Błędy w projektowaniu i wykonawstwie urządzeń piorunochronnych

Kiedyś zaprojektowanie i wykonanie zewnętrznej ochrony odgromowej nie stanowiło wielkiego wyzwania. Obecnie poprawne zaprojektowanie i wykonanie instalacji piorunochronnej staje się coraz bardziej skomplikowane.

Coraz bardziej wzrastają wymagania dotyczące estetyki jej wykonania, trwałości oraz pewności działania podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany. Ochrona odgromowa to nie tylko ochrona przed pożarem, ale także ochrona przed wnikaniem części prądu pioruna do instalacji wewnątrz obiektu i możliwością uszkodzenia urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Pomimo wzrostu świadomości wśród projektantów i wykonawców częste są jeszcze przypadki lekceważenia podstawowych zagadnień ochrony odgromowej oraz traktowania wykonawstwa instalacji piorunochronnej jako sprawy prostej, niewymagającej praktycznie żadnego przygotowania i doświadczenia.

Zasadniczy błąd koncepcyjno montażowy - antena umieszczona wyżej niż zwód pionowy który powinien ją chronić

Fot. 1. Zasadniczy błąd koncepcyjno montażowy – antena umieszczona wyżej niż zwód pionowy który powinien ją chronić.

Podstawowe przyczyny

Jako podstawowe przyczyny takiej niefrasobliwości można przytoczyć:

* przekonanie, że w naszej strefie klimatycznej prawdopodobieństwo bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany jest niewielkie, a tym samym stosunkowo rzadko następuje ocena pracy projektanta (poprawność przyjętego rozwiązania) i wykonawcy (jakości samego wykonania zewnętrznego urządzenia piorunochronnego),

* przekonanie, że montaż urządzenia piorunochronnego jest prostą sprawą, którą praktycznie może   wykonać dowolna firma, niekoniecznie z branży elektrycznej,

* szukanie oszczędności przez inwestorów, co przekłada się na poszukiwania najtańszych materiałów oraz wykonawców.

Obecnie kompleksowa ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP) powinna być uwzględniana już we wczesnym stadium planowania nowego obiektu lub instalowania nowego systemu informatycznego w istniejącym obiekcie – szczególnie w przypadku nowoczesnych budynków wyposażonych w czułe urządzenia elektroniczne. Również modernizacja obiektu, polegająca na dostawieniu na dachu masztów systemów telekomunikacyjnych lub ogniw fotowoltaicznych, może wymagać wykonania nowego lub modernizacji istniejącego urządzenia piorunochronnego.

Błąd montażowy - zwód pionowy niestabilny pod względem mechanicznym

Fot. 2. Błąd montażowy – zwód pionowy niestabilny pod względem mechanicznym.

 

Zwykle ciężar wykonania tego zadania spada na architekta i inżynierów budowlanych. Są oni odpowiedzialni za ochronę odgromową, zapewniając sobie przy tym współpracę z ekspertem w tej dziedzinie. Aby zaprojektować, zainstalować i użytkować optymalne pod względem technicznym i ekonomicznym urządzenie ochrony przed LEMP, niezbędne jest zarządzanie ochroną.

W europejskiej normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektów budowlanych [1] zostały szczegółowo zapisane zasady postępowania przy tworzeniu skutecznego systemu ochrony.

Aby na końcu procesu uzyskać tani, a zarazem skuteczny system ochrony odgromowej budynku, prace projektowe (z uwzględnieniem planowanych w nim urządzeń wewnętrznych) powinny być wykonane w ramach fazy projektowania całego budynku, jeszcze przed jego budową. Takie rozwiązanie pozwala zoptymalizować wykorzystanie naturalnych elementów obiektu jako elementów LPS.

Jednocześnie możliwy jest wybór kompromisowego rozwiązania w rozmieszczeniu okablowania i lokalizacji urządzeń. Nie bez znaczenia jest też sprawa kosztów, ponieważ koszt systemu ochrony odgromowej w przypadku nowych obiektów jest na ogół znacznie niższy niż wykonanie kompleksowej ochrony przed LEMP dla przebudowywanych/modernizowanych istniejących obiektów wyposażanych w wiele nowych urządzeń elektroniczny.

