OCHRONA ODGROMOWA
OBIEKTÓW BUDOWLANYCH
Zwody pionowe
na dachach obiektów budowlanych
Andrzej Sowa
Podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany urządzenie piorunochron-
ne powinno przejąć prąd piorunowy i odprowadzić go do ziemi w sposób nie powodujący:
" zagrożeń dla życia i zdrowia ludzi przebywających wewnątrz lub na zewnątrz obiektu,
" uszkodzeń mechanicznych lub pożaru obiektu,
" uszkodzeń instalacji oraz urządzeń elektrycznych i elektronicznych pracujących w chronio-
nym obiekcie.
Eliminacja możliwości zniszczeń w obiekcie lub uszkodzenia instalacji oraz urządzeń wymaga
zwrócenia szczególnej uwagi na miejsca bezpośrednich uderzeń piorunów. W typowych przypad-
kach są to dachy obiektów budowlanych na których umieszczane są różnego rodzaju anteny, urzą-
dzenia elektryczne lub elektroniczne oraz trakty kablowe pomiędzy urządzeniami.
Podstawowe zalecenia normatywne
Analizując zagrożenie występujące podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt
budowlany należy zwrócić szczególną uwagę na nadbudówki, urządzenia i instalacje na dachu tego
obiektu. W obowiązujących obecnie normach [3, 6, 7] dokładnie określono zasady ochrony wszel-
kiego rodzaju nadbudówek dachowych. Przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego po-
winny być chronione nadbudówki:
" nie zawierajÄ…ce instalacji przewodzÄ…cych,
" zawierające wyposażenie elektryczne lub służące przetwarzaniu informacji.
Nadbudówki powinny znajdować się w przestrzeni chronionej tworzonej przez zwody pionowe lub po-
ziome. Należy również zachować odpowiednie odstępy bezpieczne pomiędzy nimi a zwodami lub
przewodami odprowadzajÄ…cymi.
Jeśli powyższe zalecenia nie będą spełnione to bezpośrednie wyładowanie piorunowe w nadbudówkę
doprowadzi do zniszczenia:
" samej nadbudówki oraz zainstalowanych wewnątrz urządzeń elektrycznych i elektronicznych,
" urządzeń wewnątrz obiektu budowlanego.
Wymaganie umieszczenia w przestrzeni chronionej nie dotyczy nadbudówek bez instalacji przewodzą-
cych [6], które:
" nie przekraczają 1 m wysokości i 1 m2 powierzchni całkowitej  nadbudówki metalowe,
" nie wystają więcej niż 1m nad powierzchnię tworzoną przez zwody - nadbudówki nieprzewo-
dzÄ…ce.
Ochroną przed bezpośredni, oddziaływanie prądu piorunowego powinny być również objęte urządze-
nia i elementy konstrukcyjne na dachach obiektów, do których dołączone są przewodzące instalacje
rozprowadzane wewnÄ…trz obiektu.
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
W takich przypadkach urzÄ…dzenie piorunochronne powinno:
" zapewnić odpowiednie przestrzenie chronione dla urządzeń i instalacji na dachu obiektu,
" wyeliminować możliwość powstawania przeskoków iskrowych pomiędzy instalacjami,
" wyeliminować różnice potencjałów pomiędzy poszczególnymi instalacjami na dachu i we-
wnÄ…trz obiektu,
" zapewnić ochronę przed przepięciami w instalacjach elektrycznych i elektronicznych.
Część z powyższych wymagań można spełnić stosując odpowiednio dobrane układy zwodów piono-
wych .
WolnostojÄ…ce zwody pionowe
Podstawowym sposobem ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna jest umieszczenie urzą-
dzeń lub instalacji w przestrzeni chronionej tworzonej przez wolnostojące zwody pionowe. Projekt
i wykonanie pojedynczych zwodów pionowych lub układów zwodów powinny być zgodne z zale-
ceniami wynikajÄ…cymi z wybranego poziomu ochrony odgromowej analizowanego obiektu.
