e.i-04-2005.indb

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 4 / 2 0 0 5

d z i a ł

p r o j e k t

projekt instalacji odgromowej

budynku przemysłowego

mgr inż. Julian Wiatr

rojektowanie ochrony odgromowej obiektów budowlanych należy wyko-
nywać na podstawie norm krajowych PN 86-92 / E 5003-1;2;4 lub między-

narodowych PN-IEC 61024 Instalacje odgromowe w obiektach budowlanych.
Normy te zostały przywołane w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia
7 kwietnia 2004 roku, zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U.
Nr 109 / 2004 poz. 1157 załącznik do rozporządzenia poz. 44).

Należy zauważyć, że normy międzynarodowe stanowią pewne porozumie-

nie techniczne akceptowalne przez kraje wspólnoty, a zatem uwzględniają
różne uwarunkowania wynikające miedzy innymi z różnorodności klimatu,
jaki występuje na ich terytorium. Normy te zawierają tylko pewne wskaza-
nia i zgodnie z prawem obowiązującym w naszym kraju nie są przeznaczone
do obowiązkowego stosowania.

W celu ułatwienia korzystania z tych norm PKN wprowadził „przewod-

nik” oznaczony PN-IEC 61024-1-2:2002 „Ochrona odgromowa obiektów bu-
dowlanych. Część 1-2: Zasady ogólne. Przewodnik B. Projektowanie, montaż,
konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych”, w którym zosta-
ły przedstawione szczegółowe zasady projektowania instalacji odgromowej
obiektów budowlanych.

Zarówno normy krajowe, jak i międzynarodowe nie wyczerpują wszystkich

zagadnień związanych z ochroną odgromową obiektów budowlanych. W za-
pisach norm krajowych i międzynarodowych występują dość znaczne różni-
ce, mimo że dotyczą tego samego problemu. Brak jest jednoznacznego rozwią-
zania problemu ochrony odgromowej, który pozwoliłby na wycofanie norm
krajowych. Sytuacja ta spowodowała, że PKN wydał oświadczenie zalecające
stosowanie norm ochrony odgromowej obiektów budowlanych zarówno kra-
jowych, jak i międzynarodowych.

Problem, jaki napotykają projektanci, polega na trafnym wyborze zaleceń

zapisanych w normach krajowych lub międzynarodowych, co znalazło swo-
je odzwierciedlenie w cytowanym wcześniej rozporządzeniu. Wprawdzie nie
powinno się stosować jednocześnie norm krajowych i międzynarodowych, to
jednak w przypadku ochrony odgromowej należy przyjąć odstępstwo, które
polega na przyjmowaniu bardziej krytycznych wymagań z zapisu w normach
krajowych i międzynarodowych.

W przypadku braku zaleceń sprecyzowanych w zakresie np. rezystan-

cji uziemienia instalacji odgromowej, zasadnym wydaje się zastosowanie
zalecenia w zakresie wymaganej rezystancji przedstawionej przez normy
krajowe w ścisłej korelacji z wymaganiami norm międzynarodowych. Wie-
le kontrowersji budzi również brak sprecyzowania w normach międzyna-
rodowych ochrony odgromowej obiektów zagrożonych wybuchem lub po-
żarem, co zmusza projektantów do stosowania norm krajowych, w których
wymagania dla tych obiektów sprecyzowano bardzo szczegółowo.

Nałożenie na projektanta lub właściciela obiektu oceny akceptowalnej

częstości wyładowań piorunowych w dany obiekt wydaje się pozostawie-
niem zbyt dużej odpowiedzialności ww. podmiotom, które mogą mieć duży
problem w ocenie ewentualnych zagrożeń. Sytuacja ta jednak zmusza pro-

jektantów instalacji odgromowej do bardzo precyzyjnej oceny szkód, jakie
mogą zaistnieć w wyniku bezpośrednich traﬁeń pioruna w obiekt budowla-
ny. W przypadku, gdy wymagany poziom ochrony powinien być wyższy niż
przedstawiony w normach międzynarodowych, bardzo przydatne jest zasto-
sowanie metody toczącej się kuli.

