PROFESJONALNA OCHRONA ODGROMOWA I PRZED PRZEPIĘCIAMI

Poradniki, normy,
artykuły techniczne

 
Wybór klasy instalacji odgromowej– przegląd norm

 

1. Wstęp

   Zewnętrzna instalacja odgromowa (LPS ang. Lightning Protection System) ma na celu ochronę obiektu a w tym przebywających w nim istot żywych oraz znajdującego się tam wyposażenia przed skutkami bezpośredniego uderzenia pioruna. Zadaniem LPS jest przechwycenie za pomocą układu zwodów wyładowania atmosferycznego skierowanego w obiekt a następnie bezpieczne odprowadzenie prądu piorunowego przewodami odprowadzającymi i rozproszenie go w ziemi za pomocą systemu uziemiającego. Ponieważ instalacja odgromowa ma na celu ochronę życia ludzkiego to powinna być zaprojektowana i wykonana z należytą starannością zgodnie z obowiązującymi normami i przepisami.

   Wraz ze zmianami obowiązujących norm w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zmianie ulegały także procedury, według których podejmowana była decyzja o potrzebie stosowania ochrony odgromowej. W artykule przedstawiono przegląd procedur, począwszy od opublikowanej w 1986 r. normy PN-E-05003 aż po drugą edycję serii norm PN-EN 62305 opublikowaną w 2012 r., oraz przykłady wyników dla typowych obiektów.

2.Procedury wyboru klasy instalacji odgromowej
2.1  PN-E 05003

   Procedury mające na celu ocenę potrzeby stosowania instalacji odgromowej przedstawione zostały już w normie PN-E-05003-01:1986 [7]. Obliczało się tam wskaźnik:

W = n×m×N×A×p,

gdzie:

n – współczynnik uwzględniający liczbę ludzi w obiekcie:
         n = 1                             do 1 osoby na 10 m2 powierzchni,
         n = 2                             przy większej liczbie osób;

m – współczynnik uwzględniający położenie obiektu:
        m = 0,5                         dla obiektów w zwartej zabudowie,
        m = 1                            dla pozostałych obiektów;
N – roczna gęstość powierzchniowa wyładowań doziemnych:
        N = 1,8·10-6 m-2   dla obiektów położonych powyżej 51°30’
        N = 2,5·10-6 m-2   dla obiektów położonych poniżej 51°30’
A – równoważna powierzchnia zbierania wyładowań przez obiekt obliczana na podstawie powierzchni zajmowanej przez obiekt (S), długości jego obrysu (l) i wysokości (h):
        A = S + 4lh + 50h2
p – prawdopodobieństwo wywołania szkody wyznaczone na podstawie współczynników (określanych na podstawie tablic) uwzględniających rodzaj obiektu (R), jego zawartość (Z) i konstrukcję (K):
        p = R(Z+K).

   W zależności od wartości W określono trzy stopnie zagrożenia piorunowego, według których podejmowana była decyzja o stosowaniu instalacji piorunochronnego:

W ≤ 5·10-5                  zagrożenie małe, ochrona zbędna,
5·10-5 < W ≤ 10-4     zagrożenie średnie, ochrona zalecana,
W > 10-4                     zagrożenie duże, ochrona wymagana.

   Powyższa procedura określała jedynie czy ochrona odgromowa jest wymagana, ale nie definiowała środków jakie należy w tym celu stosować. Zasady projektowania ochrony zależne były od typu obiektu i występującego w nim zagrożenia i opisane były w kolejnych arkuszach normy dotyczących tzw. ochrony podstawowej [8], obostrzonej [9] i specjalnej [10].

   Według Polskiego Komitetu Normalizacyjnego norma PN-E-05003-01:1986 [7] wycofana została bez zastąpienia dopiero w 2009 r. czyli do momentu ukazania się serii norm PN-EN 62305 [1-4]. 

2.2 PN-IEC 61024

   Przez pewien okres równolegle z PN-E-05003 opublikowana była seria norm PN-IEC 61024. Norma ta wprowadziła obowiązującą do dziś klasyfikację poziomów ochrony odgromowej (LPL ang. Lightning Protection Level) i klasy instalacji LPS definiujące wymagania dotyczące zasad projektowania LPS.