Zasadniczy błąd koncepcyjno montażowy - brak bezpiecznego odstępu izolacyjnego pomiędzy zwodem a chronionym wentylatorem

Fot. 3. Zasadniczy błąd koncepcyjno montażowy – brak bezpiecznego odstępu izolacyjnego pomiędzy zwodem a chronionym wentylatorem.

 

Właściwa ochrona przed LEMP może być uzyskana tylko, jeżeli spełnione zostały następujące warunki:

* zostały określone warunki przez specjalistę ochrony odgromowej,

* od samego początku projektowania obiektu istnieje dobra koordynacja między różnymi specjalistami branżowymi zaangażowanymi w konstruowanie budynku oraz samego LPMS (np. inżynierów budowlanych i elektryków),

* jest przestrzegany plan zarządzania przedstawiony w normie.

Takie postępowanie pozwala nie tylko uzyskać właściwy poziom ochrony, ale również zoptymalizować stosunek kosztów do zysków z uwzględnieniem wybranych środków ochrony.

I w tym miejscu należy również przypomnieć coś, o czym niekiedy zapomina się przy podejmowaniu decyzji o wykonaniu instalacji piorunochronnej.

Nie ma urządzeń lub metod zdolnych zmodyfikować naturalne zjawiska pogodowe w stopniu umożliwiającym zapobieganie wyładowaniom piorunowym. Tak więc zastosowanie na budynku systemu ochrony odgromowej nie może zapobiec formowaniu się piorunu i zagwarantować absolutnej ochrony budowli osób lub obiektów. Jednakże prawidłowo zaprojektowany i wykonany system ochrony odgromowej obniża znacznie ryzyko wystąpienia w obiekcie szkód spowodowanych wyładowaniem piorunowym.

Warto też zwrócić uwagę na zapis w normie [1] mówiący o tym, że projektowaniem i wykonywaniem ochrony odgromowej powinni zajmować się specjaliści. Od wyspecjalizowanego projektanta i wykonawcy wymaga się gruntownej znajomości stosownych norm i kilku lat praktyki.

Często jednak w rzeczywistych warunkach nowo powstająca czy też modernizowana lub remontowana instalacja piorunochronna zawiera błędy, które mogą rzutować na skuteczność ochrony, a tym samym na bezpieczeństwo chronionego nią obiektu oraz przebywających wewnątrz ludzi. Takie błędne rozwiązania mogą pojawiać się zarówno na etapie projektowania (np. niewłaściwe założenia, brak obliczeń), jak również na etapie wykonawstwa (odstępstwo od projektu, niestaranny montaż itd.).

Brak konserwacji instalacji odgromowej

Fot. 4. Brak konserwacji instalacji odgromowej.

 

Poniżej przedstawię przykłady najczęstszych błędów, z jakimi można się spotkać w przypadku zewnętrznych urządzeń piorunochronnych.

„Rezygnacja” z norm

Podstawowym błędem jest brak oparcia się na obowiązujących normach przy tworzeniu systemu ochrony odgromowej obiektu.

W przypadku dużych obiektów, wyposażonych w systemy informatyczne czy też automatykę, rozbudowane systemy klimatyzacji na dachu obiektu, projektowanie wymaga ścisłej koordynacji ochrony odgromowej zewnętrznej i wewnętrznej. Niestety często takie rozwiązanie nie jest realizowane.

Ważne jest także przyjęcie właściwego poziomu ochrony dla projektowanej instalacji, a później konsekwentne trzymanie się przyjętych założeń. Często zdarza się, że dla danego obiektu wymogi dotyczące wysokiej skuteczności ochrony nie przekładają się na przyjęte rozwiązania projektowe, a nawet są lekceważone podczas wykonywania urządzenia piorunochronnego. Dotyczy to np. siatki zwodów na dachach budynków, odstępów pomiędzy przewodami odprowadzającymi, zachowania kątów osłonowych i ostępów bezpiecznych oraz wyrównywania potencjałów w obiekcie.

