Budniok TechnikaWykorzystanie elementów naturalnych przewodzących w obiektach kubaturowych na zwody, przewody odprowadzające i elementy uziemienia
Data publikacji: 12.01.2022
Autor: Kamil Błażyca, Inżynier Produktu
= = = = = = =
Analizując możliwość optymalizacji urządzenia piorunochronnego (LPS) na obiekcie kubaturowym nie można uniknąć pytań o możliwość wykorzystania elementów naturalnych przewodzących (np. prętów zbrojeniowych, blachy i blachodachówki, rur spustowych) w charakterze zwodów, przewodów odprowadzających i / lub instalacji uziemiającej. Arkusz 3 normy PN-EN 62305 zachęca projektantów do wykorzystywania elementów naturalnych w charakterze części LPS następującym zapisem: „przede wszystkim już w projekcie obiektu należy uwzględnić wykorzystanie jego części metalowych jako części LPS”.
Niniejsze opracowanie ma poruszyć tylko główne wątki tego zagadnienia. W razie pytań szczegółowych zapraszamy do kontaktu z doradcami firmy Budniok Technika.
Na urządzenie piorunochronne składa się szereg elementów mocowanych na zewnątrz i wewnątrz chronionego obiektu. Wśród zewnętrznego LPS norma PN-EN 62305-3 (w dalszej części określanej jako „norma” lub „normy”) wyróżnia trzy podstawowe części:
1. Zwody,
2. Przewody odprowadzające,
3. Układ uziomów.
Do wykonania niemal każdego z tych elementów można wykorzystać elementy naturalne przewodzące. Są to np. pokrycie z blachy lub blachodachówki, ozdoby dachowe, konstrukcje dachowe (na zwody), zbrojenie słupów żelbetowych, rury spustowe (na przewody odprowadzające) i zbrojenie fundamentów (układ uziomów).
Przyjrzyjmy się najpierw elementom naturalnym przewodzącym wykorzystywanym w charakterze zwodów instalacji. W tym celu możemy użyć:
1. Metalowych warstw pokrycia obiektu – pod warunkiem, że jest zapewniona trwała galwaniczna ciągłość pomiędzy kolejnymi elementami (np. arkuszami blachy), grubość warstwy przewodzącej spełnia wymagania Tablicy 3 normy (np. dla stali ocynkowanej 0,5 lub 4 mm) i nie jest pokryta materiałem izolacyjnym;
2. Metalowych elementów konstrukcji dachu (np. kratownice), do których zamocowane są pokrycia niemetalowe dachu – pod warunkiem że zniszczenie pokrycia jest dopuszczalne;
3. Metalowych części, takich jak np. ozdoby, balustrady, o przekrojach nie mniejszych niż podane w Tablicy 6 normy;
4. Rur i zbiorników metalowych na dachu – pod warunkiem że są wykonane z materiału
o grubościach i przekrojach zgodnych z Tablicą 6 normy;
5. Rury i zbiorniki metalowe zawierające łatwopalne lub wybuchowe mieszaniny, pod warunkiem zastosowania materiału o grubości zgodnie z Tablicą 3 normy, elementy zachowują ciągłość galwaniczną i że wzrost temperatury powierzchni wewnętrznej w punkcie uderzenie nie stworzy zagrożenia (informacje szczegółowe, patrz Załącznik D – „Dodatkowe informacja dotyczące LPS w przypadku obiektów zagrożonych wybuchem”).
Poniżej przedstawiamy informacje zawarte we wspominanej wcześniej tablicy 3 – dotyczących minimalnej grubość warstw metalowych lub rur metalowych w układach zwodów.
Klasa LPS |
Materiał |
Grubośća t mm |
Grubośćb t’ mm |
I do IV |
Ołów |
– |
2,0 |
Stal (nierdzewna, ocynkowana) |
4 |
0,5 |
|
Tytan |
4 |
0,5 |
|
Miedź |
5 |
0,5 |
|
Aluminium |
7 |
0,65 |
|
Cynk |
– |
0,7 |
|
a t zapobiega przebiciu
|
|||
Możliwość wykorzystania elementów naturalnych w charakterze zwodu prześledzimy na przykładzie stalowego pokrycia attyki. Konkretny szkic znajdziemy w normie na rysunku E.24. Przedstawia on wykorzystanie stalowego pokrycia attyki i dźwigara stalowego w charakterze elementów LPS.