   Według PN-IEC 61024-1-1 kryterium dla potrzeby stosowania ochrony odgromowej stanowiła akceptowalna średnia roczna gęstość wyładowań, które mogą oddziaływać na obiekt – Nc. Według odsyłacza krajowego początkowo (2001 r.) dla obiektów zwykłych należało przyjmować wartość Nc = 10-2, co oznaczało, że akceptowalna jest częstość wyładowań w obiekt raz na sto lat. Według poprawki Ap1 wprowadzonej w 2002 r. wartość zmieniono na Nc = 10-3 co w znacznym stopniu zaostrzyło wymagania (akceptowalna częstość wyładowań w obiekt raz na tysiąc lat).

  Wartość akceptowalną Nc należało porównać z wartością Nd będącą iloczynem lokalnej rocznej gęstości wyładowań Ng i równoważnej powierzchni zbierania Ae:

 Nd = Ng×Ae×10-6.

   Jeżeli lokalna gęstość wyładowań Ng nie była znana, to można było przyjąć wartość N zgodnie z PN-E-05003 lub wyznaczyć ją na podstawie średniej rocznej liczby dni burzowych w danym obszarze Td (uzyskiwanej z map izokeraunicznych) z zależności:

 Ng = 0,04Td1,25.

   Powierzchnię zbierania wyładowań Ae dla obiektów odosobnionych wyznacza się jako obszar ograniczony linią utworzoną przez przecięcie się powierzchni ziemi z linią prostą o nachyleniu 1:3 przebiegającą stycznie do górnych części obiektu i obracającą się wokół niego. Dodatkowo przy wyznaczaniu powierzchni Ae należało uwzględniać ukształtowanie terenu (zagłębienia, pagórki) i obecność sąsiednich obiektów. Metoda ta jest bardziej dokładna od zaproponowanej formuły w PN-E-05003 ale wymaga dokładniejszej analizy graficznej.

   Stosowanie instalacji odgromowej według PN-IEC 61024 było konieczne w przypadku gdy Nd > Nc. Należało wtedy zastosować LPS o skuteczności:

E ≥ 1 - Nd/Nc

   Poszczególnym poziomom ochrony przypisane zostały klasy LPS o określonej skuteczności E zgodnie z tablicą 1.

Tablica 1. Skuteczność LPS i odpowiadające im poziomy ochrony

Poziom ochrony
LPL
Klasa LPS
E
I 0,98
II 0,95
III 0,90
IV 0,80

   
   Przedstawione powyżej zasady uzależniają potrzebę stosowania LPS jedynie od wymiarów geometrycznych obiektu i jego położenia. Nie uwzględnia się żadnych właściwości obiektu tak jak w PN-E-05003 za pomocą współczynników n i p. Należy także zwrócić uwagę, że po wprowadzonej poprawce Ap1 dotyczącej wartości Nc wymagania dotyczące stosowania LPS uległy znacznemu obostrzeniu.

   Norma to została wycofana i zastąpione przez serię norm PN-EN 62305.

2.3 PN-EN 62305 edycja 1

   Obowiązująca aktualnie wprowadzona w 2009 r. czteroarkuszowa seria norm PN-EN 62305 wprowadziła rewolucję w procedurze oceny potrzeby stosowania ochrony odgromowej. W poprzednich normach opis procedur zajmował jedynie fragment publikowanych dokumentów a same obliczenia można było w miarę szybko przeprowadzić. W nowych normach procedurze tej poświęcono osobny arkusz normy PN-EN 62305-2 zatytułowany Zarządzanie ryzykiem obejmujący razem z załącznikami ponad 100 stron.

   Procedura opisana w PN-EN 62305-2 polega na obliczeniu ryzyka R i doborze odpowiednich środków tak aby wartość R nie przekraczała wartości dopuszczalnych ryzyka tolerowanego RT. Analizowane może być ryzyko związane z różnymi typami strat:

R1 – ryzyko utraty życia ludzkiego lub trwałego porażenia,
R2 – ryzyko utraty usług publicznych,
R3 – ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego,
R4 – ryzyko poniesienia strat materialnych.

   Dopuszczalne wartości ryzyka tolerowanego przedstawione są w Tablicy 2.

