TBS. Podstawy zewnętrznej ochrony odgromowej

Wyzwanie:
Olbrzymie szkody powodowane przez ok. 1,5 miliona
piorunów rocznie w Niemczech.
Burze od zawsze sà fascynujàcym zjawiskiem naturalnym. Ale jednoczeÊnie to tak˝e trudne do przecenienia
niebezpieczeƒstwo dla ludzi i ich otoczenia. Ró˝nice ∏adunków elektrycznych mi´dzy chmurami lub chmurà
a ziemià, zw∏aszcza w miesiàcach letnich, w lipcu
i sierpniu, powodujà powstawanie burz frontowych. Obserwowane pioruny przewa˝nie tworzonà pràd o ujemnej biegunowoÊci p∏ynàcy z chmur do ziemi. Przy trafieniu pioruna w budynek pràd piorunowy nagrzewa
w miejscu trafienia elementy konstrukcji budynku. Powoduje to znaczàce niebezpieczeƒstwo powstania po˝aru. W Niemczech uderzenia piorunów powodujà rocznie szkody w wysokoÊci wielu setek milionów euro.
Skutecznà ochron´ przed bezpoÊrednimi uderzeniami
pioruna daje prawid∏owo i zgodnie z normami wykonana instalacja odgromowa.
1
max Iimp 200 000 A
1
1
1
2
5
2
3
4
3
114 TBS
Rozwiązanie:
Ochrona odgromowa firmy OBO zgodna z normami
europejskimi
Zadaniem systemu ochrony odgromowej jest przejmowanie wszystkich uderzeƒ pioruna w obiekt. Pràd piorunowy musi byç przej´ty w miejscu uderzenia, odprowadzony do ziemi i rozproszony w niej. Obowiàzuje przy tym
zasada niedopuszczania do skutków cieplnych, mechanicznych lub elektrycznych, które mog∏yby powodowaç
szkody w chronionym obiekcie lub stanowiç zagro˝enie
dla ludzi, powodowane przez niebezpieczne napi´cia dotykowe lub krokowe wewnàtrz budynku.
System ochrony odgromowej dzieli się na:
Zewnętrzną ochronę odgromową:
1
Zwody odgromowe
2
Przewody odprowadzające
3
Instalację uziemiającą
Wewnętrzną ochronę odgromową:
4
Wyrównywanie potencjałów
5
Odst´py izolacyjne
TBS 115
Podstawy zewnętrznej ochrony odgromowej:
normy, poziomy ochrony odgromowej i materiały
Stan norm
W 2006 roku wprowadzona zostanie norma PN-EN 62305 cz´Êç 1-4,
która rozszerzy zakres normy PN-IEC
61024 i stanowiç b´dzie podstaw´
dla ogólnej ochrony odgromowej.
Norma ta zosta∏a podzielona zgodnie
z opisem w tabeli 1.
Stopnie ochrony odgromowej
i ich podział
Przed rozpocz´ciem planowania
systemu ochrony odgromowej jest
konieczne zaklasyfikowanie chronionego obiektu do jednego z czterech poziomów ochrony odgromowej. Przy tym wynoszàca 99 % skutecznoÊç I poziomu ochrony odgromowej jest zdefiniowana jako najwy˝sza, a dla poziomu IV przy 84 %
skutecznoÊci jako najni˝sza (patrz
tabela parametry zagro˝enia). Nak∏ady na stworzenie systemu ochrony odgromowej (np. ze wzgl´du na
wielkoÊç oczek siatki zwodów, kàty
ochronne, odst´py mi´dzy przewodami odprowadzajàcymi) sà wi´ksze przy instalacjach odgromowych poziomu I ni˝ dla systemów
poziomu ochrony odgromowej IV.
Niezb´dny stopieƒ ochrony odgromowej jest ustalany w drodze oszacowania ryzyka wystàpienia szkody
wed∏ug PN-IEC 62305-2 (DIN V
VDE V 0185-2) o ile nie jest ustalony
przez inne przepisy. Inna proponowana przez OBO Bettermann mo˝liwoÊç ustalania stopni ochrony
odgromowej zawarta jest w wytycznych VdS 2010 (Zorientowana na
ocen´ ryzyka ochrona odgromowa
i ochrona przed przepi´ciami), wydana przez Gesamtver-band der
Deutschen Versicherungs-wirtschaft
e. V. (GDV - zrzeszenie ubezpieczycieli niemieckich).
Przy planowaniu i tworzeniu systemów ochrony odgromowej szczególnie wa˝na jest cz´Êç 3 - Ochrona
budowli i osób - poniewa˝ opisuje
ona w sposób przyjazny dla u˝ytkownika podstawy zewn´trznej
ochrony odgromowej zgodnie
z uznanymi zasadami techniki.
