Dla projektantów

Zasady ogólne, opis programu GromExpert.

1. Normy - stan aktualny.

Na rynku norm w Polsce wreszcie zapanował porządek. Wreszcie dysponujemy jednolitymi normami zgodnymi ze swoimi odpowiednikami na świecie i w Europie. Są to:

PN-EN 62305-1
Ochrona odgromowa. Część 1: Wymagania ogólne

PN-EN 62305-2
Ochrona odgromowa. Część 2: Zarządzanie ryzykiem.

PN-EN 62305-3
Ochrona odgromowa. Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia.

PN-EN 62305-4
Ochrona odgromowa. Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.

W nowych normach znajdziemy:

· PN-EN 62305-1

rodzaje strat, źródła uszkodzeń i odpowiadające im ryzyka - informacje podstawowe.
podstawowe kryteria ochrony LPZ, LPL, redukcja uszkodzeń i awarii.
parametry i kształty prądu piorunowego, kombinacje udarów występujących przy wyładowaniu.
układy do symulacji prądów piorunowych.
oddziaływanie pioruna na komponenty systemu ochrony odgromowej.
analiza przepięć w różnych punktach instalacji.

· PN-EN 62305-2

uszkodzenia i straty.
szczegółowa procedura obliczania komponentów ryzyka.
przykładowe analizy dla różnych budynków.
Kalkulator Oszacowania Ryzyka (RAC).

· PN-EN 62305-3

szczegółowe procedury planowania, projektowania, budowy i konserwacji LPS.
klasa LPS.
ochrona odgromowa zewnętrzna.
ochrona odgromowa wewnętrzna.
przeglądy i konserwacje.
środki ochrony przed obrażeniami spowodowanymi napięciami krokowymi i dotykowymi.
informacje na temat instalacji odgromowych w bu-dynkach z ryzykiem eksplozji - Aneks D.
duża ilość rysunków poglądowych.

· PN-EN 62305-4

LPMS - kompletny system ochrony przed LEMP.
strefy ochrony odgromowej LPZ.
uziemienia, połączenia wyrównawcze, połączenia wyrównawcze na granicach stref.
ekranowanie i trasowanie linii wewnętrznych.
skoordynowana ochrona SPD.
plan postępowania z LPMS od etapu wstępnej analizy ryzyka do etapu kontroli okresowych.
ponowne zdefiniowanie i określenie w procesie inwestycyjnym roli "Eksperta w dziedzinie ochrony odgromowej".

Kolejnym ważnym dokumentem w dziedzinie normalizacji, może stać się grupa norm dotycząca jakości elementów. Są to normy serii PN-EN 62561- Elementy urządzenia piorunochronnego (LPSC) z arkuszami:

- PN-EN 62561-1: Wymagania dotyczące elementów połączeniowych.
- PN-EN 62561-2: Wymagania dotyczące przewodów i uziomów.
- PN-EN 62561-3: Wymagania dotyczące iskierników izolacyjnych.
- PN-EN 62561-4: Wymagania dotyczące wsporników.
- PN-EN 62561-5: Wymagania dotyczące skrzynek złącz kontrolnych uziomów i przepustów fundamentowych.
- PN-EN 62561-6: Wymagania dotyczące liczników uderzeń pioruna.
- PN-EN 62561-7: Wymagania dla środków poprawiających uziemienie.

Niezwykle pomocnym okaże się zapewne przegłosowany w PKN dokument:
"Załącznik krajowy NA. Wyszczególnienie obiektów wymagających wyposażenia w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych ze wskazaniem adekwatnego poziomu ochrony."

Jest to odopwiedź PKN KT 55 na problemy zgłaszane przez projektantów, a związane z obliczaniem poziomu ochrony programen RAC.
Przykładowo, do klasy budynków z I poziomem ochrony zaliczono:
wytwórnie i składy materiałów wybuchowych, składy amunicji, zakłady pirotechniczne, części budynków ze strefami wybuchowymi, instalacje oczyszczalni ścieków, instalacje gazów/płynów palnych, obiekty intensywnej terapii, centra nadzoru i obsługi linii lotniczych.

Pełny wykaz budynków z przyporządkowanymi poziomami ochrony znajdą Państwo na stronach PKN lub na naszej stronie w dziale porady. Dokument taki wyeliminuje zapewne takie sytuacje kiedy, postępując zgodnie z normą, projektant nadawał chłodni kominowej pierwszy poziom ochrony.

2. Projektowanie instalacji odgromowych.

Projektowanie z normami PN-IEC 61024 polegało na oszacowaniu wymaganej skuteczności urządzenia piorunochronnego EC i dobraniu nie mniejszej, rzeczywistej skuteczności projektowanej instalacji E z zestawu czterech dobrze określonych grup parametrów nazywanych poziomami ochrony. Wyznaczony poziom ochrony I - IV narzucał projektantowi zestaw istotnych parametrów niezbędnych do rozlokowania zwodów, określenia odstępów iskrobezpiecznych, kątów osłonowych jak również umożliwiał dobór ochronników w ochronie wewnętrznej. Określenie poziomu ochrony było kluczową czynnością w projekcie instalacji.

Nieco inaczej będziemy postępować stosując zapisy norm serii PN-EN 62305. Znajdziemy tu z góry określony związek pomiędzy LPL - poziomem ochrony odgromowej i klasą LPS .

LPL - poziom ochrony, określony przez liczbę z prze-działu I-IV przypisującą zestaw wielkości parametrów prądu piorunowego odpowiadającą prawdopodobieństwu, że założone wartości maksymalne i minimalne nie zostaną przekroczone przy naturalnym wyładowaniu. Poziom ochrony jest istotny przy projektowaniu ochronników.

Klasa LPS - określona przez liczbę z zakresu I-IV przypisująca parametry niezbędne do zaprojektowania zewnętrznej instalacji odgromowej i związanej z nią poprzez LPL - ochrony wewnętrznej.

Związek między poziomem ochrony odgromowej LPL, a klasą LPS pokazuje Tabela 1.

Tabela1.

Wielkości zależne od klasy LPS:

promień toczącej się kuli, rozmiar oka siatki zwodów, kąt ochronny.
typowe odległości pomiędzy przewodami odprowadzającymi.
odstęp iskrobezpieczny.
minimalna długość uziomu.
parametry prądu piorunowego - poprzez związek z LPL.
Zasadnicza zmiana w projektowaniu instalacji odgromowych wg PN-EN 62305 polega na tym, że dotychczas kluczową rolą w procesie projektowania było wyznaczenie skuteczności E i związanego z nią poziomu ochrony. Obecnie, celem, do którego będziemy dążyć podczas wstępnego etapu projektowania, jest
uzyskanie ryzyka mniejszego, niż z góry określone w normie ryzyko tolerowane.
Klasa LPS jest w tym działaniu tylko jednym ze zmiennych parametrów służących do spełnienia kluczowej zależności:

2.1. Źródła i rodzaje uszkodzeń, rodzaje strat.

Analizę potrzeby budowy instalacji odgromowej oraz wykonania innych działań ochronnych na obiekcie poprzedzono zdefiniowaniem zjawisk wiążących się z wyładowaniem atmosferycznym. W zależności od punktu wyładowania definiuje się następujące źródła uszkodzeń:

S1 - uderzenie w budynek.
S2 - uderzenie w pobliżu budynku.
S3 - uderzenie w instalację podłączoną do budynku.
S4 - uderzenie obok instalacji podłączonej do budynku.

Źródła te mogą być przyczyną następujących rodzajów uszkodzeń:

D1 - obrażenia istot żywych.
D2 - uszkodzenia fizyczne obiektów.
D3 - awarie systemów wewnętrznych.