Brak przeprowadzenia analizy ryzyka zgodnie z zapisami normy PN-EN 62305-2 skutkuje często przyjęciem zawyżonej klasy LPS. Natomiast podczas przystępowania do realizacji praktycznej okazuje się, że koszty są zbyt wysokie i dlatego później następuje stopniowe odchodzenie od przyjętych założeń.

Brak ochrony urządzeń na dachu obiektu

Fot. 5. Brak ochrony urządzeń na dachu obiektu.

Dobrze, jeżeli zmiana klasy LPS podparta jest działaniami projektowymi, gorzej – jeżeli zostaje to tylko w gestii wykonawcy, który nie zawsze obejmuje całokształt zagadnień związanych z ochroną odgromową obiektu. Wykonawca ochrony odgromowej powinien być wyszkolony w dziedzinie prawidłowego wykonawstwa elementów urządzenia piorunochronnego, zgodnie z wymaganiami normy oraz krajowych przepisów regulujących roboty budowlane i budownictwo.

W fazie projektowania i realizacji urządzenia piorunochronnego w istniejącym obiekcie konsultacje powinny być utrzymywane – na ile to rozsądnie realne – z osobami odpowiedzialnymi za obiekt, jego użytkowanie, instalacje wewnętrzne i instalacje wprowadzane do budynku. Regularne konsultacje pomiędzy zainteresowanymi stronami powinny dawać w wyniku tego nie tylko skuteczne urządzenie piorunochronne, ale również znacznie obniżyć jego koszty.

Na przykład koordynacja prac projektowych i konstrukcyjnych nad urządzeniem piorunochronnym pozwoli często pozbyć się kilku przewodów wyrównawczych i zredukować znacznie długość tych, które są niezbędne.

Projektując urządzenie piorunochronne, ważne jest również uwzględnianie oddziaływania prądu piorunowego. Elementy urządzenia piorunochronnego, a więc zwody na dachach oraz – w przypadku obiektów wysokich (ponad 20 m) – także na ścianach obiektów budowlanych, powinny wytrzymać zagrożenie, które występuje podczas przepływu prądu piorunowego.

Zwodami mogą być przewodzące elementy konstrukcyjne obiektu, tzw. zwody naturalne, lub przewody umieszczone tylko w celach ochrony odgromowej, tzw. zwody sztuczne. Podczas bezpośredniego wyładowania w obiekt budowlany elementy urządzenia piorunochronnego są narażone na:

* erozję termiczną w miejscu styku przewodu z kanałem wyładowania piorunowego,

* rozżarzenie przewodów wywołane przepływem prądu piorunowego,

* działania dynamiczne między przewodami, w których płynie prąd piorunowy.

Dlatego norma PN-EN62305 zwraca uwagę na jakość użytych do budowy LPS materiałów. W normie pojawił się zapis o konieczności wykonywania badań laboratoryjnych dla elementów składowych instalacji piorunochronnej (elementy łączeniowe, uziomy, wsporniki).

Zgodnie z zapisami normy projektant i wykonawca LPS powinni sporządzić wykaz łączących i mocujących przewody uchwytów, które wytrzymają siły elektrodynamiczne od prądów pioruna w przewodach i pozwolą również na rozciąganie i kurczenie się przewodów wskutek pojawiających się wzrostów temperatury. Poruszany już wcześniej problem obniżania kosztów wykonania LPS skłania niekiedy inwestora lub wykonawcę do stosowania elementów najtańszych, a tym samym nie zawsze o najwyższej jakości.

W tym przypadku nawet po roku lub dwóch latach użytkowania instalacja piorunochronna wymaga remontu i konserwacji.

Podczas bezpośredniego wyładowania w urządzenie piorunochronne w miejscu styku przewodu z kanałem wyładowania następuje nagrzanie się metalu, co może spowodować jego erozję. Erozja termiczna prowadzi do perforacji cienkich blach na dachu, wytapiania przewodów i ich ewentualnego przerywania. W przypadku klasycznego urządzenia piorunochronnego zagrożeniem może być zarówno rozgrzany przewód, jak też wytopione krople metalu.

