Burza z piorunami to fascynujący fenomen natury. Jednocześnie jednak nie należy bagatelizować zagrożeń, jakie stwarza ona dla ludzi i ich otoczenia. W ostatnich latach, zwłaszcza w miesiącach letnich, można zaobserwować znaczne nasilenie frontów burzowych. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania izolowanej ochrony odgromowej na podstawie dostępnych rozwiązań rynkowych i produktów zgodnych z aktualnymi normami.

Najczęściej obserwowane wyładowania piorunowe ujemne odgórne, pochodzą od ujemnego prądu, który płynie od chmur do ziemi. W momencie trafienia wyładowania w budynek, prąd udarowy nagrzewa zarówno miejsce uderzenia, jak i elementy konstrukcyjne, powodując duże ryzyko pożaru. Skuteczną ochronę przed bezpośrednimi uderzeniami piorunów zapewniają zainstalowane w prawidłowy sposób i zgodne z obowiązującymi normami, systemy ochrony odgromowej.

Rys. 1. Przykładowa instalacja odgromowa na obiekcie przemysłowym

Zadania instalacji odgromowej

Zadaniem instalacji odgromowej jest wyłapywanie wszystkich uderzeń pioruna w dany obiekt, przejęcie prądu piorunowego w miejscu uderzenia, odprowadzenie go do ziemi i rozproszenie w gruncie. Konieczne jest przy tym ograniczenie skutków termicznych, mechanicznych lub elektrycznych, powodujących uszkodzenia chronionego obiektu lub zagrażających życiu ludzi, z uwagi na niebezpieczne napięcia dotykowe i krokowe we wnętrzu budynku.
Zgodnie z obowiązującą wieloarkuszową normą PN-EN 62305 przywołaną w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z 10 grudnia 2010 r. powinno się zapewnić maksymalną skuteczność działania poszczególnych elementów instalacji odgromowej podczas wyładowania piorunowego w taką instalację.

Tabela 1. Klasyfikacja elementów instalacji zgodnie z PN EN 50164-1

Tabela 2. Wielkości prądów piorunowych dla poszczególnych poziomów ochrony odgromowej

Zgodnie z normą PN EN 50164-1 elementom najbardziej narażonym na działanie prądów piorunowych powinna być nadana odpowiednia klasyfikacja H lub N według tabeli 1. Poziom ochrony odgromowej determinuje spodziewaną wielkość prądu piorunowego w instalacji odgromowej zgodnie z tabelą 2.

Poziom ochrony odgromowej

Wymagany poziom ochrony odgromowej wyznacza się zgodnie z normą PN EN 62305-2 (IEC 62305-2) poprzez oszacowanie ryzyka szkód. Wiadomo przy tym, że nakłady wymagane do stworzenia systemu ochrony odgromowej (np. konieczne kąty ochrony, wielkość oczek siatki zwodów i odstępy między przewodami odprowadzającymi) są znacznie wyższe w przypadku urządzeń dla I poziomu, niż systemów w IV poziomie ochrony odgromowej.

Rys. 2. Przykład zwodu izolowanego o określonym, bezpiecznym odstępie izolacyjnym s

Elementy znajdujące się na dachach obiektów, takie jak klimatyzatory, instalacje fotowoltaiczne, silniki, czujniki elektryczne lub metalowe kanały i rury wentylacyjne z przewodzącym połączeniem z instalacjami wewnątrz budynku, powinny znajdować się w strefie ochronnej instalacji piorunochronnej z zapewnieniem odpowiedniej izolacji od elementów przewodzących prądy piorunowe. Najprościej realizuje się to przy pomocy odstępów izolacyjnych.

