Zewnętrzne urządzenia odgromowe

Jak powstają pioruny?

Pioruny mają swój początek w chmurach burzowych, które mogą osiągać grubość nawet do kilku kilometrów. W centrum komory czynnej, stanowiącej fragment chmury zdominowanej przez jeden typ ładunku, panuje wstępujący prąd powietrza, który powoduje rozdzielenie ładunków dodatnich i ujemnych. Następujące po tym wyładowanie elektryczne to piorun. Piorun powstaje jako wyładowanie doziemne (pomiędzy naładowaną elektrycznie chmurą i ziemią), wyładowanie międzychmurowe (między dwiema lub więcej chmurami, ang. intercloud) lub też wyładowanie wewnątrzchmurowe (między częściami tej samej chmury, ang. intracloud). Pioruny typu chmura-ziemia są rzadziej widoczne na niebie niż pioruny między- czy wewnątrzchmurow. Wynika to z faktu, że na ułamki sekundy przed właściwym uderzeniem pioruna ma miejsce wyładowanie wstępne (tzw. lider) od chmury do ziemi, ale jest ono prawie niedostrzegalne dla oka ludzkiego.Ilość dni burzowych w roku i roczna liczba uderzeń pioruna na kilometr kwadratowy są zróżnicowane regionalnie. Dla potrzeb norm krajowych postanowiono nie rozpatrywać poszczególnych rejonów kraju, ale prognozować zagrożenie piorunowe dla większych obszarów. Na podstawie długoletnich obserwacji przyjęto, że w Polsce występuje 25 dni burzowych w roku na terenach południowo-zachodnich oraz 20 dni burzowych w pozostałej części kraju. Uwzględniając ilość dni burzowych, można określić roczną liczbę uderzeń pioruna na kilometr kwadratowy. Wartości te wynoszą odpowiednio 1,8 uderzenia dla terenów o szerokości geograficznej powyżej 51°30’ oraz 2,5 uderzenia dla pozostałej części kraju.

Elementy instalacji odgromowej

Budowę instalacji odgromowej można opisać jako zespół metalowych przewodów umożliwiających bezpieczny odpływ energii przekazywanej przez piorun uderzający w obiekt. W ich skład wchodzą cztery części: zwody, przewody odprowadzające, przewody uziemiające oraz uziomy.

Zwody to górna część instalacji odgromowej, której zadaniem jest bezpośrednie przejęcie prądów piorunowych w chwili uderzenia. Są to metalowe druty wykonane ze stali ocynkowanej, nierdzewnej lub miedzi. Ich średnica powinna wynosić co najmniej 8 mm. Druty umieszcza się przede wszystkim wzdłuż kalenicy, na krawędziach bocznych dachu oraz na kominach i masztach antenowych. Jeśli dach jest spadzisty, przewody przytwierdza się za pomocą wsporników. Rolę zwodów mogą przejmować również metalowe części budynku, jak np.: balustrady, rynny, poręcze, ornamenty, a także metalowe pokrycia dachowe o grubości równej co najmniej 0,5 mm pod warunkiem, że pod dachem nie ma materiałów łatwopalnych oraz ich konstrukcja umożliwia swobodny przepływ prądu.

Przewody odprowadzające są to elementy przewodzące prąd i łączące elementy zwodów oraz uziomów. Wykonane są najczęściej z takich samych materiałów jak zwody lub ewentualnie z ocynkowanych taśm stalowych o minimalnym przekroju 30×3 mm. Montuje się je na zewnętrznej elewacji budynku, w odległości równej co najmniej 2 cm od ściany, pod tynkiem (w przypadku ścian pozbawionych łatwopalnych materiałów) lub wzdłuż rynien i rur spustowych. Ważnymi elementami są zaciski probiercze, za pomocą których łączy się przewody odprowadzające z uziemieniem. Zaciski powinny zostać umieszczone w puszce ochronnej.

