OCHRONA ODGROMOWA - EGZAMIN 2004

Niniejsze opracowanie jest materiałem pomocniczym w ramach przygotowań do egzaminu OCHRONA ODGROMOWA i PRZEPIĘCIOWA, IV r., semestr letni 2004.

Omawiane w nim kwestie były przedmiotem wykładu - ale nie są wystarczająco uwzględnione w dostępnych podręcznikach.

Opracowanie ma ułatwić orientację w zakresie aktualnych norm dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych - w związku z zawiłościami stanu prawnego jakie zaistniały - i trwają nadal - począwszy od 2001 r. Chociaż zgodnie z Ustawą z dnia 12. września 2002 r. o Normalizacji wszystkie normy polskie z dniem 1. stycznia 2003 r. tracą obligatoryjność, w niniejszym opracowaniu został zachowany pierwotny (sprzed 1. stycznia 2003) podział na normy obligatoryjne i uzupełniające - celem ułatwienia orientacji o wadze poszczególnych dokumentów.

Natomiast analiza zjawisk związanych z rozwojem pioruna (Rozdz. 1.) ma ułatwić zrozumienie zasad projektowania zwodów metodą „toczącej się kuli”.

Do niniejszego opracowania została dołączona „Interpretacja postanowień norm serii PN-86-92/E-05003 i serii PN IEC 61024 wg decyzji NKP 55” (2002 r.) oraz Komunikat PKOO z 29. listopada 2003 r.

Podstawowy materiał umożliwiający przygotowanie do egzaminu stanowią notatki z wykładu oraz zalecona literatura.

Marek Szczerbiński

kwiecień, 2004 r.

OCHRONA ODGROMOWA OBIEKTÓW BUDOWLANYCH

1. Charakterystyka zjawiska pioruna

Piorun to wyładowanie atmosferyczne osiągające powierzchnię ziemi. Intensywne procesy elektryzacji w chmurze burzowej są przyczyną powstawania tzw. komór czynnych, zawierających izolowane centra ładunków dodatnich i ujemnych. Wzrost natężenia pola elektrycznego prowadzi to do wyładowań niezupełnych, tzw. strimerów, a następnie lidera − pierwszej fazy pioruna.

Lider rozwija się on ku ziemi „skokami” o wzrastającej długości (od 10 m do 200 m ) i średnim czasie trwania około 1 μs: przerwy między kolejnymi „skokami” wynoszą kilkadziesiąt mikrosekund. Wokół cienkiego kanału plazmowego (przez który płynie prąd rzędu 100 A) gromadzi się ładunek elektryczny. Gdy główkę lidera dzieli od ziemi tzw. "odległość decyzji" (kilkadziesiąt do kilkuset metrów) na jego spotkanie startuje tzw. lider oddolny (kontaktowy). Połączenie obydwu liderów daje początek wyładowaniu głównemu. Płynący teraz prąd, o wartości szczytowej od kilkudziesięciu do − w skrajnych przypadkach − nawet kilkuset kiloamperów, powoduje neutralizację ładunku przestrzennego, rozłożonego uprzednio wokół kanału.

Zgodnie z przyjmowanym obecnie „elektro-geometrycznym” modelem wybiórczości wyładowań atmosferycznych, miejscem uderzenia pioruna w ziemię lub w obiekt na jej powierzchni jest punkt, który najwcześniej znajdzie się w „odległości decyzji”, D, od główki lidera odgórnego (Rys. 1.)

Rys. 1. Ilustracja pojęcia „odległości decyzji”, D: piorun uderzy w drzewo

Jest ona określona empirycznie ustaloną zależnością [1]:

D = k^.I^p (1)

gdzie:

D - odległość decyzji, m

I - wartość szczytowa prądu pioruna, kA,

k - współczynnik,

p - współczynnik

Przebieg funkcji D(I) został przedstawiony na Rys. 2.

Rys. 2. Zależność odległości decyzji D od wartości szczytowej prądu pioruna, I (przyjęto przeciętne wartości parametrów: k= 6,5, p = 0,75 [2]

Rys. 3. Określenie miejsc zagrożonych uderzeniem pioruna: znajdują się one na powierzchniach wchodzących w kontakt z "toczącą się kulą'" (grubsza linia)

Poglądową ilustracją zasady ukierunkowania się pioruna na cel naziemny - a zarazem podstawą jednej z metod projektowania rozmieszczenia zwodów - jest koncepcja „toczącej się kuli” (Rys. 3.). Narażone są te miejsca na powierzchni utworzonej przez rzeźbę i pokrycie terenu (w tym budynki), z którymi jest w stanie się zetknąć kula o promieniu równym „odległości decyzji”, D.

Po pierwszym uderzeniu często pojawiają się następne, biegnące tą samą lub zbliżoną drogą. (Szacuje się, że wyładowania wielokrotne stanowią ok. 80% wszystkich piorunów.) Lider nie składa się teraz ze „skoków”, lecz przebiega w sposób ciągły. Sprowadza on do strefy kanału ładunek elektryczny z nowego centrum, z reguły sąsiadującego z wyczerpanym źródłem poprzedniego wyładowania. Odstępy czasowe pomiędzy kolejnymi udarami wynoszą zazwyczaj kilkadziesiąt milisekund; mogą one wzrosnąć do paru dziesiątych sekundy, jeśli w kanale popłynie prąd ciągły (długotrwały) - co zdarza się w przypadku 1/4 ... 1/2 ogółu wyładowań doziemnych [12]. Ma miejsce wtedy bezpośredni transfer ładunku elektrycznego między chmurą, a ziemią (prąd rzędu zaledwie 10 A, lecz trwający aż ok. 0,1 s).