Podzielona jest na rozdzia∏y:
Dzia∏ania ochronne
䊳 Ochrona odgromowa specjalnych
obiektów budowlanych
䊳 Badanie i konserwacja systemów
ochrony odgromowej i sposób
ich przeprowadzania
䊳 Badania kontrolne systemów
ochrony odgromowej
䊳
Część 1
Podstawy ogólne
Część 2
Zarzàdzanie ryzykiem: szacowanie ryzyka wystàpienia
szkody w obiektach budowlanych
Część 3
Ochrona obiektów budowlanych i osób
Część 4
Ochrona systemów elektrycznych i elektronicznych w obiektach
budowlanych
Podzia∏ szeregu norm PN-EN 62305 (DIN V VDE V 0185)
Poziom
ochrony
odgromowej
Minimalna wartość
szczytowa prądu
piorunowego
Maksymalna
wartość szczytowa
prądu piorunowego
Skuteczność
ochrony
I
2,9 kA
200 kA
99 %
II
5,4 kA
150 kA
97 %
III
10,1 kA
100 kA
91 %
IV
15,7 kA
100 kA
84 %
Parametry zagro˝enia w zale˝noÊci od poziomu ochrony odgromowej
Dziedzina zastosowań
Zalecenie poziomy ochrony odgromowej w oparciu
o wytyczne VdS 2010
Strefy zagro˝one wybuchem w przemyÊle i
o b i e k t a c h chemii
2
Centra obliczeniowe, dziedziny militarne,
si∏ownie jàdrowe
1
Muzea, szko∏y, hotele z liczbà ∏ó˝ek
wi´kszà ni˝ 60
3
Szpitale, koÊcio∏y, magazyny, miejsca zgromadzeƒ ludzi w liczbie wi´cej ni˝ 100 lub 200 osób
3
Budynki administracyjne, placówki handlowe, budynki
biurowe i bankowe o powierzchni powy˝ej 2000 m2
3
Budynki mieszkaniowe majàce wi´cej ni˝ 20
mieszkaƒ, wie˝owce o wysokoÊci ponad 22 m
Domy prywatne, placówki biurowe i handlowe,
budynki administracyjne i bankowe o
powierzchni mniejszej ni˝ 2000 m2
3
ochrona odgromowa
– decyzja inwestora
Podzia∏ poziomów ochrony odgromowej dla okreÊlonego rodzaju obiektu
116 TBS
Kombinacje materiałów: ++ zalecane, O możliwe, - nie zalecane
Stal cynkowana
ogniowo (FT)
Aluminium
(Al)
Miedê
(Cu)
Stal nierdzewna
(VA)
++
O
Aluminium (Alu)
O
Miedź (Cu)
–
++
–
–
–
++
O
O
O
Stal nierdzewna (VA)
O
O
O
++
Materiał
Stal cynkowana ogniowo (FT)
Materiały
Do zewn´trznej ochrony odgromowej sà stosowane przede wszystkim nast´pujàce materia∏y: stal
cynkowana ogniowo, stal nierdzewna (VA), miedê, aluminium
Materia∏y (przyk∏ad): przewód okràg∏y 8
mm i element szybko-z∏àczny Vario typ
249 ze stali (FT), stali (VA), miedzi i
aluminium
Nieprawid∏owa instalacja
Skorodowane po∏àczenie materia∏ów
Korozja
Niebezpieczeƒstwo wyst´powania
procesu korozji zachodzi zw∏aszcza
przy po∏àczeniach ró˝nych materia∏ów. Z tego powodu nie jest dozwolone montowanie cz´Êci miedzianych nad powierzchniami ocynkowanymi lub nad cz´Êciami aluminiowymi, poniewa˝ czàsteczki miedzi
wymywane przez deszcz lub inne
czynniki mogà przechodziç na ocynkowane powierzchnie. Oprócz tego
powstaje ogniwo galwaniczne, które
powoduje szybkà korozj´ powierzchni styku. Jak to pokazujà
przyk∏ady podane poni˝ej, po∏àczenie miedzi z rurà wodociàgowà ze
stali jest skorodowane i mo˝e zostaç
przerwane. Je˝eli pomi´dzy ró˝nymi
materia∏ami jest niezb´dne po∏àczenie, które nie jest zalecane, mo˝na
stosowaç ∏àczniki bimateliczne.
