Uproszczony projekt instalacji piorunochronnej wolno stojącego budynku magazynu mps
Tym razem w cyklu e.projekt przedstawiany jest uproszczony projekt budynku magazynu paliw i smarów wymagający w opracowaniu uwzględnienia specyfiki szczególnych zagrożeń eksploatacyjnych wymienionych w tekście.
M. Jarosz
Przedstawiamy założenia do zrealizowania uproszczonego projektu instalacji piorunochronnej dla wolno stojącego budynku magazynu paliw i smarów [mps]. W publikacji autor przytacza podstawę opracowania, opis stanu technicznego obiektu, opis techniczny wykonania projektu wraz z obliczeniami zgodny z przywołanymi normami, określenie rezystancji uziemienia, a także obliczenia mechaniczne przęsła zwodu poziomego.
Zobacz także
SKLEP RTV EURO AGD Domek letniskowy - wszystko, co powinno się w nim znaleźć, aby dobrze wypoczywać
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek,...
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek, by móc korzystać również ze wszystkich zdobyczy techniki? Co powinno się w nim znaleźć, aby cieszyć się zarówno ciszą, jak i rozrywką?
archon.pl Dom tani w budowie - jaki powinien być idealny projekt?
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb...
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb domowników, do uwarunkowań działki oraz przepisów lokalnego prawa, a także mieścił się w przeznaczonym na inwestycję budżecie. Pracownia ARCHON+ proponuje różnorodne gotowe projekty domów parterowych, projekty domów z poddaszem użytkowym, piętrowe, wśród których dostępne są interesujące projekty...
mgr inż. Julian Wiatr Uproszczony projekt układu zasilania kompleksu wypoczynkowego z wykorzystaniem zespołu prądotwórczego o mocy 45 kVA
Kontynuujemy prezentację uproszczonego projektu układu zasilania kompleksu wypoczynkowego z wykorzystaniem zespołu prądotwórczego o mocy 45 kVA – w kolejnej części przedstawiamy projekt zasilania oświetlenia...
Kontynuujemy prezentację uproszczonego projektu układu zasilania kompleksu wypoczynkowego z wykorzystaniem zespołu prądotwórczego o mocy 45 kVA – w kolejnej części przedstawiamy projekt zasilania oświetlenia terenu.
Podstawa opracowania
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 roku, w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: DzU z 2015 roku, poz. 1422).
- Wieloarkuszowa norma PN-EN 62305-1; -2; -3; -4:2008; 2009 Ochrona odgromowa.
- Katalog do projektowania linii napowietrznych nn, opracowanie Energoprojekt Poznań.
- Projekt branży konstrukcyjno-architektonicznej oraz plan zagospodarowania terenu.
Opis stanu istniejącego
Projektowany budynek jest odosobnionym budynkiem magazynu paliw i smarów (mps).
W budynku funkcjonuje wentylacja mechaniczna, dzięki czemu nie jest on kwalifikowany jako zagrożony wybuchem.
Wymiary budynku wynoszą 20x12x4 m.
Jest on położony na lotnisku, z dala od innych obiektów infrastruktury lotniskowej.
Obiekty tego typu zgodnie z zaleceniami Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej wymagają co najmniej II poziomu ochrony odgromowej. Uderzenie pioruna w budynek może spowodować pożar, zagrożenie życia ludzkiego, wybuch lub przebicie instalacji elektrycznej.
Projektowany budynek nie jest budynkiem zabytkowym, dlatego nie występuje ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego.
Uderzenie pioruna w budynek może spowodować zagrożenie życia ludzkiego, wybuch lub pożar, uszkodzenie instalacji elektrycznej oraz awarię zainstalowanych w nim urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Źródłem zagrożeń może być również uderzenie pioruna w pobliżu budynku.
Za otoczenie budynku należy uznać obrys w odległości 250 m od jego konturów.
Nad stropem budynku wystają wentylatory dachowe. Nad wentylatorami tworzy się kula oparów produktów ropopochodnych o promieniu 1,5 m, tworząca strefę 2. zagrożenia wybuchem.
Zasilanie budynku jest realizowane linią kablową wyprowadzoną z rozdzielnicy stacji transformatorowej SN/nn, oddalonej od budynku o 400 m.
Na budynku brak jest jakichkolwiek anten. W pobliżu budynku nie występują żadne drzewa. Rezystywność gruntu w miejscu projektowanego posadowienia budynku ustalona w wyniku pomiaru metodą Wennera wynosi ρ = 200 Ω·m.
Budynek jest położony w terenie znajdującym się powyżej szerokości geograficznej 51°30’ (jako granicę uznaje się linię łączącą Głogów z Puławami), co pozwala na przyjęcie średniorocznej gęstości wyładowań piorunowych Ng = 1,8 [1/km2/rok].