Tablica 2. Typowe wartości ryzyka tolerowanego [2]

Typ straty RT (rok-1)
Utrata życia ludzkiego lub trwałe porażenie R1 10-5
Utrata usług publicznych R2 10-3
Utrata dziedzictwa kulturowego R3 10-3
 

 
  Ryzyko (R1, R2, R3 lub R4) jest sumą komponentów Rx zależnych od źródła zagrożenia:

  • bezpośrednie wyładowanie w obiekt (S1),
  • wyładowanie w pobliżu obiektu (S2),
  • wyładowanie w urządzenie usługowe (S3),
  • wyładowanie w pobliżu urządzenia usługowego (S4),

oraz od typu wywołanej szkody:

  • porażenie istot żywych (D1),
  • uszkodzenie fizyczne (D2),
  • awaria układów elektrycznych i elektronicznych (D3).

   Przez urządzenie usługowe należy rozumieć zewnętrzne systemy dochodzące do obiektu, takie jak linie energetyczne lub linie telekomunikacyjne.

   W porównaniu o poprzednich norm nie jest już zatem brane pod uwagę tylko zagrożenie związane z wyładowaniem bezpośrednim w obiekt ale także z wyładowaniami pobliskimi.
 

Tablica 3. Klasyfikacja komponentów ryzyka Rx

          Źródło szkody 

Typ szkody
S1 S2 S3 S4
D1 RA   RU  
D2 RB   RV  
D3 RC RM RW RZ

 

   Każdy komponent ryzyka Rx jest iloczynem:

 Rx = Nx × PX × LX

gdzie:

Nx - roczna liczba groźnych zdarzeń związanych z wyładowaniami piorunowymi,
PX - prawdopodobieństwo wywołania szkody,
Lx - średnia wartość pośrednich strat. 

   Liczba wyładowań atmosferycznych, które mogą oddziaływać na obiekt zależy od średniej rocznej gęstości wyładowań w danym regionie Ng (1/km2/rok), rozmiarów i charakterystyki obiektu z przyłączonymi urządzeniami usługowymi (powierzchni zbierania wyładowań) i charakterystyki otaczającego środowiska (teren miejski/wiejski, obiekt odosobniony/otoczony wyższymi obiektami itp.). Powierzchnie zbierania wyładowań wyznaczane są w zależności od wymiarów geometrycznych obiektu oraz od długości linii. W przypadku powierzchni zbierania wyładowań bezpośrednich trafiających w obiekt (Ad/b) i napowietrzną linię zewnętrzną (AL) wykorzystuje się metodę „3H” analogicznie jak w PN-IEC 61024: granica powierzchni zbierania wyznaczana jest w punkcie przecięcia prostej o nachyleniu 1:3 przechodzącej od skrajnych górnych części obiektu (Rys. 1). Powierzchnie zbierania wyładowań pobliskich wyznacza się w promieniu 250 m od granic obiektu (AM) i odległości 500 m od trasy linii napowietrznej (AI). W przypadku zewnętrznych linii kablowych do wyznaczenia powierzchni zbierania (AL, AI) uwzględniana jest rezystywność gruntu ρ. Wpływ otoczenia na powierzchnie zbierania obiektu oraz linii zewnętrznych uwzględniany jest za pomocą współczynników korekcyjnych Cx.

 

   Prawdopodobieństwo strat PX zależne jest od charakterystyki układów wewnętrznych obiektu i linii zewnętrznych oraz przede wszystkim od stosowanych środków ochrony odgromowej i przed przepięciami. Prowadzona analiza ma na celu ocenę potrzeby stosowania nie tylko samego LPS ale również innych środków ochrony takich jak układy ograniczników przepięć (SPD ang. Surge Protectiong Device) czy ekrany przestrzenne. Wartości PX ustalane są na podstawie tablic zawartych w normie.

   Roczna średnia wartość strat LX zależy od rozmiaru szkody, jaka może wystąpić w następstwie wyładowania piorunowego i pośrednich skutków, jakie może ona powodować. Wartości strat można wyznaczyć na podstawie przedstawionych w normie zależności lub na podstawie wartości podanych dla typowych obiektów. W zależności od charakterystyki obiektu uwzględnia się dodatkowo współczynniki redukcji (ra, ru, rp, rf) lub zwiększania (hz) strat.