Poniżej wymieniono produkty niezbędne do realizacji wskazanego rozwiązania. Założono zastosowanie elementów ze stali ocynkowanej ogniowo zapewniające trwałość na poziomie ok. 15 lat i drutu ze stopu aluminium AlMgSi o trwałości ok. 25 lat. Alternatywnie można zastosować elementy ze stali nierdzewnej cechujące się trwałością ok. 50 lat.
Przy szukaniu rozwiązań równoważących stosunek „koszt-trwałość” warto rozważyć zastosowanie stali nierdzewnej na produkty montowane na zewnątrz obiektu i ocynkowanych wewnątrz.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Numer z rysunku E.24, norma PN-EN 62305-3 | Symbol produktu |
| 1. | Uchwyt jednośrubowy blacha-drut https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-blacha-drut/ |
2 – „złącze” | SU lub SUA |
| 2. | Drut odgromowy ze stopu AlMgSi #8 mm https://budniok.com.pl/sklep/drut-odgromowy-almgsi-fi-8mm-2/ lub Drut stalowy ocynkowany #8 mm https://budniok.com.pl/sklep/drut-odgromowy-stalowy-ocynkowany-fi-8mm/ |
3 – „przewód giętki” | DO008AL-T
lub |
| 3. | Złącze krzyżowe, czterośrubowe, uniwersalne, drut – drut https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-krzyzowe-ocynkowane-4xm6-drut-drut/ lub Uchwyt jednośrubowy uniwersalny drut-drut https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-uniwersalny-drut-drut-jednosrubowy/ |
4 – „złącze T” | SKFEZN
lub |
| 4. | Podpora zwodu betonowa z podstawą z tworzywa https://budniok.com.pl/sklep/podpora-zwodu-betonowa-z-podst-plastikowa/ lub Podpora zwodu betonowa w tworzywie 110 mm https://budniok.com.pl/sklep/podpora-zwodu-betonowa-w-tworzywie-110mm/ |
5 – „uchwyt zwodu” | PV21A
lub |
| 5. | Uchwyt jednośrubowy blacha-drut https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-blacha-drut/ lub Podpora zwodu do konstrukcji stalowej, skręcana https://budniok.com.pl/sklep/podpora-zwodu-do-konstrukcji-stalowej-skrecana/ |
8 – „złącze” | SU lub SUA
lub |
| 6. | Pasta smarująco-przewodząca, grafitowa 40 g https://budniok.com.pl/sklep/pasta-smarujaco-przewodzaca-grafitowa-40g/ |
––– | PSPGR40 |
Przy takim wykorzystaniu pokrycia attyki najważniejsze jest uzyskiwanie ciągłości galwanicznej potwierdzonej pomiarami. Norma na rysunku E.30 wskazuje propozycję metody łączenia kolejnych arkuszy blachy.
Analizując produkty konieczne do wykonaniu takiego połączenia naturalnym kierunkiem jest zastosowanie połączeń elastycznych np. firmy nVent Eriflex. Z uwagi na materiał, z którego wykonane są pokrycia attyk (stal ocynkowana) nie należy stosować połączeń elastycznych miedzianych. Nieco więcej informacji nt samych połączeń elastycznych znajdziemy pod linkiem.
W przypadku, gdy metalowe pokrycie nie przylega ściśle do ściany attyki możemy zaproponować rozwiązanie tożsame, ale tańsze i łatwiejsze w montażu (nie ma konieczności wkręcania się w pokrycie attyki), a przy zastosowaniu elementów ze stali nierdzewnej i ze stopu AlMgSi, niemal równie trwałego.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Numer z rysunku E.30, norma PN-EN 62305-3 | Symbol produktu |
| 1. | Uchwyt jednośrubowy blacha-drut https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-blacha-drut/ |
1 – „połączenie” | SUN lub SUAN |
| 2. | Drut odgromowy ze stopu AlMgSi #8 mm https://budniok.com.pl/sklep/drut-odgromowy-almgsi-fi-8mm-2/ | 2 – „przewód giętki” | DO008AL-T |
| 3. | Pasta smarująco-przewodząca, grafitowa 40 g https://budniok.com.pl/sklep/pasta-smarujaco-przewodzaca-grafitowa-40g/ |
––– | PSPGR40 |
Dla budownictwa jednorodzinnego i przemysłowego popularnie stosowane pokrycia z blachy lub blachodachówki mogą zostać wykorzystane w charakterze zwodu niskiego (zdjęcie z portalu www.abc-dachy.pl, dostęp 27.12.2022 r.):
Ten typ rozwiązania obliguje nas do wykorzystania produktów wskazanych w tabeli poniżej.