Na przyk∏adzie podanym poni˝ej jest
pokazane zastosowanie ∏àczników
bimetalicznych na miedzianej rynnie
dachowej, do której do∏àczony jest
okràg∏y przewód aluminiowy. Elementy o zwi´kszonym zagro˝eniu korozjà, takie jak wprowadzenia metalowych cz´Êci do betonu lub ziemi, muszà byç wykonane w wersji zabezpieczonej przed korozjà. W miejscach
∏àczenia elementów znajdujàcych si´
w ziemi jako ochron´ przed korozjà
nale˝y zastosowaç odpowiednià pow∏ok´ ochronnà. Aluminium nie mo˝na uk∏adaç bezpoÊrednio (bez odst´pu) na, w, lub pod tynkiem, zaprawà albo betonem oraz w ziemi - mo˝liwe nast´pstwa pokazuje nasz
przyk∏ad na zdj´ciu poni˝ej po prawej
stronie. W tabeli „Kombinacje materia∏ów” sà poddane ocenie mo˝liwe
kombinacje materia∏ów pod wzgl´dem wyst´powania korozji po∏àczeƒ
w powietrzu.
Prawid∏owa instalacja przy zastosowaniu ∏àcznika bimetalicznego (aluminium/miedê)
Nieprawid∏owa instalacja
Skorodowany przewód aluminiowy
z powodu prowadzenia bez os∏ony na
powierzchni Êciany
TBS 117
Podstawy zewnętrznej ochrony odgromowej:
badanie instalacji odgromowych, sprawdzanie elementów
Badanie instalacji ochrony
odgromowej (LPS)
Instalacje odgromowe powinny, tak˝e po wykonaniu badaƒ odbiorczych, byç regularnie sprawdzane
pod wzgl´dem ich funkcjonalnoÊci,
aby wykryç ewentualne braki i w razie potrzeby wykonaç naprawy. Badanie obejmuje kontrol´ technicznej
dokumentacji i ogl´dziny oraz
pomiary systemu ochrony odgromowej. Tabela pokazuje odst´py
czasu mi´dzy ponownymi badaniami kontrolnymi.
Poziom ochrony
odgromowej
Okres czasu między
badaniami kompletnymi
Okres czasu między
oględzinami instalacji
budowlanych
I
2 lata
1 rok
II
4 lata
2 lata
III, IV
6 lat
3 lata
Odst´py czasu mi´dzy ponownymi badaniami kontrolnymi
Pomiar rezystancji uziemienia
118 TBS
Badanie ograniczników przepi´ç
Kontrola ca∏ej dokumentacji, w∏àcznie ze zgodnoÊcià z normami.
Ogólny stan zwodów i przewodów odprowadzajàcych, oraz wszystkich elementów po∏àczeniowych
(eliminacja luênych po∏àczeƒ), kontrola rezystancji po∏àczenia.
Badanie instalacji uziemiajàcej i sprawdzenie rezystancji uziemienia w∏àcznie z przejÊciami i po∏àczeniami.
Kontrola wewn´trznej ochrony odgromowej wraz z ogranicznikami przepi´ç i bezpiecznikami.
Ogólna ocena stopnia korozji.
Bezpieczeƒstwo i mocowanie przewodów LPS i ich elementów.
Dokumentacja wszystkich zmian i rozbudowy LPS oraz zmian w obiekcie budowlanym.
Badania i konserwacj´ nale˝y wykonywaç w oparciu o norm´ i wymagania techniczne zawarte w PN-EN
62305-3 (DIN V VDE V 0185 3-3).
Konieczne jest przestrzeganie ww.
punktów: badania obejmujà tak˝e
Klasa
probiercza
Prąd pomiarowy
3 x Iimp 100 kA
kontrol´ wewn´trznej ochrony odgromowej. Obejmuje to tak˝e kontrol´
po∏àczeƒ wyrównawczych i zainstalowanych ograniczników przepi´ç.
Zastosowanie
Zwody odgromowe
(10/350)
3 x Iimp 50 kA
(10/350)
Przewody odprowadzajàce,
w których mo˝e si´ rozp∏ynàç
pràd pioruna (minimum
2 odprowadzenia).
Raport kontrolny lub ksià˝ka badaƒ
kontrolnych stanowi dokumentacj´
badaƒ i konserwacji systemu ochrony
odgromowej i przy ka˝dym badaniu
lub konserwacji powinno byç uzupe∏niana lub sporzàdzana na nowo.
Sprawdzone elementy połączeniowe instalacji odgromowej
Parametry elementów instalacji odgromowej by∏y w przesz∏oÊci ustalane zgodnie z szeregiem norm DIN
48801 - DIN 48852, przy czym
w pierwszej kolejnoÊci wymagania
dotyczy∏y wymiarów elementów. Od
2002 roku obowiàzuje PN-EN
50164-1 (DIN/VDE 0185 cz´Êç
201), która okreÊla wymagania badaƒ elementów po∏àczeniowych instalacji odgromowej. Po fazie kondycjonowania trwajàcej w sumie
10 dni, elementy sà trzykrotnie obcià˝ane pràdami o wartoÊciach zamieszczonych w tabeli po lewej.
