Procedury wyboru klasy instalacji odgromowej – przegląd norm wróć do kategorii

Zewnętrzna instalacja odgromowa (LPS ang. Lightning Protection System) ma na celu ochronę obiektu a w tym przebywających w nim istot żywych oraz znajdującego się tam wyposażenia przed skutkami bezpośredniego uderzenia pioruna.

Spis treści

1. Wstęp

2. Procedury wyboru klasy instalacji odgromowej

2.1. PN-E 05003

2.2. PN-IEC 61024

2.3. PN-EN 62305 ed.1

2.4. PN-EN 62305 ed.2

3. Aktualny stan prawny w zakresie ochrony odgromowej

4. Przykłady określania klas LPS

4.1. Dom jednorodzinny

4.2. RTCN

4.3. Hala przemysłowa

4.4. Przykłady z norm serii PN-EN 62305

5. Podsumowanie

Literatura   

1. Wstęp

Zadaniem LPS jest przechwycenie za pomocą układu zwodów wyładowania atmosferycznego skierowanego w obiekt a następnie bezpieczne odprowadzenie prądu piorunowego przewodami odprowadzającymi i rozproszenie go w ziemi za pomocą systemu uziemiającego. Ponieważ instalacja odgromowa ma na celu ochronę życia ludzkiego to powinna być zaprojektowana i wykonana z należytą starannością zgodnie z obowiązującymi normami i przepisami.

Wraz ze zmianami obowiązujących norm w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat zmianie ulegały także procedury, według których podejmowana była decyzja o potrzebie stosowania ochrony odgromowej. W artykule przedstawiono przegląd procedur, począwszy od opublikowanej w 1986 r. normy PN-E-05003 aż po drugą edycję serii norm PN-EN 62305 opublikowaną w 2012 r., oraz przykłady wyników dla typowych obiektów.

 2. Procedury wyboru klasy instalacji odgromowej

2.1. PN-E 05003

Procedury mające na celu ocenę potrzeby stosowania instalacji odgromowej przedstawione zostały już w normie PN-E-05003-01:1986 [7]. Obliczało się tam wskaźnik:

W = n×m×N×A×p,

 gdzie:

n – współczynnik uwzględniający liczbę ludzi w obiekcie:
             n = 1                    do 1 osoby na 10 m² powierzchni,
             n = 2                    przy większej liczbie osób;

         m – współczynnik uwzględniający położenie obiektu:
             m = 0,5                dla obiektów w zwartej zabudowie,
             m = 1                   dla pozostałych obiektów;

         N – roczna gęstość powierzchniowa wyładowań doziemnych:
N = 1,8·10^-6 m^-2    dla obiektów położonych powyżej 51°30’
N = 2,5·10^-6 m^-2    dla obiektów położonych poniżej 51°30’

         A – równoważna powierzchnia zbierania wyładowań przez obiekt obliczana na podstawie powierzchni zajmowanej przez obiekt (S), długości jego obrysu (l) i wysokości (h):

A = S + 4lh + 50h²

p – prawdopodobieństwo wywołania szkody wyznaczone na podstawie współczynników (określanych na podstawie tablic) uwzględniających rodzaj obiektu (R), jego zawartość (Z) i konstrukcję (K):

p = R(Z+K)

W zależności od wartości W określono trzy stopnie zagrożenia piorunowego, według których podejmowana była decyzja o stosowaniu instalacji piorunochronnego:

W ≤ 5·10^-5              zagrożenie małe, ochrona zbędna,

5·10^-5 < W ≤ 10^-4   zagrożenie średnie, ochrona zalecana,

W > 10^-4                       zagrożenie duże, ochrona wymagana.

Powyższa procedura określała jedynie czy ochrona odgromowa jest wymagana, ale nie definiowała środków jakie należy w tym celu stosować. Zasady projektowania ochrony zależne były od typu obiektu i występującego w nim zagrożenia i opisane były w kolejnych arkuszach normy dotyczących tzw. ochrony podstawowej [8], obostrzonej [9] i specjalnej [10].