Zagadnienia te należy brać pod uwagę, szczególnie w przypadku projektowania instalacji piorunochronnych dla obiektów krytych materiałami łatwopalnymi, instalowania przewodów odprowadzających bezpośrednio na ścianie budynku lub wykorzystywania metalowych pokryć dachowych jako zwodów.

Ochrona urządzeń na dachach

Bardzo często spotykamy się z zupełnym brakiem ochrony dla urządzeń i nadbudówek z zainstalowanym w nich sprzętem elektronicznym. Nadbudówki takie winny znaleźć się w przestrzeni chronionej przez układ zwodów. Należy ograniczyć do minimum lub wyeliminować możliwość wnikania prądu piorunowego do urządzeń zamontowanych na dachu, a następnie do wnętrza obiektu. Stąd niekiedy po bezpośrednim wyładowaniu w obiekt pojawia się zastrzeżenie, że zastosowane w instalacjach obiektu ograniczniki przepięć okazały się nieskuteczne. Tymczasem prąd piorunowy wpłynął do instalacji z zupełnie innej, niechronionej strony.

Brak wiedzy i nieprzestrzeganie instrukcji

Częstym błędem jest np. nieuwzględnianie naprężeń powstałych w wyniku zmian temperatury. Prowadzi to do uszkodzenia samej instalacji odgromowej lub też uszkodzenia elementów konstrukcyjnych obiektu.

Brak dokładnego czytania instrukcji montażowej lub zapisów projektu prowadzi np. do stosowania nieodpowiednich podstaw pod wolnostojące iglice lub do niewłaściwego montażu elementów odciągowych bądź też odstępowych. Może to doprowadzić w przypadku wystąpienia wichury do uszkodzenia instalacji piorunochronnej lub nawet spowodowania zagrożenia życia w razie zrzucenia elementów urządzenia piorunochronnego z dachu.

Często też można się spotkać z „oszczędzaniem” na materiale, co owocuje tym, że po kilku latach zamiast instalacji piorunochronnej mamy na dachu obiektu resztki skorodowanych drutów i złączy. Instalacja taka nie tylko szpeci obiekt, ale również nie spełnia swoje roli ochronnej.

Brak kontroli i konserwacji

Bardzo często nie jest przestrzegany czasokres badań okresowych instalacji odgromowej, a szczególnie zapis normy mówiący o konieczności sprawdzenia stanu uziomów. Skutkiem tego w ziemi mogą wystąpić znaczne ubytki uziomu. Norma PN-EN 62305 precyzuje zakres badań i konserwacji instalacji piorunochronnej. Przestrzeganie zawartych w niej zapisów winno spowodować znaczne wydłużenie czasu eksploatacji urządzenia piorunochronnego.

Podsumowanie

Projektowanie i wykonywanie instalacji piorunochronnych, nawet na niewielkich obiektach budowlanych, wymaga od osób zaangażowanych w ich tworzenie znajomości zapisów normy, rozporządzeń oraz wiedzy praktycznej. Instalacja odgromowa nie musi szpecić obiektu – może być wykonana w sposób trwały i estetyczny. W przypadku rozległych obiektów budowlanych z bogatym wyposażeniem ważne jest, aby projekt instalacji piorunochronnej powstawał jednocześnie z projektem budowlanym obiektu, a konsultacje międzybranżowe zapewniły uzyskanie optymalizacji rozwiązania pod względem technologicznym, a tym samym zminimalizowanie kosztów ochrony.

Na schemacie zamieszczonym w internetowym wydaniu artykułu (www.instalator.pl) pokazano sposób postępowania związany z projektowaniem urządzenia piorunochronnego [1].

Krzysztof Wincencik

Literatura:

  1. PN-EN 62305-3: Ochrona odgromowa Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia.
  2. Sowa A., „Typowe błędy w rozwiązaniach urządzeń piorunochronnych”, Elektroinstalator 1/2004.
  3. Sowa A., „Badanie elementów urządzenia piorunochronnego”, Elektroinstalator 9/2001.
Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij