Urządzenie piorunochronne -metody projektowania zwodów odgromowych

an-kom-metody-projektowania

Każdy budynek powinien być chroniony przed uderzeniem pioruna. Pozwala na to właściwie zaprojektowana i zgodna z obowiązującymi normami instalacja odgromowa. O skuteczności ochrony odgromowej decyduje sposób rozmieszczenia układu zwodów. Jest on zależny od przyjętej metody obliczania i poziomu ochrony odgromowej. Konieczność stosowania ochrony odgromowej, a także zasady jej projektowania i wykonania, określa seria norm PN-EN 62305.

 

Jak działa instalacja odgromowa?

Uderzenie pioruna wiąże się z ogromnym zagrożeniem dla zdrowia i życia ludzi, a także może doprowadzić m.in. do pożaru, dlatego każdy właściciel nieruchomości, powinien rozważyć możliwość montażu odgromienia. Wykonanie instalacji odgromowej trzeba powierzyć specjalistom, którzy zgodnie z obowiązującymi przepisami, zaprojektują system odgromowy.

Urządzenie piorunochronne ma za zadanie przechwycenie prądu pioruna przy pomocy układu zwodów, a następnie bezpieczne odprowadzenie go przewodami odprowadzającymi do uziemienia, dzięki któremu możliwe jest bezpieczne rozproszenie energii.

 

Analiza ryzyka i klasy urządzenia piorunochronnego

Zanim rozpocznie się projektowanie systemu odgromowego, konieczne jest przeprowadzenie analizy ryzyka, którą przeprowadzamy w oparciu o drugi arkusz normy PN-EN 62035 zatytułowanej „Zarządzanie ryzykiem”. Określenie potrzeby zastosowania środków ochrony odgromowej w obiekcie odbywa się na podstawie porównania obliczonej wartości ryzyka R z wartością ryzyka tolerowanego RT. Jeżeli ryzyko R jest większe od ryzyka tolerowanego RT, to należy zastosować ochronę odgromową. Zastosowanie środków ochrony odgromowej powoduje, że ryzyko R redukuje się poniżej wartości ryzyka tolerowanego RT.

Wyniki analizy ryzyka mają wpływ na sposób wykonania oraz dobór środków, które pozwalają skutecznie chronić obiekt budowlany przed prądem pioruna.

Poszczególne poziomy ochrony odgromowej dobierane są na podstawie zakresów spodziewanych wartości szczytowych prądu pioruna. Przy wymiarowaniu LPS brane są pod uwagę zarówno maksymalne, jak i minimalne wartości prądu wyładowania doziemnego.

Klasa LPS ma decydujący wpływ na wymiarowanie stref ochronnych. Na jej podstawie ustalane są m.in. odstępy pomiędzy przewodami odprowadzającymi, odstępy separujące i minimalne wymiary uziomów. Przyjęta klasa LPS ma również wpływ na dobór metody projektowania zwodów.

 

Metody projektowania zwodów

Wyróżniamy trzy metody projektowania zwodów, które są zgodne z obowiązującymi normami, czyli:

  • metodę toczącej się kuli,
  • metodę kąta ochronnego,
  • metodę oczkową.

 

Metoda toczącej się kuli

Metoda toczącej się kuli jest uniwersalną metodą projektowania instalacji odgromowej. W tym przypadku wymiarowanie oparte jest na modelu elektromagnetycznym. Dla wysokiej skuteczności ochrony musi zostać uwzględniona nie tylko maksymalna, ale także minimalna wartość prądu pioruna, która może oddziaływać na budynek. Dla każdej klasy ochrony LPS przyjmuje się w tym przypadku określoną wartość promienia kuli. Rozmieszczenie zwodów wymaga takiego zaprojektowania, aby przetaczająca się po budynku kula o odpowiednio dopasowanym do klasy ochrony promieniu, dotykała jedynie zwodów i nie stykała się z elementami konstrukcji obiektu. Obszar ochronny LPZ 0B wytyczony jest pod przetaczającą się kulą.