Według Polskiego Komitetu Normalizacyjnego norma PN-E-05003-01:1986 [7] wycofana została bez zastąpienia dopiero w 2009 r. czyli do momentu ukazania się serii norm PN-EN 62305 [1-4].

2.2. PN-IEC 61024

Przez pewien okres równolegle z PN-E-05003 opublikowana była seria norm PN-IEC 61024. Norma ta wprowadziła obowiązującą do dziś klasyfikację poziomów ochrony odgromowej (LPL ang. Lightning Protection Level) i klasy instalacji LPS definiujące wymagania dotyczące zasad projektowania LPS.

Według PN-IEC 61024-1-1 kryterium dla potrzeby stosowania ochrony odgromowej stanowiła akceptowalna średnia roczna gęstość wyładowań, które mogą oddziaływać na obiekt – N_c. Według odsyłacza krajowego początkowo (2001 r.) dla obiektów zwykłych należało przyjmować wartość N_c = 10^-2, co oznaczało, że akceptowalna jest częstość wyładowań w obiekt raz na sto lat. Według poprawki Ap1 wprowadzonej w 2002 r. wartość zmieniono na N_c = 10^-3 co w znacznym stopniu zaostrzyło wymagania (akceptowalna częstość wyładowań w obiekt raz na tysiąc lat).

Wartość akceptowalną N_c należało porównać z wartością N_d będącą iloczynem lokalnej rocznej gęstości wyładowań N_g i równoważnej powierzchni zbierania A_e:

N_d = N_g×A_e×10^-6.

Jeżeli lokalna gęstość wyładowań N_g nie była znana, to można było przyjąć wartość N zgodnie z PN-E-05003 lub wyznaczyć ją na podstawie średniej rocznej liczby dni burzowych w danym obszarze T_d (uzyskiwanej z map izokeraunicznych) z zależności:

N_g = 0,04T_d^1,25.

Powierzchnię zbierania wyładowań A_e dla obiektów odosobnionych wyznacza się jako obszar ograniczony linią utworzoną przez przecięcie się powierzchni ziemi z linią prostą o nachyleniu 1:3 przebiegającą stycznie do górnych części obiektu i obracającą się wokół niego. Dodatkowo przy wyznaczaniu powierzchni A_e należało uwzględniać ukształtowanie terenu (zagłębienia, pagórki) i obecność sąsiednich obiektów. Metoda ta jest bardziej dokładna od zaproponowanej formuły w PN-E-05003 ale wymaga dokładniejszej analizy graficznej.

Stosowanie instalacji odgromowej według PN-IEC 61024 było konieczne w przypadku gdy N_d > N_c. Należało wtedy zastosować LPS o skuteczności:

E ≥ 1 – N_d/N_c

Poszczególnym poziomom ochrony przypisane zostały klasy LPS o określonej skuteczności E zgodnie z tablicą 1.

Tablica 1. Skuteczność LPS i odpowiadające im poziomy ochrony

Przedstawione powyżej zasady uzależniają potrzebę stosowania LPS jedynie od wymiarów geometrycznych obiektu i jego położenia. Nie uwzględnia się żadnych właściwości obiektu tak jak w PN-E-05003 za pomocą współczynników n i p. Należy także zwrócić uwagę, że po wprowadzonej poprawce Ap1 dotyczącej wartości N_c wymagania dotyczące stosowania LPS uległy znacznemu obostrzeniu.

Norma to została wycofana i zastąpione przez serię norm PN-EN 62305.

2.3. PN-EN 62305 ed.1

Obowiązująca aktualnie wprowadzona w 2009 r. czteroarkuszowa seria norm PN-EN 62305 wprowadziła rewolucję w procedurze oceny potrzeby stosowania ochrony odgromowej. W poprzednich normach opis procedur zajmował jedynie fragment publikowanych dokumentów a same obliczenia można było w miarę szybko przeprowadzić. W nowych normach procedurze tej poświęcono osobny arkusz normy PN-EN 62305-2 zatytułowany Zarządzanie ryzykiem obejmujący razem z załącznikami ponad 100 stron.

