Niezbędne elementy instalacji odgromowej

Powstające w czasie burzy wyładowania atmosferyczne są niebezpiecznie nie tylko dla osób przebywających na odsłoniętym terenie, wzniesieniu lub w pobliżu szczególnie wysokich elementów, ale także dla różnych konstrukcji budowlanych. Ze względu na poziom zagrożenia powinny one być chronione za pomocą dobrze zaprojektowanej instalacji odgromowej. Dzięki popularnemu piorunochronowi energia wyładowania może być bezpiecznie odprowadzona do ziemi.

Zagrożenia związane z wyładowaniami atmosferycznymi

Wyładowania atmosferyczne są obok pożarów jednymi z największych zagrożeń dla wszystkich obiektów budowlanych. Tworząca się różnica potencjałów elektrycznych między ładunkami gromadzącymi się wśród cząsteczek wody składających się na chmury burzowe a powierzchnią ziemi powoduje realne niebezpieczeństwo uderzenia pioruna. Dzieje się tak dlatego, że w większości przypadków dolna część chmur staje się naładowana ujemnie, a górna dodatnio. Wzrost natężenia pola elektrycznego związany z przemieszczaniem się w obrębie chmury jonów dodatnich opadających wraz z większymi kroplami wody i jonów ujemnych wznoszących się przy ruchu powietrza z mniejszymi cząsteczkami wody powoduje, że wraz z przekroczeniem ich wartości krytycznej dochodzi do gwałtownego wyładowania i przepływu napięcia. Powstający piorun uderza zwykle w element, który jest najwyższy oraz dobrze przewodzi prąd elektryczny – najczęściej są to wysokie drzewa, wzniesienia czy wilgotne skały, ale także rozmaite obiekty budowlane – budynki, wiadukty, mosty i wszelkiego rodzaju konstrukcje wykonane z metalu. Wyładowanie w postaci pioruna może się rozpocząć zarówno w dolnych warstwach chmury, jak i na powierzchni ziemi – wyjaśnia przedstawiciel firmy Elektro-Plus, zajmującej się hurtową i detaliczną sprzedażą artykułów elektrycznych i elektrotechnicznych.

Wyładowanie atmosferyczne wiąże się z przepływem prądu o wysokim natężeniu, może ono sięgać nawet od 100 do 250 kA. Wyładowaniu towarzyszy także bardzo duża temperatura, w bezpośrednim sąsiedztwie wyładowania najczęściej rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza, w zależności od jego wielkości. W miejscu tworzenia się pioruna i w obszarach, przez które przepływa prąd, może to być jednak aż 30 tysięcy stopni. Szacowana energia wyładowania atmosferycznego zbliża się do miliarda dżuli. Wszystkie czynniki związane z siłą wyładowania sprawiają, że przepływ tak ogromnej energii stanowi śmiertelne zagrożenie dla każdego organizmu żywego, a także oznacza poważne zniszczenia przedmiotu, w który uderza piorun. W przypadku budynku uszkodzenia mogą nastąpić wskutek działania wysokiej temperatury, sił dynamicznych oraz przepływu napięcia.

Piorun uderzający w materiał, który ma niewielką przewodność elektryczną (konduktancję), powoduje bardzo gwałtowne odparowanie znajdującej się w nim wody, a co za tym idzie błyskawiczny wzrost ciśnienia prowadzący do rozsadzenia jego struktury. W przypadku przedmiotów o niskiej rezystencji (oporze) prąd może przez nie przepływać swobodnie, jednak pod warunkiem, ze wskutek wysokiej temperatury nie ulegnie on stopieniu, co zwykle będzie miało miejsce w przypadku cieńszych przewodów czy elementów metalowych wykonanych z drutu. Jeśli w materiale o niskim oporze będą występowały przerwy, może dojść do pojawienia się łuku elektrycznego, a energia powstałej plazmy doprowadzi do stopnienia przedmiotów znajdujących się w pobliżu. Powstanie łuku albo sama energia pioruna może także powodować powstanie pożaru, czy to przez samozapłon np. drewna lub materiału bitumicznego, czy też w efekcie rozgrzania się od materiałów niepalnych choćby metalu. Niebezpieczne będą również znajdujące się w pobliżu wyładowania gazy czy substancje łatwopalne.

Instalacja odgromowa jako sposób na zabezpieczenie budynku

Ze względu na charakter wyładowań atmosferycznych i ich niezwykle dużą energię nie ma możliwości wyeliminowania ryzyka uderzenia pioruna bezpośrednio w budynek. Warto pamiętać, że choć prąd zwykle przepływa do wyższych elementów z dobrze przewodzących materiałów, to nie jest to regułą, a droga, którą porusza się wyładowanie, zależy od wielu czynników związanych z rozkładem potencjałów elektrycznych w danym momencie. Jedynym sposobem na ograniczenie szkód, jakie może spowodować wyładowanie atmosferyczne będzie zaprojektowanie i zainstalowanie właściwej do wielkości i usytuowania obiektu ochrony odgromowej, która zapewni swobodny przepływ ładunków do ziemi.

