Akademia Górniczo - Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział EAIiE, Elektrotechnika

Ochrona odgromowa instalacji i urządzeń niskich napięć.

Projekt ochrony odgromowej budynku mieszkalnego.

KRAKÓW 2003/2004

AUTORZY:

Paweł Jaśkiewicz

Łukasz Jedynak

Tomasz Juszczak

Witold Kozielec

I. Dane wejściowe.

1.Wymiary i parametry budynku.

Budynek jest domem jednorodzinnym o poniższych parametrach:

a).Parter.

b).Poddasze.

c).Przekrój poprzeczny.

d).Widok perspektywiczny.

Dane charakterystyczne:

Powierzchnia zabudowy:

153,68m²

Powierzchnia użytkowa:

162,50 m² parteru i poddasza

Kubatura

811,20m³

Wysokość budynku:

8,04m

Kąt nachylenia dachu:

35^o i 40^o

2.Usytuowanie budynku.

Zakładamy, że budynek powstanie na przedmieściach Krakowa, na dużej płaskiej działce wokół której nie ma wysokich budynków które należałoby uwzględnić podczas projektowania.

3.Klasa budynku.

Zgodnie z klasyfikacją budynków normy PN-IEC 61024-1-1:2001 projektowany budynek należy do klasy obiektów zwykłych mieszkalnych. Zakładamy, że wewnątrz mogą znajdować się wrażliwe urządzenia elektroniczne dlatego decydujemy się na zastosowanie ochrony odgromowej. Akceptowalną częstość wyładowań piorunowych N_c wg normy PN-IEC [2], na poziomie N_c=10^-3.

II. Ustalenie poziomu ochrony dla urządzeń piorunochronnego

1.Obliczenie gęstości doziemnych wyładowań piorunowych N_g na podstawie normy
PN-IEC [2].

≈2,35 km^-2 a^-1

gdzie:

T_d- założona liczba dni burzowych w roku dla Krakowa. T_d=26 wg[6] str. 779.

2.Oszacowanie powierzchni równoważnej zbierania wyładowań przez obiekt A_e na podstawie normy PN-IEC [2].

=3306,8m²

gdzie:

a,b- długości boków obrysu budynku. a=13,2m; b=13,7m

h- wysokość budynku. h=8,04m

3.Obliczenie spodziewanej częstości N_d bezpośrednich wyładowań piorunowych

trafiających w obiekt na podstawie normy PN-IEC [2].

=7,77·10^-3 a^-1
N_d › N_c

gdzie:

A_e- obliczona powierzchnia równoważna zbierania wyładowań przez budynek. A_e=3306,8m².

N_g- obliczona gęstość doziemnych wyładowań piorunowych. N_g≈2,35 km^-2 a^-1.

N_c- założona akceptowalna częstość wyładowań piorunowych. N_c=10^-3.

4.Obliczenie minimalnego poziomu skuteczności urządzenia piorunochronnego E_c na
podstawie normy PN-IEC [2].

=0,87

Na podstawie powyższych obliczeń dobieramy według wykresów zawartych w normie
PN-IEC [2], III poziom ochrony.

III. Wybór urządzenia piorunochronnego.

Budynek, dla którego dokonujemy wyboru urządzenia piorunochronnego jest budynkiem jednokondygnacyjnym oraz charakteryzuje się niewielkimi pochyłościami dachu (35^oi 40^o), dlatego zgodnie z zaleceniami literatury [1,7] zastosujemy tutaj ochronę klatkową (zwody niskie) oraz uziom otokowy (typu B).

1.Wytyczne oraz założenia projektowania urządzenia piorunochronnego.
(zwody niskie).

1.1 Informacje dotyczące budynku:

a).Budynek został zbudowany z materiałów słabo przewodzących (cegła, beton, kamień budowlany, dachówka ceramiczna.),rynny zainstalowane na budynku są wykonane z tworzyw sztucznych nie przewodzących. Zwody zainstalowane na dachu budynku będą jedynym elementem jego powierzchni na potencjale ziemi dlatego w dalszych rozważaniach budynek traktujemy jako w całości zbudowany z materiału izolującego.

b)Brak dostępu do konstrukcji stalowych zbrojeń fundamentów (nie da się ich wykorzystać jako naturalnych elementów zwodów lub uziomu fundamentowgo.).

