Instalacja piorunochronna na dachu

Ogólnie wiadomo, że podczas przeskoku pioruna z chmury burzowej na ziemię wyzwala się ogromna ilość energii. Zostaje ona rozproszona w postaci ciepła w powietrzu – kształtuje kanał plazmy, którą tworzy ogrzane i zjonizowane powietrze. Niewielka jej część przekształca się na błysk i grzmot, który słychać na odległość 16–24 km.

Część energii elektrycznej zostaje rozładowana w punkcie uderzenia łuku elektrycznego w powierzchnię ziemi. To zjawisko może być bardzo niebezpieczne dla znajdujących się w pobliżu ludzi, budynków oraz urządzeń i z tego powodu trzeba się przed nim chronić dzięki zastosowaniu systemów odgromowych w budynkach i wokół urządzeń.

Urządzenia i instalacje domowe a wyładowania elektryczne

Silne wyładowania elektryczne, które towarzyszą burzom, stanowią zagrożenie nie tylko wówczas, gdy piorun trafi w budynek. Niszczycielską siłę ma też wysokie napięcie (tzw. impulsu elektromagnetycznego) indukowane w przewodach elektrycznych, gdy piorun uderzy w pobliżu sieci.

Najczęściej szkodliwe przepięcia powstają przy uderzeniach w sąsiadujące wokół budynków obiekty: drzewa, słupy, inne budynki itp. Zdarza się również, że prądy indukcyjne powstają nawet wtedy, gdy piorun uderzy w odległości 1,5 km.

W razie uderzenia piorunem koszt naprawy i wymiany uszkodzonych urządzeń i instalacji znacząco przewyższa koszt systemu odgromowego. Mimo to wielu inwestorów, by zaoszczędzić, odkłada zamontowanie systemu odgromowego lub z niego rezygnuje. Na tego rodzaju decyzje bardzo duży wpływ mają doświadczenia życiowe. Jeżeli ktoś z rodziny lub znajomych ucierpiał w jakiś sposób wskutek uderzenia pioruna, inwestor będzie planował zamontowanie systemu odgromowego.

Wymagania dotyczące instalacji odgromowej

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, montaż instalacji odgromowych należy wykonać w następujących budynkach mieszkalnych:

• wyższych niż 15 m i o powierzchni przekraczającej 500 m², jeśli stoją w zabudowie rozproszonej,
• wykonanych z materiałów palnych i pokrytych takimi materiałami, jak gont lub trzcina,
• stawianych w miejscach, które są szczególnie narażone na wyładowania burzowe (np. wzgórza).

Instalacja odgromowa, zwana również piorunochronem (FOT. 1–3), ma bardzo prostą konstrukcję: składa się ze zwodów, przewodów odprowadzających oraz uziomu. Zwody, czyli elementy przejmujące piorun i przekazujące jego energię do przewodów odprowadzających, mogą być naturalne i sztuczne.

Zwody naturalne to połączone z instalacją odgromową metalowe elementy funkcjonujące już w budynku lub na dachu, czyli balustrady i poręcze lub rynny, przez które energia pioruna odprowadzana jest do ziemi. Zwody sztuczne to ułożone na dachu przewody metalowe (ze stali nierdzewnej, miedzi lub stali ocynkowanej) gr. min. 6 mm.

Zwodem może być też metalowe pokrycie dachu, jeżeli jego elementy są ze sobą połączone w sposób zapewniający przepływ prądu do przewodów odprowadzających. Jednak grubość takiego pokrycia nie może być mniejsza niż 0,5 mm i, co ważne, pod takim naturalnym zwodem niedopuszczalne jest zastosowanie materiałów łatwopalnych. Funkcję zwodów mogą pełnić również blachy powlekane (min. 0,5 mm grubości), jeżeli warstwa ochronna (np. z PVC) ma mniej niż 1 mm.

Projektant instalacji odgromowej musi obliczyć, czy przepływ prądu nie spowoduje uszkodzenia materiału pokryciowego.

Na dachach pokrytych materiałem niepalnym zwody montuje się na niskich wspornikach bezpośrednio na powierzchni dachu wzdłuż wszystkich krawędzi, przy czym na dachu pochyłym – wzdłuż kalenicy i krawędzi do niej równoległych.

Zwody powinny przebiegać przez wszystkie elementy wystające ponad powierzchnię dachu: kominy, kominki wentylacyjne itp. oraz być połączone z masztami np. antenowymi. Jeżeli ­zamontowanie tradycyjnych, poziomych zwodów jest utrudnione, stosuje się zwody pionowe w postaci umieszczonych na dachu prętów.

Jeśli pokrycie dachu jest palne, zwód montuje się na wysokich wspornikach – ponad 0,4 m.