   Obiekt dodatkowo można podzielić na strefy o jednakowej charakterystyce, co pozwala na dokładniejszy dobór środków ochrony jednak dodatkowo komplikuje obliczenia. Stref tych nie należy jednak mylić ze strefami ochrony LPZ (ang. Lightning Protection Zone).

   Ocena potrzeby stosowania instalacji odgromowej według PN-EN 62305-2 jest procedurą znacznie bardziej złożoną i czasochłonną niż w przypadku wcześniej obowiązujących norm. Świadczy o tym chociażby zamieszczenie w wykazie aż 152 symboli i skrótów. Obliczenia często są tak obszerne, że opracowane zostały do tego celu specjalne programy komputerowe wspomagające pracę projektantów.

2.4 PN-EN 62305 edycja 2

   W 2012 r. status EN oraz Polskiej Normy otrzymała druga edycja normy PN-EN 62305-2 [16] (pozostałe części drugiej edycji uznane za PN w 2011 r.). Druga edycja norm [15-18] opublikowana została jednak na razie tylko w języku oryginalnym (j. angielski), przez co nie może zostać przywołana w aktach prawnych a tym samym obowiązującą pozostaje pierwsza edycja [1-4]. Termin kiedy druga edycja norm opublikowana zostanie w języku polskim nie jest znany.

   Ogólna zasada i algorytm analizy ryzyka pozostały bez zmian. Przyszłe zmiany dotyczą sposobu wyznaczania lub określonych wartości poszczególnych współczynników. Zmiany dotyczą między innymi sposobu obliczania powierzchni zbierania dla urządzeń usługowych i zwiększenia obszaru dla którego uwzględnia się wyładowania w pobliżu obiektu. Zmodyfikowano także sposób wyznaczania wartości prawdopodobieństw Px na taki, który pozwala na jednoczesne uwzględnienie kilku środków ochrony. Istotne zmiany wprowadzono także przy wyznaczaniu strat z uwzględnieniem składowych dla poszczególnych stref obiektu.

   Wprowadzone zmiany w niektórych przypadkach ułatwiają i upraszczają obliczenia. Bardziej złożone, w stosunku do pierwszej edycji, jest jednak szacowanie strat w obiektach wielostrefowych, które wymaga głębszej analizy obiektu i współpracy z inwestorem. Zmiany są na tyle znaczące, że opracowane dotychczas oprogramowanie pomocnicze będzie wymagało aktualizacji do nowej wersji.

3.Aktualny stan prawny w zakresie ochrony odgromowej

   Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. [5] w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie „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), a „Instalacja piorunochronna, o której mowa w § 53 ust. 2, powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych” (§ 184 ust. 3).Zmiany [6] z dnia 10 grudnia 2010 r. wprowadzone do powyższego Rozporządzenia (weszły w życie z dniem 21 marca 2011 r.) zawierają wykaz norm przywołanych do wymienionych paragrafów, z którego wynika, że polskimi normami odgromowymi w zakresie ochrony obiektów budowlanych stanowią normy serii PN-EN 62305: Ochrona odgromowa zawierającej cztery oddzielne arkusze [1-4]:

  • PN-EN 62305-1:2008: Część 1: Zasady ogólne
  • PN-EN 62305-2:2008: Część 2: Zarządzanie ryzykiem
  • PN-EN 62305-3:2009: Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia
  • PN-EN 62305-4:2009: Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach

   Zgodnie z treścią części 1. normy serii 62305 [1] „aby ustalić, czy ochrona odgromowa obiektu jest potrzebna, czy nie, należy ocenić ryzyko zgodnie z procedurami opisanymi w IEC 62305-2”. Przeprowadzona na tej podstawie analiza zagrożenia piorunowego ma na celu nie tylko ocenę potrzeby stosowania ochrony odgromowej, ale także - w przypadku, jeżeli jest ona wymagana - dobór odpowiednich środków ochrony. Z 3. części normy 62305 [3]  wynika z kolei, że „Klasa wymaganego LPS powinna być wybierana na podstawie oceny ryzyka (patrz IEC 62305-2)”. Odnosząc się do wymienionych zapisów podstawę do konieczności stosowania i ustalenia klasy instalacji piorunochronnej na terenie Polski stanowi zatem analiza ryzyka przeprowadzona zgodnie z PN-EN 62305-2 [2].

