Jan Hájek Dalibor Šalanský

Transkript

1 Jan Hájek Dalibor Šalanský

2 Honza Hájek Dalibor Šalanský

3 Zcela na začátku oboru ochrany před bleskem jsou dvě velmi důležitá jména: Prokop Diviš ( ) a Benjamin Franklin ( ).

4

5 Je ironií, že první hromosvod v českých zemích instaloval Dr. Tadeáš Klinkoš ( ) na zámku Nosticů avšak nebyl to hromosvod dle Prokopa Diviš nýbrž takzvaného Franklinova typu. Zajímavé je, že tento hromosvod byl proveden již sedm let po instalaci prvního hromosvodu na kontinentální Evropě. Ać i v Měšisích vesničané protestovali, stačilo první léto a dva údery hromu do zámku bez toho aby došlo ke škodě a bylo po protestech.

6

7 Pak již nastala v celé Rakouské monarchii masivní výstavba hromosvodů, kterou odstartovala katastrofa ve městě Brescia v Itálii. Zde v roce 1769 udeřil do věže kostela San Nazaro a následný požár zapálil prachárnu a při následné explosi zahynulo na 3000 lidí a velká část města byla zničena. Posléze císařovna Marie Terezie nařizuje vybavit všechny sklady munice v mocnářství ochranou před bleskem.

8 J. A. H. Reimarus po té v r vydal první "Předpisy pro hromosvody". V nich bylo např. uvedeno toto: chránit krov střechy až po jeho konec, jakož i na střeše se nacházející nástavby, komíny a věžičky nebo altány a pokrýt je kovovými navzájem pospojovanými součástmi tak, že když blesk udeří do jakéhokoliv z těchto míst, nalezne jistou cestu na svody. Ty byly realizovány hlavně olověnými pásy, které měly mít šířku 3-6 coulů. Celá cesta svodů měla být jak jen to bylo možné vedena shora dolů těmito pruhy olova nebo mědi. Tyto pásy byly spojovány jednoduchými falci a u měděné varianty bylo doporučeno tyto jednoduché falce nýtovat nebo provést jako dvojité. Svody měly být vedeny nejenom na kamenných stěnách, ale i na dřevě, pokud nebyla jiná možnost a měly být upevněny hřeby. Bylo odpozorováno, že pokud je vnější plocha pásu nezakrytá, blesk putuje bez poškození svodů na zemnící soustavu. Také v těchto předpisech byla už zavedena podmínka připojování kovových součástí budovy na systém svodů, pokud nebylo možno svod od nich oddálit. Pro systém svodů byly předepsány druhy spojování jako jsou nýty a falce provedené tak, aby měly co největší pevnost. Také byla pro hromosvod předepsána vizuální kontrola minimálně každé jaro. I pro zemnící soustavu bylo důležité umístit ji co nejblíže nějakému vodnímu zdroji nebo zavést co nejhlouběji do země. Tyto předpisy byly vydány hlavně pro ochranu kostelů, skladišť střelného prachu, pro slámové střechy, větrné mlýny, jeřáby, cestovní vozy a lodě.

9

10

11 Mezi první předpisy popisující, jak má správný hromosvod vypadat, patří předpisy ESČ z roku 1950 V první edice ČSN z roku druhá edice ČSN Od platná norma ČSN EN 62305

12 ČSN EN Ochrana před bleskem - soubor českých technických norem Číslo normy Název ČSN EN Obecné principy ČSN EN Řízení rizika ČSN EN Hmotné škody na stavbách a nebezpečí ţivota ČSN EN ČSN EN Elektrické a elektronické systémy ve stavbách Inţenýrské sítě

13 ČSN EN Ochrana před bleskem časový harmonogram Norma FDIS IS National DOW FDIS: konečný návrh mezinárodní normy IS: mezinárodní norma National: národní norma DOW: nejzazší termín zrušení národních norem, které jsou v rozporu s evropskými normami

14 Termíny a definice Zóna ochrany před bleskem LPZ (lightning protection zone) zóna, ve které je definováno elektromagnetické prostředí Hladina ochrany před bleskem LPL (lightning protection level) číslo vztažené k souboru hodnot parametrů bleskového proudu, odpovídající pravděpodobnosti, že příslušné maximální a minimální návrhové hodnoty nebudou u blesků vyskytujících se v přírodě překročeny Systém ochrany před bleskem LPS (lightning protection system) kompletní systém používaný pro snížení hmotných škod způsobených údery blesku do stavby; Vnější systém ochrany před bleskem (hromosvod) (external lightning protection system) část LPS, která se skládá z jímací soustavy, soustavy svodů a uzemňovací Soustavy

15 Termíny a definice Vnitřní systém ochrany před bleskem (internal lightning protection system) část LPS, která se skládá z ekvipotenciálního pospojování proti blesku a/nebo elektrické izolace vnějšího LPS Ekvipotenciální pospojování proti blesku (vyrovnání potenciálů při působení blesku) (lightning equipotential bonding) připojení k LPS oddělených kovových prvků přímým vodivým spojením nebo přes přepěťové ochranné zařízení pro snížení rozdílů potenciálů způsobených bleskovým proudem Systém ochrany před LEMP LPM (LEMP protection system) kompletní systém ochranných opatření uvnitř budovy před LEMP. Systém chrání nejen před rušivými veličinami, ale také před vyzařovaným elektromagnetickým polem; Systém ochranných opatření proti LEMP (LEMP protection measures system) kompletní systém ochranných opatření pro vnitřní systém ochrany proti LEMP