Metoda ta pozwala na wprowadzenie korekty rozmieszczenia zwodów, tak by

można było zachować minimalne odległości od powierzchni obiektów zagrożo-
nych wybuchem lub pożarem. Należy jednak pamiętać, że zagrożenie piorunowe
dla obiektów budowlanych pojawia się nie tylko podczas bezpośredniego traﬁe-
nia pioruna w obiekt. Prądy pochodzące od wyładowań atmosferycznych mogą
przedostawać się do obiektu również poprzez linie zasilające lub indukcję pod-
czas wyładowań pobliskich. W tym numerze przedstawimy przykładowy projekt
instalacji odgromowej budynku przemysłowego, który stanowi zapowiedziany
wcześniej projekt budynku nr 2, publikowanego opracowania zasilania zakładu
przemysłowego. Obliczenia zostały wykonane zgodnie z zaleceniami PN-86 / E
05003-1 oraz PN-IEC 61024. Jakie są rozbieżności, oceńcie Państwo sami.

Rozbieżności w uzyskanych wynikach potwierdzają stanowisko Komitetu

Technicznego 55 PKN, że zapisy wymagań ww. normach nie obejmują cało-
ści zagadnień, dlatego obowiązują normy krajowe i międzynarodowe. Zatem

Rys. 1 Równoważna powierzchnia zbierania wyładowań przez obiekt

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 4 / 2 0 0 5

p r o j e k t

to właśnie od rozwagi i doświadczenia projektanta zależy poprawność opra-
cowanego projektu ochrony odgromowej obiektu budowlanego, co nie jest
wbrew pozorom prostą sprawą.

Pełne opracowanie instalacji odgromowej wymaga miedzy innymi spraw-

dzenia odległości instalacji odbiorczej oraz odbiorników od zwodów oraz prze-
wodów odprowadzających instalacji odgromowej. Prezentowany projekt zawie-
ra zakres podstawowy. Wszystkie wymagania oraz szczegóły opracowania in-
stalacji odgromowej znajdą Państwo w wymienionych już normach.

dane wyjściowe

Wymiary budynku: długość a = 40 m, szerokość b = 10 m, wysokość h = 10 m.

Budynek ma dach płaski. Ponad dach nie zostały wyprowadzone żadne elementy
konstrukcyjne oraz kominy. W obiekcie zainstalowano RGSN i oddziałową stację
transformatorową SO I 15 / 0,4 kV. Lokalizacja budynku znajduje się na szerokości
geograﬁcznej49°30’.Rezystywnośćgruntuustalonanapodstawiepomiarówwyno-
si 1000 Ω⋅m. Dla celów dydaktycznych założono, że budynek jest wolno stojący.

opis techniczny

Na dachu budynku należy zainstalować siatkę zwodów wykonaną drutem

Cu φ 16. Plan instalacji siatki zwodów przedstawia

rysunek 3. Zwody nale-

ży układać na podstawkach ustawionych na dachu oraz mocować w uchwy-
tach odciągowych mocowanych do konstrukcji budynku zgodnie z instruk-
cją producenta.

Do siatki zwodów należy, w miejscach wskazanych na

rysunku 3, zamoco-

wać przewody odprowadzające wykonane drutem Cu φ 16. Przewody te należy

mocować w odstępach co 1 m do ścian budynku i wprowadzić do zacisków kon-
trolnych zainstalowanych na wysokości 1,2 m nad powierzchnią gruntu. Z za-
cisków kontrolnych należy taśmą FeZn 30×5 wyprowadzić przewody uziemia-
jące, które trzeba połączyć przez spawanie z uziemieniem otokowym. Miejsca
spawów należy zabezpieczyć przed korozją. W wykopie o głębokości 1 m, odda-
lonym o 1 m od krawędzi budynku, należy ułożyć uziom otokowy, wykonany
taśmą FeZn 30×5.

Uwaga! Przewody uziomowe od złącza kontrolnego do głębokości 0,5 m po-

niżej poziomu gruntu należy prowadzić w rurze osłonowej DVK φ 50.

obliczenia według PN-86 / E 05003 / 1

- wskaźnik zagrożenia piorunowego:

W n m N A p

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅

⋅

−

2 1 2 5 10

9400 0 00325

0 0015275 1 5275 10

−−4

- zagrożenie duże, ochrona odgromowa wymagana:

⋅

−

1 5275 10

gdzie:
n i m – współczynniki uwzględniające liczbę ludzi w obiekcie oraz położe-
nie obiektu,
N – roczna gęstość powierzchniowa wyładowań piorunowych,
A – powierzchnia równoważna zbierania wyładowań przez obiekt, w [m

p – prawdopodobieństwo wywołania szkody przez wyładowanie piorunowe.