Zabezpieczenie budynku przed skutkami wyładowań gwarantuje skuteczną ochronę jego konstrukcji w przypadku uderzenia pioruna i minimalizuje ryzyko pojawienia się uszkodzeń czy odniesienia obrażeń przez osoby znajdujące się wewnątrz, ale wymaga odpowiednio wykonanej instalacji odgromowej. Zgodnie z obowiązującymi przepisami zamontowanie odpowiednich urządzeń będzie niezbędne w przypadku budynków, dla których obowiązujące normy (PN-EN 62305-1–4) wskazują na występowanie podwyższonego zagrożenia. Odpowiedni współczynnik jest wyliczany na zasadach przedstawionych w treści normy i uwzględnia zarówno lokalizację obiektu, jak i jego charakter. W przypadku domów jednorodzinnych obowiązek przewidzenia odpowiedniej instalacji spoczywa na autorze projektu, który powinien dokładnie określić szczegóły dotyczące całej instalacji. Warto jednak pamiętać, że instalacja odgromowa nie będzie wymagana w domu jednorodzinnym, stojącym w zabudowie rozproszonej o ile jego powierzchnia zabudowy nie przekracza 500 m², a wysokość jest mniejsza niż 15 metrów. Jednocześnie dla domów wykonanych z materiałów łatwopalnych lub pokrytych materiałem zaliczanym do tej kategorii instalacja odgromowa będzie już niezbędna. Nie można też zapominać, że choć w wielu przypadkach istniejące regulacje nie wymagają montażu instalacji odgromowej, to ubezpieczyciele oferujących ubezpieczenia nieruchomości bardzo często umieszczają taki warunek w Ogólnych Warunkach Ubezpieczenia. Jeśli w budynku nie będzie zamontowany piorunochron, to w razie powstania szkód firma ubezpieczeniowa może odmówić wypłaty odszkodowania.

Z uwagi na możliwe szkody, jakie mogą spowodować uderzające w budynek wyładowania atmosferyczne, rezygnacja z założenia instalacji odgromowej jest bardzo wątpliwą oszczędnością, tym bardziej że ani jej wykonanie, ani potrzebne do tego elementy nie mają wygórowanych cen.

Budowa typowej instalacji odgromowej

Każda instalacja odgromowa tzw. LPS (Lightning Protection System) składa się z trzech współpracujących ze sobą systemów, które wspólnie odpowiadają za zabezpieczenie budynku przed skutkami wyładowania atmosferycznego. Składają się na nią zwody, przewody uziemiające oraz uziomy. Zwody są elementami umieszczanymi na budynku albo w jego pobliżu, których zadaniem jest wychwycenie wyładowania zmierzającego w bezpośrednie sąsiedztwo budowli i przekazanie go do przewodów uziemiających. Zwody mogą być instalowane na ścianach lub dachu albo znajdującym się obok maszcie czy słupie, tworząc tzw. strefę osłonową. Jako zwody mogą być wykorzystywane różne konstrukcje znajdujące się na dachu, m.in. elementy systemu wentylacji, kominów spalinowych lub dymowych, anteny radiowo-telewizyjne, a także specjalnie przygotowane metalowe pręty w postaci niskich zwodów poziomych lub pionowych. Pręty pełniące funkcję piorunochronu są mocowane do konstrukcji dachu za pomocą specjalnych wsporników dopasowanych do rodzaju pokrycia dachowego – inne elementy będą montowane na dachu krytym dachówką ceramiczną czy betonową, a zupełnie inne posłużą do budowy instalacji na dachu z blachodachówki czy gontu bitumicznego.

Wszystkie pręty instalowane na dachu lub ścianach są ze sobą łączone za pomocą specjalnych złączek i doprowadzane do przewodów uziemiających montowanych wzdłuż ścian i odprowadzających ewentualne wyładowanie do uziomów w przynajmniej dwóch różnych miejscach. Uziom jest elementem odpowiedzialnym za przekazanie wyładowania do gruntu. Jego typ i rozmiary zależą od rezystywności gruntu, który jest zbudowany z różnych materiałów oraz wykazuje się rozmaitą wilgotnością. Precyzyjne określenie sposobu rozprowadzenia uziomów powinno więc być poprzedzone odpowiednimi pomiarami w przypadku większych obiektów, przy niewielkich budynkach jednorodzinnych najczęściej przyjmuje się wartości uśrednione szacowane z odpowiednim „zapasem”.

Jako uziomy mogą być wykorzystane różne elementy naturalne – istniejące instalacje z metalowych rur ułożonych w gruncie lub fragmenty stalowego zbrojenia. Jeśli nie ma możliwości użycia istniejących uziomów naturalnych, niezbędne będzie wykonanie uziomu sztucznego. Możliwe jest zastosowanie konstrukcji otokowej, która rozprowadza energię wyładowania w płaszczyźnie poziomej albo pionowej, tzw. uziomu punktowego, który jest wpuszczany na odpowiednią głębokość. Uziomy są najczęściej wykonywane z metalowej taśmy, tzw. bednarki o odpowiednim przekroju (co najmniej 3 mm grubości i 30 mm szerokości) lub prętów (minimalna średnica to 10 mm). Uziomy są wpuszczane w grunt w odległości przynajmniej 1 m od budynku. Uziom otokowy zakopuje się zwykle na głębokości ok. 0,5 metra, natomiast uziom szpilkowy może sięgać nawet 10 m w zależności od parametrów instalacji. Warto pamiętać, że uziom jest jednocześnie elementem instalacji elektrycznej odprowadzającej powstające w niej przepięcia.

Wszystkie elementy instalacji odgromowej, których funkcją jest przewodzenie prądu, powinny być wykonane z metalu zabezpieczonego odpowiednio przed efektami korozji, zarówno jeśli chodzi o uziom mający kontakt z wilgocią i kwasami znajdującymi się w glebie, jak i zwodami oraz przewodami narażonymi na wilgoć zawartą w powietrzu, jak również na opady atmosferyczne. Zgodnie z zapisami norm PN-EN 62305-1–4 są one wykonane ze stali nierdzewnej, ocynkowanej, miedzi albo aluminium.