1.2 Wytyczne:

1.2.1 Zwody.

a).Na podstawie norm PN-IEC [2,3] oraz literatury [7] dla poziomu ochrony III (efektywność ochrony 90%) oko siatki zwodu niskiego powinno mieć wymiar max: 15m x 15m.

b).Norma PN-86 [4] zaleca przy nachylenia dachu powyżej 30^o aby jeden z przewodów siatki zwodów poprowadzić wzdłuż kalenicy dachu.

c).Zgodnie z normą PN-IEC [3] zwody mogą być instalowane bezpośrednio na powierzchni dachu lub w niewielkiej od niego odległości (przy założeniu odpowiedniej wytrzymałości termicznej pokrycia dachowego).

d).Najmniejszy wymiar przekroju elementu stosowanego jako zwód wg PN-IEC [3] wynosi:

Rodzaj wyrobu	Materiał (wymiar znamionowy przekroju w mm^2)
drut, taśma, linka.	stal ocynkowana	aluminium	miedź
		50mm^2	70mm^2	35mm^2

1.2.2 Przewody odprowadzające.

a).Norma PN-IEC [3] zaleca aby istniało przynajmniej kilka dróg prądowych a ich długości były jak najmniejsze, ponadto zaleca się aby przewody odprowadzające były bezpośrednia kontynuacją zwodów.

b).Norma PN-IEC [3] zaleca usytuowanie przewodów odprowadzających w pobliżu narożników obiektu, tak aby średnia odległość pomiędzy nimi nie była większa niż 20m
(dla III poziomu ochrony).

c).Zgodnie z normą PN-IEC [3] przewody odprowadzające mogą być instalowane bezpośrednio na powierzchni ścian lub w niewielkiej odległości od nich (przy założeniu odpowiedniej wytrzymałości termicznej ścian). Ściany zbudowane zostały z cegieł, betonu i kamienia dlatego przewody odprowadzające mogą znajdować się na jej powierzchni.

d).Najmniejszy wymiar przekroju elementu stosowanego jako przewód odprowadzający wg PN-IEC [3] wynosi:

Rodzaj wyrobu	Materiał (wymiar znamionowy przekroju w mm^2)
drut, taśma, linka.	Stal ocynkowana	aluminium	miedź
		50mm^2	70mm^2	35mm^2

e).Wg PN-IEC [3] przewody odprowadzające powinny być połączone za pomocą przewodów opasujących przy powierzchni ziemi.

1.2.3 Zaciski probiercze.

a).W miejscu przyłączenia uziemienia każdy przewód odprowadzający zaleca się wyposażyć w zacisk probierczy (wg PN-IEC [3] ).

1.2.4 Układ uziemienia typu B.

a).W przypadku uziomu otokowego średni promień r obszaru objętego przez uziom dla III poziomu ochrony, niezależnie od rezystywności gruntu powinien być większy od 5m.

b).Zewnętrzny uziom otokowy powinien być rozmieszczony możliwie równomiernie, zakopany na głębokości co najmniej 0,5m ale nie bliżej niż 1m od ścian.

c).Głębokość pogrążania uziomu powinna sprzyjać minimalizacji efektów korozji.

d).Najmniejszy wymiar przekroju elementu stosowanego jako uziom wg PN-IEC [3] wynosi:

Rodzaj wyrobu	Materiał (wymiar znamionowy przekroju w mm^2)
drut, taśma, linka.	Stal ocynkowana	aluminium	miedź
		80mm^2	^-	50mm^2

e).Literatura [1] zaleca aby uziom otokowy miał kształt prostokąta lub kwadratu ze względu na bardziej równomierny rozkład pola.

1.2.5 Zaciski i połączenia.

a).Zwody i przewody odprowadzające powinny mieć pewne połączenia a ich liczba powinna być zminimalizowana. Połączenia powinny być wykonane pewnie w taki sposób jaki daje: twarde lutowanie, spawanie, karbowanie, skręcanie lub zaciskanie.

1.3 Założenia:

a).Biorąc pod uwagę wymiary budynku oraz konstrukcję dachu; wykonujemy siatkę zwodów niskich złożoną z czterech oczek z dodatkowymi zwodami na przybudówce wejściowej.

b).Ze względu na nachylenie dachu budynku oraz fakt, że kominy zbudowane są ponad jego poziom, jeden z przewodów siatki zostanie poprowadzony wzdłuż kalenicy.

c). Dach budynku został wykonany z dachówki ceramicznej dlatego zwody mogą znajdować się bezpośrednio na jego powierzchni.

d).Decydujemy się na wykonanie zwodów i przewodów odprowadzających w całości w formie drutu, ze stali ocynkowanej, o przekroju 50mm². Przy III poziomie ochrony przyrost temperatury przy przepływie prądu piorunowego, dla drutu ze stali ocynkowanej o przekroju 50mm² wynosi wg [5] 37^o C. Taki przyrost temperatury umożliwia prowadzenie urządzenia piorunochronowego po powierzchni dachu oraz ścian, w bezpośrednim sąsiedztwie rynien wykonanych z tworzyw sztucznych.

e).Zgodnie z zaleceniami poprowadzimy cztery przewody odprowadzające na każdym narożniku budynku, średnia odległość pomiędzy nimi spełnia zalecenia normy i jest mniejsza od 20m.

f).W miejscu przyłączenia uziemienia każdy przewód zostanie wyposażony w zacisk probierczy.

g).Decydujemy się na wykonanie uziomu otokowego w całości w formie szyny odpowiednio profilowanej, ze stali ocynkowanej, o przekroju 100mm² .Taki przekrój zaleca literatura [5] ze względu na trwałość uziomów.

h).Uziom będzie miał kształt kwadratu o bokach ≈16m. Zostanie zakopany na głębokości 2m oraz odsunięty o 1m od poziomego obrysu budynku.

i).Wszelkie połączenia zwodów, przewodów odprowadzających dokonamy przy pomocy zacisków i muf prefabrykowanych; skręcanych lub zaciskanych.

j).Zaciski i uchwyty rozmieszczamy w odstępach 1m (2m wyłącznie dla uchwytów kalenicowych.).

k).Wszelkie połączenia uziomów wykonujemy jako spawane.

IV. Szkic ideowy instalacji piorunochronowej.

1.Widok z przodu i z tyłu budynku:

2.Widok boków budynku:

3.Widok z góry:

V. Spis katalogowy materiałów użytych do projektu.

W projekcie decydujemy się na wykonanie instalacji piorunochronnej przy pomocy osprzętu instalacyjnego oferowanego w asortymencie firmy DEHN+SÖHNE.

1.Wykaz elementów wykorzystanych do budowy projektowanej instalacji piorunochronnej:

L.P.	Element	Forma wykonania	Oznaczenie producenta (nr katalogowy)
1	zwody	drut	800008
2	przewody odprowadzające	drut	800008
3	uziom	płaskownik	810335
4	końcówki pionowe zwodów	końcówki ostrzowe	110000
5	uchwyty dachowe	pionowe, proste, wkręcane	201160
6	uchwyty kalenicowe	opasujące, regulowane, skręcane	204109
7	uchwyty ścienne	samozaciskowe, wkręcane	207109
8	uchwyty rynnowe	opasujące regulowane, skręcane	200079
9	uchwyty ścienne płaskownikowe	wkręcane	275030
10	uchwyty ścienne płaskie	wkręcane wtynkowe	202000
11	klemy zaciskowe uniwersalne	prostokątne, poczwórne, skręcane	315115
12	mufy uniwersalne	skręcane	385203
13	zacisk probierczy	obudowany w żeliwnej studzience	549001

Fragment niemieckojęzycznego katalogu firmy DEHN+SÖHNE [8] z użytym w projekcie osprzętem instalacyjnym został dołączony do projektu (zamieszczony za projektem). Cały katalog znajduje się na stronie internetowej www.dehn.pl .

Literatura:

[1]. Charoy A. Kompatybilność elektromagnetyczna - Tom 4: Zasilanie, ochrona
odgromowa, środki zaradcze - zasady i porady instalacyjne WNT Warszawa 2000r.

[2]. PN-IEC 61024-1-1:2001. Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne.

[3]. PN-IEC 61024-1:2001. Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona budowli

przed piorunem.

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

[5] Sowa A. Zewnętrzna ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Informator Techniczny

nr1/2002.

[6]. Straszewski A. Projektowanie instalacji energoelektrycznych WNT Warszawa 1967r.

[7]. Szczerbiński M. Przemiany energii w wyładowaniu piorunowym jako źródło zagrożeń
budynku. Rozprawy, Monografie 113. AGH UWND Kraków 2002.

[8]. Katalog branżowy firmy DEHN+SÖHNE Blitzschutz Hauptkatalog2003. www.dehn.pl

11

---