W przypadku wysokiego obiektu naziemnego, wyładowanie może być zapoczątkowane z jego wierzchołka i rozwijać się ku górze: nie ma fazy lidera odgórnego, lecz lider oddolny (kontaktowy) biegnie aż do centrum ładunku w chmurze. Zdarza się to, gdy wysokość obiektu przekracza 100 m; w przypadku 400 - 500 metrowych masztów radiowo-telewizyjnych odsetek wyładowań oddolnych sięga 80 - 90%.

Pioruny rozwijają się na ogół z centrum ładunku o biegunowości ujemnej, ale 10-15% ogółu wyładowań charakteryzuje polaryzacja odwrotna. Wartość szczytowa prądu I oraz całkowity ładunek Q wyładowania odgórnego dodatniego są z reguły większe niż w przypadku ujemnego. Piorun dodatni jest przeważnie jednokrotny.

2. Ogólne zasady ochrony odgromowej obiektów budowlanych

System ochrony odgromowej nie może gwarantować absolutnej ochrony budowli, obiektów i osób, ale obniża znacznie ryzyko szkód piorunowych. Jeszcze do niedawna jedynymi zadaniami urządzenia piorunochronnego była ochrona budynku przed pożarem, a znajdujących się w nim istot żywych przed porażeniem elektrycznym. Wystarczające okazywało się więc wyposażenie obiektu w stosunkowo prosty piorunochron i zapewnienie odpowiednich odstępów izolacyjnych między jego elementami, a innymi instalacjami przewodzącymi oraz miejscami dostępnymi dla osób. Jednakże rozpowszechnienie się urządzeń wrażliwych na piorunowe impulsy elektromagnetyczne (przede wszystkim systemów elektronicznych opartych na półprzewodnikowych układach scalonych)) wymusiło nowe zadania ochrony odgromowej: urządzenie piorunochronne staje się dodatkowo ekranem elektromagnetycznym, a ponadto winno być wzbogacone o środki służące do wyrównywania potencjałów wewnątrz obiektu oraz eliminacji przepięć wprowadzanych różnymi liniami z zewnątrz.

Środki ochrony zewnętrznej (służące do przejęcia wyładowania i odprowadzenia prądu piorunowego do ziemi) to zwody, przewody odprowadzające i uziemiające (łączone często zaciskiem probierczym) oraz uziomy: elementy te mogą być sztuczne (założone specjalnie dla celów ochrony odgromowej) lub naturalne (nie instalowane specjalnie w tym celu). Elementy naturalne są preferowane, zaś sztuczne należy stosować tylko w miarę konieczności.

Zwody - to części urządzenia piorunochronnego przeznaczone do przechwytywania wyładowań piorunowych. Mogą być utworzone przez dowolną kombinację prętów, rozpiętych przewodów oraz przewodów ułożonych w postaci sieci.

Przewody odprowadzające i uziemiające łączą zwody z uziomami, a ich liczba zależy od rodzaju zwodów, wymaganej skuteczności ochrony i rozmiarów obiektu.

Zacisk probierczy jest wymagany w przypadku konieczności rozłączenia przewodów odprowadzających i uziemiających, przede wszystkim celem okresowej kontroli rezystancji uziemienia.

Uziomy - to przewody lub przedmioty przewodzące umieszczone w gruncie: ich konstrukcja ma wpływ na rezystancję uziemienia.

Środki ochrony wewnętrznej (chroniące wnętrze obiektu przed skutkami rozpływu prądu w urządzeniu piorunochronnym - przede wszystkim przed niebezpiecznymi iskrami) to ekwipotencjalizacja, odstępy izolacyjne oraz tzw. „dodatkowe zabezpieczenia”[4].

Ekwipotencjalizację przeprowadza się przy pomocy połączeń wyrównawczych, łączących urządzenie piorunochronne, konstrukcję metalową obiektu, metalowe instalacje, zewnętrzne części przewodzące oraz instalacje elektryczne i telekomunikacyjne w obrębie chronionej przestrzeni. W przypadku elementów o różnych potencjałach elektrycznych połączenia następują poprzez ograniczniki przepięć.

Bezpieczny odstęp izolacyjny oddzielający urządzenie piorunochronne od instalacji metalowych jest środkiem ochrony na odcinku pomiędzy połączeniami wyrównawczymi (by zapobiec przeskokowi niebezpiecznej iskry, którą mógłby spowodować indukcyjny spadek napięcia.

Dodatkowe zabezpieczenia polegają przede wszystkim na ekranowaniu, separacji elektromagnetycznej obwodów i stosowaniu ochronników.

Zgodnie z Rozporządzeniami Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa [10, 11]] zasady ochrony odgromowej obiektów budowlanych określone są przez normy obligatoryjne [3, 4, 5, 6]. Uzupełniające informacje dotyczące wybranych problemów ochrony odgromowej zawarte są w nie obligatoryjnych normach [7., 8.], natomiast obszernym przewodnikiem ułatwiającym stosowanie normy [3] jest zatwierdzona i wydana w 2002 r. norma [9].

(W porównaniu ze stanem sprzed września 2001 r., przestała obowiązywać norma PN-86/E-05003/02 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona podstawowa: zastąpiła ją [3])

Należy zwrócić uwagę, że wymagania (zasady) ogólne objęte są obecnie postanowieniami 2 norm [3, 4] - ta druga znajduje zastosowanie wyłącznie przy projektowaniu ochrony obostrzonej [5] oraz specjalnej [6].

3. Normy obligatoryjne

3.1. Postanowienia normy PN-IEC 61024-1 [3]

Norma (do którejwskazówki wykonawcze zawarte są w obszernym dokumencie [9.]) ma zastosowanie w projektowaniu i instalowaniu urządzeń ochrony odgromowej obiektów zwykłych o wysokości do 60 m. Wyróżniono 4 poziomy ochrony, służące klasyfikacji urządzenia piorunochronnego stosownie do jego skuteczności.