4.Przykłady określania klas LPS

   Poniżej przedstawione zostaną przykłady określania potrzeby stosowania i ewentualnej klasy LPS dla typowych obiektów takich jak: dom jednorodzinny, RTCN oraz hala przemysłowa. Dokonano porównania klas LPS wymaganych dla poszczególnych obiektów w zależności od norm, według których dokonywano oceny zagrożenia piorunowego.

   We wszystkich przypadkach przyjęto następujące założenia:

  • średnia liczba dni burzowych w roku Td = 30;
  • obiekty położone w terenie odosobnionym, środowisko wiejskie;
  • dla linii zasilających: linia kablowa; nieekranowana; rezystywność gruntu ρ = 500 Ωm; długość linii Lc = 1000 m; wytrzymałość przyłączonych urządzeń Uw = 2,5 kV; linia położona w terenie odosobnionym;
  • dla linii telefonicznych: linia napowietrzna; nieekranowana; wysokość zawieszenia linii Hc = 6 m; długość linii Lc = 1000 m; wytrzymałość przyłączonych urządzeń Uw = 1,5 kV; linia położona w terenie odosobnionym;
  • pomija się właściwości ekranujące obiektów, okablowanie wewnętrzne nieekranowane, brak trasowania linii;
  • obiekty jednostrefowe, analizowana strefa wewnętrzna;
  • zakłada się brak specjalnego zagrożenia;

   Większość powyższych informacji jest istotna przy ocenie dokonywanej według norm serii PN-EN 62305, która wymaga bardziej szczegółowej analizy obiektu i jego otoczenia.

   Przy przedstawianych zalecanych środkach ochrony należy pamiętać, że w przypadku stosowania instalacji odgromowej LPS obligatoryjne jest stosowanie także środków ochrony przed przepięciami SPD.

4.1 Dom jednorodzinny

   Budynek o wymiarach 15 m x 20 m x 6 m (szerokość x długość x wysokość). Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 2 578 m2. Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R1. Do budynku doprowadzone są kablowa linia zasilająca niskiego napięcia oraz napowietrzna linia telefoniczna. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: drewno. Wartości strat przyjęte zgodnie z przykładem domku wiejskiego podanym w normach PN-EN 62305.

Tablica 4. Wymagana klasa LPS dla domu jednorodzinnego

Norma Wymagane środki ochrony
PN-E-05003 ochrona nie wymagana
PN-IEC 61024-1-1:2001 ochrona nie wymagana
PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1 LPS klasy III
PN-EN 62305-2:2009 LPS klasy IV
PN-EN 62305-2:2012 LPS klasy IV + ppoż. lub LPS klasy III

 

   Już na prostym przykładzie typowego domu jednorodzinnego położonego w terenie wiejskim widać znaczne rozbieżności pomiędzy wynikami oceny według poszczególnych norm. Według PN-E-05003 oraz wg normy PN-IEC 61024 przy założeniu wartości współczynnika Nc = 10-2 ochrona odgromowa dla takiego obiektu nie jest wymagana. Po wprowadzonej poprawce Ap1 do PN-IEC 61024 (Nc = 10-3) wymagana jest już klasa III. Ochrona odgromowa jest także dla tego przykładu wymagana według obu edycji norm serii PN-EN 62305. Według pierwszej edycji normy wymagany jest LPS klasy IV. Według edycji drugiej wymagany jest LPS klasy III przy czym dopuszczalne jest zastosowanie LPS klasy IV pod warunkiem zastosowania także środków ochrony ppoż. np. w postaci gaśnic ręcznych lub czujek pożarowych.

   Należy także zwrócić uwagę, że w przypadku założenia niskiego niebezpieczeństwa pożarowego, według norm PN-EN 62305 do ochrony obiektu wystarczające jest zastosowanie na wejściu zewnętrznych linii ograniczników przepięć SPD dostosowanych dla poziomu ochrony LPL IV.

4.2 RTCN

   Obiekt RTCN (radiowo-telewizyjne centrum nadawcze) z masztem o wysokości 300 m. Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 2 544 690 m2. Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R1 i ryzyko utraty świadczenia usług publicznych R2. Obiekt zasilany linią kablową średniego napięcia doprowadzoną do stacji transformatorowej SN/nn. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: ceramika. Przyjmuje się wartości strat: dla ryzyka R1 typowe dla obiektów skalsyfikowanych jako „inne” a dla ryzyka R2 typowe dla obiektów TV.