Opis techniczny
Zgodnie z zaleceniami Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej SEP (PKOO) zostanie przyjęty II poziom ochrony i obliczone ryzyko zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-2:2008, którego wartość stanowi podstawę oceny przyjętego wstępnie poziomu ochrony. Ochronę budynku należy wykonać z wykorzystaniem zwodu poziomego izolowanego rozwieszanego nad budynkiem i mocowanego do słupów wirowanych o długości 15 m. Przęsło odgromowe rozwieszane pomiędzy słupami należy wykonać przewodem AFl 6-70 (średnica przewodu wynosi 11,6 mm2 – podstawa: norma PN‑74/E 90083). Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa. Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia, należy przyjąć kąt ochrony 50°. Profil przęsła zwodu odgromowego oraz kąty ochrony i przebieg uziomu poziomego, oraz uziomów pionowych przedstawia rys. 2: rys. 2a, rys. 2b, rys. 2c, rys. 2d, rys. 2e.
Przewody odprowadzające wykonane z drutu Fe-Zn Ø 8 należy mocować do słupów nośnych zwodu poziomego i wprowadzić do złączy kontrolnych posadowionych w gruncie.
Uziom odgromowy należy wykonać jako kombinowany przez pogrążenie prętów uziomowych F 16 pokrywanych warstwą Cu. Dolny koniec uziomów pionowych pogrążać do głębokości 7 m, a górny do głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu (rys. 2: rys. 2a, rys. 2b, rys. 2c, rys. 2d, rys. 2e). Uziomy pionowe należy połączyć taśmą Fe-Zn 30x4 układaną na głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu.
Przewody odprowadzające należy połączyć z uziemieniem odgromowym poprzez złącza kontrolne instalowane w gruncie i chronić od głębokości 0,3 m poniżej poziomu gruntu do wysokości 2,5 m nad poziomem gruntu od uszkodzeń mechanicznych w nieprzewodzących rurach o grubości ścianki nie mniejszej niż 5 mm. W rejonie obiektu należy zamieścić tablice ostrzegawcze zawierające napis:
Uwaga! ZAKAZ PRZEBYWANIA W OBIEKCIE ORAZ W JEGO POBLIŻU PODCZAS BURZY!
Obliczenia
Całkowite ryzyko, na jakie narażony jest budynek, związane jest z utratą życia ludzkiego (typ straty L1: ryzyko R1) oraz fizycznym uszkodzeniem obiektu (typ straty L4: ryzyko R4). Czynniki wpływające na komponenty ryzyka wyznaczone na podstawie normy PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa. Część 2: Zarządzanie ryzykiem, zostały przedstawione w tabeli 1 (patrz: str. 3)
Ryzyko dla straty L1 (utrata życia ludzkiego):
LA = ra · Lt = 10-4 · 10-2 = 10-6
Ad = L · W + 6 · H · (L + H) + 9 · π · H2 = 20·12 + 6·4·(20+12) +9·π·42≈1460m2
Am= π · Ro2 + 2 · Ro · (L + W) = 3,14·2502 + 2·250·(20+12) 212250 m2
ND = Ng · Ad · Cd · 10-6 = 1,8·1460·1·10-6 =26,28·10-4
NM = Ng · (Am - Ad · Cd) · 10-6 = 1,8·(212250 - 1460·1)·10-6 ≈ 38·10-2
PA = 0,1
RA = ND · PA · LA = 26,28·10-4·0,1·10-6 = 2,63·10-10
LB = rp · rf · hz · Lf = 0,2·1·20·0,01 = 0,04
PB = 0,05
RB = ND · PB · LB = 26,28·10-4·0,05·0,04 = 52,56·10-7
LC = L0 = 0,1
PC = 0,02
RC = ND · PC · LC = 26,28·10-4·0,02·0,1=52,56·10-7
LM = L0=0,1
PM = 0,02
RM = NM · PM · LM = 38·10-2·0,1 = 76·10-5
LV = LB = 0,1
A1 = [LC - 3 · (Ha + Hb)] · = [400 - 3 · (4+6)] · = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·0,2·10-6 = 24·10-4
PV = 0,02
RV(zasil) = (NL + NDa) · PV · LV = (24·10-4+0)·0,02·0,04 = 19,2 · 10-7
LW = L0 = 0,1
PW = 0,02
RV(zasil) = (NL + NDa) · RW · LW = (24·10-4 + 0)·0,02·0,1 = 5,8·10-5
LZ = L0 = 0,1
PZ = 0,02
A1 = [LC - 3 · (Ha + Hb)] · = [400-3·(4+6)· = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·0,2·10-6 = 24·10-4
N = Ng · Ai · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·141421·1·0,2·10-6 = 51·10-3
RZ = (N - NL) · PZ · LZ = (51·10-3 -24·10-4)·0,02·0,1 = 9,72·10-5