Do projektowania układu zwodów należy stosować niezależnie, lub w dowolnej kombinacji, metodę

• kąta ochronnego

- toczącej się kuli

• wymiarowania sieci

(Strefy ochrony utworzone przez poszczególne części systemu zwodów winny nachodzić na siebie i zapewniać całkowitą ochronę obiektu.)

Metoda kąta ochronnego okazuje się najodpowiedniejsza w przypadkach niewielkich obiektów o prostej konstrukcji: nie powinna być ona jednak stosowana, gdy obiekt jest wyższy niż wynosi promień „toczącej się kuli” dla wybranego poziomu ochrony (patrz Tab. 1.). Podane są w niej również maksymalne dopuszczalne wartości kąta ochronnego, uzależnione od wysokości zwodów.

Metoda wymiarowania sieci (czyli zwodów poziomych niskich) nadaje się do ochrony dużych powierzchni płaskich (przede wszystkim dachów). Zwody winny być umieszczone wzdłuż krawędzi dachu, występów oraz kalenicy (jeśli nachylenie przekracza 10%), zaś maksymalne dopuszczalne wymiary oka sieci podane są w Tab. 1.

Metoda toczącej się kuli jest stosowana dla obiektów o złożonym kształcie oraz w przypadku niemożności zastosowania kąta ochronnego. Zwody są rozmieszczone właściwie, jeżeli żaden punkt przestrzeni podlegającej ochronie nie może wejść w kontakt z kulą, o promieniu wynikającym z poziomu ochrony - patrz Tab. 1. (Innymi słowy, kula opiera się wyłącznie na zwodach, nie dotykając obiektu chronionego.)

Tabela 1 Rozmieszczenie zwodów zgodnie z poziomem ochrony (h - wysokość obiektu)

Poziom ochrony	Niezawodność ochrony	Promień „toczącej się kuli”, R [m.]	h = 20 m	h = 30 m	h = 45 m	h = 60 m	Wymiar oka sieci [m.]
						α ^0		α ^0	α ^0	α ^0
I	98 %	20 m	25^0	*	*	*	5
II	95 %	30 m	35^0	25^0	*	*	10
III	90 %	45 m	45^0	35^0	25^0	*	15
IV	80 %	60 m	55^0	45^0	35^0	25^0	20
* w tym przypadku nie stosuje się metody kąta ochronnego

Za minimalne przekroje elementów stosowanych jako zwody uznano: dla stali 50 mm², dla aluminium 70 mm², zaś dla miedzi 35 mm².

Przewody odprowadzające mogą być prowadzone bezpośrednio na powierzchni ściany lub w jej wnętrzu - pod warunkiem, że wzrost temperatury spowodowany przepływem prądu piorunowego nie będzie groźny dla palnego materiału. W przeciwnym razie przewód winien być odsunięty od ściany na odległość o najmniej 10 cm. Przewody odprowadzające winny być rozmieszczone wzdłuż obwodu obiektu możliwie równomiernie (minimalne wartości średnich odległości między nimi zależą od poziomu ochrony i wynoszą: I/10 m., II/15 m., III/20 m., IV/25 m.). Należy je łączyć otokiem przy powierzchni ziemi i w odstępach pionowych nie rzadziej niż co 20 m.

Za minimalne przekroje elementów stosowanych jako przewody odprowadzające i uziemiające przyjęto: dla stali 50 mm², dla aluminium 25 mm², zaś dla miedzi 16 mm².

Wyodrębniono 2 podstawowe układy uziomowe:

Układ typu A - składa się z uziomów promieniowych albo pionowych. Każdy przewód odprowadzający powinien być przyłączony do oddzielnego uziomu. Minimalną długość uziomów promieniowych określa się w oparciu o Rys. 4.

Układ typu B - jest uziomem fundamentowym, względnie uziomem otokowym ułożonym na zewnątrz obiektu i mającym kontakt z ziemią na odcinkuco najmniej 80% długości.

Rys. 4. Minimalna długość l₁ uziomu zgodnie z poziomami ochrony (dla poziomów II, III i IV jest ona niezależna od rezystywności gruntu)

Za minimalne przekroje uziomów uznano: dla stali 80 mm², zaś dla miedzi 50 mm².

Podstawowym środkiem ochrony wewnętrznej jest ekwipotencjalizacja. Wymagany odstęp izolacyjny, s, oddzielający urządzenie piorunochronne od instalacji wewnętrznych na odcinku pomiędzy połączeniami wyrównawczymi, określony został zależnością

(2)

gdzie:

s - odstęp izolacyjny, m.

d - odstęp bezpieczny, m

k_i - współczynnik zależny od poziomu ochrony (0,1 dla I, 0,075 dla II, zaś 0,05 dla III i IV poziomu ochrony)

k_c - współczynnik zależny od rozpływu prądu w obiekcie (0,44, 0,66 lub 1,0 - zależnie od konfiguracji geometrycznej)

k_m. - współczynnik zależny od materiału izolacyjnego (1 dla powietrza, 0,5 dla dielektryku stałego)

l - mierzona wzdłuż przewodu odległość od najbliższego połączenia wyrównawczego lub ziemi

3.2. Postanowienia normy PN - 89/E - 05003/03 [5]

Norma [3] nie obejmuje formalnie obiektów o dużym zagrożeniu pożarowym i wybuchowy. W tej sytuacji ochrona obostrzona opiera się nadal na obowiązkowym stosowaniu normy [ 5.] (i stanowiącej wprowadzenie do niej normy [4]). W następujących po sobie rozdziałach, norma [5.] podaje wymagania szczegółowe ochrony obiektów zagrożonych pożarem (Rozdział 2.), budynków zagrożone wybuchem mieszanin par i/lub pyłów z powietrzem (Rozdział 3.), urządzeń technologicznych zagrożonych wybuchem mieszanin gazów, par i/lub pyłów palnych z powietrzem poza budynkami Rozdział 4.) oraz zagrożonych wybuchem materiałów wybuchowych (Rozdział 5.).