Każdy rodzaj uszkodzenia D, pojedynczo lub w połączeniu z innymi, może być przyczyną następujących strat:

L1 - strata ludzkiego życia.
L2 - strata w usługach publicznych.
L3 - starta dóbr kulturalnych.
L4 - starta wartości ekonomicznej.

Uwaga: zagrożenie życia zwierząt w gospodarstwach rolnych i hodowlanych należy do grupy strat L4.

Każdy rodzaj straty L związany jest z odpowiadającym mu ryzykiem R, co w całości możemy przedstawić za pomocą diagramu:

2.2. Ryzyko, zarządzanie ryzykiem.

Ryzyko R jest wartością prawdopodobnej rocznej straty jaka może zaistnieć w budynku lub w instalacji. Każde ryzyko R1, R2, R3, R4 jest sumą swoich komponentów ryzyka. Szacowane rodzaje ryzyk dla budynku:

R1 - ryzyko straty życia ludzkiego.
R2 - ryzyko straty usługi publicznej.
R3 - ryzyko straty dziedzictwa kulturowego.
R4 - ryzyko straty wartości ekonomicznej.

i dla instalacji:

R'2 - ryzyko straty usługi publicznej.
R'4 - straty wartości ekonomicznej.

Procedury wyboru środków ochrony

Rysunek 1. Procedura wyboru środków ochrony w budynku. Rysunek 2. Procedura wyboru środków ochrony w instalacjach.

Przedstawione powyżej procedury odwołują się do kluczowych w tym procesie wartości ryzyk tolerowanych RT. W tabeli poniżej zestawiono ich typowe wartości.

Tabela 2.

Podane wartości odnoszą się do przypadków w których może nastąpić utrata życia ludzkiego lub społecznych i kulturalnych wartości. Norma dopuszcza ustalenie innych wartości RT w przypadkach odmiennych niż wskazano.
Oszacowanie ekonomicznych aspektów ochrony (R4) następuje poprzez porównanie rocznych kosztów strat pod nieobecność ochrony, ze stratami powstałymi pomimo zastosowanych środków połączonymi z rocznymi kosztami zainstalowanej ochrony.

2.3 LPS - System zwodów izolowanych, zwody odsunięte.

Jednym z ważniejszych aspektów w projektowaniu nowoczesnych instalacji odgromowych staje się kwestia ochrony wyposażenia elektrycznego i elektronicznego znajdującego się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz (na dachu) obiektu. Konsekwentna budowa stref 0B wokół aparatury zewnętrznej, dbałość o zachowanie odstępów iskrobezpiecznych jest warunkiem wykonania efektywnego LPS.

Projektant LPS powinien wybrać i konsekwentnie realizować jeden z podstawowych wariantów wykona-nia instalacji odgromowej. Może to być LPS: izolowany, nie izolowany, kombinowany z obu rodzajów.

W omawianych normach, w arkuszu 3, znajdziemy takie oto stwierdzenie:

[E.5.1.2] "Izolowane LPS-y uzyskuje się albo przez zainstalowanie prętów lub masztów zwodu w sąsiedztwie chronionego budynku albo poprzez zawieszenie napowietrznych przewodów pomiędzy masztami z odstępem iskrobezpiecznym, zgodnie z 6.3.(...)
Izolowany zewnętrzny LPS powinien być zastosowany wtedy, kiedy przepływ prądu piorunowego w po-łączonych wewnętrznych częściach przewodzących może spowodować uszkodzenie budynku lub jego zawartości".

Ponieważ nasze zwody, opisane w katalogu, są uniwersalne i mogą posłużyć do budowy instalacji każdego z wymienionych typów, a zwrot "izolowany LPS" przypisujemy zgodnie z nazwą do "izolowanego systemu odgromowego", nazwaliśmy je dla odróżnienia - odsuniętymi.