Przewody odprowadzające łączą zwód z uziomem w taki sposób, by umożliwić przepływ prądu w razie uderzenia pioruna. W każdym budynku z instalacją odgromową muszą być przynajmniej dwa przewody odprowadzające zamontowane w przekątnych narożnikach dachu.

Na wysokości 0,3–1,8 m od ziemi musi być zamontowane złącze probiercze do sprawdzania oporności uziemienia. Takie badanie powinno być wykonywane przynajmniej raz w roku.

Jako przewody odprowadzające stosuje się metalowe druty gr. min. 6 mm lub ocynkowane taśmy stalowe o przekroju 20×3 mm. Montuje się je najczęściej na zewnętrznej elewacji budynku min. 2 cm od ściany i przytwierdza do niej co 1,5 m. Jeżeli ściany budynku są niepalne, przewody odprowadzające można również ułożyć pod tynkiem.

Uziomem nazywane są elementy metalowe ułożone w ziemi, dzięki którym rozpraszana jest potężna energia wyładowania pioruna. Uziomem mogą być np. żelbetowe podziemne elementy budynku lub metalowe rurociągi o małej oporności elektrycznej.

Jeżeli nie można wykorzystać takich naturalnych elementów, wykonuje się uziom sztuczny: ocynkowaną taśmę stalową zakopuje się na głębokości min. 0,6 m, tak aby opasywała cały dom w odległości ok. 1 m od ścian fundamentowych. Stosuje się również uziomy pionowe, instalowane głęboko w ziemi.

Kilka ważnych uwag

1. Zamontowanie w budynku instalacji odgromowej nie wystarcza do zabezpieczenia go przed skutkami uderzenia pioruna. Wywołany przez uderzenie pioruna prąd o bardzo wysokim natężeniu powoduje wytworzenie się wokół zwodów silnego pola elektromagnetycznego. Jeżeli w zasięgu tego prądu znajdzie się jakikolwiek kabel elektryczny, rura lub inny przewodnik, zostanie w nim zaindukowany prąd o bardzo wysokiej energii.

Może to doprowadzić do zniszczenia odbiorników energii złożonych z podzespołów elektronicznych (komputera, telewizora itp.). Natomiast wzbudzenie przez piorun silnego prądu w nieuziemionych rurach powoduje często przeskok iskry pomiędzy rurą a jakimś elementem uziemionym. Jeżeli w pobliżu znajdą się materiały łatwopalne, iskra ta może spowodować pożar lub eksplozję.

W celu ochrony przed opisanymi zjawiskami stosuje się tzw. połączenia wyrównawcze, które są przewodami łączącymi metalowe elementy konstrukcyjne z uziemieniem. Ważne jest, by przewody odprowadzające wchodzące w skład instalacji odgromowej nie były ułożone bliżej niż 1,5 m od metalowych elementów konstrukcyjnych budynku, nawet wówczas, gdy oddzielone są od nich ścianą.

Gdy ten warunek nie jest możliwy do spełnienia, stosuje się przewody izolowane, których izolacja jest odporna na wysokie napięcie prądu piorunowego płynącego w przewodzie w trakcie wyładowania. Takie przewody zabezpieczają również przed przeskokami iskrowymi (wyładowaniem ślizgowym) na powierzchniach materiałów izolacyjnych wywołanych tak wysokim napięciem.

Warto zaznaczyć, że izolacja takich przewodów ma szczególne cechy: jest wielowarstwowa i składa się z grubej izolacji wysokonapięciowej oraz ekranu półprzewodnikowego, który umożliwia sterowanie rozkładem natężenia pola elektrycznego w miejscu powstawania wyładowań ślizgowych. W praktyce oznacza to również, że gdy człowiek dotknie taki przewód w trakcie uderzenia pioruna w budynek, nie zostanie porażony.

2. Uderzenie pioruna wywołuje przepięcia również w liniach energetycznych dostarczających prąd do budynku. Przepięcia są krótkotrwałymi przepływami prądu o energii znacznie przekraczającej wielkości dopuszczalne dla wszystkich sprzętów domowych (AGD i RTV oraz komputerów), co powoduje ich zniszczenie.

Jedyną ochroną instalacji elektrycznej przed przepięciami są tzw. zabezpieczenia przeciwprzepięciowe, które błyskawicznie wyłączają instalację domową w momencie uderzenia pioruna lub pojawienia się zbyt dużego napięcia. Dzięki temu prąd o szkodliwych parametrach nie dociera do odbiorników.