3.3. Postanowienia normy PN - 89/E - 05003/04 [6]

Przedmiotem normy [6] są wymagania szczegółowe dotyczące urządzeń piorunochronnych uwzględniających specyfikę: kominów wolno stojących, dźwigów na placach budowy (wieżowych i samochodowych), linowych urządzeń transportowych oraz obiektów sportowych. Specyfika ta wynika przede wszystkim z dominacji jednego z wymiarów liniowych obiektu nad dwoma pozostałymi. Ponadto, ochrona dźwigów budowlanych stwarza dodatkowo problemy związane z uziemieniem.

Natomiast w przypadku obiektów sportowych, ochrona przed działaniem rażeniowym napięć dotykowych i krokowych wokół przewodu odprowadzającego uwzględnia specjalne środki: wysterowanie potencjału na powierzchni ziemi (system uziomów otokowych połączonych promieniowe, układanych na wzrastającej głębokości) oraz izolowanie stanowiska za pomocą wykładziny o dużej rezystywności.

4. Normy uzupełniające

4.1. Postanowienia normy PN-IEC 61024-1-1 [7]

Norma [7] dokonuje klasyfikacji obiektów w zależności od skutków oddziaływania udarów piorunowych, które mogą być groźne dla samych obiektów i ich zawartości lub otoczenia. Obiekty budowlane dzieli się na zwykłe (domy mieszkalne, szkoły, banki, szpitale, muzea, obiekty przemysłowe etc.), o ograniczonym zagrożeniu (telekomunikacja, elektroenergetyka, fabryki o zagrożeniu pożarowym) groźne dla otoczenia (rafinerie, zakłady zbrojeniowe) oraz groźne dla środowiska (zakłady chemiczne, biochemiczne, nuklearne). Wartości parametrów piorunowych - które, na etapie pisania norm, założono jako maksymalne dla poszczególnych poziomów ochrony, podane są w Tab. 2. ).

Tab. 2. Wartości parametrów piorunowych dla poszczególnych poziomów ochrony

Parametr piorunowy	I poziom ochrony	II poziom ochrony	III i IV poziom ochrony
Wartość szczytowa prądu, I [kA] Całkowity ładunek Qt[C] Ładunek impulsowy Qi[C] Energia właściwa W/R [kJ/Ω] Średnia stromość di/dt30/90%[kA/μs]	200 300 100 10 000 200	150 225 75 5 600 150	100 150 50 2500 100

Projektant powinien zadecydować o potrzebie (względnie zbędności) urządzenia piorunochronnego i - jeśli ochrona będzie stosowana - wybrać jej poziom. W tym celu należy obliczyć średnią częstość uderzeń pioruna w obiekt, N_d [rok^-1 ]^* oraz określić akceptowaną średnią częstość uderzeń pioruna w ten obiekt, N_c (dla obiektów zwykłych, N_c = 10^-3 rok^-1 ). Gdy N_d ≤ N_c , to urządzenie piorunochronne jest zbędne. Jeśli natomiast N_d > N_c, to należy zastosować urządzenie piorunochronne o skuteczności

(3)

Poziom ochrony określa się w oparciu o Tab. 3. Algorytm procedury wyboru poziomu urządzenia piorunochronnego znajduje się na Rys.5.

Rys. 5. Algorytm procedury wyboru urządzenia piorunochronnego

Tab. 3. Wymagana skuteczność urządzenia piorunochronnego dla poszczególnych poziomów ochrony

Poziom ochrony	E
I II III IV	0, 98 0, 95 0, 90 0, 80

4.2. Postanowienia normy PN-IEC 61312-1 [8]

Norma zawiera informacje dotyczące projektowania, instalowania, kontroli, testowania i użytkowania sprawnego urządzenia ochrony odgromowej systemów informatycznych znajdujących się w obiekcie lub na obiekcie budowlanym. Ogólna zasada ochrony polega na tworzeniu wewnątrz analizowanego obiektu stref, w których występuje ograniczony do określonego poziomu stopień narażenia urządzeń na działanie

• impulsowego pola elektromagnetycznego (oddziaływanie bezpośrednie na urządzenia oraz instalacje w poszczególnych strefach)

• napięć i prądów udarowych występujących w instalacjach elektrycznych oraz systemach przesyłu sygnałów

Zależnie od stopnia penetracji obiektu przez prąd piorunowy i pole elektromagnetyczne wyładowania wyróżnia się strefy ochronne:

LPZ 0_A - strefa, w której elementy są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna oraz nietłumione pole elektromagnetyczne.

LPZ 0_B - strefa, w której elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna lecz występuje nietłumione pole elektromagnetyczne

LPZ 1 - strefa, w której elementy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie pioruna, a prądy są zredukowane w stosunku do ich wartości w strefie 0_B. Może być tłumione pole elektromagnetyczne.

Ewentualna strefa LPZ 2 (i kolejne) - wnikające do obiektu prądy i pola elektromagnetyczne są coraz to bardziej zredukowane

Rys. 6. Zasada podziału przestrzeni chronionej na strefy ochrony odgromowej LPZ

Indukcyjne efekty wyładowania redukowane są poprzez ekranowanie, stosowny dobór tras instalacji wewnętrznych, integrację sieci uziomów tworzonych przez elementy i struktury podziemne (uziomy naturalne, rury, zbrojenie betonu) oraz połączenia wyrównawcze na granicy stref i wewnątrz obiektu.

W przypadku wrażliwych systemów elektronicznych najczęściej stosowana jest dwu- lub trójstopniowa ochrona od przepięć w sieci n.n. oraz dwustopniowa w systemie przesyłu sygnałów.

