Piorunochrony aktywne w świetle obowiązujących w Polsce norm i przepisów prawnych

fot. sxc.hu

Na przestrzeni ostatnich dwóch dekad na światowym rynku można zauważyć ekspansję producentów urządzeń przeznaczonych do tzw. aktywnej ochrony odgromowej, którzy swoim urządzeniom przypisują większą skuteczność w stosunku do powszechnie stosowanych instalacji piorunochronnych wykonanych wg zasad przedstawionych w normach dotyczących ochrony odgromowej, nazywanej przez oferentów „zwodów aktywnych” ochroną tradycyjną. Instalacje odgromowe wykorzystujące takie „aktywne piorunochrony” z uwagi na małą liczbę elementów składowych są znacznie tańszymi rozwiązaniami.

Także w Polsce temu zagadnieniu towarzyszy od pewnego czasu nieustanna dyskusja dotycząca skuteczności takiej ochrony oraz podstaw prawnych uprawniających do zastąpienia tradycyjnej instalacji odgromowej „urządzeniem aktywnym”.

Stan prawny w Polsce w zakresie ochrony odgromowej 

Zgodnie z rozporządzeniem ministra infrastruktury z 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 z 10 grudnia 2010 r. wprowadzone do powyższego rozporządzenia [6] (weszły w życie 21 marca 2011 r.) zawierają wykaz norm przywołanych do wymienionych paragrafów, z których wynika, że polskimi normami odgromowymi w zakresie ochrony obiektów budowlanych (łącznie z ich instalacjami, wyposażeniem i personelem) oraz przyłączonych do nich urządzeń usługowych (linii elektroenergetycznych, telekomunikacyjnych, radiokomunikacyjnych, rurociągów) są wyłącznie normy serii PN-EN 62305: Ochrona odgromowa, zawierającej cztery oddzielne arkusze:

• 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 [lightning protection system – system ochrony odgromowej – aut.] powinna być wybierana na podstawie oceny ryzyka (patrz IEC 62305-2). Odnosząc się do wymienionych zapisów podstawą do stosowania i ustalenia klasy instalacji piorunochronnej na terenie Polski jest zatem analiza ryzyka przeprowadzona zgodnie z normą PN-EN 62305-2 [2], a instalacja odgromowa powinna być wykonana zgodnie z PN-EN 62305-3 [3].

Tradycyjne instalacje odgromowe 

Optymalna procedura dla praktycznej realizacji podziału prądu piorunowego opisana jest w normach ochrony odgromowej za pomocą klas instalacji odgromowej, którym przyporządkowano następujące parametry: maksymalny wymiar oka siatki zwodów odgromowych, maksymalne odległości między przewodami odprowadzającymi oraz wymiary kątów osłonowych.

Zadaniem zewnętrznej instalacji piorunochronnej LPS wg [1] jest:

• przejąć wyładowanie piorunowe skierowane w obiekt (za pomocą układu zwodów),
• odprowadzić prąd pioruna bezpiecznie do ziemi (za pomocą układu przewodów odprowadzających),
• rozproszyć go w ziemi (za pomocą układu uziomowego).

Zgodnie z założeniami modelu elektrogeometrycznego przyjętego w normie PN-EN 62305 skuteczność przejmowania wyładowań przez LPS jest zależna od parametrów prądu pioruna. Strefa chroniona przez układ zwodów powinna być wyznaczana metodą toczącej się kuli o promieniu r, dobieranym w zależności od przyjętego poziomu ochrony odgromowej (LPL – lightning protection level) lub na podstawie określonych kątów ochronnych w przypadku zwodów pionowych. Wartość promienia r została ustalona na podstawie minimalnych wartości prądu pioruna przypisanych poszczególnym poziomom LPL .

Wybrane parametry przypisane poziomom LPL:

Rys. 1. Wyznaczanie stref chronionych: a) na podstawie modelu elektrogeometrycznego toczącej się kuli stosowanej w normach odgromowych, b) strefa chroniona „piorunochronu aktywnego”.

Według normy PN-EN 62305-3:2009 [3] w celu zredukowania prawdopodobieństwa wystąpienia szkody wskutek przepływu prądu pioruna przez elementy LPS, przewody odprowadzające powinny być rozmieszczone w taki sposób, aby istniało kilka równoległych dróg prądowych (nie mniej niż dwie), a ich długość była możliwie jak najkrótsza. Preferowane jest równomierne rozmieszczenie przewodów odprowadzających wokół obwodu budynku w odległościach przedstawionych w tabeli. Dodatkowo, w przypadku wysokich budynków, zaleca się stosowanie połączeń wyrównawczych poziomych wzdłuż obwodu budynku. Takie rozwiązanie umożliwia równomierne podzielenie prądu pioruna na jak najmniejsze części.

Należy pamiętać, że przepływ prądu pioruna o znacznych wartościach szczytowych może powodować niebezpieczne iskrzenie oraz oddziaływanie termiczne na konstrukcję budynku. Aby zapobiec przeskokom iskrowym z elementów LPS do wszelkich urządzeń lub okablowania instalacji montowanych na zewnątrz lub wewnątrz chronionego budynku należy zachować bezpieczne odstępy s. Im wartość szczytowa prądu płynącego w przewodzie odprowadzającym jest większa, tym większa powinna być odległość bezpieczna. Norma PN-EN 62305-3:2009 uzależnia te odległości m.in. od klasy LPS oraz liczby przewodów odprowadzających.

„Piorunochrony aktywne” 

„Piorunochronom aktywnym” z tzw. wczesną emisją strimera ESE (early streamer emission) przypisuje się większą skuteczność w stosunku do instalacji tradycyjnych, związaną z szybszym (zdaniem ich producentów) wychwytywaniem wyładowań piorunowych. W naszym najbliższym obszarze geograficznym zwody ESE z wczesną emisją strimera dopuszczane są do stosowania m.in.: przez normę francuską NF C 17-102 [7] oraz wzorowaną na niej normę hiszpańską UNE 21186 [8]. Dokumenty te nie mają żadnych odpowiedników wśród polskich norm. Inicjatywa przyjęcia normy francuskiej NF C 17-102 jako normy europejskiej EN nie spotkała się ze zrozumieniem państw członkowskich Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego Elektrotechniki (CENELEC ) i została odrzucona w głosowaniu w roku 2010. W związku z tym w serii polskich norm odgromowych PN-EN 62305 [1 - 4] dopuszczonych do stosowania rozporządzeniem ministra infrastruktury [5] o zwodach ESE nie ma żadnej wzmianki, która by zezwalała na ich stosowanie. Tak więc – z prawnego punktu widzenia – urządzenia te nie mogą być projektowane, montowane i stosowane na terenie Polski jako elementy instalacji piorunochronnej dla obiektów budowlanych.

Deklarowane strefy ochronne tworzone przez urządzenia ESE nie są zgodne ze strefami wyznaczanymi wg przywołanych w rozporządzeniu [5, 6] norm PN-EN 62305 [1 - 4]. Zgodnie z obowiązującymi w Polsce normami „piorunochrony aktywne” mogą być traktowane jedynie jako pojedyncze zwody pionowe, tworzące strefy osłonowe określane na podstawie kąta ochronnego zależnego od wysokości zwodu względem płaszczyzny odniesienia oraz od przyjętego poziomu ochrony odgromowej LPL i jako takie mogą być stosowane, jeśli spełniają wymogi tych norm poparte wynikami badań przeprowadzonych wg procedury opisanej w normie PN-EN 50164-2:2010 [11] zawierającej wymagania dotyczące przewodów i uziomów urządzenia piorunochronnego.