Założono zastosowanie elementów ze stali nierdzewnej i stopu AlMgSi zapewniające trwałość na poziomie ok. 50 lat (25 lat – drut odgromowy). Za zastosowaniem materiałów ze stali nierdzewnej przemawia niewielki koszt wynikający z wykorzystania tylko czterech elementów.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość [szt/ mb] | Symbol produktu |
| 1. | Uchwyt jednośrubowy blacha-drut nierdzewny https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-blacha-drut-nierdzewne/ |
1 | SUN lub SUAN |
| 2. | Uchwyt rynnowy uniwersalny nierdzewny https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-rynnowy-uniwersalny-nierdzewny/ | 1 | SOCN |
| 3. | Drut odgromowy ze stopu AlMgSi #8 mm https://budniok.com.pl/sklep/drut-odgromowy-almgsi-fi-8mm-2/ | 1,5 | DO008AL-T |
| 4. | Pasta smarująco-przewodząca, grafitowa 40 g https://budniok.com.pl/sklep/pasta-smarujaco-przewodzaca-grafitowa-40g/ |
1 | PSPGR40 |
Czasem jednak może się zdarzyć, że wykorzystanie metalowego pokrycia dachu nie jest możliwe. Grubość pokrycia może nie spełniać wymagań odnośnie grubości warstwy, a wytopienie powstałe przy uderzeniu pioruna może nie być akceptowalne. Przykład destrukcyjnego oddziaływania pioruna przedstawiono poniżej (zdjęcie z artykułu Elektroinfo nr 5/2016 pt. „Typowe błędy związane z projektowaniem i wykonywaniem urządzeń piorunochronnych”)
Zgodnie z normą (rysunek E.26) w tych sytuacjach przewodząca powłoka dachu powinna być chroniona zwodami o dostatecznej wysokości.
Zaleca się, aby tocząca się kula nie dotykała żadnej części metalowego dachu, łącznie
z wystającymi spoinami. Przy czym norma nie narzuca konieczności zachowania odstępów separacyjnych od wspomnianego pokrycia.
W przypadku attyki rozwiązaniem staje się zastosowanie iglic odgromowych w rozstawie zapewniającym spełnienie wymagania wskazanego na rysunku powyżej. Od strony produktowej, w tej sytuacji, proponujemy komplet odgromowy składający się z iglicy odgromowej, uchwytu i dwóch podpór mocowanych w ścianie attyki. Poniżej linki zawierające dwie wersje materiałowe: ze stali ocynkowanej i ze stali nierdzewnej.
Niestety w przypadku dachu pokrytego blachą lub blachodachówką spełnienie tego wymogu wiąże się z wykonaniem standardowej instalacji odgromowej prowadzonej po kalenicy.
Przejdziemy do kolejnego elementu urządzenia piorunochronnego. Na przewody odprowadzające możemy wykorzystać:
1. Instalacje metalowe – pod warunkiem, że jest zapewniona trwała galwaniczna ciągłość pomiędzy kolejnymi elementami i są wykonane z materiału o grubościach i przekrojach zgodnych z Tablicą 6 normy;
2. Metal szkieletu galwanicznie ciągłej konstrukcji żelbetowej obiektu – ważnym elementem jest trwała, galwaniczna ciągłość pomiędzy kolejnym elementami żelbetowymi;
3. Wzajemnie połączony stalowy szkielet konstrukcji obiektu;
4. Elementy fasady, szyny profilowe i metalowe elementy konstrukcyjne fasad – pod warunkiem, że ich wymiary odpowiadają wymaganiom określonym w Tablicy 6 normy
i grubości warstw metalowych lub rur metalowych nie są mniejsze niż 0,5 mm, a ich ciągłość galwaniczna w kierunku pionowym zapewnia trwałość.