Określając obszar przestrzeni chronionej tworzony przez pojedynczy zwód lub kilka zwodów nale-
ży uwzględnić wymagania dotyczące:
" kątów ochronnych,
" odstępów bezpiecznych uniemożliwiających powstawanie przeskoków iskrowych pomiędzy
chronionymi urzÄ…dzeniami a zwodami, elementami instalacji piorunochronnej lub konstruk-
cji obiektu wykorzystywanymi do celów ochrony odgromowej.
Dodatkowo zwód pionowy powinien być umieszczony w takiej odległości od chronionego urządze-
nia, która uniemożliwia wystąpienie przeskoków iskrowych. Oceniając możliwości wystąpienia
przeskoków iskrowych należy uwzględnić [3]:
" parametry prÄ…du piorunowego,
" rodzaj materiału izolacyjnego jaki występuje między elektrodami,
" rozpływ prądu w obiekcie budowlanym,
" odległość od miejsca zbliżenia, w którym może wystąpić przeskok, do najbliższego połącze-
nia wyrównawczego lub ziemi liczona wzdłuż przewodu w którym płynie prąd piorunowy.
Zalecenia wprowadzanych od roku 2001 norm ochrony odgromowej [3, 6] uzależniają wartości
kątów ochronnych od:
" poziomów ochrony wymaganych dla rozważanego obiektu,
" wysokości zwodu (tablica 1).
W niektórych przypadkach wyznaczając przestrzeń chronioną tworzoną przez pojedynczy zwód
pionowy należy uwzględnić więcej niż jeden kąt ochronny (rys.1.).
W przykładzie przedstawionym na rys.1 do wyznaczania przestrzeni chronionej tworzonej przez
zwód umieszczony na dachu obiektu budowlanego należy przyjąć:
" kąt ą1 na dachu obiektu - wartość kąta uzależniona od wysokości zwodu,
" kąt ą2 obok obiektu - dobrany z uwzględnieniem sumy wysokości obiektu i zwodu.
Możliwe jest również wyznaczanie przestrzeni chronionej stosując zasadę toczącej się po dachu
kuli. Wartość promienia kuli jest uzależniona od wymaganego poziomu ochrony odgromowej i wy-
nosi odpowiednio 20 m, 30 m, 45 m i 60 m odpowiednio dla I, II, III i IV poziomu ochrony odgro-
mowej. Po przetoczeniu kuli po dachu, przyjmuje się, że miejsca dotykane przez kulę są zagrożone
bezpośrednim uderzeniem pioruna.
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
Tablica 1. Kąty ochronne i odstępy bezpieczne w zależności od wymaganego poziomu ochrony i
wysokości zwodu
Układ przestrzenny Kąty ochronne Odstępy bezpieczne
kc
s e" ki Å" L
km
Wartości współczynników :
h ki - 0,1 , 0,075, i 0,05 odpowiednio
h Ä… Ä…
Ä… Ä…
dla I, II oraz II i IV poziomu ochrony)
km - 1 w powietrzu i 0,5 w dielektry-
ku stałym,
kc - uzależniony od rozpływu prądu
w obiekcie,
L - jest długością mierzoną wzdłuż
przewodu odprowadzajÄ…cego od
punktu rozpatrywanego zbliżenia do
punktu najbliższego połączenia wy-
równawczego
Rys.1. Przestrzenie chronione tworzone przez pojedynczy zwód pionowy
Zwody o wysokości do 3 metrów
Zastosowanie pojedynczego zwodu lub układu kilku zwodów o wysokości kilku metrów jest jed-
nym z najczęściej stosowanych rozwiązań do ochrony niewielkich obiektów lub urządzeń na da-
chach obiektów budowlanych. Tworzony system ochrony jest prosty i łatwy do wykonania. Typo-
wy zwód pionowy składa się z metalowego pręta o średnicy 10  16 mm mocowanego do betono-
wej podstawy. Pręt należy połączyć z najbliższym elementem instalacji piorunochronnej.
Przykład ochrony tworzonej przez pojedynczy zwód pionowy lub układ dwu zwodów przedstawio-
no na rys.2.
