Ochrona odgromowa budynków-aktualizacja.pdf

Warszawa 1.03.2011 r.

mgr inż. Andrzej Boczkowski

Stowarzyszenie Elektryków Polskich

Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych

mgr inż. Edward Skiepko SGSP

Ochrona odgromowa budynków

Budynki należy chronić przed skutkami wyładowań piorunowych zgodnie z wymaganiami

zawartymi w następujących przepisach technicznych:

- Polskich Normach PN-EN 62305 „Ochrona odgromowa”, PN-IEC 60364-4-443 „Instalacje

elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona

przed przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi” oraz

PN-IEC 60364-5-534 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż

wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami.

- Warunkach Technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

- Warunkach technicznych użytkowania budynków mieszkalnych.

W rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002r., w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75

z 2002 r., poz. 690; Dz. U. nr 33 z 2003 r., poz. 270; Dz. U. nr 109 z 2004 r., poz. 1156; Dz.

U. nr 201 z 2008 r., poz. 1238; Dz. U. nr 228 z 2008 r., poz. 1514; Dz. U. nr 56 z 2009 r., poz.

461; Dz. U. nr 239 z 2010 r., poz.1597) stwierdzono, że:

- budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych.

Obowiązek ten odnosi się do budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie dotyczącej

ochrony odgromowej obiektów budowlanych (§ 53 ust. 2),

- instalacja piorunochronna, o której mowa w § 53 ust. 2, powinna być wykonana zgodnie z

wymaganiami Polskich Norm dotyczących ochrony odgromowej obiektów budowlanych

(§ 184 ust. 3).

1. Uszkodzenia piorunowe

Oddziałujące na obiekt pioruny mogą powodować uszkodzenie samego obiektu oraz

zagrożenie znajdujących się w nim osób i zawartości włącznie z uszkodzeniami

wewnętrznych systemów. Uszkodzenia i awarie mogą również rozszerzać się na otoczenie

obiektu oraz lokalne środowisko. Zasięg tego rozszerzenia zależy od właściwości obiektu i

wyładowania piorunowego.

Główne właściwości obiektów ze względu na skutki oddziaływania piorunowego dotyczą:

- materiałów konstrukcyjnych,

- funkcji,

- użytkowników i zawartości,

- przyłączonych linii elektroenergetycznych i telekomunikacyjnych oraz rurociągów,

- istniejących lub przewidywanych środków ochrony,

- zasięgu rozprzestrzeniania zagrożenia.

W tablicy nr 1 przedstawiono skutki oddziaływania pioruna na różne typy obiektów.

Tablica 1. Skutki oddziaływania pioruna na różne typy obiektów

Typ obiektu wg funkcji i/lub

zawartości

Skutki oddziaływania pioruna

Przebicie instalacji elektrycznych, pożar i zniszczenie

materiału.

Uszkodzenie ograniczone zwykle do obiektów narażonych

na uderzenie lub na przepływ prądu pioruna.

Awaria zainstalowanych urządzeń elektrycznych i

elektronicznych oraz systemów (np. odbiorniki TV,

komputery, modemy, telefony, itp.)

Dom mieszkalny

Główne ryzyko pożaru i niebezpiecznych napięć

krokowych oraz szkód materialnych..

Wtórne ryzyko związane z utratą zasilania elektrycznego i

zagrożeniem życia inwentarza w wyniku braku działania

elektrycznych urządzeń wentylacji, dostawy pożywienia

itp.

Budynek gospodarstwa rolnego

Teatr; hotel; szkoła; magazyn;

teren sportowy

Uszkodzenie instalacji elektrycznej (np. elektrycznego

oświetlenia), możliwe spowodowanie paniki.

Awaria automatycznej sygnalizacji pożarowej, powodująca

opóźnienie działania technicznych środków zabezpieczenia

przeciwpożarowego

Jak wyżej i dodatkowo problemy wynikające

z przerwy w komunikacji oraz awarii komputerów i utraty

danych

Bank; towarzystwo

ubezpieczeniowe, handlowe itp.

Jak wyżej i dodatkowo problemy z ludźmi szczególnej

troski i trudności niesienia pomocy ludziom

unieruchomionym.

Szpital; dom opieki; więzienie

Przemysł

Dodatkowe skutki zależne od zawartości fabryk, mające

zasięg od drugorzędnych do nietolerowanych uszkodzeń i

strat produkcyjnych

Muzea i miejsca

archeologiczne; kościoły

Utrata bezcennej spuścizny kulturowej

Telekomunikacja;

instalacje energetyczne

Niedopuszczalna utrata usług publicznych

Fabryka sztucznych ogni i

amunicji

Konsekwencje pożaru i eksplozji instalacji i jej otoczenia

Instalacje chemiczne; rafinerie;

instalacje nuklearne; laboratoria i

instalacje biochemiczne

Pożar i niesprawność instalacji ze szkodliwym

oddziaływaniem na lokalne i globalne środowisko

2. Rodzaje strat

Straty jakie mogą wystąpić w obiekcie są następujące:

- L1 utrata życia ludzkiego,

- L2 utrata usług publicznych,

- L3 utrata dziedzictwa kulturowego,

- L4 utrata wartości ekonomicznej obiektu i jego zawartości.

3. Potrzeba ochrony odgromowej

Aby ustalić czy ochrona odgromowa obiektu jest potrzebna, należy dokonać oceny ryzyka.

Ryzyko R jest wartością prawdopodobnych średnich rocznych strat.

Następujące ryzyka powinny być brane pod uwagę:

- R 1 ryzyko utraty życia ludzkiego,

- R 2 ryzyko utraty usługi publicznej,

- R 3 ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego.