Ryzyko dla straty L4 (utrata wartości ekonomicznej obiektu i jego zawartości):
LB = rp · rf · hz · Lf = 0,2·1·20·0,1 = 0,4
PB = 0,05
RB = ND · PB · LB =26,28·10-4·0,05·0,4 = 52,56·10-6
LC + L0 = 0,1
PC = 0,02
RM = NM · PM · LM = 38·10-2·0,02·0,1 = 76·10-5
LU = ru · Lt = 10-2·10-2 = 10-4
PU = 0,02
A1 = [LC - 3 · (Ha = Hb)] · = [400-3·(4+6)]· = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·0,2·10-6 = 24·10-4
RU(zasil) = (NL +NDa) · PU · LU = (24·10-4-0)·0,02·10-4 = 4,8·10-9
LV = LB = 0,04
PV = 0,02
A1 = [LC - 3 · (Ha + Hb)] · = [400-3·(4+6)]· = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·0,2·10-6 = 24·10-4
RV(zasil) = (NL + NDa) · PV · LV = (24·10-4 + 0)·0,02·0,04 = 19,2·10-7
LZ = L0 = 0,1
PZ = 0,02
A1 = [LC - 3 · (Ha + Hb)] · = [400-3·(4+6)]· = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·0,2·10-6 = 24·10-4
N1 = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·141421·1·0,2·10-6 = 51·10-3
LW = L0 = 0,1
PW = 0,02
A1 = [LC - 3 · (Ha + Hb)] · = [400-3·(4+6)]· = 6646 m2
NL = Ng · A1 · Ce · Ct · 10-6 = 1,8·6646·1·02·10-6 = 24·10-4
RW = (NL + NDa) · PW · LW = (24·10-4 + 0)·0,02·0,1 = 4,8 ·10-6
gdzie:
ra – współczynnik redukcji utraty życia ludzkiego, zależny od rodzaju gruntu lub podłogi, w [-],
Lt – strata, jaka może powstać wskutek porażenia przy napięciach dotykowych i krokowych, dla osób na zewnątrz budynku, w [-],
PA – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w obiekt spowoduje porażenie istot żywych, w przypadku braku ochrony, w [-],
PB – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w obiekt spowoduje uszkodzenie fizyczne obiektu, przy braku ochrony, w [-],
PC – prawdopodobieństwo, że trafienie w obiekt spowoduje uszkodzenie urządzeń zainstalowanych wewnątrz obiektu, w [-],
PU – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w pobliżu obiektu spowoduje uszkodzenie fizyczne, w [-],
PV – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w pobliżu obiektu spowoduje porażenie istot żywych, w [-],
PZ – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w pobliżu linii spowoduje awarię układów wewnątrz obiektu, w [-],
RW – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w linie spowoduje awarie układów wewnątrz obiektu, w [-],
Lt; Lf; Lo; LW; LZ; LW; LV – wartości strat, jakie mogą powstać, w [-],
ra; ru – współczynniki redukcji zależne od rodzaju powierzchni gruntu lub podłogi, w [-],
rp – współczynnik zależny od zastosowanych środków przeciwpożarowych, w [-],
rf – współczynnik określający niebezpieczeństwo pożarowe obiektu, w [-],
RM – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w pobliżu obiektu spowoduje awarie układów wewnątrz obiektu, w [-],
hz – współczynnik zwiększający możliwe straty związane z uszkodzeniem fizycznym, gdy występuje specjalne zagrożenie, w [-],
rp – współczynnik redukcji w zależności od środków służących ograniczeniu skutków pożaru przy braku środków ochrony, w [-],
rf – wartość współczynnika redukcji w zależności od niebezpieczeństwa pożarowego obiektu przy zwykłym zagrożeniu pożarowym, w [-],
Lf – strata wskutek uszkodzenia fizycznego, w [-],
Ad – równoważna powierzchnia zbierania wyładowań, w [m2],
Am – powierzchnia zbierania wyładowań trafiających w pobliżu obiektu, w [m2],
L – długość obiektu, w [m],
W – szerokość obiektu, w [m],
H – wysokość obiektu, w [m],
Nd – średnia roczna liczba groźnych zdarzeń wskutek wyładowań w obiekt,
Ng – gęstość piorunowych wyładowań doziemnych, dla terenów o szerokości geograficznej powyżej 51°30’, w [1/km2/rok],
Nm – średnia roczna liczba groźnych zdarzeń powstających wskutek wyładowań w pobliżu obiektu podlegającego ochronie,
