Uproszczony projekt instalacji piorunochronnej budynku hali produkcyjnej
Hala produkcyjna z częścią biurową (zdj. ilustracyjne). Fot. Jano.com.pl
Publikacja przedstawia szkic projektu wykonania instalacji piorunochronnej dla przykładowego budynku hali produkcyjnej, który zawiera następujące elementy: podstawę opracowania, opis stanu istniejącego, opis techniczny, obliczenia oraz uwagi końcowe.
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) – traci ważność z dniem 21.09.2026.
- Wieloarkuszowa norma PN-EN 62305-1;2;3;4: 2011; 2008; 2011; 2011 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 budynkiem hali produkcyjnej z częścią biurową i socjalną. Wymiary budynku wynoszą 60x20x6/10 m. Jest on położony na przedmieściach, w otoczeniu niskiej zabudowy. Projektowany budynek nie jest budynkiem zabytkowym, przez co nie występuje ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego. Występuje natomiast zagrożenie dla środowiska – powodowane przez substancje stanowiące surowiec produkcyjny. Uderzenie pioruna w budynek może spowodować zagrożenie dla życia ludzkiego, 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 części produkcyjnej budynku wystają wentylatory dachowe.
Zasilanie budynku jest realizowane linią kablową wyprowadzoną ze stacji transformatorowej położonej na terenie przedsiębiorstwa. Źródłem zasilania awaryjnego jest zespół prądotwórczy zainstalowany w wydzielonym pomieszczeniu budynku.
Na budynku brak jest jakichkolwiek anten. Łączność oraz dostawa usług internetowych odbywa się z wykorzystaniem sieci telefonii komórkowej. W pobliżu budynku nie występują żadne drzewa.
Rezystywność gruntu w miejscu projektowanego posadowienia budynku ustalona w wyniku pomiaru metodą Wennera wynosi ρ = 300 [Ω•m]. Budynek jest położony w terenie znajdującym się poniżej szerokości geograficznej 51°30' (linia łącząca Głogów z Puławami), co pozwala na przyjęcie średniorocznej gęstości wyładowań piorunowych Ng = 2,5 [1/km2/rok]. Plan lokalizacji obiektu przedstawia rysunek 1.
Rys. 1. Plan sytuacyjny, rys. J. Wiatr
Opis techniczny
Zgodnie z zaleceniami Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej SEP (PKOO), zostanie przyjęty III poziom ochrony i ryzyko obliczone zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-2:2008, którego wartość obliczona 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 15 m. Wystające ponad dach wentylatory dachowe należy chronić za pomocą zwodów pionowych połączonych galwanicznie z siatką zwodów poziomych. Powierzchnię zbierania wyładowań przez budynek oraz jego pobliże wyznaczone w odległości 250 m od obrysu budynku przedstawia rysunek 2.
Rys. 2. Pole powierzchni zbierania wyładowań, rys. J. Wiatr
Plan rozmieszczenia zwodów poziomych i pionowych, stref ochronnych utworzonych przez zwody pionowe oraz rozmieszczenia uziomów przedstawia rysunek 3.
Rys. 3. Plan instalacji piorunochronnej oraz uziemienia odgromowego budynku hali, rys. J. Wiatr, M. Orzechowski
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 ruchach osłonowych ∅ 50 o grubości ścianki nie mniejszej od 5 mm, odpornych na działanie promieni UV. Uziom odgromowy należy wykonać jako kombinowany przez pogrążenie prętów ∅ 16 pokrywanych warstwą Cu i połączyć taśmą Fe-Zn 30x4 układaną na głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu. Dolny koniec uziomów pionowych należy pogrążać do głębokości 8 m, a górny do głębokości 1 m poniżej poziomu gruntu (rys. 3.). Łączenia uziomu poziomego z uziomami pionowymi należy zabezpieczać przed korozją. Na budynku należy zamieścić tablice ostrzegawcze zawierające napis: „ZAKAZ PRZEBYWANIA NA PLACU ORAZ W POBLIŻU BUDYNKU PODCZAS BURZY”.