Procedura opisana w PN-EN 62305-2 polega na obliczeniu ryzyka R i doborze odpowiednich środków tak aby wartość R nie przekraczała wartości dopuszczalnych ryzyka tolerowanego R_T. Analizowane może być ryzyko związane z różnymi typami strat:

R₁ – ryzyko utraty życia ludzkiego lub trwałego porażenia,

R₂ – ryzyko utraty usług publicznych,

R₃ – ryzyko utraty dziedzictwa kulturowego,

R₄ – ryzyko poniesienia strat materialnych.

Dopuszczalne wartości ryzyka tolerowanego przedstawione są w Tablicy 2.

Tablica 2. Typowe wartości ryzyka tolerowanego [2]

Ryzyko (R₁, R₂, R₃ lub R₄) jest sumą komponentów R_x zależnych od źródła zagrożenia:

• bezpośrednie wyładowanie w obiekt (S1),
• wyładowanie w pobliżu obiektu (S2),
• wyładowanie w urządzenie usługowe (S3),
• wyładowanie w pobliżu urządzenia usługowego (S4),

oraz od typu wywołanej szkody:

• porażenie istot żywych (D1),
• uszkodzenie fizyczne (D2),
• awaria układów elektrycznych i elektronicznych (D3).

Przez urządzenie usługowe należy rozumieć zewnętrzne systemy dochodzące do obiektu, takie jak linie energetyczne lub linie telekomunikacyjne.

W porównaniu o poprzednich norm nie jest już zatem brane pod uwagę tylko zagrożenie związane z wyładowaniem bezpośrednim w obiekt ale także z wyładowaniami pobliskimi.

Tablica 3. Klasyfikacja komponentów ryzyka R_x

Każdy komponent ryzyka R_x jest iloczynem:

R_x = N_x × P_X × L_X

gdzie:

N_x – roczna liczba groźnych zdarzeń związanych z wyładowaniami piorunowymi,
P_X – prawdopodobieństwo wywołania szkody,
L_x – średnia wartość pośrednich strat.

Liczba wyładowań atmosferycznych, które mogą oddziaływać na obiekt zależy od średniej rocznej gęstości wyładowań w danym regionie N_g (1/km²/rok), rozmiarów i charakterystyki obiektu z przyłączonymi urządzeniami usługowymi (powierzchni zbierania wyładowań) i charakterystyki otaczającego środowiska (teren miejski/wiejski, obiekt odosobniony/otoczony wyższymi obiektami itp.). Powierzchnie zbierania wyładowań wyznaczane są w zależności od wymiarów geometrycznych obiektu oraz od długości linii. W przypadku powierzchni zbierania wyładowań bezpośrednich trafiających w obiekt (A_d/b) i napowietrzną linię zewnętrzną (A_L) wykorzystuje się metodę „3H” analogicznie jak w PN-IEC 61024: granica powierzchni zbierania wyznaczana jest w punkcie przecięcia prostej o nachyleniu 1:3 przechodzącej od skrajnych górnych części obiektu (Rys. 1). Powierzchnie zbierania wyładowań pobliskich wyznacza się w promieniu 250 m od granic obiektu (A_M) i odległości 500 m od trasy linii napowietrznej (A_I). W przypadku zewnętrznych linii kablowych do wyznaczenia powierzchni zbierania (A_L, A_I) uwzględniana jest rezystywność gruntu ρ. Wpływ otoczenia na powierzchnie zbierania obiektu oraz linii zewnętrznych uwzględniany jest za pomocą współczynników korekcyjnych C_x.

Rys. 1. Powierzchnie zbierania wyładowań bezpośrednich

Prawdopodobieństwo strat P_X zależne jest od charakterystyki układów wewnętrznych obiektu i linii zewnętrznych oraz przede wszystkim od stosowanych środków ochrony odgromowej i przed przepięciami. Prowadzona analiza ma na celu ocenę potrzeby stosowania nie tylko samego LPS ale również innych środków ochrony takich jak układy ograniczników przepięć (SPD ang. Surge Protectiong Device) czy ekrany przestrzenne. Wartości P_X ustalane są na podstawie tablic zawartych w normie.