Uziomy

Uziomy są to metalowe elementy instalowane w ziemi. Ich zadaniem jest rozpraszanie energii pochodzącej od pioruna. Rolę uziomów mogą przejąć żelbetowe elementy wchodzące w skład podziemnej części budynku, czyli uziomy fundamentowe, zaliczane do uziomów naturalnych. Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie metalowych rurociągów. Jeśli nie można wykonać uziomów naturalnych, wokół całego budynku należy zainstalować droższe uziomy sztuczne, np. w postaci płaskownika czy ocynkowanej taśmy stalowej (na głębokości równej co najmniej 1 m i w odległości minimum 1 m od budynku). Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie uziomów pionowych. Są to metalowe pręty o średnicy 16 mm wbijane w ziemię przy zejściach przewodów odprowadzających. Ich długość wynosi średnio 3 m. Należy jednak pamiętać o ważnej zasadzie mówiącej, że wszystkie te elementy, które pełnią funkcję uziomów muszą dobrze przewodzić prąd, gdyż są końcowym ogniwem instalacji odgromowej.

Instalacje odgromowe

Podstawowe zasady ochrony odgromowej wymagają umieszczenia w przestrzeniach chronionych wszelkiego rodzaju elementów wystających ponad powierzchnię dachu, z materiałów przewodzących lub izolacyjnych.

Przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego chronione powinny być również urządzenia i elementy konstrukcyjne umieszczane na dachach obiektów, do których dołączone są instalacje przewodzące, rozprowadzane wewnątrz obiektu. W takich przypadkach urządzenie piorunochronne powinno zapewnić:

• odpowiednie przestrzenie chronione dla urządzeń i instalacji,
• wyeliminowanie przeskoków iskrowych pomiędzy instalacjami na dachu i ścianach obiektu,
• wyeliminowanie różnic potencjałów pomiędzy poszczególnymi instalacjami wewnątrz obiektu,
• ochronę przed przepięciami w instalacjach elektrycznych i elektronicznych.

Część z tych wymagań można spełnić, stosując układy zwodów pionowych lub poziomych, które należy odpowiednio dobrać i rozmieścić na dachu obiektu budowlanego. W tworzonej przestrzeni chronionej urządzenia będą narażone tylko na bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola elektromagnetycznego, jakie może wystąpić podczas wyładowania piorunowego w element instalacji odgromowej. Pomiędzy urządzeniami i instalacjami umieszczonymi w przestrzeni chronionej a elementami instalacji piorunochronnej powinny być zachowane bezpieczne odstępy eliminujące możliwości powstania przeskoków iskrowych. Zgodnie z obowiązującymi przepisami, przestrzenie chronione tworzone przez te zwody można wyznaczyć za pomocą kątów osłonowych lub wykorzystując zasadę toczonej po dachu obiektu kuli. Wartość promienia tej kuli uzależniona jest od wymaganego poziomu ochrony dla danego obiektu. Jeśli stworzenie ochrony odgromowej, eliminującej bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego na urządzenia instalowane na dachu obiektu, jest niemożliwe do wykonania, to można zastosować jedno z poniższych rozwiązań:

• W miejscach zbliżenia instalacji odgromowej i chronionego urządzenia lub systemu należy zastosować połączenia wyrównawcze bezpośrednie lub za pomocą iskierników
• Bezpieczne odstępy powinny być zachowane również wtedy, gdy analizowane są zagrożenia urządzeń instalowanych na ścianach obiektu. Bardzo często zabudowa dachu lub jego kształt mogą utrudnić lub nawet uniemożliwić zachowanie bezpiecznych odstępów, a zastosowanie połączeń wyrównawczych jest niewskazane ze względu na zwiększenie zagrożenia piorunowego urządzeń i instalacji wewnątrz budynku. Takie przypadki występują najczęściej podczas montażu urządzeń elektrycznych lub elektronicznych na dachach lub ścianach obiektów już istniejących. Przykłady błędnych rozwiązań wynikających z trudności zachowania bezpiecznych odstępów przedstawiono na zdjęciach 1 i 2. Innym przykładem jest nieprawidłowe, bezpośrednie podłączenie przewodu odprowadzającego z szyną wyrównawczą hydrowęzła. Stwarza to zagrożenie uszkodzenia instalacji i urządzeń wewnątrz obiektu.

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dn. 10 grudnia 2010 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2010 r. nr 239 poz. 1597) par. 184 ust. 3 dotyczący ochrony odgromowej odwołuje się do norm: PN-EN 62305-1:2008, PN-EN 62305-2:2008, PN-EN 62305-3:2009, PN-EN 62305-4:2009.