Odstępy izolacyjne

Odpowiednio duża odległość pomiędzy elementami przewodzącymi prąd piorunowy, a wymienionymi wyżej metalowymi częściami i instalacjami budynku wyklucza niebezpieczeństwo powstawania przeskoków iskrowych. Odległość ta określana jest mianem odstępu izolacyjnego (s) i powinna być wyliczona na podstawie wzoru:

s – odstęp izolacyjny [m]
ki – współczynnik zależny od klasy LPS
kc – współczynnik zależny od materiału izolacyjnego
km – współczynnik zależny od ilości zwodów i przewodów odprowadzających
L – długość [m]
Zwody izolowane służą do ochrony obiektów o najbardziej skomplikowanych kształtach. Urządzenia elektryczne i obiekty metalowe na dachu są chronione przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, a co za tym idzie można zapobiec przedostaniu się części prądu piorunowego do chronionego budynku.
Odpowiedni odstęp izolacyjny uzyskuje się za pomocą rurek izolacyjnych z tworzywa wzmocnionych włóknem szklanym (np. rurki GFK). Z ich pomocą można w prosty i ekonomiczny sposób wykonać izolowane zwody pionowe. W handlu dostępne są, oprócz pojedynczych elementów składowych dedykowanych dla systemów modułowych, również gotowe zestawy wstępnie zmontowane, za pomocą których można łatwo i szybko wykonać izolowane zwody odgromowe.

Rys. 3. Przykład konstrukcji izolowanej, montaż kątownikami

Rys. 4. Przykład konstrukcji izolowanej, montaż zaciskami

Rys. 5. Przykład konstrukcji izolowanej, montaż taśmami

Przy wyznaczaniu właściwego odstępu izolacyjnego (długości pręta izolowanego) stosuje się dla rurek GFK współczynnik materiałowy km = 0,7. Systemy te przeznaczone są do przewodów okrągłych o średnicy 8 mm i do zwodów pionowych o średnicy 16 i 20 mm. Montaż na ścianach i nadbudówkach dachowych realizowany jest za pomocą dwóch kątowników mocujących (rys. 3), mocowanie na profilach wsporczych i nadbudówkach dachowych wykonuje się za pomocą regulowanych zacisków o zakresie montażowym do 20 mm (rys. 4) oraz na rurach za pomocą obejm i taśm (rys. 5)
Oczekiwania architektów i inwestorów są coraz bardziej kompleksowe i wymagają od projektantów ugruntowanej wiedzy na temat systemów odgromowych. System ochrony odgromowej należy dostosować do konstrukcji budynku. Jednocześnie w razie uderzenia pioruna musi zostać zachowana jego pełna funkcjonalność.

Rys. 6. Przykład zastosowania przewodów w izolacji wysokonapięciowej

Przewody w izolacji wysokonapięciowej zostały opracowane tak, aby w łatwy i bezpieczny sposób umożliwić zachowanie odstępu izolacyjnego nawet przy bardzo skomplikowanych konstrukcjach budynków. Izolacja tego typu może zagwarantować bezpieczeństwo nawet przy napięciu rzędu kilku kV. Zabezpiecza ona przed bezpośrednim przebiciem do chronionej instalacji, zapobiega powstawaniu wyładowań ślizgowych i eliminuje konieczność stosowania bezpiecznych odstępów (większość rozwiązań zastępuje odstęp izolacyjny 0,75 m w powietrzu). Budowa przewodu w izolacji wysokonapięciowej jest dość złożona: skręcony rdzeń miedziany o odpowiednim przekroju pokryty jest wewnętrzną warstwą przewodzącą i izolacją z wysokonapięciową VPE. Ta izolacja pokryta jest ponownie warstwą przewodzącą i dodatkowo kolejnym płaszczem ze słabo przewodzącego materiału. Prąd piorunowy płynie przez rdzeń miedziany. W początkowym i końcowym odcinku płaszcz zewnętrzny musi zostać połączony z systemem wyrównania potencjałów. Przewód dostarczany na bębnach kablowych pozwala instalatorowi na przycięcie go na miejscu montażu z dokładnością co do centymetra.

Tomasz Marszałek
Autor jest pracownikiem firmy
OBO Bettermann Polska

Literatura:
1. PN-EN 50164-1 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPC). Część 1: Wymagania dotyczące elementów połączeniowych
2. PN-EN 50164-2 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPC). Część 2: Wymagania dotyczące przewodów i uziomów
3. PN-EN 62305-1 Ochrona odgromowa. Część 1: Zasady ogólne
4. Katalog TBS Systemy ochrony przeciwprzepięciowej i odgromowej 2010/2011- OBO Bettermann