Roczna średnia wartość strat L_X zależy od rozmiaru szkody, jaka może wystąpić w następstwie wyładowania piorunowego i pośrednich skutków, jakie może ona powodować. Wartości strat można wyznaczyć na podstawie przedstawionych w normie zależności lub na podstawie wartości podanych dla typowych obiektów. W zależności od charakterystyki obiektu uwzględnia się dodatkowo współczynniki redukcji (r_a, r_u, r_p, r_f) lub zwiększania (h_z) strat.

Obiekt dodatkowo można podzielić na strefy o jednakowej charakterystyce, co pozwala na dokładniejszy dobór środków ochrony jednak dodatkowo komplikuje obliczenia. Stref tych nie należy jednak mylić ze strefami ochrony LPZ (ang. Lightning Protection Zone).

Ocena potrzeby stosowania instalacji odgromowej według PN-EN 62305-2 jest procedurą znacznie bardziej złożoną i czasochłonną niż w przypadku wcześniej obowiązujących norm. Świadczy o tym chociażby zamieszczenie w wykazie aż 152 symboli i skrótów. Obliczenia często są tak obszerne, że opracowane zostały do tego celu specjalne programy komputerowe wspomagające pracę projektantów.

2.4. PN-EN 62305 ed.2

W 2012 r. status EN oraz Polskiej Normy otrzymała druga edycja normy PN-EN 62305-2 [16] (pozostałe części drugiej edycji uznane za PN w 2011 r.). Druga edycja norm [15-18] opublikowana została jednak na razie tylko w języku oryginalnym (j. angielski), przez co nie może zostać przywołana w aktach prawnych a tym samym obowiązującą pozostaje pierwsza edycja [1-4]. Termin kiedy druga edycja norm opublikowana zostanie w języku polskim nie jest znany.

Ogólna zasada i algorytm analizy ryzyka pozostały bez zmian. Przyszłe zmiany dotyczą sposobu wyznaczania lub określonych wartości poszczególnych współczynników. Zmiany dotyczą między innymi sposobu obliczania powierzchni zbierania dla urządzeń usługowych i zwiększenia obszaru dla którego uwzględnia się wyładowania w pobliżu obiektu. Zmodyfikowano także sposób wyznaczania wartości prawdopodobieństw P_x na taki, który pozwala na jednoczesne uwzględnienie kilku środków ochrony. Istotne zmiany wprowadzono także przy wyznaczaniu strat z uwzględnieniem składowych dla poszczególnych stref obiektu.

Wprowadzone zmiany w niektórych przypadkach ułatwiają i upraszczają obliczenia. Bardziej złożone, w stosunku do pierwszej edycji, jest jednak szacowanie strat w obiektach wielostrefowych, które wymaga głębszej analizy obiektu i współpracy z inwestorem.

Wprowadzone zmiany są na tyle znaczące, że opracowane dotychczas oprogramowanie pomocnicze będzie wymagało aktualizacji do nowej wersji.

3. Aktualny stan prawny w zakresie ochrony odgromowej

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. [5] w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie „Budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych. Obowiązek ten odnosi się do budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektów budowlanych” (§ 53 ust. 2), a „Instalacja piorunochronna, o której mowa w § 53 ust. 2, powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych” (§ 184 ust. 3). Zmiany [6] z dnia 10 grudnia 2010 r. wprowadzone do powyższego Rozporządzenia (weszły w życie z dniem 21 marca 2011 r.) zawierają wykaz norm przywołanych do wymienionych paragrafów, z którego wynika, że polskimi normami odgromowymi w zakresie ochrony obiektów budowlanych stanowią normy serii PN-EN 62305: Ochrona odgromowa zawierającej cztery oddzielne arkusze [1-4]:

• PN-EN 62305-1:2008: Część 1: Zasady ogólne
• PN-EN 62305-2:2008: Część 2: Zarządzanie ryzykiem
• PN-EN 62305-3:2009: Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia
• PN-EN 62305-4:2009: Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach

Zgodnie z treścią części 1. normy serii 62305 [1] „aby ustalić, czy ochrona odgromowa obiektu jest potrzebna, czy nie, należy ocenić ryzyko zgodnie z procedurami opisanymi w IEC 62305-2”. Przeprowadzona na tej podstawie analiza zagrożenia piorunowego ma na celu nie tylko ocenę potrzeby stosowania ochrony odgromowej, ale także – w przypadku, jeżeli jest ona wymagana – dobór odpowiednich środków ochrony. Z 3. części normy 62305 [3]  wynika z kolei, że „Klasa wymaganego LPS powinna być wybierana na podstawie oceny ryzyka (patrz IEC 62305-2)”. Odnosząc się do wymienionych zapisów podstawę do konieczności stosowania i ustalenia klasy instalacji piorunochronnej na terenie Polski stanowi zatem analiza ryzyka przeprowadzona zgodnie z PN-EN 62305-2 [2].

4. Przykłady określania klas LPS

Poniżej przedstawione zostaną przykłady określania potrzeby stosowania i ewentualnej klasy LPS dla typowych obiektów takich jak: dom jednorodzinny, RTCN oraz hala przemysłowa. Dokonano porównania klas LPS wymaganych dla poszczególnych obiektów w zależności od norm, według których dokonywano oceny zagrożenia piorunowego.

We wszystkich przypadkach przyjęto następujące założenia:

• średnia liczba dni burzowych w roku T_d = 30;
• obiekty położone w terenie odosobnionym, środowisko wiejskie;
• dla linii zasilających: linia kablowa; nieekranowana; rezystywność gruntu ρ = 500 Ωm; długość linii L_c = 1000 m; wytrzymałość przyłączonych urządzeń U_w = 2,5 kV; linia położona w terenie odosobnionym;
• dla linii telefonicznych: linia napowietrzna; nieekranowana; wysokość zawieszenia linii H_c = 6 m; długość linii L_c = 1000 m; wytrzymałość przyłączonych urządzeń U_w = 1,5 kV; linia położona w terenie odosobnionym;
• pomija się właściwości ekranujące obiektów, okablowanie wewnętrzne nieekranowane, brak trasowania linii;
• obiekty jednostrefowe, analizowana strefa wewnętrzna;
• zakłada się brak specjalnego zagrożenia;

Większość powyższych informacji jest istotna przy ocenie dokonywanej według norm serii PN-EN 62305, która wymaga bardziej szczegółowej analizy obiektu i jego otoczenia.

Przy przedstawianych zalecanych środkach ochrony należy pamiętać, że w przypadku stosowania instalacji odgromowej LPS obligatoryjne jest stosowanie także środków ochrony przed przepięciami SPD.

4.1. Dom jednorodzinny

Budynek o wymiarach 15 m x 20 m x 6 m (szerokość x długość x wysokość). Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 2 578 m². Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R₁. Do budynku doprowadzone są kablowa linia zasilająca niskiego napięcia oraz napowietrzna linia telefoniczna. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: drewno. Wartości strat przyjęte zgodnie z przykładem domku wiejskiego podanym w normach PN-EN 62305.

Tablica 4. Wymagana klasa LPS dla domu jednorodzinnego

Już na prostym przykładzie typowego domu jednorodzinnego położonego w terenie wiejskim widać znaczne rozbieżności pomiędzy wynikami oceny według poszczególnych norm. Według PN-E-05003 oraz wg normy PN-IEC 61024 przy założeniu wartości współczynnika N_c = 10^-2 ochrona odgromowa dla takiego obiektu nie jest wymagana. Po wprowadzonej poprawce Ap1 do PN-IEC 61024 (N_c = 10^-3) wymagana jest już klasa III. Ochrona odgromowa jest także dla tego przykładu wymagana według obu edycji norm serii PN-EN 62305. Według pierwszej edycji normy wymagany jest LPS klasy IV. Według edycji drugiej wymagany jest LPS klasy III przy czym dopuszczalne jest zastosowanie LPS klasy IV pod warunkiem zastosowania także środków ochrony ppoż. np. w postaci gaśnic ręcznych lub czujek pożarowych.