Konstrukcję stalową w obiektach żelbetowych możemy traktować jako galwanicznie ciągłą, pod warunkiem, że łączenia pionowych i poziomych prętów są wykonane zgodnie z rysunkiem poniżej. Przy czym spawanie do prętów zbrojenia jest dozwolone tylko za zgodą projektanta robot budowlanych.
W obiektach, w których wykorzystuje się elementy żelbetowe za pomocą prób elektrycznych, ciągłość galwaniczną prętów zbrojenia od najwyższej części do poziomu ziemi. Całkowita rezystancja elektryczna, mierzona z użyciem właściwego urządzenia probierczego, nie powinna być większa niż 0,2 Ω. Jeżeli wartość ta nie zostanie osiągnięta lub nie ma możliwości przeprowadzenia takich prób, to stal zbrojenia nie powinna być wykorzystywana jako naturalny przewód odprowadzający.
Poniżej przedstawiamy przykłady zastosowania metalowych elementów fasad w charakterze przewodu odprowadzającego zakończonego uchwytem do podpięcia układu uziomów (zdjęcia własne):
W celu uniknięcia konieczności spawania warto zastosować produkt wskazany na zdjęciu z prawej
i tabelce poniżej. Założono zastosowanie elementów ze stali ocynkowanej ogniowo zapewniające trwałość na poziomie ok. 15 lat. Alternatywnie można zastosować elementy ze stali nierdzewnej cechujące się trwałością ok. 50 lat.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość [szt/ mb] | Symbol produktu |
| 1. | Złącze kontrolne bednarka-drut żeliwno-ocynkowane https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-kontrolne-bednarka-drut-zeliwno-ocynkowane/ |
1 | SR3A |
| 2. | Złącze kontrolne bednarka-bednarka ocynkowane https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-ocynkowane-2xm8-bednarka-bednarka-duze/ | 1 | SR2D |
| 3. | Pasta smarująco-przewodząca, grafitowa 40 g https://budniok.com.pl/sklep/pasta-smarujaco-przewodzaca-grafitowa-40g/ |
1 | PSPGR40 |
Inny przykładem na wykorzystanie elementów naturalnych w charakterze przewodów odprowadzających jest zastosowanie metalowych rur spustowych. Przykład pokazano na zdjęciu poniżej (zdjęcie z portalu www.elektro.info.pl, dostęp: 12.01.2022 r.).
Produkty, które możemy wykorzystać w tej sytuacji wskazano w tabelce poniżej. Założono zastosowanie elementów ze stali ocynkowanej ogniowo zapewniające trwałość na poziomie ok. 15 lat i drutu ze stopu aluminium AlMgSi o trwałości ok. 25 lat. Alternatywnie można zastosować elementy ze stali nierdzewnej cechujące się trwałością ok. 50 lat.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość [szt/ mb] | Symbol produktu |
| 1. | Obejma na rynnę https://budniok.com.pl/sklep/obejma-na-rynne-do-fi-120mm/ |
1 | ST |
| 2. | Uchwyt uniwersalny drut-drut https://budniok.com.pl/sklep/uchwyt-uniwersalny-drut-drut-jednosrubowy/ | 1 | SUB |
| 3. | Drut odgromowy ze stopu AlMgSi #8 mm https://budniok.com.pl/sklep/drut-odgromowy-almgsi-fi-8mm-2/ | 1,5 | DO008AL-T |
| 4. | Złącze kontrolne bednarka-drut żeliwno-ocynkowane https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-kontrolne-bednarka-drut-zeliwno-ocynkowane/ |
1 | SR3A |
| 5. | Bednarka ocynkowana 25×4 mm https://budniok.com.pl/sklep/bednarka-ocynkowana-25x4mm/ |
2 | BU254 |
| 6. | Podpora do bednarki H-50 mm https://budniok.com.pl/sklep/podpora-do-bednarki-h-50mm/ |
2 | PV44B |
| 7. | Pasta smarująco-przewodząca, grafitowa 40 g https://budniok.com.pl/sklep/pasta-smarujaco-przewodzaca-grafitowa-40g/ |
1 | PSPGR40 |
W charakterze uziomu naturalnego możemy wykorzystać połączoną wzajemnie stal zbrojenia (pręty konstrukcyjne), spełniającą wymagania materiałowe i przekrojowe (zgodnie z punktem 5.6 normy) lub innych odpowiednich metalowych struktur podziemnych. Pręty zbrojeniowe główne wykorzystywane do wykonywania elementów konstrukcyjnych (np. fundamentów ławowych) są wykonywane ze stali gołej i mają średnicę min. 12 mm. To spełnia wymagania zawarte w tablicy 7.