2.4. Zwody odsunięte jako korzystniejszy wariant budowy instalacji odgromowych.

Projektant nie ma żadnych ograniczeń w wyborze metody ochrony obiektu. Może zdecydować się na łączenie metalowych urządzeń na dachu bezpośrednio do zwodów instalacji odgromowych i dopuszczać wyładowania bezpośrednio w nie, jeśli będą spełnione wymagania dotyczące grubości detali konstrukcyjnych - vide Tabela 3/PN-EN 62305-3. Jednak w tym przypadku musi liczyć się z pewnymi konsekwencjami wynikającymi z takiej konfiguracji:

Problem bezpośredniego oddziaływania prądu piorunowego.
Wyładowanie piorunowe w obudowę urządzenia spowoduje wystąpienie skutków termiczno-kinetycznych mogących doprowadzić do mechanicznych uszkodzeń, powstania dziur w obudowach oraz uszkodzeń pokryć antykorozyjnych - najczęściej w miejscach nie widocznych, na stykach różnych arkuszy blach.

Problem z budową stref ochronnych LPZ.
Umieszczając urządzenie w strefie 0A zasilane np. kablem ze strefy 2 musimy, zgodnie ze Strefową Koncepcją Ochrony Odgromowej, zaprojektować odpowiednie ochronniki na granicy stref 0A-2. Czynność taką należy powtórzyć dla każdego urządzenia i każdego obwodu zasilania i sterowania. Zapewne koszt takiego rozwiązania zaniepokoi nie jednego Inwestora. Oprócz czynników ekonomicznych projektant musi w tym przypadku zmierzyć się z kolejną niedogodnością, a mianowicie - wprowadzenie kabla z częścią prądu piorunowego do wnętrza obiektu spowoduje indukowanie się przepięć w przewodach biegnących równolegle do niego. W najgorszych przypadkach można się spodziewać również przeskoków iskrowych pomiędzy nimi. Należałoby więc w takim przypadku szczególnie starannie dokonać trasowania kabli na obiekcie lub zaplanować dodatkowe środki ochronne.

Rysunek 3. Problem z rozmieszczeniem stref ochronnych na obiekcie.

Problem z niebezpiecznymi napięciami.
Projektant nie zawsze ma do czynienia z jednokondygnacyjnymi budynkami w których maszyny i urządzenia stoją na siatce ekwipotencjalizacyjnej łączonej krótkimi odcinkami do obudów.

Rysunek 4. Generowanie niebezpiecznych napięć pomiędzy obudowami sąsiednich urządzeń.

Rysunek powyższy pokazuje typowy przypadek w którym urządzenia nr 1 i 2 zasilane z rozdzielnicy RS. Ich obudowy połączono do sieci wyrównawczej w systemie "gwiazda". Z urządzenia nr 1 wyprowadzono na dach wentylator elektryczny do strefy 0A. Z szacunkowych wyliczeń wynika, że w takim układzie połączeń 10 % prądu piorunowego przepływając w kablu zasilającym wygeneruje napięcie impulsowe pomiędzy obudowami urządzeń na poziomie 25-50 kV.

Stosując zwody odsunięte unikniemy większości przedstawionych powyżej problemów.

2.5. Izolacja zewnętrznego LPS.

Rysunek 5. Zwód odsunięty.

Wyznaczenia minimalnego odstępu iskrobezpiecznego "s" możemy dokonać za pomocą następującego wzoru:

gdzie:
d - rzeczywisty odstęp izolacyjny.
s - minimalny odstęp izolacyjny.
L - długość drogi do najbliższego punktu wyrównawczego.
k_i - wsp. zależny od klasy LPS (Tab. 3).
k_c - wsp. zależny od rozpływu prądu.
k_m - wsp. zależny od materiału izolacji (Tab. 4).

Tabela 3.

Tabela 4.

Współczynnik k_c szacowany jest na podstawie geometrycznej konfiguracji zwodów odgromowych, a więc i sposobu rozpływu prądu w przewodach odprowadzających. Jeśli w przewodzie, na jego długości, występują różne wartości prądu płynącego w dół, to odstęp izolacyjny może być sumą odstępów cząstkowych w obliczeniu których uwzględniono specyficzne warunki na danym odcinku:

Obliczanie współczynnika k_c dla różnych układów:

Rysunek 6.