Klasy probiercze elementów po∏àczeniowych
TBS 119
Podstawy zewnętrznej ochrony odgromowej:
odstępy izolacyjne
Wszystkie metalowe cz´Êci budynku oraz urzàdzenia zasilane elektrycznie i przewody zasilajàce muszà byç uwzgl´dnione w ochronie
odgromowej. Dzia∏anie to jest konieczne, aby zapobiec powstawaniu
niebezpiecznych iskier, z jednej strony mi´dzy zwodem odgromowym
i przewodem odprowadzajàcym,
a z drugiej strony mi´dzy metalowymi cz´Êciami budynku i urzàdzeniami elektrycznymi.
Odstęp izolacyjny
Je˝eli istnieje odpowiednio du˝a odleg∏oÊç mi´dzy elementami, przez
które p∏ynie pràd piorunowy, a metalowymi cz´Êciami budynku, wówczas powstawanie iskier jest praktycznie wykluczone. Odleg∏oÊç ta
jest nazywana odst´pem izolacyjnym (s). Sposób obliczania tego odst´pu jest podany na stronie 121.
Elementy połączone bezpośrednio z instalacją odgromową
W obr´bie budynków z po∏àczonym
zbrojeniem Êcian i dachów lub z po-
∏àczonymi metalowymi fasadamii
i metalowymi dachami nie jest konieczne zachowanie odst´pów izolacyjnych. Metalowe elementy, które
nie majà przewodzàcego po∏àczenia wewnàtrz chronionego budynku
i których odleg∏oÊç od elementów
zewn´trznej ochrony odgromowej
jest mniejsza ni˝ 1 metr, muszà byç
po∏àczone bezpoÊrednio z instalacjà
odgromowà. Sà to przyk∏adowo:
metalowe kraty, drzwi, rury (z zawartoÊcià niepalnà lub wybuchowà),
elementy fasad itd.
Sytuacja
Rozwiązanie
Metalowe konstrukcje, jak kraty, okna, drzwi, rury
(z zawartoÊcià niepalnà lub wybuchowà) lub
elementy fasad, bez przewodzącego połączenia
wewnàtrz budynku.
¸àczenie elementów metalowych z instalacjà odgromowà
Instalacje klimatyzacyjne, instalacje fotowoltaiczne,
elektryczne czujniki/si∏owniki lub metalowe rury
wentylacyjne z przewodzącym połączeniem
wewnàtrz budynku.
Izolowanie przy pomocy odst´pów izolacyjnych (patrz tak˝e
przyk∏ady na tej stronie podwójnej).
s
Nieprawid∏owa instalacja.
Niezachowanie odst´pu izolacyjnego s – po∏àczenie przez
iskierniki separujàce nie jest ju˝ dozwolone, oÊwietlenie musi
znaleêç si´ w strefie ochrony zwodu pionowego
120 TBS
Prawid∏owo zachowany odst´p izolacyjny mi´dzy przewodem
odprowadzajàcym a kamerà nadzoru
Obliczanie odstępu izolacyjnego
Do obliczeƒ s∏u˝y nast´pujàcy wzór:
kc
s = ki
km
L(m)
Krok 1:
Ustalić wartość współczynnika ki
ki zale˝y od wybranego poziomu ochrony systemu
odgromowego.
Krok 3:
Ustalić wartość współczynnika km
km zale˝y od materia∏u izolacji elektrycznej odst´pu.
Poziom ochrony
ki
Materiał
km
I
0,1
Powietrze
1
II
0,075
Beton, cegła
0,5
III, IV
0,05
Krok 2:
Ustalić wartość współczynnika kc
(system uproszczony) kc jest zale˝ny od pràdu pioruna,
który p∏ynie w elementach instalacji „odgromowej“
Ilość
odprowadzeń n
Wartości
przybliżone
kc
Wartości
dokładne
(dokładne dane podane
są w PN-EN 62305-3)
1
1
1
2
0,66
1 ... 0,5
4 i więcej
0,44
0,5 ... 1/n
Krok 4:
Ustalić wartość L
L jest d∏udoÊcià mierzonà wzd∏u˝ przewodu odprowadzajàcego od rozpatrywanego punktu zbli˝enia do najbli˝szego punktu wyrównawczego.
Przykład:
䊳 Obiekt, w którym wyst´pujà wi´cej ni˝ 4
przewody odprowadzajàce
䊳 Poziom ochrony odgromowej III
䊳 Maksymalna d∏ugoÊç L = 10 m
䊳 ki = 0,05 m
䊳 km = Beton, Ceg∏a= 0,5
䊳
Odstęp izolacyjny = 0,44 m
Pr´t izolacyjny
od str. 148
s
s
Prawid∏owo zachowany odst´p izolacyjny s mi´dzy
urzàdzeniem odgromowym a instalacjà satelitarnà
Prawid∏owo zachowany odst´p izolacyjny mi´dzy urzàdzeniem
odgromowym a kominem
TBS 121