Należy także zwrócić uwagę, że w przypadku założenia niskiego niebezpieczeństwa pożarowego, według norm PN-EN 62305 do ochrony obiektu wystarczające jest zastosowanie na wejściu zewnętrznych linii ograniczników przepięć SPD dostosowanych dla poziomu ochrony LPL IV.

4.2. RTCN

Obiekt RTCN z masztem o wysokości 300 m. Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 2 544 690 m². Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R₁ i ryzyko utraty świadczenia usług publicznych R₂. Obiekt zasilany linią kablową średniego napięcia doprowadzoną do stacji transformatorowej SN/nn. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: ceramika. Przyjmuje się wartości strat: dla ryzyka R₁ typowe dla obiektów skalsyfikowanych jako „inne” a dla ryzyka R₂ typowe dla obiektów TV.

Dla obiektów takich jak RTCN w przypadku gdy rozważane jest zagrożenie życia ludzkiego wymagany jest LPS klasy I. Jest to związane ze znaczącą powierzchnią zbierania wyładowań bezpośrednich wysokiego masztu. Dodatkowo według serii norm PN-EN 62305 w obiekcie wymagane jest zastosowanie środków ochrony ppoż. Przy założeniu, że taki obiekt jest bezobsługowy (pominięcie obecności ludzi) według norm PN-EN 62305 analizowane jest tylko ryzyko utraty świadczenia usług publicznych R₂. W tym przypadku ochrona powinna być zapewniona przede wszystkim za pomocą układu ograniczników przepięć o parametrach dobranych przy założeniu drugiego poziomu ochrony LPL oraz albo instalacji LPS klasy IV albo środków ochrony ppoż. Klasa IV LPS dla obiektu takiego jak RTCN wydaje się zbyt niska, jednak decyzją projektanta zawsze można zastosować LPS wyższej klasy jeżeli uzna to za stosowne.

Tablica 5. Wymagana klasa LPS dla obiektu RTCN

W analizie tak wysokich obiektów według pierwszej edycji PN-EN 62305 występuje sytuacja, że wyładowania w pobliżu obiektu nie są brane pod uwagę. Dla tego typu źródła zagrożenia uwzględnia się powierzchnię zbierania równą różnicy powierzchni wyznaczonej w promieniu 250 m od obrysu obiektu i powierzchni zbierania wyładowań bezpośrednich – dla wież i masztów o wysokości powyżej 83 m różnica ta staje się ujemna. Problem ten został rozwiązany w drugiej edycji normy, w której uwzględnia się dla wyładowań w pobliżu obiektu powierzchnię w promieniu 500 m od obrysu obiektu bez względu na powierzchnię zbierania wyładowań bezpośrednich. Wydaje się jednak uzasadnione rozpatrzenie modyfikacji wyznaczania powierzchni zbierania dla tak wysokich budowli.

Dla takiego obiektu sensowna jest także analiza ryzyka utraty wartości materialnych R₄ związanych z naprawą lub wymianą kosztownej aparatury lub przede wszystkim ze stratami finansowymi związanymi z karami jakie operator obiektu musi płacić przykładowo w związku z przerwą w transmisji sygnałów telewizji naziemnej. Przeprowadzenie takiej analizy nie jest jednak możliwe bez dokładnych informacji dotyczących wysokości takich strat i czasów związanych z przywróceniem systemu do stanu normalnej pracy.