LITERATURA źrodłowa

[1] Flisowski Z.: Technika wysokich napięć. Warszawa, WNT, 1999

[2] Horváth T.: Computation of Lightning Protection. Romerset, LSP Ltd, 1991

(nie do pożyczenia - jedyny egzemplarz w Bibliotece AGH przetrzymuje niżej podpisany)

[3] PN-IEC 61024-1Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne (2001r.)

[4] PN-86/E-05003/01 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne

[5] PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona

[6] PN-92/E-05003/04 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona specjalna

[7] PN-IEC 61024-1-1: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady Ogólne. Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych (2001r.)

[8] PN-IEC 61312-1: Ochrona przed piorunowym impulsem elektro-magnetycznym. Zasady ogólne (2001 r.)

[9]PN-IEC 61024-1-1-2: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B - Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych

[10] Rozporządzenie Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa z dnia 3 kwietnia 2001 r. w sprawie wprowadzenia obowiązku stosowania niektórych Polskich Norm dla budownictwa (Dz. U. Nr 38/2001, poz. 456)

[11] Rozporządzenie Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa z dnia 31 sierpnia 2001 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wprowadzenia obowiązku stosowania niektórych Polskich Norm dla budownictwa (Dz. U. Nr 101/2001, poz. 1104)

[12.] Uman M. A.: The Lightning Discharge. San Diego, Academic Press, 1987

(niedostępna w Krakowie)

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ:

D - odległość decyzji, m

d - odstęp bezpieczny, m.

E - skuteczność urządzenia piorunochronnego, 1

h - wysokość obiektu, m

I - wartość szczytowa prądu pioruna, kA,

N_c - akceptowana średnia częstość uderzeń pioruna w obiekt, rok^-1

N_d - średnia częstość uderzeń pioruna w obiekt, rok^-1

s - odstęp izolacyjny, m.

α ⁰ - kąt ochronny

DODATEK

POLSKI KOMITET OCHRONY ODGROMOWEJ

Stowarzyszenia Elektryków Polskich

Przewodniczący

ul. Świętokrzyska 14 A, 00-050 Warszawa

Warszawa, 15. 11. 2002 r.

Interpretacja postanowień norm

serii PN-86-92/E-05003 i serii PN IEC 61024

wg decyzji NKP 55

1. Wprowadzona do obowiązkowego stosowania norma PN-IEC 61024-1: 2001 nie zastępuje normy PN-86/E-05003/01. Obie te normy są obowiązujące. Przy występowaniu różnic w ich postanowieniach należy - formalnie - kierować się zasadą stosowania postanowień normy wydanej z datą późniejszą. Np. gdy chodzi o wymiary drutu, to - w myśl tej zasady - jest zalecane stosowanie drutu Φ 8 mm, a nie Φ 6 mm. Nie wyklucza to jednak możliwości stosowania dotychczasowej normy i drutu Φ 6 mm, co daje oczywiście mniejszy margines bezpieczeństwa, ale w wielu przypadkach jest uzasadnione wynikami dotychczasowych doświadczeń. Decyzja powinna należeć do projektanta.

2. Wymiar oka sieci zwodów trzeciego poziomu ochrony w tablicy 1 normy PN-IEC 61024-1: 2001 nie jest prawidłowy. Zamiast 10 m powinno być 15 m. Ten oczywisty błąd oryginału normy IEC 61024-1 został już skorygowany w projekcie IEC 62305-3 zrewidowanego jej wydania.

3. Przy obliczaniu średniej rocznej częstości N_d bezpośrednich wyładowań piorunowych w obiekt, wg punktu 4.2 normy PN-IEC 61024-1-1: 2001, należy przyjmować wartości N_g wg danych zawartych w normie PN-86/E-05003/01, tj. N_g = 1,8 wyładowań na km² na rok dla obszarów o szerokości geograficznej większej niż 51°30' oraz N_g = 2,5 wyładowań na km² na rok dla pozostałych obszarów kraju. Wynika to z faktu, że w obowiązujących normach nie ma mapy burzowej Polski i nie ma możliwości wyznaczenia liczby N_g ze wzoru zamieszczonego w punkcie 3.2 normy PN-IEC 61024-1-1: 2001.

4. Na rys. 4 normy PN-IEC 61024-1-1 str. 16 w drugiej ramce od góry powinno być N_d = N_g A_e zamiast N_d = N_g = A_e

5. W odsyłaczu krajowym N4) normy PN-IEC 61024-1-1: 2001, u dołu strony 10, błędnie została wydrukowana wartość akceptowanej częstości trafień piorunowych N_c = 10^-2. Zamiast tej wartości, w przypadku obiektów zwykłych, powinno być N_c = 10^-3. Natomiast dla obiektów zagrożonych wybuchem rezerwowana jest wartość N_c = 10^-5.

6. Sformułowanie p. 3.3.3 w PN-86/E-050003/01 zezwala w sposób jednoznaczny na stosowanie połączeń stykowych, ale nie dotyczy ono obiektów zagrożonych wybuchem, co dodatkowo wynika z p. 3.1.2.4 w PN-89/E-05003/03.

7. Jeżeli przy powierzchni ziemi nie ma połączenia między przewodami odprowadzającymi, to przyłączone do nich uziomy są uziomami oddzielnymi i wymaganie dotyczące rezystancji uziemienia odnosi się tylko do tych uziomów.

8. W normie PN-86/E-050003/01 nie wymienia się stali nierdzewnej, ale można ją stosować przyjmując wymiary dla stali ocynkowanej.