Cd – współczynnik położenia obiektu, w [-],
Ce – współczynnik środowiskowy, w [-],
Ct – współczynnik transformatora, w [-],
Ai – powierzchnia wyładowań trafiających w pobliżu urządzenia usługowego (linia zasilająca), w [m2],
A1 – powierzchnia wyładowań trafiających w urządzenie usługowe (linia zasilająca), w [m2],
NL – średnia roczna liczba groźnych zdarzeń wskutek wyładowań w linię dochodzącą do obiektu, w [1/km2/rok],
N1 – średnia roczna liczba groźnych zdarzeń wskutek wyładowań w pobliżu linii dochodzącej do obiektu, w [1/km2/rok],
R1 – ryzyko utraty życia ludzkiego,
R4 – ryzyko utraty wartości ekonomicznej,
L1 – straty związane z utratą życia ludzkiego,
L4 – strata związana z utratą wartości ekonomicznej obiektu i jego zawartości,
S1 – bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt,
S2 – wyładowanie w pobliżu obiektu,
S3 – wyładowanie w urządzenie usługowe (linia doprowadzona do obiektu),
S4 – wyładowanie w pobliżu urządzenia usługowego,
D1 – szkoda wywołana przez napięcie dotykowe lub krokowe,
D2 – uszkodzenie mechaniczne, termiczne, chemiczne, pożar, wybuch itp.,
D3 – awarie systemów elektrycznych i elektronicznych,
R0 – odległość od budynku określająca granicę jego otoczenia, w [m].
Rezystancja uziemienia
Uziom zostanie wykonany jako uziom kombinowany, przez pogrążenie uziomów pionowych i połączenie ich taśmą Fe-Zn 30X4.
Rezystancja pojedynczego uziomu pionowego:
Rezystancja wypadkowa uziemienia odgromowego:
gdzie:
r – rezystywność gruntu, w [W·m],
R1 – spodziewana rezystancja pojedynczego uziomu pionowego, w [W],
Rw – spodziewana rezystancja wypadkowa uziemienia, w [W],
l – długość uziomu poziomego, w [m],
k – współczynnik progresji, w [-].
Należy uznać, że projektowany uziom kombinowany spełni wymagania norm.
Obliczenia mechaniczne przęsła zwodu poziomego
Obliczenia zwisu oraz naprężeń dla przewodu AFl 6-70 rozwieszonego bez rozciągania pomiędzy słupami na wysokości 11,9 m (rys. 2: rys. 2a, rys. 2b, rys. 2c, rys. 2d, rys. 2e):
a = 33
β = 13,28 · 10-12 [1/Pa]
gl = 2,771 [kN/km]
S = 70 [mm2] = 70 · 10-6 [m2]
≈ 1225 N = 1,3 kN
≈ 18,6 MPa
≈0,04 · 106 N/m3 = 39,6 kN/m3
≈ 0,24 m = 24 cm
gdzie:
a – rozpiętość przęsła, w [m],
S – przekrój przewodu, w [mm2],
F – naciąg przewodu, w [kN],
gv – ciężar właściwy objętościowy, w [kN/m3],
gl – ciężar właściwy liniowy, w [kN/m],
fm – zwis, w [cm],
δGx – naprężenie, w [MPa],
β – współczynnik wydłużenia sprężystego, w [1/Pa].
Przyjmując II poziom ochrony, przy wysokości 11,9 m zawieszenia zwodu poziomego, należy zgodnie z normą PN-EN 62305 przyjąć kąt ochrony a=500. Powoduje to, że cały obiekt mps znajdzie się w strefie ochronnej wyznaczonej przez przęsło poziome rozwinięte na wysokości 11,9 m pomiędzy dwoma słupami o długości 15 m zakotwionymi w ziemi na głębokości 3,1 m (rys. 2: rys. 2a, rys. 2b, rys. 2c, rys. 2d, rys. 2e).
Tab. 1. Czynniki wpływające na komponenty ryzyka oraz ich wartość. Na wartość tego ryzyka główny wpływ ma powierzchnia zabierania w pobliżu chronionego obiektu (rys. 1.) oraz powierzchnia zbierania w pobliżu linii zasilającej budynek w energię elektryczną.
Uwagi końcowe
- Po wykonaniu instalacji piorunochronnej należy sprawdzić ciągłość połączeń oraz zmierzyć rezystancję uziemienia.
- Miejsca połączeń uziomów pionowych z uziomem poziomym należy zabezpieczyć przed korozją.
- Przewody odprowadzające należy mocować do słupów w odstępach nie większych niż 1,2 m.
- Montaż przęsła zwodu poziomego należy wykonać zgodnie z wymaganiami „Katalogu linii napowietrznych niskiego napięcia”, opracowanie Energoprojekt Poznań.