Uproszczony projekt instalacji piorunochronnej jednostki ochrony przeciwpożarowej
Instalacja piorunochronna na dachu budynku (zdj. ilustracyjne), fot. ElektroX Instalacje odgromowe/FB
Prezentujemy uproszczony projekt instalacji piorunochronnej w budynku, który jest odosobnionym budynkiem jednostki ochrony przeciwpożarowej.
Podstawa opracowania
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: Dz.U. z 2022 roku poz. 1225 z późniejszymi zmianami).
- Wieloarkuszowa norma PN-EN 62305-1; 2; 3; 4:2011; 2012 Ochrona odgromowa.
- Projekt branży konstrukcyjno-architektonicznej oraz plan zagospodarowania terenu.
- Projekt wentylacji.
- Wizja lokalna w terenie oraz uzgodnienia z inwestorem.
- Uzgodnienie z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. oraz rzeczoznawcą ds. bhp.
Opis stanu istniejącego
Projektowany budynek jest odosobnionym budynkiem jednostki ochrony przeciwpożarowej. Wymiary budynku zostały określone na rysunku 1.
Rys. 1. Powierzchnia strefy zbierania wyładowań piorunowych, rys. J. Wiatr
Projektowany budynek nie jest budynkiem zabytkowym, przez co nie występuje ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego. Uderzenie pioruna w budynek może spowodować zagrożenie życia ludzkiego 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 znajdują się wentylatory dachowe i kominy, wystające ponad dach do wysokości 1,5 m. Na budynku nie przewiduje się instalacji jakichkolwiek anten.
Zasilanie budynku jest realizowane linią kablową wyprowadzoną z rozdzielnicy stacji transformatorowej SN/nn, oddalonej 300 m od budynku. Linia kablowa zasilania obiektu stanowi obwód specjalny. W wydzielonym pomieszczeniu agregatorni znajduje się zespół prądotwórczy przeznaczony do awaryjnego zasilania obiektu w przypadku przerwy w dostawie energii elektrycznej z systemu elektroenergetycznego.
W pobliżu budynku nie występują żadne drzewa, których wysokość należy uwzględnić przy obliczeniach ryzyka. 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: 51º30’ (jako granicę uznaje się linię łączącą Głogów z Puławami), co pozwala na przyjęcie średniorocznej gęstości wyładowań piorunowych Ng = 1,8 [1/km2/a].
Opis techniczny
Zgodnie z zaleceniami Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej SEP (PKOO – zalecenia te stanowiły bardzo cenny materiał, którego publikacji PKOO SEP zaniechał ze względu na nagminne pomijanie przez projektantów obliczeń w zakresie analizy ryzyka) zostanie przyjęty II poziom ochrony i obliczone ryzyko, zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-2:2011, którego wartość stanowi podstawę oceny przyjętego wstępnie poziomu ochrony.
Ochronę budynku należy wykonać z wykorzystaniem siatki zwodów poziomych, układanych nad powierzchnią dachu, mocowanych do podstawek przytwierdzanych do dachu. Oko siatki zwodów nie może przekraczać 10 m.
Wystające ponad dach wentylatory dachowe należy chronić za pomocą zwodów pionowych o wysokości 2,5 m, połączonych galwanicznie z siatką zwodów poziomych. Plan rozmieszczenia zwodów poziomych i pionowych oraz stref ochronnych utworzonych przez zwody pionowe przedstawia rysunek 2.
Rys. 2. Metodyka wyznaczania powierzchni zbierania piorunów przez obiekt, rys. J. Wiatr
Przewody odprowadzające wykonane z drutu Fe-Zn ∅8 należy mocować do ścian zewnętrznych budynku z wykorzystaniem uchwytów. Przewody odprowadzające od wysokości min. 2 m nad poziomem gruntu do głębokości 0,5 m poniżej poziomu gruntu należy prowadzić w nieprzewodzących rurach osłonowych ∅50 i grubości ścianki nie mniejszej niż 5 mm, odpornych na działanie promieni UV. Uziom odgromowy należy wykonać jako kombinowany przez pogrążenie prętów ∅16 pokrywanych warstwą Cu o grubości nie mniejszej niż 0,1 mm i połączyć taśmą Fe-Zn 30×4, układaną na głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu. Dolny koniec uziomów pionowych należy pogrążać do głębokości 5 m, a górny do głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu. Na budynku należy zamieścić tablice ostrzegawcze zawierające napis: „ZAKAZ PRZEBYWANIA W POBLIŻU BUDYNKU PODCZAS BURZY”.
Obliczenia
Powierzchnie zbierania wyładowań:
- bezpośrednio trafiających w obiekt Ad:
Wyznaczenie powierzchni Ad zbierania piorunów przy wyładowaniu bezpośrednim w obiekt:
Metodykę wyznaczania powierzchni zbierania Ad oraz wyniki pozostałych obliczeń przedstawiają rysunek 1. oraz rysunek 2.