Rysunek 7.

Dla układów trójwymiarowych oszacowanie współczynnika kc jest bardziej skomplikowane, a jego wartość może wahać się od 1 do 1/n (n - ilość przewodów odprowadzających). W tabeli C.1. PN-EN 62305-3 podano typowe wartości k_c, który jak widać zależy dodatkowo od typu zastosowanego na obiekcie uziemienia-A lub B.

Rysunek 8.

Uwaga 1:
W projekcie możemy zastosować inne wartości współczynnika k_c jeśli przeprowadzimy szczegółowe obliczenia uzasadniające wybór.
Uwaga 2:
Proszę zauważyć, że wartości współczynnika k_i w nowej normie zostały pomniejszone o 20 % co zmniejszy o taką samą wartość liczone odstępy iskrobezpieczne.

2.6. Strefy ochronne 0_B.

W nowoczesnych rozwiązaniach instalacji odgromowych wielkość kąta osłonowego nie jest już stałą, jak wcześniej, lecz wartością zmienną zależną od poziomu ochrony odgromowej obiektu oraz od wysokości samego zwodu z którego wyprowadzono strefę ochronną.Takie ujęcie problemu jest konsekwencją naturalnych zachowań rozwijającego się wyładowania i właściwości pewnego szczególnego punktu, zwanego odległością decyzji R_d. Zależność ta opisująca R_d w zależności od prądu wyładowania I_w wyraża się następująco:

Rysunek 9.

Na rysunku powyżej pokazano sposób w jaki odcinek łuku aproksymowany jest poprzez prostą o kącie α . Zależności te budowane przy spełnieniu warunku S1 = S2 pokazano na Rysunku 10. Normy traktują równo-ważnie obie metody, choć oczywistym należy uznać, że metoda "toczącej się kuli" bardziej oddaje rzeczywistość niż przybliżona "metoda stożka". Popularność metody stożka wynika z łatwości operowania przestrzenią dwuwymiarową wobec trójwymiarowej w której operuje kula. W tabeli poniżej zawarto znane już z wcześniejszej normy wielkości promienia kuli w zależności od klasy ochrony.

Tabela 5.

Rysunek 10.

3. Instalacja odgromowa w procesie inwestycyjnym.

Już w poprzedniej wersji norm znajdowaliśmy wiele odniesień do problemu właściwego projektowania i wykonawstwa instalacji odgromowych. Obecne normy serii 62305 kładą duży nacisk na kompetencje osób biorących udział w realizacji inwestycji oraz na właściwą współpracę architekta i wykonawcy budowlanego ze specjalistą w dziedzinie ochrony odgromowej. Już we wstępie do arkusza 3 omawianej normy znajdziemy definicję [3.32, 3.33] określającą, że:
"...projektant (instalator) ochrony odgromowej to osoba o kompetencjach i kwalifikacjach odpowiednich do projektowania (wykonywania) LPS".

Dalej czytamy, że:
LPS powinien zostać zaprojektowany i zainstalowany przez projektantów i instalatorów LPS [E.4.1]. Dokumentacja projektowa, wg. [4.2], powinna zawierać wszystkie konieczne informacje zapewniające prawidłowe wykonanie kompletnej instalacji.
Znana z normy PN-IEC 61312-1 zał. E procedura zwana "Zarządzanie ochroną" została w normie PN-EN 62305-4 rozszerzona o dodatkowe czynności związane ze wstępną i końcową analizą ryzyka. Czynności te należą do kompetencji "Eksperta ochrony odgromowej" - specjalności, która w rzeczywistości nie istnieje.
Wg zapisów normy, nie istniejący Ekspert, powinien brać udział w procesie powstawania budynku od momentu jego planowania, poprzez projektowanie, wykonawstwo do etapu końcowych odbiorów. Udział Eksperta na każdym z etapów powinien polegać na regularnych konsultacjach z właścicielem, architektem, wykonawcą budowlanym, przedstawicielami straży pożarnej, instalatorami systemów elektrycznych i elektronicznych. Jak widać z powyższego, zakres obowiązków Eksperta jest obszerny i w związku z tym będziemy czekać z niecierpliwością na wykreowanie tej specjalności na rynku usług budowlanych.