Określając przestrzeń chronioną w układzie dwu zwodów pionowych należy wyznaczyć najniższy
punkt kuli (najbliższy chronionemu urządzeniu  rys.2b) nazywany również strzałką ugięcia p.
Wartość p, w zależności od wysokości zwodów pionowych h odległości między nimi d oraz pro-
mienia kuli R, określa zależność:
2
d
p = R - R2 - ( )
2
Zmiany wartości p w funkcji odległości d między zwodami oraz klasy ochrony (różnych wartości
promienia R) przedstawia rys.3.
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
a) b)
R
P
Zwód
Chronione Zwód
pionowy
pionowy
urzÄ…dzenie
Dach obiektu budowlanego
Rys. 2. Zwody na dachu obiektu budowlanego; a) pojedynczy zwód, b) wyznaczanie przestrzeni chro-
nionej tworzonej przez układ dwu zwodów
Rys.3. Zmiany wartości p w zależności od odległości d miedzy zwodami oraz klasy ochrony
Zapewnienie stabilności zwodów pionowych wymaga uwzględnienia zagrożeń stwarzanych przez
podmuchy wiatru. Do wstępnego doboru wymiarów i ciężaru podstaw betonowych nożna skorzy-
stać z danych przedstawionych w tablicy 2 [9].
Tablica 2. Podstawowe wymiary podstaw betonowych w zależności od wysokości zwodu pionowego
(prędkość wiatru do 150 km/h)
Średnica Ć = 300 mm Średnica Ć = 350 mm
Wysokość zwodu
Wysokość (cm) Ciężar (kg) Wysokość (cm) Ciężar (kg)
1,0 m 1,0 2,0 0,5 2,0
1,5 m 4,5 8,5 2,5 6,5
2,0 m 9,5 17,5 5,5 13,5
2,5 m 17 31 10,0 25,0
3,0 m 25,5 46 15,5 38,0
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
Przykłady mocowania zwodu pionowego do betonowej podstawy i do elementów instalacji pioru-
nochronnej przedstawiono na rys.4.
Rys. 4. Mocowanie zwodów o różnych wysokościach do betonowych podstaw
Jeśli dla danej wysokości ciężar pojedynczej podstawy betonowej jest mniejszy od zalecanego to
można próbować zastosować obciążenie składające się z dwu podstaw.
Jeśli do odprowadzania prądów piorunowych wykorzystywane jest metalowe pokrycie dachu to
podstawę zwodu pionowego można mocować bezpośrednio do pokrycia (rys.5.).
Rys.5. Mocowanie zwodów do elementów przewodzących płaszczyzny dachu
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
Ochrona odgromowa większych nadbudówek lub urządzeń może wymagać zastosowania układu
składające się z kilku zwodów (rys.6.). Przy tworzeniu takiego układu należy również wyznaczyć
przestrzeń chronioną i zachować wymagane odległości pomiędzy chronioną nadbudówką a elemen-
tami układu zwodów.
Rys.6. Ochrona tworzona przez układ zwodów pionowych
Zwody o wysokości ponad 3m
Jeśli zastosowanie pojedynczego zwodu lub układu zwodów pionowych do wysokości 3 m nie za-
pewni wymaganie przestrzeni chronionej lub jest trudne do realizacji to należy rozważyć możli-
wość zastosowania zwodów wyższych. Wymagają one bardziej rozbudowanych i cięższych pod-
staw, a często również dodatkowych odciągów.
Przykład takiego rozwiązania przedstawiono na rys. 7.
Rys.7. Pojedyncze zwody pionowe
Przedstawiony system odciągów i zastosowana podstawa umożliwia mocowanie zwodów o wyso-
kości dochodzącej do 8 m.
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
Zwody pionowe mocowane do urządzeń lub elementów
konstrukcji
Innym rozwiązaniem, które zapewnia zwiększenie stabilności zwodu pionowego oraz nie wymaga
rozbudowanej i ciężkiej podstawy jest zastosowanie zwodów pionowych mocowanych do chronio-
nych obiektów.