9. Stosownie do postanowień 3.2 i 3.4 normy PN - 96/E-05003/01 - wewnętrzne cienkie warstwy metalowe pokrycia dachu niepalnego mogą być wykorzystane jako zwody pod warunkiem, że bezpośrednio pod nimi nie znajdują się materiały łatwopalne typu papier lub słoma. Gdy warunek ten nie jest spełniony, to należy zastosować środki eliminujące możliwość przetopienia warstwy metalowej pokrycia dachu lub zapalenia materiału palnego przez krople wytopionego z pokrycia metalu. W pierwszym przypadku w grę wchodzą dodatkowe zwody, chroniące dach przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym, w drugim zaś - niepalne osłony umieszczone nad materiałem łatwopalnym.

10. Z praktyki wiadomo, że odporność papy na zapalenie przez wyładowanie piorunowe może być duża i ogólne jej zakwalifikowanie do materiałów trudno zapalnych wcale nie musi oznaczać, że nie można jej zaliczyć do materiałów nie ulegających zapaleniu przy oddziaływaniu kanału piorunowego. Wprost przeciwnie, w większości przypadków papa nie ulega zapaleniu, a jedynie uszkodzeniu, i może być uznana do celów ochrony odgromowej jako materiał niepalny. Rozstrzygnięcie tej kwestii wymaga po prostu przeprowadzenia testu laboratoryjnego na zapłon papy w warunkach odpowiadających konkretnemu przypadkowi i ekstremalnym parametrom wyładowania piorunowego. Można więc oczekiwać, że odporność rozpatrywanej papy na zapalenie przez wyładowanie piorunowe będzie wystarczająca i nie zaistnieje konieczność stosowania dodatkowych zwodów. Jeżeli z badań wynika, że rozpatrywana papa może ulec zapaleniu przez wyładowanie piorunowe, to stosowanie dodatkowych zwodów jest nieuniknione. Ich wybór i rozmieszczenie zależy jednak od lokalnych warunków, a w tym od rozmiarów obiektu, ukształtowania dachu, obecności elementów wystających nad dach itp. Nie można w oderwaniu od tych warunków zalecić określonego rodzaju zwodów. Każdy obiekt wymaga indywidualnego potraktowania, a decyzje należą do fachowców podejmujących zadania projektowe.

11. Do zakresu normy PN-IEC 61024-1 wchodzą budynki technologiczne i mieszkalne usytuowane na terenie stacji elektroenergetycznych. Natomiast z zakresu tej normy są wyłączone urządzenia elektryczne znajdujące się poza tymi budynkami.

12. O uznaniu określonego rozwiązania ochrony odgromowej stacji tankowania gazem za odpowiadające postanowieniom normy PN-89/E-05003/03 decyduje szereg indywidualnych właściwości stacji. Rozwiązanie, polegające jedynie na uziemieniu zbiorników i innych elementów, może być uznane za zgodne z tymi postanowieniami, jeżeli spełnione zostaną jednocześnie następujące warunki:

• obszar stacji jest zaliczony do kategorii Z2 (postanowienie 4.1.1.1d),

• ścianki znajdujących się nad ziemią rurociągów i zbiorników mają grubość nie mniejszą niż 5 mm (postanowienie 4.1.1.1i),

• części nadziemne rurociągów i zbiorników, których ścianki mają mniejszą grubość niż 5 mm znajdują się w strefie ochronnej innych obiektów (postanowienie 4.1.1.1.i),

• zbiorniki podziemne o grubości ścianki mniejszej niż 5 mm są pokryte warstwą ziemi o grubości nie mniejszej niż 0,5 m (postanowienie (4.1.1.1b),

• nalewaki nie są eksploatowane w czasie burzy (postanowienie 4.1.1.1g).

13. Polskie Normy dotyczące ochrony odgromowej i będące w gestii Normalizacyjnej Komisji Problemowej nr 55 nie obejmują bezpośrednio swym zakresem urządzeń przeznaczonych do przekazu informacji, a w szczególności urządzeń telekomunikacyjnych, usytuowanych poza budynkami. Fakt ten znajduje potwierdzenie w postanowieniu 1.2 normy PN-86/E-05003/01 i w postanowieniu 1.1.1 c) normy PN-IEC 61024-1. Nie wyklucza to jednak możliwości skutecznego wykorzystania tych norm do ochrony odgromowej (instalowanych na wysokiej wieży metalowej i połączonych z nimi) urządzeń wrażliwych na piorunowe zakłócenia elektromagnetyczne. Do ochrony wymienionych urządzeń jest natomiast przeznaczona norma PN-IEC 61312-1 oraz - jeszcze nie opublikowane w języku polskim - oryginalne jej części: IEC 61312-2 i IEC 61312-3. W myśl postanowień tych norm sam maszt metalowy, a niekiedy nawet umieszczone na nim anteny, nie wymagają ochrony od bezpośrednich wyładowań piorunowych. Natomiast ochrony przed wyładowaniami i ich skutkami wymagają przyłączone do anteny urządzenia. Ochrona taka polega głównie na zastosowaniu ekranowania i połączeń wyrównawczych bezpośrednich i dokonywanych za pomocą ograniczników przepięć.

14. Jeżeli dach i jego pokrycie są palne, to nie ulega wątpliwości, że - w myśl postanowienia 2.3.1g) normy PN-86-89/E-05003/01 - budynek należy wyposażyć w urządzenie piorunochronne. Nie można też zrezygnować ze stosowania zwodów sztucznych, które na mocy postanowienia 3.2.a) normy PN-86-89/E-05003/01 mogłyby być zastąpione przez elementy metalowe obiektu (zwody naturalne). Stwierdzenie czy materiał jest palny, czy nie, nie nastręcza zwykle trudności, ale w przypadkach wątpliwych, stopień palności materiałów można ustalić na podstawie właściwych przepisów lub na podstawie wyników badań dokonanych przez kompetentną instytucję, w tym np. przez ITB. W wielu jednak przypadkach nie chodzi o formalne zaliczenie materiału do materiałów niepalnych, ale o upewnienie się, że materiał nie ulegnie zapaleniu w warunkach oddziaływania wyładowania piorunowego lub zgaśnie natychmiast po zaniku źródła zapłonu. Przykładem może być papa na podłożu niepalnym, której pewne gatunki nie ulegają zapaleniu pod wpływem wyładowania piorunowego, a jedynie mogą ulec lokalnemu uszkodzeniu.