4. Jakość elementów odgromowych kluczem do długiej eksploatacji instalacji.

Obowiązkiem projektantów i wykonawców LPS jest zbudowanie instalacji z "materiałów odpornych na korozję", a w szczególności zwody powinny "wykazywać dużą odporność na korozję w agresywnej atmosferze i wilgoci".

W naszej ofercie znajdą Państwo elementy dające zupełną pewność, że powyższe zapisy nie będzie trudno wypełnić. Cechy charakterystyczne odnoszące się do jakości naszych elementów, to:

drut odgromowy A 0008 1 - cynkowany ogniowo warstwą ok. 350 g/m2 przy standardowym, spotykanym na rynku pokryciu 40-60 g/m2.
łączniki, obejmy wykonane ze stali nierdzewnej.
iglice, elementy łączące i pośredniczące wykonane ze stopu AlMgSi.
śruby, nakrętki, podkładki wykonane ze stali nierdzewnej.
elementy betonowo-metalowe, takie jak podstawy do iglic odgromowych, wykonane przy użyciu zatopionego w betonie wkładu ze stopu aluminium.
obciążniki wsporników A 2601 9 wykonane z prasowanego betonu o właściwościach kostki brukowej.
elementy łączące z katalogu DEHN+SOHNE.

Jakość prezentowanych elementów wraz ze starannością w projektowaniu detali, skutkującą łatwym montażem i transportem z naszego magazynu na dach, spowoduje, że stosowanie systemu AntyGrom powinno stać się łatwe i pozbawione problemów.

5. Pomoc w doborze i montażu.

Sprawne projektowanie i dobór elementów z katalogu nie powinno nastręczać wielu problemów. Nie mniej staramy się wspierać wszystkich stosujących nasz system - zarówno poprzez porady i konsultacje udzie-lane telefonicznie, jak i poprzez informacje zamieszczane na naszej stronie internetowej.
Ponieważ, nic tak nie przemawia do wyobraźni, jak obserwacje gotowego i zmontowanego systemu, będziemy starać się publikować zdjęcia z kolejnych udanych realizacji.
W dziale Sklep znajdą Państwo nie tylko informacje handlowe ale, również, kompletne dane techniczne elementów i przykłady ich zastosowania.
W dziale Poradnik zamieściliśmy wiele pożytecznych informacji dotyczących budowy instalacji odgromowych w oparciu o system AntyGrom.

Proszę także mieć na uwadze, że wszelkie Wasze uwagi, a szczególnie te krytyczne, są motorem do kolejnych usprawnień systemu AntyGrom!

Wsparcie techniczne, którego udzielaliśmy dotychczas zainteresowanym opierało się w głównej mierze na darmowym oprogramowaniu GromExpert. Ten niewielki program, stworzony w naszej firmie w 2001 roku, ma już ponad 10 000 udokumentowanych użytkowników i do chwili obecnej jest jedynym takim programem na rynku. Pozwala w łatwy sposób obliczać poziom ochrony obiektów oraz jedną z najważniejszych dla projektu rzeczy - odstępy iskrobezpieczne. Z przyjemnością zauważamy, że sposób liczenia tych odstępów wg norm 62305 będzie nadal aktualny - po wprowadzeniu niewielkiej korekty współczynników ki pokazanych w Tabeli 3.
Zmiany wprowadzone przez normy PN-EN 62305 spowodują, że w pewnej części stanie się on nie kompletny. Mamy nadzieję, że starczy nam motywacji, aby w przyszłości uzupełnić go o kilka dodatkowych bloków - min. blok zarządzania ryzykiem.