4.3. Hala przemysłowa

Budynek hali o wymiarach 50 m x 200 m x 10 m (szerokość x długość x wysokość). Powierzchnia zbierania wyładowań bezpośrednich 27 827 m². Dla norm serii PN-EN 62305 analizowane ryzyko utraty życia ludzkiego R₁. Obiekt zasilany linią kablową średniego napięcia doprowadzoną do stacji transformatorowej SN/nn. Zakłada się zwykłe niebezpieczeństwo pożarowe. Rodzaj podłoża wewnątrz obiektu: beton. Przyjmuje się wartości strat: dla ryzyka R₁ typowe dla obiektów skalsyfikowanych jako „przemysłowe”.

Przykład hali przemysłowej po raz kolejny pokazuje znaczne rozbieżności jakie występują między obowiązującymi a wcześniej stosowanymi normami. Według PN-IEC 61024 przy założeniu N_c = 10^-2 wymagana jest III klasa LPS, natomiast po wprowadzonej poprawce Ap1 wymagana jest już klasa I. Według obowiązującej normy oraz wersji z przyszłymi zmianami do ochrony obiektu wystarczająca jest instalacja LPS klasy IV, czyli taka jak dla domu jednorodzinnego. Porównując kubatury domu jednorodzinnego i hali przemysłowej o powierzchni 10 000 m² logiczne wydawałoby się stosowanie instalacji o wyższej klasie dla hali przemysłowej.

Tablica 6. Wymagana klasa LPS dla hali przemysłowej

W przypadku obiektów przemysłowych występować może znaczna liczba obwodów zewnętrznych (np. linie zasilające główna i rezerwowa, oświetlenie zewnętrzne obiektu, obwody systemów alarmowych i CCTV, obwody sterujące), które można traktować jako urządzenia usługowe. W praktyce uwzględnienie znacznej liczby linii zewnętrznych w analizie wg PN-EN 62305 może prowadzić do sytuacji gdy dla redukcji ryzyka poniżej poziomu tolerowanego często wymagane jest zastosowanie układów SPD o parametrach odpowiadających wyższemu poziomowi ochrony LPL niż wymagana klasa instalacji odgromowej LPS. Dobór SPD w zależności od poziomu ochrony odgromowej jest łatwy do zrealizowania dla obwodów zasilających, ale komplikuje się w przypadku licznych obwodów sygnałowych. Wymagania dotyczące parametrów ograniczników przepięć w zależności od poziomu LPL powinny zostać bardziej szczegółowo opisane w przyszłych wersjach norm odgromowych.

4.4. Przykłady z norm serii PN-EN 62305

W obu edycjach norm PN-EN 62305-2 zamieszczono przykłady obliczeniowe mające na celu pomoc w zapoznaniu się z przedstawionymi tam algorytmami. Przykłady te dotyczą domu wiejskiego, budynku biurowego, szpitala oraz bloku mieszkalnego. W tablicy 7 przedstawiono warianty ochrony poszczególnych obiektów przedstawione w normach oraz klasy LPS obliczone zgodne z PN-IEC 61024. Dokładny opis przykładów można znaleźć w [2, 16]. Do obliczeń według procedur zgodnych z PN-IEC 61024 uwzględniono założoną w przykładach z norm wartość N_g = 4 wyładowania na km².

Różnice pomiędzy poszczególnymi normami najlepiej pokazuje przykład budynku biurowego dla którego każda z norm zaleca inną klasę instalacji odgromowej. Przykład ten potwierdza, że najbardziej rygorystyczne wymagania miała norma PN-IEC 61024-1-1 z poprawką Ap1. Tylko w tym przypadku występują także różnice między pierwszą a drugą edycją norm PN-EN 62305, dla pozostałych przykładów przedstawionych w normach wynik analizy jest taki sam.

Przedstawione w normach przykłady pokazują ponadto, że dla danego przypadku istnieć może wiele wariantów ochrony.