An-Kom-Wyznaczanie przestrzeni stref chronionych
Wyznaczanie przestrzeni stref chronionych

W celu wyznaczenia promienia toczącej się kuli wykorzystywana jest najniższa spodziewana wartość prądu pioruna. Promienie r toczącej się kuli dla klas LPS wynoszą:

  • dla klasy I – 20 m,
  • dla klasy II – 30 m,
  • dla klasy III – 45 m,
  • dla klasy IV – 60 m.

Im mniejszy promień toczącej się kuli, tym ochrona odgromowa staje się skuteczniejsza.

 

Metoda kąta ochronnego

Metoda kąta ochronnego jest jedną z prostszych metod wymiarowania, która znajduje zastosowanie m.in. w przypadku budynków o prostych kształtach, a także podczas projektowania indywidualnych zwodów pionowych.

An-Kom-Parametry kątów ochronnych
Parametry kątów ochronnych

Jest ona uproszczeniem metody toczącej się kuli. Projektowanie instalacji odgromowej z wykorzystaniem metody kąta ochronnego uwzględnia wyznaczenie strefy ochronnej LPZ 0B, biorąc pod uwagę wartość kąta α, która jest zależna od klasy LPS oraz wysokości zwodu względem płaszczyzny odniesienia. W tym przypadku wytyczona przez zwód pionowy przestrzeń ochronna ma kształt stożka, którego wierzchołek znajduje się na osi zwodu. Przestrzeń ochronna określana jest na podstawie kąta ochronnego α, który równy jest połowie kąta wierzchołkowego stożka oraz dostosowany do klasy urządzenia piorunochronnego w zależności od poziomu ochrony odgromowej.

Metoda ta jest najczęściej stosowana podczas projektowania instalacji odgromowej dla budynków jednorodzinnych. W tym przypadku występuje ograniczenie maksymalnej wysokości h do wartości równych promieniowi toczącej się kuli.

 

Metoda oczkowa

Metoda oczkowa znajduje zastosowanie w przypadku m.in. dużych budynków o płaskich dachach. Zwody poziome pokrywają całą chronioną powierzchnię, tworząc specyficzną siatkę, co pozwala na odprowadzenie prądu pioruna do uziomu przynajmniej dwoma drogami odprowadzającymi. Co więcej, przewody przebiegają w taki sposób, aby uwzględniać jak najkrótszą drogę do uziomu, a żaden z elementów metalowych nie może wystawać poza obszar chroniony LPZ 0B, który tworzy sieć zwodów.

An-kom-Promień toczącej się kuli, metoda oczkowa- wymiary siatki zwodów, przewodów odprowadzających
Promień toczącej się kuli, metoda oczkowa – wymiary siatki zwodów, przewodów odprowadzających

Wymiary oka w metodzie oczkowej są zależne od klasy LPS, wynosząc:

  • dla klasy I – 5 x 5 m,
  • dla klasy II – 10 x 10 m,
  • dla klasy III – 15 x 15 m,
  • dla klasy IV – 20 x 20 m.

 

 

Podsumowanie

Instalacja odgromowa chroni przed skutkami doziemnych wyładowań atmosferycznych. Właściwie zaprojektowana instalacja odgromowa zapewnia skuteczną ochronę budynku przed wyładowaniami atmosferycznymi, a także minimalizuje ryzyko związane z porażeniem prądem i uszkodzeniami urządzeń elektrycznych.

Dobór odpowiedniej metody projektowania zwodów odgromowych przekłada się na efektywność działania urządzenia piorunochronnego. Wyróżniamy cztery klasy urządzeń piorunochronnych, których dobór zależy od poziomu ryzyka. Najwyższy poziom ochrony zapewnia ochrona odgromowa klasy pierwszej, która stosowana jest w przypadku obiektów szczególnych, czyli takich, jak np. szpitale oraz obiekty zagrożone wybuchem lub pożarem. Do drugiej klasy kwalifikujemy hotele, szkoły, kościoły z wieżami mierzącymi ponad 20 m wysokości i budowle o wysokości powyżej 30 m. Klasa trzecia i czwarta to m.in.: domy jednorodzinne, budynki wielorodzinne, zakłady produkcyjne i hale magazynowe.