Takie zwody można mocować zarówno do nadbudówek dachowych jak i do poszczególnych urzą-
dzeń. Najczęściej stosowane układy składają się z:
" pionowego zwodu mocowanego do betonowej podstawy oraz, wykorzystujÄ…c izolacyjne
elementy dystansujące, do chronionych obiektów,
" pionowego zwodu mocowanego przy pomocy elementów dystansujących tylko do chronio-
nego obiektu,
" pionowego zwodu dołączonego do izolacyjnej rury, która jest mocowana do chronionego
obiektu.
W tym ostatnim przypadku od zwodu odchodzi przewód odprowadzający. Bezpieczny odstęp po-
między tym przewodem a chronionym obiektem zapewniają odpowiednio dobrane izolacyjne ele-
menty dystansujące. Przykładowe rozwiązania zwodów pionowych mocowanych do urządzeń lub
elementów konstrukcyjnych przedstawiono na rys. 8 i 9.
Rys.8. Przykłady zwodów mocowanych do chronionych obiektów
Poprawnie wykonane mocowanie zwiększa stabilność układu oraz umożliwia wyniesienie zwodu
na wysokość 3-4 m ponad chroniony obiekt.
Podsumowanie
Zapewnienie bezawaryjnego działania urządzeń elektronicznych, dotyczy to szczególnie urządzeń
pracujących w rozbudowanych systemach, może wymagać nie tylko ograniczenia przepięć atmosfe-
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
rycznych w instalacji elektrycznej oraz w systemach przesyłu sygnałów ale również ograniczenia
wartości natężeń pola elektromagnetycznego wewnątrz obiektu oraz niedopuszczenie do bezpo-
średniego oddziaływania prądu piorunowego na urządzenia na dachach obiektów.
Rys.9. Różne sposoby mocowania zwodu do chronionego obiektu.
Spełnienie powyższych wymagań można osiągnąć stosując odpowiednio dobrane i rozmieszczone
układy łatwych w montażu zwodów pionowych. Dobierając wysokości zwodów i ich rozmieszcze-
nie należy odpowiednio dobrać kąty ochronne i odstępy izolacyjne.
Dodatkowo należy zwrócić uwagę na konieczność okresowych przeglądów i konserwacji stworzo-
nej instalacji piorunochronnej.
Jeśli stworzenie ochrony odgromowej eliminującej bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego na
urządzenia instalowane na dachu obiektu jest niemożliwe do wykonania to można zastosować [6] jedno
w poniżej przedstawionych rozwiązań:
" w instalacjach przewodzących, którymi prąd piorunowy może wpłynąć do obiektu (np. rury sys-
temu klimatyzacji i wentylacji), należy zastosować elementy izolacyjne o długości (grubości) co
najmniej dwukrotnie większej od wymaganych odstępów izolacyjnych,
" w miejscach zbliżenia instalacji odgromowej i chronionego urządzenia lub systemu należy za-
stosować połączenia wyrównawcze bezpośrednie lub przy pomocy iskierników.
Literatura
[1] PN-86/E-05003/01 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne
[2] PN-IEC 61024-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne.
[3] PN-IEC 61024-1:2001/Ap1 grudzień 2002, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Część
1. Zasady ogólne.
A. Sowa Zwody pionowe na dachach obiektów budowlanych
[4] PN-IEC 61024-1-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. Wybór
poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych.
[5] PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1 grudzień 2002, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Za-
sady ogólne. Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych.
[6] PN-IEC 61024-1-2:2002,Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik
B  Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych.
[7] PN-IEC 61312-1:2001, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogól-
ne.
[8] PN-IEC/TS 61312-2:2002, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym
(LEMP). Część 2. Ekranowanie obiektów, połączenia wewnątrz obiektów i uziemienia.
[9] Wettingfeld J.: Fangeinrichtung für kleinere Dachaufbauten Verband Deutscher Blitzschutzfir-
men E.V.
[10] Katalog firmy DEHN