-EN 62305 zwrócono uwagę na konieczność profesjonalnego wykonania projek-

tu oraz samego urządzenia piorunochronnego.

Dodatkowo w załączniku D „nowej” normy [8] zalecana jest, w przypadku obiek-

tów zagrożonych wybuchem, konieczność profesjonalnego przeprowadzenia spraw-

dzenia, konserwacji i pomiarów urządzań piorunochronnych.

Takimi sprawami powinien zajmować się specjalista z doświadczeniem zarówno

w dziedzinie ochronie odgromowej, jak i w zagadnieniach związanych z problemami

występującymi w obszarach zagrożonych wybuchem.

6. Literatura

1. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne.

2. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa – Część 2: Zarządzanie ryzykiem.

Nr 168

Instalacje odgromowe

11

3. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne

obiektów i zagrożenie życia.

4. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektrycz-

ne i elektroniczne w obiektach.

5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 zmieniające

rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowia-

dać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2010 r. Nr 239, poz. 1597).

6. PN-EN 62305-1:2011-05 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne.

7. PN-EN 62305-2:2012-07 Ochrona odgromowa – Część 2: Zarządzanie ryzy-

kiem.

8. PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne

obiektów i zagrożenie życia.

9. PN-EN 62305-4:2011-05 Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elek-

tryczne i elektroniczne w obiektach.

10. PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona

obostrzona.

11. Materiały informacyjne firmy DEHN.