16 ČSN EN Obecné principy LPL I II III IV třída LPS I II III IV S ppt / / ESC

17 ČSN EN Obecné principy průběhy bleskových proudů ± i ± i - i bleskový proud prvního výboje 200 ka 10/350 µs t bleskový proud dlouhého výboje 400 A 0.5 s t t bleskový proud následujících výbojů 50 ka 0.25/100 µs

18 ČSN EN Obecné staženo principy z Základní kritéria pro ochranu staveb a inženýrských sítí

19

20 Rizika pro stavbu Příčina poškození Typy ztrát Typy škod DEHNsupport Risiko DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6209

21 Příčiny poškození ČSN E : Bleskový proud je hlavní zdroj škody. Rozlišují se v závislosti na úderu blesku následné příčiny poškození: Příčiny poškození S1: úder blesku do stavby; S2: úder blesku v blízkosti stavby; S3: úder blesku do inženýrských sítí, která vstupují do stavby; S4: úder blesku v blízkosti inženýrských sítí, která vstupují do stavby. DEHNsupport Risiko DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6008_d

22 Typy škod ČSN EN : Typy škod, které mohou nastat následkem úderu blesku: Příčiny poškození D1: úraz živých bytostí v důsledku dotykových a krokových napětí Typy škod LEMP D2: hmotné škody (požár, výbuch, mechanické zničení, uvolnění chemikálií) vlivem úderu blesku včetně jiskření D3: výpadek vnitřních systémů vlivem LEMP DEHNsupport Risiko DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6210

23 Typy ztrát ČSN EN : Každý typ škod, samostatně nebo kombinací s jinými, může způsobit různé typy ztrát ve chráněné stavbě. Možné vzniklé typy ztrát jsou závislé samostatně na vlastnostech stavby. Příčiny poškození Typy ztrát Typy škod Rozlišují se následné typy ztrát dle použití této normy: Strom Wasser Gas L1: ztráta na lidských životech; L2: ztráta na věřejných službách; Typy ztrát L1, L2 a L3 mohou být vzaty jako ztráty společenských hodnot, které mohou být dále posouzeny jako typ ztráty L4 tedy čistě ztráty ekonomických hodnot. L3: ztráta na nenahraditelném kulturních dědictví; L4: ztráty ekonomických hodnot (stavba a jejich obsah, inženýrské sítě a výpadek funkce). DEHNsupport Risiko DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6211

24 Z toho plyne: ČSN EN : Níže jsou uvedeny vyjmenované činitelé následných typů ztrát, které je nutno zohlednit pro danou stavbu R T (1/rok) R 1 : Riziko ztrát na lidských životech; 10-5 Strom Wasser Gas R 2 : Riziko ztrát na veřejných službách; 10-3 R 3 : R 4 : Riziko ztrát na nenahraditelném dědictví; Riziko ztrát ekonomických hodnot. DEHNsupport Risiko 10-3 DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6053_a

25 Sběrná plocha A d, A m, A l staženo, A i pro z přímé/nepřímé údery blesku vztaženo ke stavbě A d sběrná plocha pro údery blesku do stavby A m sběrná plocha pro údery blesku v blízkosti stavby A l sběrná plocha pro údery do inženýrských sítí DEHNsupport A i sběrná plocha v blízkosti inženýrských sítí je profesionální nástroj A a sběrná plocha pro údery blesku do sousední stavby, která je s ní spojena inženýrskou sítí pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_a

26 Sběrná plocha A d pro údery blesku do samostatně stojící stavby S1 A d H L 3H W Lit.: ČSN EN : , DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_b

27 Sběrná plocha A m pro údery blesku v blízkosti stavby A m S2 3H 250 m Lit.: ČSN EN : , DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_c

28 Sběrná plocha A l pro údery blesku do inženýrských sítí S3 Konec vedení "b" A l Konec vedení "a" Lit.: ČSNE EN : , DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_d

29 Sběrná plocha A i pro údery blesku v blízkosti inženýrských sítí A i S4 Lit.: ČSN EN : , DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_e

30 Sběrná plocha A d pro údery blesku do sousední stavby S1 A d 3H Lit.: ČSN EN : , DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6122_f

31 Rozdělení ztrát s ohledem na příčiny poškození Příčiny poškození S1 S2 Typ ztrát Ztráta/úraz živých bytostí (L A ) Ztráta hmotných škod (L B ) Ztráta výpadkem vnitřních systémů (L C ) Ztráta výpadkem vnitřních systémů (L M ) S3 Ztráta/úraz živých bytostí (L U ) Ztráta hmotných škod (L V ) Ztráta výpadkem vnitřních systémů (L W ) S4 DEHNsupport je profesionální nástroj Ztráta výpadkem vnitřních systémů pro řízení rizika (L Z dle ) ČSN EN DEHNsupport Risiko / S6207