- trafiających w pobliże obiektu:
Powierzchnia zbierania wyładowań w pobliżu obiektu Am, ze względu na nieznaczny błąd w kierunku dodatnim, do wyznaczania powierzchni została przyjęta figura w kształcie prostokąta o długości boku wynoszącej 30 m. Powierzchnia zbierania Am jest wyznaczona przez linę oddaloną od przyjętego umownego obrysu obiektu w odległości 250 m:
Ryzyko szkód piorunowych
Zgodnie z wymaganiami PN-EN 62305-2:2011, należy wyznaczyć ryzyko szkód piorunowych dla utraty życia ludzkiego (L1), utraty usługi publicznej (L2) oraz utraty wartości ekonomicznej obiektu i jego zawartości (L4). Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 1.
Tab. 1. Czynniki wpływające na komponenty ryzyka oraz ich wartość
Ryzyko dla straty L1 (utrata życia ludzkiego) oraz jego komponenty
- komponent RA:
- komponent RB:
- komponent Ru:
- komponent RV:
Ryzyko R1:
Ryzyko dla straty L2 (utrata usługi publicznej) oraz jego komponenty:
- komponent RB:
- komponent RC:
- komponent RM:
- komponent RV:
- komponent RW:
- komponent RZ:
Ryzyko R2:
Ryzyko dla straty L4 (utrata wartości ekonomicznej) oraz jego komponenty:
- komponent RB:
- komponent RC:
- komponent RM:
- komponent RV:
- komponent RW:
- komponent RZ:
Ryzyko R4:
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 awarie układów wewnątrz obiektu, w [-],
RW – prawdopodobieństwo, że wyładowanie w linię 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],
Nd – średnia roczna liczba groźnych zdarzeń wskutek wyładowań w obiekt,
Ng – gęstość piorunowych wyładowań doziemnych dla terenów o szerokości geograficznej powyżej 510°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],
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].
Uwaga! Analiza uzyskanych wyników potwierdza poprawność przyjęcia II stopnia ochrony, zgodnie z zaleceniami PKOO SEP. W celu zmniejszenia zagrożenia w instalacjach elektrycznych oraz sygnalizacyjnych należy zainstalować ograniczniki przepięć typu III, oprócz standardu dwustopniowej ochrony przepięciowej. W złączu kablowym budynku należy zainstalować ogranicznik przepięć typu I.
Wymagany odstęp izolacyjny dla zwodów pionowych chroniących wentylatory dachowe (dla najmniej korzystnego przypadku):
Przy uderzeniu pioruna w zwód pionowy, najkrótsza droga spływu prądu piorunowego to odcinki: l1 – l2 – l3 – l4. Prądy płynące w poszczególnych odcinkach drogi przepływu do ziemi, przy uderzeniu w zwód pionowy, wyniosą:
ponieważ współczynnik kc oznacza stosunek wartości części prądu piorunowego w danym przewodzie do całkowitej wartości tego prądu.
Kolejne wartości tego współczynnika – przy założeniu, że do kolejnego odcinka drogi spływu prądu piorunowego wpływa połowa prądu płynącego w poprzednim odcinku (rys. 3.) – wyniosą:
gdzie:
ki – współczynnik uzależniony od klasy LPS, w [-],
kci – współczynniki uzależnione od rozpływu prądów w LPS, w [-],
km – współczynnik uzależniony od materiału izolacyjnego, w [-],
h=l1 – wysokość zwodu pionowego, w [m],
l2 – długość przewodu łączącego zwód pionowy ze zwodem poziomym, w [m],
l3 – długość zwodu poziomego od miejsca połączenia przewodu łączącego ze zwodem pionowym do przewodu odprowadzającego, w [m],
l4 – długość przewodu odprowadzającego, w [m],
Odstęp zwodu pionowego od wentylatora dachowego oraz komina wynoszący 2,5 m (rys. 3.) należy uznać za wystarczający.
Rezystancja uziemienia
Uziom zostanie wykonany jako uziom kombinowany przez pogrążenie uziomów pionowych i połączenie ich taśmą Fe-Zn 30×4 (dolna krawędź uziomu pionowego na głębokości 5 m poniżej poziomu gruntu; górna krawędź uziomu pionowego 1 m poniżej poziomu gruntu – głębokość ta stanowi poziom ułożenia uziomu poziomego).
Spodziewana rezystancja pojedynczego uziomu pionowego (przy pogrążeniu górnego końca pręta ziemnego co najmniej 0,6 m poniżej powierzchni gruntu):
Spodziewana rezystancja wypadkowa uziemienia odgromowego:
gdzie:
ρ – rezystywność gruntu, w [Ω•m],
R1 – spodziewana rezystancja pojedynczego uziomu pionowego, w [Ω],
Rw – spodziewana rezystancja wypadkowa uziemienia, w [Ω],
L – długość uziomu pionowego, w [m],
k – współczynnik progresji, w [-].
Należy uznać, że projektowany uziom kombinowany spełni wymagania norm.
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.
- Złącza kontrolne, wykonane z materiałów nieprzewodzących, należy instalować w masie gruntu w odległości 1 m od obrysu budynku.
- Przed przekazaniem do eksploatacji należy wykonać metrykę urządzenia piorunochronnego, do której należy dołączyć protokoły z pomiarów rezystancji uziemienia oraz badania ciągłości połączeń projektowanej instalacji.