Aby wyznaczyć wartość ryzyka R, należy obliczyć jego komponenty. Każde ryzyko R jest

sumą jego komponentów.

Komponenty ryzyka dla obiektu:

- komponent związany z fizycznym uszkodzeniem obiektu,

- komponent związany z awarią wewnętrznego układu wywołaną przez piorunowy impuls

elektromagnetyczny (LEMP) lub przez przepięcia indukowane w liniach wchodzących do

obiektu

- komponent związany z porażeniem istot żywych napięciami dotykowymi wewnątrz obiektu

i napięciami krokowymi w strefach do 3 m na zewnątrz obiektu.

Każdy komponent ryzyka może być wyrażony za pomocą następującego równania:

R X = N X ×P X ×L X

w którym:

N X jest liczbą groźnych zdarzeń w roku uzależnioną od gęstości piorunowych wyładowań

doziemnych N g oraz fizycznej charakterystyki poddawanego ochronie obiektu, jego

otoczenia i gruntu,

P X jest prawdopodobieństwem uszkodzenia obiektu zależnym od charakterystyki

poddawanego ochronie obiektu i od stosowanych środków ochrony,

L X jest stratą wynikową zależną od przeznaczenia obiektu, obecności ludzi, typu usług,

wartości dóbr i od środków przeznaczonych do ograniczenia rozmiaru strat.

W celu obliczenia średniej rocznej liczby groźnych zdarzeń wskutek wyładowań w obiekt N D

należy mnożyć gęstość piorunowych wyładowań doziemnych N g przez równoważną

powierzchnię zbierania wyładowań przez obiekt A d .

N D = N g × A d

Gęstość piorunowych wyładowań doziemnych N g jest liczbą wyładowań piorunowych na km 2

na rok. Wartość ta jest dostępna w sieci lokalizacji wyładowań doziemnych w wielu

obszarach świata. W przypadku jej niedostępności, dla umiarkowanych szerokości

geograficznych, można stosować następujący wzór:

N g = 0,1 T d

w którym:

T d jest liczbą dni burzowych w roku ustaloną na podstawie map izokeraunicznych.

W Polsce, gęstość piorunowych wyładowań doziemnych N g w rejonie usytuowania obiektu,

należy przyjmować według danych zawartych w normie PN-86/E-05003/01, to jest N g = 1,8

wyładowań na km 2 i na rok dla terenów o szerokości geograficznej powyżej 51 o 30 ’ oraz

N g = 2,5 wyładowań na km 2 i na rok dla pozostałych terenów kraju.

Równoważna powierzchnia zbierania wyładowań przez obiekt A d jest określana jako obszar

powierzchni ziemi, na który przypada tyle samo bezpośrednich wyładowań co w obiekt. W

każdym przypadku za minimalne pole równoważnej powierzchni zbierania wyładowań

piorunowych uznaje się poziomy rzut samego obiektu.

W przypadku obiektów odosobnionych na płaskim terenie, powierzchnia zbierania A d jest

powierzchnią określoną przez przecięcie się powierzchni ziemi z linią prostą o nachyleniu

1/3, przechodzącą od górnej części obiektu (dotykającą go tam) i obracającą się wokół niego.

Określenie wartości A d może być dokonane graficznie lub matematycznie.

Dla obiektu odosobnionego prostopadłościennego o długości L, szerokości W i wysokości H

na płaskim terenie, powierzchnia zbierania A d wynosi:

A d = L×W+6×H×(L+W)+9×π×H 2

Jeżeli obiekt ma kształt złożony, np. jest wyposażony w podwyższone nadbudówki dachu,

powierzchnia zbierania powinna być wyznaczana metodą graficzną. Powierzchnia zbierania

może być również obliczona ze wzoru::

w którym:

H jest wysokością nad powierzchnią ziemi najwyższej części obiektu (nadbudówki).

A d = 9×π×H 2

Prawdopodobieństwa uszkodzeń powstałych w obiekcie wskutek wyładowań piorunowych

zależą od właściwości konstrukcyjnych oraz zastosowanych środków ochrony odgromowej.

Wybrane wartości prawdopodobieństwa przedstawione są w tablicach nr 2, 3 i 4.

Tablica 2. Wartości prawdopodobieństwa P A , że wyładowanie w obiekt wywoła

porażenie istot żywych wskutek napięć dotykowych i krokowych

Środek ochrony

P A

Brak środków ochrony

Elektryczna izolacja dostępnych przewodów

odprowadzających (np. co najmniej 3 mm

usieciowany polietylen)

10 -2

Skuteczna ekwipotencjalizacja gruntu

10 -2

Napisy ostrzegawcze

10 -1

Tablica 3. Wartości prawdopodobieństwa P B w zależności od środków do redukcji

uszkodzenia fizycznego

Charakterystyka obiektu Klasa urządzenia

piorunochronnego (LPS)

P B

Obiekt niechroniony przez

LPS

0,2

III

0,1

Obiekt chroniony przez LPS

0,05

0,02

Obiekt wyposażony w zwody, dostosowane do LPS I, oraz w

ciągłe metalowe lub żelbetowe konstrukcje, spełniające rolę

układu naturalnych przewodów odprowadzających

0,01

Obiekt wyposażony w metalowy dach lub w układ zwodów,

obejmujący możliwe elementy naturalne i zapewniający

ochronę każdej instalacji dachowej przed uderzeniami

pioruna, oraz w ciągłe metalowe lub żelbetowe konstrukcje

spełniające rolę układu naturalnych przewodów

odprowadzających

0,001

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: