Nr 168 3 Andrzej SoWA Politechnika Białostocka noWe

Nr 168 3 Andrzej SoWA Politechnika Białostocka noWe

Instalacje odgromowe
Andrzej Sowa
Politechnika Białostocka
Nowe wymagania dotyczące ochrony odgromowej
w obiektach zagrożonych wybuchem
1. Wstęp
Stworzenie warunków zapewniających bezpieczną ochronę przed skutkami wyładowań piorunowych w obiekty posiadające przestrzenie zagrożone wybuchem wymaga 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 ochrony 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 informacyjnym 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 piorunochronnych oraz systemów ograniczających narażenia piorunowe, jest konieczność 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].
Nr 168
3
Instalacje odgromowe
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 określeniu, 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) konieczność przeprowadzenia wielu prostych, ale czasochłonnych obliczeń oraz wymagających uwagi w zakresie doboru odpowiednich współczynników.
Porównanie wyznaczonych wartości ryzyka z wartościami uznanymi za tolerowane pozwala dopiero ustalić potrzebę stosowania środków ochrony odgromowej
i dobrać odpowiednią ich skuteczność.
W obiektach zagrożonych wybuchem, jeśli przeprowadzona analiza ryzyka wykaże konieczność stosowania ochrony odgromowej lub ochrona odgromowa jest
wymagana przez uprawnione władze, należy stosować urządzenie piorunochronne
przynajmniej klasy II.
4
Instalacje odgromowe
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- Strefa 0 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
chowa gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powie- zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci
trzem występuje stale lub długotrwale.
gazu, pary lub mgły z powietrzem występuje stale lub
przez długie okresy lub często.
Kategoria Z1 – obszar, w którym istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia mieszaniny wybuchowej
gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powietrzem
w normalnych warunkach pracy.
Nr 168
Strefa 1 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci
gazu, pary lub mgły z powietrzem może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania.
5
Instalacje odgromowe
Występujące w PN-89/E-05003/03
Występujące w PN-EN 62305-3
Kategoria Z2 – obszar, w którym wystąpienie mieszaniny wybuchowej gazów i/lub par cieczy łatwopalnych z powietrzem jest mało prawdopodobne, a jeśli
mieszanina ta wystąpi, to będzie utrzymywana krótkotrwale.
Kategoria Z10 – obszar, w którym mieszanina wybuchowa pyłów palnych z powietrzem występuje długotrwale lub często.
Kategoria Z11 – obszar, w którym zalegające pyły
mogą stworzyć krótkotrwale mieszaninę wybuchową
na skutek przypadkowego zawirowania.
Strefa 2 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
zawierająca mieszaninę substancji palnych w postaci gazu, pary lub mgły z powietrzem nie występuje
w trakcie normalnego działania, a w przypadku wystąpienia trwa krótko.
Strefa 20 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu występuje
stale lub przez długie okresy lub często
Strefa 21 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu może czasami wystąpić w trakcie normalnego działania.
Strefa 22 – miejsce, w którym atmosfera wybuchowa
w postaci obłoku palnego pyłu w powietrzu nie występuje w trakcie normalnego działania, a w przypadku
wystąpienia trwa krótko.
Rezystancja uziemienia układów uziomowych w obiektach zawierających materiały i mieszaniny wybuchowe powinna być możliwie najmniejsza, ale nie większa
niż 10 Ω. Dodatkowo należy zauważyć, że w obiektach, w których występuje zagrożenie wybuchem oraz duże ryzyko pożaru preferowany jest uziom typu B.
Poniżej zestawiono podstawowe wymagania, jakie powinno spełniać urządzenie piorunochronne w strefach zagrożonych wybuchem zawarte w normie PN-EN
62305-3.
1. Poszczególne części zewnętrznego urządzenia piorunochronnego (zwody, przewody odprowadzające i uziemiające) powinny się znajdować w odległości co najmniej 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 połączenia 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]
6
Instalacje odgromowe
4. Wykonując połączenia z rurociągami należy stosować takie rozwiązania, w których 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
Stal (nierdzewna, ocynkowana)
Tytan
Miedź
Aluminium
Cynk
Grubość t1 mm
0,5
0,5
0,5
0,65
0,7
Grubość t2 mm
4
4
5
7
–
Grubość t1 – istnieje możliwość wytopienia otworu w blasze w punkcie wpłynięcia prądu piorunowego,
Grubość t2 – 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 wybuchem, 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 metalowym 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
Rurociągi
Zbiorniki
zasobnikowe
Nr 168
Podstawowe wymagania
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 przesuwnych itp. wszystkie rurociągi łącznie z rurami osłonowymi należy mostkować przewodami o przekroju co najmniej 50 mm2.
Do mostkowania wstawek izolacyjnych powinny być zastosowane iskierniki (rys. 4).
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.
7
Instalacje odgromowe
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 połączenia 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 szerokości 35 mm między powłoką zbiornika a pływającym dachem.
Alternatywne sposoby, wykorzystywane do ochrony odgromowej, zapewniające przewodzące połączenie pomiędzy pływającym dachem a powłoka zbiornika są dopuszczalne tylko wtedy, gdy ich właściwości zostały potwierdzone badaniami.
4. Podstawowe zmiany w wymaganiach technicznych wprowadzane w „nowych” 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 odprowadzającego 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 instalacja8
Instalacje odgromowe
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 dowolne strefy.
Rys. 5. Ogólne zasady ochrony zbiorników przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym
Nr 168
9
Instalacje odgromowe
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 projektu oraz samego urządzenia piorunochronnego.
Dodatkowo w załączniku D „nowej” normy [8] zalecana jest, w przypadku obiektów zagrożonych wybuchem, konieczność profesjonalnego przeprowadzenia sprawdzenia, 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.
10
Instalacje odgromowe
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 elektryczne i elektroniczne w obiektach.
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 zmieniające
rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać 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 ryzykiem.
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 elektryczne i elektroniczne w obiektach.
10. PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona
obostrzona.
11. Materiały informacyjne firmy DEHN.
Nr 168
11