Ochrona odgromowa budynków jednorodzinnych

Ochrona odgromowa budynku jednorodzinnego składa się z piorunochronnej instalacji zewnętrznej oraz ochrony wewnętrznej, złożonej z połączeń wyrównawczych i aparatury chroniącej przed przepięciami pochodzenia atmosferycznego, a także przed przepięciami łączeniowymi, które mogą powstać w elektrycznej sieci zasilającej budynek. Standardowa instalacja zewnętrzna ani elementy ochrony wewnętrznej nie eliminują możliwości uderzenia pioruna w budynek lub w jego pobliże. Ich zadaniem jest zabezpieczenie przed skutkami takiego uderzenia.

Zewnętrzna instalacja piorunochronna ma przyjąć uderzenie i bezpiecznie odprowadzić prąd piorunowy do ziemi. Należy zdawać sobie sprawę, że nawet najlepsza ochrona daje tylko, albo aż, około 98% pewności. Czy budynek musi mieć ochronę zewnętrzną, ustala się w oparciu o zasady zawarte w normach (tabela 1), oceniając stopień zagrożenia budynku.

Zagrożenie to zależy od wielkości powierzchni dachu i wysokości budynku, położenia w terenie i w stosunku do innych obiektów, konstrukcji i pokrycia dachu, a także od liczby osób przebywających w budynku oraz od wysokości ewentualnych strat powstałych w wyniku uderzenia pioruna. Zgodnie z postanowieniami normy, wolno stojący budynek (niewystępujący w zwartej zabudowie) wymaga zastosowania ochrony, jeżeli jego wysokość przekracza 15 m, a powierzchnia 500 m². Określenie użyte w normie jest niezbyt precyzyjne, należy domniemywać, że chodzi o powierzchnię rzutu dachu na płaszczyznę terenu, czyli w praktyce powierzchnię zabudowy. Ochrona jest także niezbędna (niezależnie od wysokości budynku), jeżeli dom wykonany jest z materiałów łatwo zapalnych lub gdy, obliczony według zasad określonych w normie, wskaźnik zagrożenia piorunowego przekracza dopuszczalną wartość.

Zgodnie z normą budynek znajdujący się w zwartej zabudowie to obiekt, do którego przylegają bezpośrednio co najmniej z dwóch stron budynki sąsiednie i którego poziom dachu nie przekracza więcej niż o 6 m poziomu dachów budynków sąsiednich. Do budynków w zwartej zabudowie zalicza się również domy mieszkalne, których powierzchnia nie przekracza 1000 m², jeżeli sąsiadujące z nimi budynki, o analogicznym zróżnicowaniu wysokości jak uprzednio, są usytuowane w odległości nie większej niż podwójna wysokość rozpatrywanego obiektu. Instalacja piorunochronna składa się z następujących części (rys. 1):

• zwodów (zwykle poziomych) układanych na kalenicy i murowanych kominach oraz w miarę potrzeby na połaci dachowej; ze zwodami łączy się wszystkie metalowe przedmioty znajdujące się na dachu; zwody muszą być wykonane z materiału odpowiedniej grubości (rys. 2),
• przewodów odprowadzających ułożonych na ścianach budynku i łączących zwody z przewodami uziemiającymi; bez względu na wielkość budynku przewodów odprowadzających nie może być mniej niż dwa, przewodów uziemiających ułożonych w dolnych częściach ścian i połączonych za pomocą złącz kontrolnych z przewodami odprowadzającymi, a z drugiej strony z uziomem,
• uziomu naturalnego lub uziomów sztucznych: otokowego lub indywidualnych uziomów pionowych względnie poziomych.

Do uziomu przyłącza się punkt zerowy tablicy elektrycznej, rurociągi i inne metalowe przedmioty znajdujące się w pobliżu, w ziemi. Do wykonania instalacji należy stosować odpowiednie materiały, których parametry określają normy. Rodzaj materiału i jego parametry zestawiono w tabelach 2, 3 i 4. Natomiast na rysunkach 3, 4 i 5 przedstawiono przykładowe szczegóły wykonania instalacji na dachu budynku. Odnośnie wymiarów stosowanych materiałów występuje rozbieżność w zaleceniach zawartych w normie z roku 1986 i normie z roku 2001.

Dotyczy ona grubości drutu stosowanego do wykonania zwodów i przewodów odprowadzających. W tej sprawie Polski Komitet Normalizacyjny zajął następujące stanowisko, podane w piśmie NKP 55/S/78/2002 z dnia 12.11.2002 r.: „Wprowadzona do stosowania norma PN-IEC 61024-1:2001 nie zastępuje normy PN-86/E-05003/01. Obie te normy są obowiązujące. Przy występowaniu różnic w postanowieniach należy – formalnie – kierować się zasadą stosowania postanowień normy wydanej z datą późniejszą. Gdy chodzi o wymiary drutu, to – w myśl tej zasady – zalecane jest stosowanie drutu Ø 8 mm, a nie Ø 6 mm. Nie wyklucza to jednak możliwości stosowania dotychczasowej normy i drutu Ø 6 mm. Daje to, oczywiście, mniejszy margines bezpieczeństwa, ale w wielu przypadkach jest uzasadnione wynikami dotychczasowych doświadczeń. Decyzja powinna należeć do projektanta.”