   Dla obiektów takich jak RTCN w przypadku gdy rozważane jest zagrożenie życia ludzkiego wymagany jest LPS klasy I. Jest to związane ze znaczącą powierzchnią zbierania wyładowań bezpośrednich wysokiego masztu. Dodatkowo według serii norm PN-EN 62305 w obiekcie wymagane jest zastosowanie środków ochrony ppoż. Przy założeniu, że taki obiekt jest bezobsługowy (pominięcie obecności ludzi) według norm PN-EN 62305 analizowane jest tylko ryzyko utraty świadczenia usług publicznych R2. W tym przypadku ochrona powinna być zapewniona przede wszystkim za pomocą układu ograniczników przepięć o parametrach dobranych przy założeniu drugiego poziomu ochrony LPL oraz albo instalacji LPS klasy IV albo środków ochrony ppoż. Klasa IV LPS dla obiektu takiego jak RTCN wydaje się zbyt niska, jednak decyzją projektanta zawsze można zastosować LPS wyższej klasy jeżeli uzna to za stosowne.

Tablica 5. Wymagana klasa LPS dla obiektu RTCN

Norma Wymagane środki ochrony
PN-E-05003 ochrona wymagana
PN-IEC 61024-1-1:2001 LPL I+
PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1 LPL I+
PN-EN 62305-2:2009 R1: LPS klasy I + środki ochrony ppoż.
R2: SPD dla LPL II + LPS klasy IV lub środki ochrony ppoż.
PN-EN 62305-2:2012 R1: LPS klasy I + środki ochrony ppoż.
R2: SPD dla LPL II + LPS klasy IV lub środki ochrony ppoż.

 

   W analizie tak wysokich obiektów według pierwszej edycji PN-EN 62305 występuje sytuacja, że wyładowania w pobliżu obiektu nie są brane pod uwagę. Dla tego typu źródła zagrożenia uwzględnia się powierzchnię zbierania równą różnicy powierzchni wyznaczonej w promieniu 250 m od obrysu obiektu i powierzchni zbierania wyładowań bezpośrednich – dla wież i masztów o wysokości powyżej 83 m różnica ta staje się ujemna. Problem ten został rozwiązany w drugiej edycji normy, w której uwzględnia się dla wyładowań w pobliżu obiektu powierzchnię w promieniu 500 m od obrysu obiektu bez względu na powierzchnię zbierania wyładowań bezpośrednich. Wydaje się jednak uzasadnione rozpatrzenie modyfikacji wyznaczania powierzchni zbierania dla tak wysokich budowli.

   Dla takiego obiektu sensowna jest także analiza ryzyka utraty wartości materialnych R4 związanych z naprawą lub wymianą kosztownej aparatury lub przede wszystkim ze stratami finansowymi związanymi z karami jakie operator obiektu musi płacić przykładowo w związku z przerwą w transmisji sygnałów telewizji naziemnej. Przeprowadzenie takiej analizy nie jest jednak możliwe bez dokładnych informacji dotyczących wysokości takich strat i czasów związanych z przywróceniem systemu do stanu normalnej pracy.

4.3 Hala przemysłowa

   Budynek hali o wymiarach 50 m x 200 m x 10 m (szerokość x długość x wysokość). Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 27 827 m2. Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R1. Obiekt zasilany linią kablową średniego napięcia doprowadzoną do stacji transformatorowej SN/nn. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: beton. Przyjmuje się wartości strat: dla ryzyka R1 typowe dla obiektów skalsyfikowanych jako „przemysłowe”.

   Przykład hali przemysłowej po raz kolejny pokazuje znaczne rozbieżności jakie występują między obowiązującymi a wcześniej stosowanymi normami. Według PN-IEC 61024 przy założeniu Nc = 10-2 wymagana jest III klasa LPS, natomiast po wprowadzonej poprawce Ap1 wymagana jest już klasa I. Według obowiązującej normy oraz wersji z przyszłymi zmianami do ochrony obiektu wystarczająca jest instalacja LPS klasy IV, czyli taka jak dla domu jednorodzinnego. Porównując kubatury domu jednorodzinnego i hali przemysłowej o powierzchni 10 000 m2 logiczne wydawałoby się stosowanie instalacji o wyższej klasie dla hali przemysłowej.