Tablica 7. Wymagana klasa LPS dla przykładów z norm serii PN-EN 62305-2

5. Podsumowanie

Przeprowadzone porównanie pokazuje jak znaczne różnice w zakresie oceny potrzeby stosowania ochrony odgromowej występują między obecnymi i wcześniejszymi normami. Najbardziej rygorystyczne kryterium zawierała norma PN-IEC 61024 po wprowadzonej poprawce Ap1 – tam wymagane były najwyższe klasy LPS. Uwagę zwraca fakt, że po uwzględnieniu poprawki Ap1 ochrony odgromowej wymagał nawet obiekt o wymiarach 3 × 3 × 3 m lub słup o wysokości 4 m (przy założeniu T_d = 30) co świadczy o tym, że przyjęta wartości N_c = 10^-3 była zbyt rygorystyczna. Według norm serii PN-EN 62305 wymagania są zazwyczaj niższe. Wolną rękę dla projektanta daje jednak zapis zamieszczony już na wstępie PN-EN 62305-2, według którego decyzja o stosowaniu środków ochrony może być podjęta przez projektanta bez względu na wynik analizy wszędzie tam gdzie uzna on, że ryzyko jest nie do uniknięcia.

Dobór klasy LPS według PN-IEC 61024 opierał się jedynie na podstawie wymiarów geometrycznych obiektu chociaż już w starszej normie PN-E-05003 podjęte były próby uwzględniania charakterystyki obiektu. Istotną zmianą wprowadzoną w PN-EN 62305-2 było uwzględnienie poza zagrożeniem wyładowania bezpośredniego także wyładowań pobliskich i wyładowań oddziaływujących na przyłączone linie zewnętrzne. Ponadto uwzględnianie szczegółowej charakterystyki obiektu, przyłączonych linii zewnętrznych, podziału obiektu na strefy, stosowanych środków ochrony ppoż. czy też szacowanie strat wymaga znacznie głębszej analizy i często bezpośredniej współpracy z właścicielem lub inwestorem. Prostota algorytmów przyjętych w starszych normach niemal gwarantowała, że dla danego obiektu klasa LPS wyznaczona przez różnych projektantów była taka sama. W obecnie wymaganej analizie ryzyka wynik w dużym stopniu może zależeć od podejścia projektanta.

Stosowanie norm obecnie nie jest obligatoryjne. Odstępstwo stanowią jednak normy przywołane w stosownych rozporządzeniach stanowiących akty prawne. Taka sytuacja występuje w przypadku norm odgromowych serii PN-EN 62305, które są przywołane w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Niestety w dalszym ciągu można spotkać jeszcze projekty wykonywane według nieaktualnych już norm PN-IEC 61024 co świadczy o braku wiedzy o aktualności norm wśród projektantów, a co gorsza projekty takie zatwierdzane są przez inspektorów budowlanych.

Literatura

1. PN-EN 62305-1:2008 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne
2. PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa – Część 2: Zarządzanie ryzykiem
3. PN-EN 62305-3:2009 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia
4. PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. 2002 nr 75 poz. 690
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz.U. 2010 nr 239 poz. 1597
7. PN-E-05003-01:1986 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Wymagania ogólne
8. PN-E-05003-02:1986 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Ochrona podstawowa
9. PN-E-05003-03:1989 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Ochrona obostrzona
10. PN-E-05003-04:1992 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Ochrona specjalna
11. PN-IEC 61024-1:2001/Ap1:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Zasady ogólne
12. PN-IEC 61024-1-1:2001 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Zasady ogólne — Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych
13. PN-IEC 61024-1-1:2001/Ap1:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Zasady ogólne — Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych
14. PN-IEC 61024-1-2:2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych — Część 1-2: Zasady ogólne — Przewodnik B — Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych
15. PN-EN 62305-1:2011 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne (oryg.)
16. PN-EN 62305-2:2012 Ochrona odgromowa – Część 2: Zarządzanie ryzykiem (oryg.)
17. PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i  zagrożenie życia (oryg.)
18. PN-EN 62305-4:2011  Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach (oryg.)

T. Maksimowicz, M. Zielenkiewicz, „Wpływ zmian zasad oceny zagrożenia piorunowego na potrzebę stosowania ochrony odgromowej i jej kategorię”, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Nr 39, pp. 29-36, Listopad 2014, (przedruk: Miesięcznik SEP INPE nr 188, s. 3 – 17, 2015.)