Zarówno inwestor, jak i projektant muszą rozstrzygać, czy lepiej wykonać instalację z drutu o mniejszej czy większej średnicy. Za większą przemawia dłuższa trwałość oraz zastosowanie nowszej normy, za mniejszą – niższe koszty oraz tradycja – wielka liczba instalacji wykonanych według starej normy.

Wiele elementów budynku może być wykorzystanych jako zwody, przewody odprowadzające lub uziomy. Pozwala to znacznie obniżyć koszty, a także poprawić estetykę domu. Zamiast na przykład układania na dachu zwodów z drutu, można wykorzystać blachę pokrycia dachowego ułożoną na niepalnym lub trudno zapalnym podłożu, jeżeli ma grubość nie mniejszą niż 0,5 mm. Tak cienka blacha w chwili uderzenia pioruna może ulec perforacji. Grozi to zalaniem pomieszczeń. Jeżeli więc na najwyższej kondygnacji znajdują się cenne przedmioty wymagające ochrony, niezbędne jest albo zastosowanie klasycznych zwodów, albo użycie blachy grubości podanej w tabeli 4. Blacha na dachu wykorzystywana jako zwody nie powinna być pokryta materiałem izolacyjnym. Zgodnie z postanowieniami zawartymi w normie cienka warstwa farby ochronnej, warstwa asfaltu grubości 0,5 mm lub warstwa PVC grubości 1 mm nie stanowią warstwy izolacyjnej w warunkach wyładowań piorunowych. Jeżeli jako zwód wykorzystuje się blachę, a na ścianach niezbędne jest ułożenie przewodów odprowadzających, blachę można połączyć z przewodem w sposób pokazany na rysunku 6. Jeżeli dodatkowo wykorzystuje się metalowe pokrycie ściany, należy wykonać połączenia jak na rysunku 7.

W budynku jednorodzinnym jako zwody naturalne należy ponadto wykorzystywać:

• zbrojenia żelbetowego pokrycia dachu,
• elementy metalowe wystające ponad dach,
• zbrojenia żelbetowych elementów ścian i fundamentów,
• stalowe słupy nośne.

Norma zaleca wykorzystywać jako uziomy naturalne:

• metalowe podziemne nieizolowane od ziemi części chronionych obiektów budowlanych,
• nieizolowane od ziemi żelbetowe fundamenty i podziemne części chronionych obiektów (pokrycie betonu warstwą przeciwwilgociową za pomocą malowania nie należy uważać za warstwę izolacyjną),
• metalowe rurociągi wodne oraz osłony studni artezyjskich, znajdujące się w odległości nie większej niż 10 m od chronionego obiektu (pokrycie rur warstwą przeciwwilgociową z farby, asfaltu lub taśmy „Denso” nie stanowi warstwy izolacyjnej w warunkach wyładowań piorunowych. Za warstwę izolacyjną uważa się np. co najmniej podwójną warstwę papy smarowanej lepikiem),
• uziomy sąsiednich obiektów budowlanych znajdujących się w odległości nie większej niż 10 m od chronionego obiektu.

Jeżeli nie ma możliwości wykorzystania uziomów naturalnych, należy wykonać uziom sztuczny. Przy czym zaleca się stosowanie uziomów fundamentowych (rys. 8). Układa się je w trakcie wykonywania wykopów i prac fundamentowych, są więc tańsze od układanego niezależnie uziomu otokowego wokół budynku.

W budownictwie jednorodzinnym występują także budynki o charakterze zabytkowym, których dachy pokryte są gontem lub słomą. W takim przypadku konieczne jest zachowanie odpowiednich odstępów pomiędzy elementami instalacji piorunochronnej a podłożem (rys. 9). Ponadto gałęzie pobliskich drzew muszą być oddalone o co najmniej 2 m od elementów instalacji piorunochronnej ułożonej na tego typu dachu.

Umieszczona na dachu antena radiowa lub telewizyjna wymaga ochrony, nawet wtedy, gdy sam budynek nie musi mieć instalacji piorunochronnej. Maszt antenowy powinien być połączony z uziomem naturalnym lub sztucznym (rys. 10). Natomiast nad anteną talerzową należy rozpiąć klatkę z wysokich poziomych zwodów (rys. 11).

W budynkach jednorodzinnych pojawia się coraz więcej drogich i bardzo czułych na przepięcia urządzeń. Zagrożenia przepięciami wywołanymi uderzeniem piorunu (nawet w sporej odległości od budynku) czy też przepięciami spowodowanymi czynnościami łączeniowymi w sieciach zasilających są szczególnie groźne na terenach podmiejskich i w małych miastach lub wsiach. Ochrona wewnętrzna ma na celu ograniczenie skutków tych zjawisk. Dlatego należy ją stosować także wtedy, gdy budynek nie wymaga ochrony zewnętrznej. Ochrona taka powinna być kompleksowa i obejmować:

• wykonanie połączeń wyrównawczych,
• zainstalowanie ograniczników przepięć.