Należy przyjmować następujące wartości współczynników n i m: n = l dla

obiektów, w których przewiduje się przebywanie nie więcej niż jednej osoby
na 10 m

powierzchni, n = 2 przy większej liczbie ludzi w obiekcie, m = 0,5 dla

budynków w zwartej zabudowie, m = l dla pozostałych obiektów.

Dla gęstości powierzchniowej wyładowań N należy przyjmować wartości:

N = 1,8*10

-6

-1

dla terenów o szerokości geograﬁcznej powyżej 51°30’,

N = 2,5*10

-6

-1

dla pozostałych terenów kraju.

Powierzchnię równoważną A określa się według wzoru:

A S

L h

= + ⋅ ⋅ + ⋅

400 4000

5100 9500

gdzie:
S = a⋅b – powierzchnia zajmowana przez obiekt, w [m

L – długość poziomego obrysu obiektu, w [m],
h – wysokość obiektu, w [m].
Uwaga! Dla obiektów o wysokości h mniejszej niż 10 m należy przyjmować
h = 10 m.
Prawdopodobieństwo wywołania szkody p określa się według wzoru:

p R Z K

(

)

, ( ,

)

0 13 0 015 0 010

0 00325

gdzie:
R, Z i K – współczynniki uwzględniające rodzaj (R), zawartość (Z) i konstruk-
cję (K) obiektu, o wartościach według

tabeli 1.

W zależności od wartości wskaźnika „W” ustala się trzy stopnie zagrożenia
piorunowego:
I – W ≤ 5⋅10

-5

– zagrożenie małe, ochrona zbędna,

II – 5⋅10

-5

≤ W ≤ 10

-4

– zagrożenie średnie, ochrona zalecana,

III – W > 10

-4

– zagrożenie duże, ochrona wymagana.

Zgodnie z zaleceniami normy wymiary oka siatki zwodów nie mogą być

większe niż 20×20 m, odległości pomiędzy przewodami odprowadzającymi

Określenie

Wartości

spółczynnik

Budynki mieszkalne, administracyjne itp.

0,10

Budynki gospodarstw wiejskich i obiektów przemysłowych.

0,13

Kotłownie, stacje pomp itp.

0,14

Wyposażenie typowe dla budynków mieszkalnych, biurowych,

usługowych itp.

0,010

Wyposażenie obiektów przemysłowych do produkcji

i składowania materiałów niepalnych lub trudno zapalnych.

0,015

Zwierzęta hodowlane w gospodarstwach rolnych.

0,020

Konstrukcja obiektu oraz pokrycie dachu wykonane

z materiałów niepalnych.

0,005

Konstrukcja obiektu lub pokrycie dachu wykonane

z materiałów trudno zapalnych.

0,010

Tab. 1 Wartości współczynników R, Z, K (wg PN 86 / E 05003-1)

Rys. 2 Wyznaczanie promienia zastępczego uziomu otokowego: R

– zastępczy pro-

mień okręgu

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 4 / 2 0 0 5

nie mogą być mniejsze niż 20 m. Przy założeniu uziemienia otokowego jego
rezystancja nie może być większa niż 30 Ω (ochrona podstawowa).

Zgodnie ze wzorem na rezystancję uziemienia otokowego zamieszczonym

w załączniku do normy, przy rezystywności gruntu ρ = 1000 Ω⋅m, rezystan-
cja projektowanego uziemienia wyniesie:

⋅ = ⋅

≤

⋅

0 6

0 6 1000

504

26 73

Ω

A=42 12=504m

gdzie:
A – powierzchnia objęta obrysem uziomu,
ρ – rezystywność gruntu, w [Ω⋅m],
R

– rezystancja uziemienia, w [Ω],

Należy uznać, że warunek dopuszczalnej wartości uziemienia zostanie spełniony.

obliczenia według PN-IEC 61024

- wymagana skuteczność ochrony:

