Korozja elementów urządzenia piorunochronnego umieszczanych w powietrzu i gruncie

Urządzenie piorunochronne (LPS) jest to kompletny system, który ma za zadanie zminimalizowanie ryzyka porażenia ludzi oraz uszkodzenia obiektów i ich wyposażenia przez wyładowania atmosferyczne bezpośrednie i pobliskie. Wymagania dla projektowania oraz budowy LPS są wyczerpująco opisane w serii norm PN-EN 62305 [1], natomiast wymagania, jakie powinny spełniać elementy urządzenia piorunochronnego, są przedstawione w serii norm PN-EN IEC 62561. Normy te są systematycznie aktualizowane przez komitet techniczny TC 81 IEC w celu ich międzynarodowej akceptacji i stosowania.

>>> Ochrona odgromowa w istniejących i projektowanych budynkach

>>> Czy konieczna jest ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa instalacji fotowoltaicznej?

Podstawową częścią urządzenia piorunochronnego są elementy zewnętrzne (LPSC), mające na celu przejęcie prądu pioruna (zwody odgromowe), jego odprowadzenie do ziemi (przewody odprowadzające) oraz bezpieczne rozproszenie w gruncie (układ uziomów). Wszystkie te elementy są narażone na korozję, której mechanizm jest złożony, szczególnie wówczas gdy są one częściowo umieszczone w powietrzu i częściowo w gruncie. Dotyczy to głównie elementów układu uziemiającego w postaci:

• przewodów uziemiających(doprowadzających prąd pioruna do uziomu) zdefiniowanych w PN-EN IEC 62561-2 [3] jako przewody zainstalowane między przewodem odprowadzającym/złączem kontrolnym a uziomem w celu połączenia uziomu ze złączem kontrolnym. Przewody te mogą być wykonane z pręta lub bednarki i na ogół są częściowo umieszczone w powietrzu oraz w gruncie;
• uziomów, które są przewodzącymi elementami mającymi elektryczny kontakt z gruntem bezpośrednio lub poprzez ośrodek przewodzący, np. beton lub środek zmniejszający rezystywność gruntu;
• zacisków oraz złączy do połączenia elementów uziemienia, które mogą być umieszczone zarówno w powietrzu, jak i gruncie.

Korozja metali (w tym elementów metalowych LPS) przebiega z szybkością uzależnioną od rodzaju metalu oraz cech środowiska, w którym są one umieszczone. Takie parametry jak: wilgotność, roztwory soli stanowiące elektrolity w gruncie lub na powierzchni metalu, stopień aeracji oraz temperatura, a także ich oddziaływanie na metale powodują, że zjawiska korozji metali są bardzo złożone. Także lokalne warunki środowiskowe, w których są instalowane urządzenia piorunochronne (wpływ zanieczyszczeń naturalnych lub przemysłowych), mogą znacząco zmieniać się na różnych obszarach i wpływać na ich korozję.

Fot. 1. Przykłady korozji przewodów uziemiających (doprowadzających): a) stalowy pręt ocynkowany na gorąco po 6 miesiącach eksploatacji w Sudanie, b) stalowa bednarka ocynkowana po 12 latach eksploatacji w Polsce, c) złącze kontrolne ze stalowym uziomem ocynkowanym połączonym z miedzianym przewodem uziemiającym (brak danych o okresie eksploatacji). Fot. archiwum autorów

Na fot. 1 przedstawiono przykładowe zdjęcia przewodów uziemiających (doprowadzających) z widocznymi zniszczeniami spowodowanymi przez korozję występującą w gruncie lub/i powietrzu.

>>> Instalacja odgromowa w budynku jednorodzinnym

>>> Jak powstaje piorun? W jaki sposób dawniej chroniono budowle przed uderzeniem pioruna?

Należy podkreślić, że w seriach norm PN-EN IEC 62561 (tj. PN-EN IEC 62561-1 [4] oraz PN-EN IEC 62561-2 [3]) odnoszących się do badań wymaganych dla LPSC nie są zdefiniowane typowe badania korozyjne. Normy te zawierają jedynie wymagania dotyczące badań środowiskowych, które obejmują:

• oddziaływanie mgły solnej zgodnie z PN-EN IEC 60068-2-52 [5],
• próbę z dwutlenkiem siarki w wilgotnej atmosferze zgodnie z PN-EN ISO 22479 [6],
• próbę amoniakalną odporności na korozję naprężeniową stopów miedzi zgodnie z PN-ISO 6957 [7].

Wymienione badania odwzorowują wpływ agresywnych czynników na LPSC, które są umieszczone w powietrzu (atmosferze) i które mogą być zlokalizowane na obszarach, gdzie występują w sposób ciągły lub czasowo zanieczyszczenia sztuczne (np. na terenach przemysłowych) lub naturalne (obszary nadmorskie). Kryteria akceptacji badań środowiskowych dla LPSC są zawarte w [3, 4] dla określonych materiałów i bazują na ocenie wzrokowej stanu materiału podstawowego lub powłoki ochronnej. Niestety, w badaniach środowiskowych nie jest określone ryzyko występowania korozji dla elementów metalowych urządzenia piorunochronnego, umieszczonych w całości lub częściowo w gruncie. Problem ten jest scharakteryzowany w niniejszym artykule. Autorzy proponują, aby w kolejnych edycjach serii norm dotyczących badań LPSC, opracowywanych przez zespoły TC 81 IEC, podjąć prace dotyczące wprowadzenia dodatkowych wymagań w zakresie badań korozyjnych materiałów, z których są wykonywane elementy urządzeń piorunochronnych.

W dalszej części artykułu:

Ryzyko korozji elementów urządzeń piorunochronnych umieszczanych w powietrzu (atmosferze)
Ryzyko korozji LPSC umieszczonych w ziemi (gruncie)
Efekty uszkodzeń korozyjnych elementów urządzeń piorunochronnych umieszczanych w różnych środowiskach (w powietrzu i gruncie)

Cały artykuł dostępny jest w numerze 5/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.

Marek Łoboda, Politechnika Warszawska

Robert Marciniak, CBM Technology

Literatura
1. PN-EN (IEC) 62305-1 Ochrona odgromowa – Część 1: Zasady ogólne.
2. PN-EN (IEC) 62305-3 Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia.
3. PN-EN IEC 62561-2 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPSC) – Część 2: Wymagania dotyczące elementów przewodów i uziomów.
4. PN-EN IEC 62561-1 Elementy urządzenia piorunochronnego (LPSC) – Część 1: Wymagania dotyczące elementów połączeniowych.
5. PN-EN IEC 60068-2-52 Badania środowiskowe – Część 2: Próby – Próba Kb: Mgła solna, cykliczna (roztwór chlorku sodu).
6. PN-EN ISO 22479 Korozja metali i stopów – Próba z dwutlenkiem siarki w wilgotnej atmosferze (metoda ustalonej objętości gazu).
7. PN-EN ISO 6957 Miedź i stopy miedzi – Próba amoniakalna odporności na korozję naprężeniową stopów miedzi.