Korekta norm PN-IEC 61024-1: 2001 i PN-IEC 61024-1-1: 2001

Do normy PN-IEC 61024-1: 2001 wprowadza się następujące zmiany:

- str. 1, przedmowa krajowa, drugi akapit: zapis „od ^N1) do ^N3)” zmienia się na „od ^N1) do ^N4)”

- str. 11, punkt 2.2.4 (Konstrukcja) uwaga, czwarty wiersz: zapis „zapewnić im dostęp do drzwi i okien” zmienia się na: „zapewnić im odstęp od drzwi i okien”

- str. 19, tablica 1, ostatnia kolumna, trzeci wiersz (dla III poziomu ochrony): przy wymiarze oka sieci równym 10 (m) dopisuje się symbol odsyłacza krajowego ^N4), a na dole strony wprowadza się odsyłacz krajowy N4 o następującym brzmieniu: ^N4) Błędny zapis w IEC: jest „10”, a powinno być „15”.

Do PN-IEC 61024-1-1: 2001 wprowadza się następujące zmiany:

- str.10, odsyłacz krajowy N4): wyrażenie „N_c = 10^-2” zmienia się na „N_c = 10^-3”

- str. 16, rysunek 4, algorytm procedury wyboru urządzenia piorunochronnego, trzeci blok od góry; lewa kolumna; wiersz 4: wyrażenie „N_d = N_g = A_e” zmienia się na „N_d = N_gA_e”

Zgodność powyższych korekt i zapisów interpretacyjnych z decyzją NKP 55 potwierdzam

Przewodniczący PKOO

/ - / Prof. Z. Flisowski

POLSKI KOMITET OCHRONY ODGROMOWEJ

Stowarzyszenie Elektryków Polskich

PRZEWODNICZĄCY PKOO

ul. Świętokrzyska 14 A, 00-950 Warszawa,

Warszawa, 29. 11. 2003 r.

KOMUNIKAT

W związku z napływem do PKOO wielu zapytań i w związku z rozpowszechnianiem się mylnych informacji, wyjaśnia się że:

1. Zgodnie z Ustawą z dnia 12 września 2002 r. o Normalizacji, wszystkie normy polskie z dniem 1 stycznia 2003 r. tracą obligatoryjność, chociaż zgodnie z Rozdz. 3, Art. 5, p. 4 tej Ustawy mogą być w dalszym ciągu powoływane w przepisach prawnych (np. w rozporządzeniach ministerialnych). Publikowane dotychczas w rozporządzeniach ministerialnych wykazy norm, przeznaczonych do obowiązkowego stosowania, straciły moc prawną, ale tworzone są nowe wykazy i należy się spodziewać, że w niedługim czasie staną się załącznikami nowych rozporządzeń.

2. W wyniku opublikowania w Polsce norm serii PN-IEC 61024 i PN-IEC 61312 i wycofania spośród 4 arkuszy normy PN-86-92/E-05003 tylko arkusza drugiego, tj. arkusza PN-86/E-05003/02, powstała możliwość równoczesnego korzystania zarówno z norm PN-IEC, jak i z normy PN. Ze względu na występowanie drobnych różnic w postanowieniach tych norm (np. różnicy dotyczącej minimalnej średnicy drutu, czy też różnicy odnoszącej się do wskaźnika zagrożenia W i ryzyka zagrożenia R) należy kierować się formalną zasadą korzystania w pierwszej kolejności z norm wydanych z późniejszą datą, tj. z norm PN-IEC, ale nie wykluczać możliwości korzystania w dalszym ciągu z pozostawionych arkuszy normy PN, której słuszność merytoryczna została potwierdzona w praktyce. Decyzja dotycząca wyboru określonej normy lub jej postanowień, czy też w ogóle stosowania normy, należy do projektanta. Przy korzystaniu z norm PN-IEC powinien on zwrócić uwagę na wprowadzone następujące korekty:

• w tablicy 1 normy PN-IEC 61024-1 dla poziomu III zamiast 10 m powinno być 15 m;

• w odsyłaczu krajowym ^N4) normy PN-IEC 61024-1-1 (str. 10) zamiast N_c = 10^-2 powinno być N_c = 10^-3;

• w drugiej ramce od góry na rys. 4 w PN-IEC 61024-1-1 powinno być N_d = N_g A_e zamiast N_d = N_g = A_e;
  

Ponadto zwraca się uwagę, że:

• przy ustaleniu gęstości wyładowań N_g należy - ze względu na brak miarodajnej mapy izokeraunicznej w Polsce - przyjmować odpowiednio wartości tej gęstości wg PN-86/E-05003/01, tj. N_g = 1,8/rok/km² i 2,5/rok/km² lub wartości pochodzące z rejestracji doziemnych wyładowań piorunowych;

• przy wykonywaniu okresowych badań urządzeń piorunochronnych należy uzyskiwane wyniki pomiarów rezystancji uziemienia porównywać z wynikami uzyskanymi w takich samych warunkach podczas oddawania urządzenia do eksploatacji i jeżeli te wyniki różnią znacznie, to należy dokonać naprawy uziomów (w PN-IEC 61024-1 nie określa się dopuszczalnej wartości rezystancji uziemienia, wystarczy zapewnienie wymiarów uziomu typu A i B, a wyjątkowo przyjmuje się 10 , gdy mała jest rezystywności gruntu i wymiary uziomu są mniejsze niż wymagane w normie).
  