Obliczenia
Ocena ryzyka szkód piorunowych
Zgodnie z wymaganiami PN-EN 62305, należy wyznaczyć ryzyko szkód piorunowych dla utraty życia ludzkiego (L1) oraz utraty wartości ekonomicznej obiektu i jego zawartości (L4). Wyniki obliczeń zostały przedstawione w tabeli 1.
Tab. 1. Czynniki wpływające na komponenty ryzyka oraz ich wartość
Uwaga!
R1 > 1,02•10–4 > RT = 10–5 natomiast R4 = 1,23•10–3 > RT = 10–3, przez co należy uznać zagrożenie występujące podczas burzy jako duże. Analiza uzyskanych wyników potwierdza poprawność przyjęcia III 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.
Położenie obiektu
a) aktywność burzowa w terenie dyslokacji budynku: Ng = 2,5 1/km2/rok,
b) wymiary obiektu: L = (45+15) = 60 m; W = 20 m; H1 = 7 m/H = 10 m,
c) pole powierzchni zbierania wyładowań (rys. 2.):
Współczynniki:
- położenia: Cd = 1
- środowiska: Ce = 0,5
- transformatora: Ct = 0,2
d) średnioroczna liczba groźnych zdarzeń powstałych wskutek wyładowania bezpośrednio w obiekt:
e) ryzyko związane z utratą życia ludzkiego oraz uszkodzeniem obiektu:
f) pozostałe komponenty ryzyka (linia kablowa zasilająca obiekt o długości 40 m):
g) ocena ryzyka pod kątem utraty wartości ekonomicznej:
h) otoczenie obiektu podlegającego ochronie:
Po wprowadzeniu uproszczenia polegającego na przyjęciu największej wysokości budynku: część biurowo-socjalna, pole powierzchni Am wyniesie:
i) średnioroczna liczba groźnych zdarzeń powstałych wskutek wyładowania w pobliżu obiektów oraz pozostałe komponenty ryzyka:
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 linie spowoduje awarie układów wewnątrz obiektu, w [-],
Lt, Lf, Lo, LW, LZ, 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 51º30', 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],
R0 – odległość od budynku określająca granicę jego otoczenia, w [m].
Wymagany odstęp izolacyjny dla zwodów pionowych chroniących wentylatory dachowe
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.
Rys. 4. Sposób obliczenia współczynnika kc, rys. J. Wiatr
Kolejne wartości tego współczynnika – przy założeniu, że do kolejnego odcinka drogi spływu prądu piorunowego wpływa połowa prądu płynącego w poprzednim odcinku (rys. 4.) – wyniosą:
gdzie:
n – liczba przewodów odprowadzających, w [-],
ki – współczynnik uzależniony od klasy LPS, w [-],
kci – współczynniki uzależnione od rozpływu prądów w LPS, w [-],
km – współczynnik uzależniony od materiału izolacyjnego, w [-],
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 wynoszący 1 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 30x4.
Rezystancja pojedynczego uziomu pionowego:
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
1. Po wykonaniu instalacji piorunochronnej należy sprawdzić ciągłość połączeń oraz zmierzyć rezystancję uziemienia.
2. Miejsca połączeń uziomów pionowych z uziomem poziomych należy zabezpieczyć przed korozją.
3. Złącza kontrolne należy instalować maks. 0,1 m nad rurą ochronną instalowaną na przewodach odprowadzających.
_______________
*) Norma, decyzją prezesa PKN, została zastąpiona normami PN-EN 62305:2025 w języku angielskim. Ponieważ zgodnie z Ustawą o normalizacji (Dz.U. z 2015 roku poz. 1483) w aktach prawnych, do obowiązkowego stosowania, można przywołać normy dostępne w języku polskim, stan prawny pozostaje bez zmian. Obowiązują normy serii PN-EN 62305 w językupolskim.