Tablica 6. Wymagana klasa LPS dla hali przemysłowej

Norma Wymagane środki ochrony
PN-E-05003 ochrona wymagana
PN-IEC 61024-1-1:2001 LPL III
PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1 LPL I+
PN-EN 62305-2:2009 LPS klasy IV
PN-EN 62305-2:2012 LPS klasy IV

 

   W przypadku obiektów przemysłowych występować może znaczna liczba obwodów zewnętrznych (np. linie zasilające główna i rezerwowa, oświetlenie zewnętrzne obiektu, obwody systemów alarmowych i CCTV, obwody sterujące), które można traktować jako urządzenia usługowe. W praktyce uwzględnienie znacznej liczby linii zewnętrznych w analizie wg PN-EN 62305 może prowadzić do sytuacji gdy dla redukcji ryzyka poniżej poziomu tolerowanego często wymagane jest zastosowanie układów SPD o parametrach odpowiadających wyższemu poziomowi ochrony LPL niż wymagana klasa instalacji odgromowej LPS. Dobór SPD w zależności od poziomu ochrony odgromowej jest łatwy do zrealizowania dla obwodów zasilających, ale komplikuje się w przypadku licznych obwodów sygnałowych. Wymagania dotyczące parametrów ograniczników przepięć w zależności od poziomu LPL powinny zostać bardziej szczegółowo opisane w przyszłych wersjach norm odgromowych.

4.4 Przykłady z norm serii PN-EN 62305

   W obu edycjach norm PN-EN 62305-2 zamieszczono przykłady obliczeniowe mające na celu pomoc w zapoznaniu się z przedstawionymi tam algorytmami. Przykłady te dotyczą domu wiejskiego, budynku biurowego, szpitala oraz bloku mieszkalnego. W tablicy 7 przedstawiono warianty ochrony poszczególnych obiektów przedstawione w normach oraz klasy LPS obliczone zgodne z PN-IEC 61024. Dokładny opis przykładów można znaleźć w [2, 16]. Do obliczeń według procedur zgodnych z PN-IEC 61024 uwzględniono założoną w przykładach z norm wartość Ng = 4 wyładowania na km2.

   Różnice pomiędzy poszczególnymi normami najlepiej pokazuje przykład budynku biurowego dla którego każda z norm zaleca inną klasę instalacji odgromowej. Przykład ten potwierdza, że najbardziej rygorystyczne wymagania miała norma PN-IEC 61024-1-1 z poprawką Ap1. Tylko w tym przypadku występują także różnice między pierwszą a drugą edycją norm PN-EN 62305, dla pozostałych przykładów przedstawionych w normach wynik analizy jest taki sam.

   Przedstawione w normach przykłady pokazują ponadto, że dla danego przypadku istnieć może wiele wariantów ochrony.

Tablica 7. Wymagana klasa LPS dla przykładów z norm serii PN-EN 62305-2

       Obiekt
(wymiary w m)
       PN-IEC 61024-1-1                        PN-EN 62305-2
  Nc = 0,01   Nc = 0,001
  (poprawka Ap1)
         ed.1 2009        ed.2 2012
Dom wiejski
1
5 × 20 × 6
LPS klasy III LPS klasy II a) SPD odpowiadający LPL IV
b) LPS klasy IV
Budynek biurowy
40 × 20 × 25
LPS klasy II LPS klasy I+ a) LPS klasy IVb) SPD dla LPL IV + automatyczny ppoż. a) LPS klasy IIIb) LPS klasy IV + ręczny ppoż.

 


Szpital
50 × 150 × 10

LPS klasy III LPS klasy I+ a) LPS klasy I (SPD 1,5x) + automatyczny ppoż. + ekran ażurowy w = 0,5 m
b) LPS klasy I (SPD 3x) + automatyczny ppoż.
c) LPS klasy I + (SPD2x) + automatyczny ppoż. + ekran ażurowy w = 0,1 m
Blok mieszkalny
30 × 20 × 20
LPS klasy III LPS klasy I+ a) LPS klasy III
b) LPS klasy IV + ręczny ppoż.