Jeżeli jako uziom jest wykorzystywane metalowe zbrojenie w betonie, to szczególnie należy zadbać
o wzajemne połączenia, aby zapobiec mechanicznemu rozłupywaniu betonu.
W normie wprost pojawia się wskazanie uziomu fundamentowego jako rozwiązania „pierwszego wyboru” – „żelbetowe fundamenty obiektów o wzajemnie połączonym zbrojeniu powinny być wykorzystywane jako uziomy fundamentowe. Wykazują one małą rezystancję uziemienia i stwarzają doskonałe warunki do ekwipotencjalizacji. Jeżeli nie jest to możliwe, zaleca się zainstalowanie układu uziomów wokół obiektu, najlepiej uziom otokowy typu B”.
Poniżej przedstawiamy przykład zastosowania prętów zbrojenia w formie siatki w charakterze uziomu naturalnego z bednarką stalową stanowiącą przewód uziemiający łączący przewód odprowadzający z układem uziomowym (zdjęcie z portalu www.dombezpieczny.com, dostęp 04.01.2022 r.).
Produkty, które można wykorzystać w tej sytuacji wskazano w tabeli poniżej.
| Zestawienie materiałów | |||
| Lp. | Produkt przykładowy | Ilość [szt/ mb] | Symbol produktu |
| 1. | Złącze krzyżowe bednarka-pręt zbrojeniowy https://budniok.com.pl/sklep/zlacze-krzyzowe-bednarka-pret-zbrojeniowy-max-30mm/ |
2 | SKTZ |
| 2. | Bednarka ze stali kwasoodpornej 30×3,5 mm https://budniok.com.pl/sklep/bednarka-ze-stali-kwasoodpornej-30x35mm/ | 4 | BU3035V4A |
Ostatnim zagadnieniem, o którym nie można zapominać jest kompatybilność elektrochemiczna stosowanych materiałów. W instalacjach uziemiających wykorzystuje się produkty ze stali ocynkowanej ogniowo, stopu aluminium AlMgSi, stali miedziowanej, miedzi, stali nierdzewnej
i kwasoodpornej. Nie wszystkie materiały można swobodnie łączyć ze sobą. Łączenie ze sobą metali, których potencjały w szeregu napięciowym różnią się o więcej niż 0,5 V lub 0,7V (zależnie od literatury) będzie skutkować zachodzeniem przyspieszonych procesów korozyjnych na styku. Zagadnienie jest
o tyle ważne, że w dalszej perspektywie może skutkować awarią instalacji (utrata ciągłości). Poniżej przedstawiamy uproszczoną tabelę kompatybilności materiałów.
| materiał | stal ocynkowana ogniowo | stop aluminium | stal nierdzewna i kwasoodporna |
stal miedziowana miedź |
||
| stal ocynkowana ogniowo | + | + | + | – | ||
| stop aluminium | + | + | + | – | ||
| stal nierdzewna i kwasoodporna |
+ | + | + | + | ||
| stal miedziowana miedź |
– | – | + | + | ||
| LEGENDA: “+” można łączyć, “-” nie można łączyć | ||||||
Podsumowując, nie można zaprzeczyć, że nadanie dodatkowej funkcji elementom, których montaż
i tak jest w obiekcie niezbędny obniży koszt realizacji całej inwestycji. Czasem, jak to jest w przypadku uziemienia naturalnego w ławach fundamentowych, pozwala również zwiększyć trwałość układu uziomów. A to, z perspektywy cyklu życia obiektu, pozwoli zmniejszyć koszty eksploatacji.
Jeżeli mają Państwo pytania – zapraszamy do kontaktu pod poniższym linkiem.
Istnieje możliwość doboru niezbędnych elementów indywidualnie po przesłaniu dokumentacji projektowej budynku!
Powrót