3. Istnieją dwa rodzaje systemów odgromowych: tradycyjne, nazywane piorunochronami Franklina, i piorunochrony aktywne, które są ostatnio popularne ze względu na dużo prostszą budowę. Piorunochrony aktywne różnią się tym, że zamiast zwodów pokrywających dach mają jeden maszt ze specjalną głowicą jonizującą powietrze, która w ten sposób „ściąga wyładowania burzowe” w momencie zagrożenia.

Głowica wytwarza potencjał elektryczny i zabezpiecza najbliższą okolicę przed niekontrolowanymi uderzeniami piorunów. Taka głowica powinna wystawać 2 m powyżej najwyższego punktu w chronionym budynku.

Pozostała część instalacji zbudowana jest w tych odgromnikach w sposób tradycyjny, bo głowica połączona jest z uziomami za pomocą przewodów odprowadzających. Jednak w systemie jest tylko jeden przewód prowadzący do uziomu, a nie kilka (min. 2), jak w piorunochronach Franklina.

Według producentów piorunochrony aktywne „ściągają” wyładowania burzowe i dzięki temu nie muszą być tak rozbudowane. Ich prostota jest przyczyną ich popularności. Niestety, zdaniem wielu specjalistów krajowych i zagranicznych (m.in. z Polskiego Komitetu Ochrony Odgromowej Stowarzyszenia Elektryków Polskich) ich skuteczność nie jest potwierdzona naukowo, a podawane przez producentów parametry nie są wiarygodne. Odnotowane przypadki niezadziałania piorunochronów aktywnych1) potwierdzają te wątpliwości.

4. Zawsze przed zakupem systemu odgromowego warto sprawdzić, czy producent ma deklarację zgodności (DWU) zgodną z normą PN-EN 50164, „Elementy urządzenia piorunochronnego (LPS)” dla oferowanych elementów systemu. Szczególnie ważne jest, aby osprzęt odgromowy miał badania prądem piorunowym oraz aby z powodu zagrożenia korozją druty stalowe, zaciski i wsporniki były ocynkowane ogniowo, a nie galwanicznie (gr. ocynku min. 350 g/m²).

Podsumowanie

Jeszcze w latach 90. przypadkowe ekipy wykonujące instalację odgromową bardzo często uszkadzały pokrycia. Dekarze mieli z tego powodu dodatkową pracę oraz kłopoty ze zleceniodawcami, którzy nie umieli ocenić, skąd się wzięły dziury w nowym dachu.

Obecnie problem ten zniknął, ponieważ piorunochrony wykonywane są przez wyspecjalizowane ekipy lub dekarzy. Nie oznacza to jednak, że w związku z tym inwestorom ubyło problemów. Okazuje się bowiem, że sam wybór systemu odgromowego nie jest łatwy. Tradycyjne, sprawdzone piorunochrony składają się z rozbudowanych układów materiałowych, których zastosowanie musi być oparte na dobrym projekcie, a wykonanie jest drogie, bo wymaga dużych nakładów pracy.

Ta przyczyna – cena – częściowo tłumaczy wybieranie przez większość inwestorów prostszych piorunochronów aktywnych. Wspiera ich przy tym wielu dekarzy, którzy też wolą wykonywać prostsze systemy, niewymagające od nich dużej wiedzy teoretycznej.

Nie można ich za to winić, ponieważ ich podstawowa praca polega na czym innym i bazuje na innej wiedzy teoretycznej. Jednak w obliczu funkcjonującego już wyraźnego podziału wykonawców na fachowych dekarzy i na montażystów pokryć stopień ich wiedzy o piorunochronach jest kolejnym wyróżnikiem pogłębiającym ten podział.

Literatura

1. PN-EN 62305-1:2008, „Ochrona odgromowa. Część 1: Wymagania 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 budowlanych i zagrożenie życia”.
4. PN-EN 62305-4:2009, „Ochrona odgromowa. Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych”.
5. PN-86/E-05003/01, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne”.
6. PN-89/E-05003/03, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona”.
7. PN-92/E-05003/04, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona specjalna”.
8. PN-IEC 61024-1:2001, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne”; poprawka PN-IEC 61024-1:2001/Ap1:2002.
9. PN-IEC 61024-1-2:2002, „Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B. Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych”.
10. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, ze zm.).
11. PN-EN 50164, „Elementy urządzenia piorunochronnego (LPS)”.
12. Materiały informacyjne firmy DEHN.
13. K. Chrzan, E. Bazelyan, „Klasyczne piorunochrony Franklina i piorunochrony pseudoaktywne”, „Pryzmat”, nr 253, marzec 2012, s. 32–34.
14. 1 Zob. K. Chrzan, E. Bazelyan, „Klasyczne piorunochrony Franklina i piorunochrony pseudoaktywne”, „Pryzmat”, nr 253, marzec 2012, s. 32–34.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!