 

5. Podsumowanie

   Przeprowadzone porównanie pokazuje jak znaczne różnice w zakresie oceny potrzeby stosowania ochrony odgromowej występują między obecnymi i wcześniejszymi normami. Najbardziej rygorystyczne kryterium zawierała norma PN-IEC 61024 po wprowadzonej poprawce Ap1 – tam wymagane były najwyższe klasy LPS. Uwagę zwraca fakt, że po uwzględnieniu poprawki Ap1 ochrony odgromowej wymagał nawet obiekt o wymiarach 3 × 3 × 3 m lub słup o wysokości 4 m (przy założeniu Td = 30) co świadczy o tym, że przyjęta wartości Nc = 10-3 była zbyt rygorystyczna. Według norm serii PN-EN 62305 wymagania są zazwyczaj niższe. Wolną rękę dla projektanta daje jednak zapis zamieszczony już na wstępie PN-EN 62305-2, według którego decyzja o stosowaniu środków ochrony może być podjęta przez projektanta bez względu na wynik analizy wszędzie tam gdzie uzna on, że ryzyko jest nie do uniknięcia.

   Dobór klasy LPS według PN-IEC 61024 opierał się jedynie na podstawie wymiarów geometrycznych obiektu chociaż już w starszej normie PN-E-05003 podjęte były próby uwzględniania charakterystyki obiektu. Istotną zmianą wprowadzoną w PN-EN 62305-2 było uwzględnienie poza zagrożeniem wyładowania bezpośredniego także wyładowań pobliskich i wyładowań oddziaływujących na przyłączone linie zewnętrzne. Ponadto uwzględnianie szczegółowej charakterystyki obiektu, przyłączonych linii zewnętrznych, podziału obiektu na strefy, stosowanych środków ochrony ppoż. czy też szacowanie strat wymaga znacznie głębszej analizy i często bezpośredniej współpracy z właścicielem lub inwestorem. Prostota algorytmów przyjętych w starszych normach niemal gwarantowała, że dla danego obiektu klasa LPS wyznaczona przez różnych projektantów była taka sama. W obecnie wymaganej analizie ryzyka wynik w dużym stopniu może zależeć od podejścia projektanta.

   Stosowanie norm obecnie nie jest obligatoryjne. Odstępstwo stanowią jednak normy przywołane w stosownych rozporządzeniach stanowiących akty prawne. Taka sytuacja występuje w przypadku norm odgromowych serii PN-EN 62305, które są przywołane w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Niestety w dalszym ciągu można spotkać jeszcze projekty wykonywane według nieaktualnych już norm PN-IEC 61024.

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
  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 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690
  6.  Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. 2010 nr 239 poz. 1597
  7.  PN-E-05003-01:1986 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Wymagania ogólne
  8.  PN-E-05003-02:1986 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Ochrona podstawowa
  9.  PN-E-05003-03:1989 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Ochrona obostrzona
  10.  PN-E-05003-04:1992 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Ochrona specjalna
  11.  PN-IEC 61024-1:2001/Ap1:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Zasady ogólne
  12.  PN-IEC 61024-1-1:2001 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Zasady ogólne -- Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych
  13. PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Zasady ogólne -- Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych
  14. PN-IEC 61024-1-2:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych -- Część 1-2: Zasady ogólne -- Przewodnik B -- Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych
  15. PN-EN 62305-1:2011  Ochrona odgromowa - Część 1: Zasady ogólne (oryg.)
  16. PN-EN 62305-2:2012  Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem (oryg.)
  17. PN-EN 62305-3:2011  Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i  zagrożenie życia (oryg.)
  18. PN-EN 62305-4:2011  Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach (oryg.) 

 

   Autorzy: dr inż. Tomasz Maksimowicz

  

Do góry strony

Kontakt

ul. Myśliwska 2
15-569 Białystok, Polska
tel.  +48 85 741 08 40
tel.  +48 85 741 08 80
fax. +48 85 741 09 69
Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Napisz do nas

Newsletter

Zapisz się na bezpłatny newsletter

Bez wysiłku, prosto na Twoją skrzynkę:
  • nowości techniczne i promocje cenowe
  • praktyczne porady naszych ekspertów

obserwuj na

Rss

© 2012 WSZYSTKIE PRAWA ZASTRZEŻONE RST sp.j. | Realizacja: SENSORAMA.PL