Wykonanie połączeń wyrównawczych polega na zainstalowaniu głównej szyny ekwipotencjalnej oraz połączenie z nią punktu neutralnego rozdzielnicy elektrycznej, metalowych powłok kabli, metalowych rur wchodzących do budynku, dodatkowych połączeń wyrównawczych (m.in. w łazienkach), uziomu instalacji odgromowej (jeżeli występuje ochrona zewnętrzna) itp.

Instalowane w budynkach ograniczniki przepięć dzielą się na trzy typy: 1, 2, 3 według normy PN-EN 61643-11:2006+A11:2007. Do oznaczeń tych przyporządkowane są cyfry rzymskie I, II i III odpowiadające klasom prób. Ograniczniki mają za zadanie bezpieczne przyjęcie fali przepięciowej i odprowadzenie prądu przepięciowego do uziomu, a nie do instalacji. Stosowane są ograniczniki warystorowe i iskiernikowe. Rezystancja (opór) warystora zmniejsza się w miarę wzrostu napięcia. Dlatego też fala przepięciowa o dużo wyższej wartości niż napięcie robocze instalacji powoduje gwałtowne obniżenie jego rezystancji, co pozwala na swobodny odpływ do uziomu prądu wywołanego przepięciem. Po zaniku fali przepięciowej rezystancja warystora powraca do swojej normalnej wartości i prąd przestaje płynąć przez ogranicznik. Ograniczniki iskiernikowe podczas normalnej pracy tworzą przerwę w obwodzie. W momencie pojawienia się przepięcia następuje przepływ prądu wyładowczego, zanikający po określonym czasie. W ogranicznikach iskiernikowych wydmuch gazów następuje na zewnątrz, wymagane jest więc zachowanie odstępu od materiałów palnych. Ograniczniki zabezpieczają nie tylko przed przepięciami pochodzenia burzowego, ale także przed przepięciami o charakterze łączeniowym, które mogą wystąpić w sieci zasilającej budynek.

Ograniczniki typu 1 (dawnej klasy „B”) umieszcza się w złączu budynku, przy czym w zależności od systemu sieci zasilającej są to trzy lub cztery ograniczniki. W sieci czteroprzewodowej, ze wspólnym przewodem ochronno-neutralnym PEN, instaluje się trzy aparaty. W sieci TN-S – pięcioprzewodowej, z odrębnymi przewodami PE i N instaluje się cztery ograniczniki. Ograniczniki typu 2 (dawnej klasy „C”) umieszcza się w rozdzielnicy budynku. Można również zastosować aparaty zespolone typu „1+2” (dawnej klasy „B+C”) (fot. 1), umieszczając je w rozdzielnicy budynku. To ostatnie rozwiązanie doskonale nadaje się do budynków jednorodzinnych. Natomiast ograniczniki typu 3 (dawnej klasy „D”) umieszcza się bezpośrednio przy chronionych odbiornikach lub w rozdzielnicy, jeżeli budynek jest niezbyt rozległy (fot. 2). Ograniczniki typu 3 (dawnej klasy „D”) mogą być montowane w puszkach i listwach oraz kanałach instalacyjnych, włączane do gniazdek wtyczkowych, a także wbudowane w listwy zasilające sprzęt komputerowy lub radiowo-telewizyjny. Należy podkreślić, że stosowanie tylko ograniczników typu 3 (dawnej klasy „D”) nie zapewnia pełnej ochrony sprzętów elektronicznych.

Po wykonaniu instalacji piorunochronnej należy dokonać jej odbioru oraz, zgodnie z normą, sporządzić jej metrykę, a także wykonać pomiary kontrolne rezystancji uziemień. Wartość dopuszczalnej rezystancji uziemienia zależy w dużej mierze od warunków gruntowych, a szczegółowe dane w tym zakresie zawierają normy. W trakcie odbioru należy sprawdzić zgodność wykonanej instalacji z dokumentacją, jakość zastosowanych materiałów i prawidłowość połączeń. Z czynności tych należy sporządzić protokół. W trakcie eksploatacji instalacja piorunochronna powinna być poddawana okresowym badaniom, z których również należy sporządzić protokoły.

Literatura

1. Sowa: „Kompleksowa ochrona odgromowa przepięciowa”, Biblioteka COSiW SEP, Warszawa 2005.
2. A. Sowa A: „Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa systemów nadawczo-odbiorczych”, „Elektroinstalator”, nr 4/2000.
3. Materiały i katalogi firmy DEHN.
4. Materiały i katalogi firmy Legrand.
5. Materiały i katalogi firmy A.H. Kraków.