N A

≥ −

= −

⋅

≈

⋅ ⋅

⋅

−

15565 10

0 94

2 5 6226 10

115565 10

⋅

⋅ ⋅

⋅

−

A =4 S +2 S +2 S +S =(4

R )/4+2(R a)+2(R b

))+

+a b=

⋅

+ ⋅ =

2 40 30

2 10 30

40 10 6226

(

)

(

)

gdzie:
A

– równoważna powierzchnia zbierania wyładowań, w [m

– 2,5 wyładowań / m

w ciągu roku,

– akceptowalna roczna częstość wyładowań (wartość przyjęta w interpreta-

cji normy przez Komitet Techniczny 55 PKN; norma podaje wartość 10

-2

– spodziewana częstość bezpośrednich wyładowań piorunowych w obiekt,

; S

; R

– patrz

rysunek 1.

Wyznaczona wartość skuteczność ochrony mieści się przedziale 0,90 ≤ E ≤ 0,95.

Wartość ta pozwala na przyjęcie III poziomu ochrony. Z uwagi na lokalizację
w budynku RGSN oraz SO I zostanie przyjęty II poziom ochrony, dla którego
skuteczność urządzenia piorunochronnego wynosi E = 0,95, oko siatki zwo-
dów nie może być większe niż 10 m. Na podstawie krzywej określającej mi-
nimalną długość uziomu otokowego (zamieszczonego w normie) przy rezy-
stywności gruntu, minimalna długość uziomu dla II poziomu ochrony wyno-
si L

min

= 5 m. Zastępczy promień okręgu wyznaczony przez powierzchnię obję-

tą uziomem wynosi

(rys. 2):

m L

504

12 67

min

Należy zatem uznać, że projektowany uziom otokowy spełni wymaga-

nia normy.

Na podstawie zestawienia uzyskanych wyników należy przyjąć n = 8 prze-

wodów odprowadzających. Siatka zwodów o wymiarach 10×10 m przedsta-
wiona jest na

rysunku 3.

Uwaga! Na zwody, przewody uziemiające oraz uziemienie może być użyty inny
materiał wyszczególniony w cytowanych normach. W

tabeli 3 podano tylko

porównanie wymagań dla materiałów przyjętych w projekcie.

zestawienie ważniejszych materiałów

Wspornik odciągowy – 10 szt., wspornik dachowy – 130 szt., wspornik prze-

wodów odprowadzających – 60 szt., złącze kontrolne – 8 szt., rura DVK φ 50 dł.
6 m – 2 szt., taśma FeZN 30×5 – 160 m, drut miedziany φ 16 – 220 m.

Uwaga! Rzeczywista równoważna powierzchnia zbierania uwzględniają-

ca usytuowanie budynku jest przedstawiona na

rysunku 4 (www.elektro.

info.pl).

Wymaganie

PN-86 / E 05003 / 1

PN-IEC 61024

Rezystancja uziemienia

≤

Ω

nie określa się

Wymiary oka siatki zwodów

20 m

(w tym przypadku 10

20 m)

10 m

Liczba przewodów

odprowadzających

Wymagany poziom ochrony

nie określa się

Wskaźnik zagrożenia

1,5275

⋅

-4

0,95

Rodzaj ochrony

podstawowa

nie określa się

Minimalny przekrój

przewodów odprowadzających

Minimalny przekrój zwodów

Minimalny przekrój uziemienia

taśma ocynkowana 20

nie określa się

Minimalna odległość przewodów

odprowadzających od ścian

2 cm

ułożenie bezpośrednie

na niepalnej konstrukcji

Minimalna wysokość zwodów

nad powierzchnią dachu

2 cm

ułożenie bezpośrednie

na niepalnym dachu

Odstępy pomiędzy

uchwytami mocującymi

1,5 m

1,0 m

Tab. 3 Porównanie wymagań PN-86 / E 05003 / 01 i PN-IEC 61024

Skuteczność urządzenia piorunochronnego E

Poziom ochrony

0,98

0,95

0,90

III

0,80

Tab. 2 Skuteczność urządzenia piorunochronnego w zależności od wymaganego po-

ziomu ochrony

Rys. 3 Siatka zwodów poziomych oraz szkic uziemienia otokowego budynku nr 2

zakładu produkcyjnego