3. Brak obligatoryjności stosowania norm w Polsce jest - z jednej strony - dobrym znakiem, gdyż czyni projektanta merytorycznie odpowiedzialnym za swoje dzieło, z drugiej zaś - jest furtką dla nie zawsze uczciwych działań w bezpardonowej pogoni za zyskiem. Przykładem takich działań mogą być poczynania biznesowe sprzedawców i dystrybutorów tzw. zwodów aktywnych z wczesną emisją strimerów (ESE), którzy zapewniają swoich klientów w podawanych, również w Internecie (np. http://www.republika.pl/aktywne/, http://www.orw-els.com/sto.html, http://www.orw-els.com/osiagniecia.html), informacjach, że:

„Przedstawione rozwiązanie ochrony odgromowej jest w Polsce dopuszczalne, ponieważ postanowieniem Komitetu IEC 1024, w wypadku braku norm krajowych stosowane są normy europejskie. Brak polskiej normy dotyczącej ograniczników przepięć dopuszcza stosowanie normy niemieckiej VDE, a w przypadku zwodów aktywnych normy francuskiej NFC 17102, hiszpańskiej UNE 21186 lub jugosłowiańskiej JUS NBL 480”

„Przewaga instalacji odgromowej z piorunochronem JONOSTAR XX nad instalacją konwencjonalną wykonaną poziomymi zwodami niskimi polega na: większej skuteczności...",

„... piorunochron JONOSTAR X3 chroni obszar o znacznie większym promieniu niż zwykły zwód Franklina”.

Komentując te pełne nieścisłości i świadomie lub nieświadomie kłamliwe informacje, należy zdecydowanie stwierdzić, że:

- Komitet techniczny IEC 1024 w ogóle nie istnieje, a więc nie mógł wydać żadnego postanowienia,

- nie ma braku norm krajowych z zakresu ochrony odgromowej, natomiast brak jest w istniejących normach - krajowych, europejskich i międzynarodowych - postanowień dotyczących tzw. zwodów aktywnych, które zostały zaliczone, przez międzynarodową społeczność naukową, do bubli technicznych i naukowych (zwody te nie zapewniają większej skuteczności niż zwykłe urządzenia piorunochronne, a w wielu przypadkach powodują wzrost zagrożenia),

- dokument NFC 17102, wymieniony jako norma francuska, nie został - jak się okazuje - formalnie zatwierdzony we Francji, a więc ma jedynie rangę dokumentu producentów forsujących technologię tzw. zwodów aktywnych (dokument hiszpański UNE 21186 jest wzorowany na dokumencie francuskim),

- w Polsce nie mogą być stosowane normy obce, które nie zostały wydane lub uznane przez Polski Komitet Normalizacyjny,

- w Polsce istnieją co najmniej 4 normy dotyczące stosowania ograniczników przepięć (PN 86/E-05003/01, PN-IEC 60364-5-53, PN-IEC 61312-3, PN-IEC 61643-1) i nie ma aktu prawnego, który dopuszczałby stosowanie w Polsce normy VDE,

3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz. U. Nr 75, poz. 690), obowiązujące od 16 grudnia 2002 r., w sprawie „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” nie straciło mocy prawnej. Zgodnie z tym Rozporządzeniem stosowanie ochrony od przepięć atmosferycznych w budynkach ma charakter obligatoryjny.

4. Zamieszczone na stronie internetowej Ministerstwa Spraw Wewnętrznych i Administracji (http://www.mswia.gov.pl/aktual_010803_psp.html) ostrzeżenie, o treści:

„Nie rozmawiać przez telefon komórkowy na otwartej przestrzeni, a najlepiej go wyłączyć, gdyż włączony wytwarza pole elektromagnetyczne, które może przyciągnąć pioruny”

może wynikać z uzasadnionej ostrożności, ale ma błędne merytorycznie uzasadnienie i jest niewystarczające. Na otwartej bowiem przestrzeni człowiek jest narażony na trafienia piorunowe bez względu na to, czy rozmawia, czy nie rozmawia przez telefon komórkowy i czy telefon ten jest włączony, czy wyłączony. Aby uniknąć zagrożenia piorunowego na otwartej przestrzeni należy zastosować właściwe środki ostrożności. Najlepiej jest schronić się w budynku, a jeżeli nie jest to osiągalne, to należy zająć możliwie najniższą pozycję (bez rozkroku) i oddalić od siebie przedmioty metalowe (w tym telefon komórkowy). Jeżeli w pobliżu jest drzewo, to najlepiej jest zająć wspomnianą pozycję w odległości równej ok. 5 m od jego korony. Motywowanie wzrostu zagrożenia tym, że telefon komórkowy wytwarza pole elektromagnetyczne i przez to przyciąga pioruny jest jeszcze większym nieporozumieniem niż przypisywanie tego typu własności tzw. zwodom aktywnym. Wynika to z faktu, że pole wytwarzane przez telefon nie jest polem jonizującym. A zatem prawdopodobieństwo uderzenia piorunu w telefon komórkowy nie różni się praktycznie od prawdopodobieństwa uderzenia piorunu w każdy inny przedmiot metalowy, który podczas burzy znajduje się przy zagrożonej osobie i ma podobne rozmiary (stąd zalecenie o potrzebie oddalenia przez tę osobę wszystkich przedmiotów metalowych).

Prof. zw. dr hab. Zdobysław Flisowski

Przewodniczący

Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej

Składowa ciągła (długotrwała) jest uważana za główną przyczynę powodowanych przez pioruny pożarów.

^* N_d [rok^-1 ] jest iloczynem częstości uderzeń piorunowych na danym terenie (czyli 1, 8 ... 3, 0 km^-2 rok^-1) i powierzchni zastępczej obiektu

18

---