32 Výběr ochranných opatření pro stavbu Lit.:ČSN EN : DEHNsupport Risiko DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN / S6093_a

33 DEHNsupport je profesionální nástroj pro řízení rizika dle ČSN EN

34 ČSN EN Přípustné metody návrhu jímací soustavy poloměr třída valící se metoda ochranného úhlu oka mřížové LPS koule r soustavy W (m) I x 5 40 II x III I II III IV 15 x h 1 (m) IV x 20 h 1 : výška jímací soustavy od povrchu r : poloměr valící se koule : ochranný úhel h 1 r ochranný prostor

35 ČSN EN , STN EN Zóny ochrany před bleskem LPZ LEMP LPZ 0 A jímací soustava LPZ 0 B M Vyrovnání potenciálů blesk. proudů přednáška Honzy Hájka a Dalibora Šalanského zahajující Amper Svodič 2009 bleskových proudů (SPD Typ 1) Svodič bleskových proudů ( Svodič třídy Yellow/Line TYPE 1) Místní vyrovnání potenciálů Svodič přepětí (SPD Typ 2, SPD Typ 3) Svodič přepětí (Svodič třídy Yellow/Line TYPE 2, TYPE 3) svod klimatizace LPZ 1 stínění místnosti LPZ 3 LEMP LEMP koncové zařízení LPZ 2 LPZ 0 A LPZ 0 B napájecí síť NN LPZ 2 LPZ 0 C Informačnětechnická síť SEMP LPZ 1 armování základový zemnič Bulletin / S659_d

36

37

38 ČSN EN Hmotné škody staženo na z stavbách a nebezpečí života Vnější systém ochrany před bleskem r rozměr mříţe w h 1 tyčový jímač 2 1 valící se koule h 2 H soustava svodů uzemňovací systém max. výška budovy I II III IV 20 m 30 m 45 m 60 m 5 x 5 m 10 x 10 m 15 x 15 m 20 x 20 m / 660

39 ČSN EN Hmotné škody staženo na z stavbách a nebezpečí života Vnější systém ochrany před bleskem (pro vysoké budovy > 60 m) rozměr mříţe w h 1 r valící se koule h 2 H uzemňovací systém soustava svodů I II III IV 20 m 30 m 45 m 60 m 5 x 5 m 10 x 10 m 15 x 15 m 20 x 20 m / 660_a

40 LPZ definované pomocí LPS (IEC ) dostatečná vzdálenost S1 S3 LPZ 0 A s SPD 0 A /1 LPZ 1 43 S4 r s r S2 LPZ 0 B LPZ 0 B 45 SPD 0 A /1 4 Ekvipotenciální pospojování proti blesku SPD 1 Stavba S1 Úder do stavby proti blesku pomocí SPD Typ 1 2 Jímací soustava S2 Úder v blízkosti stavby LPZ Zóna ochrany před bleskem 3 Soustava svodů S3 Úder do inţenýrské sítě připojené ke stavbě SPD Přepěťové ochranné zařízení 4 Uzemňovací soustava S4 Úder v blízkosti inţenýrské sítě 5 Vstupující inţenýrské sítě připojené ke stavbě r Poloměr valící se koule

41 LPZ definované pomocí ochranných opatření proti LEMP (IEC ) S3 S4 46 r SPD 0 A /1 LPZ 0 A LPZ 0 B Ekvipotenciální pospojování proti blesku SPD proti blesku pomocí SPD - Typ 1 / Typ 2 LPZ Zóna ochrany před bleskem SPD Přepěťové ochranné zařízení r d S1 LPZ 0 B 41 SPD 0 B /1 LPZ 1 45 SPD 1/2 LPZ d s SPD 1/2 43 d s LPZ 0 C SPD 0 A /1 r 46 S2 1 Stavba (LPZ 1) S1 Úder do stavby 2 Jímací soustava S2 Úder v blízkosti stavby 3 Soustava svodů S3 Úder do inţenýrské sítě připojené ke stavbě 4 Uzemňovací soustava S4 Úder v blízkosti inţenýrské sítě staženo 5 Místnost z (stínění LPZ 2) připojené ke stavbě 6 Vstupující inţenýrské sítě Poloměr valící se koule Bezpečný odstup

42 Stanice mobilních operátorů princip návrhu svodu za pomoci systému DEHNiso Combi S nutno dodrţet dostatečnou vzdálenost anténa s anténní stoţár s vyrovnání potenciálů

43 ČSN EN Elektrické a elektronické systémy ve stavbách

44 Parametry bleskového proudu Parametr LPL I II III-IV Imp. proud I (ka) spec. energie W/R (MJ/ ) 10 5,6 2,5 náboj Q Impuls (As) náboj Q Langzeit (As) efektivita 98% 95% 80-90% Lit.: ČSN EN : , Tab. 4

45 Rozdělení bleskového proudu 100% 50% Informační síť napájecí síť Kovová potrubí PAS vnější ochrana před bleskem 50% zemnící soustava

46 Indukční vazba Datová zás. Napájecí zás. Indukční smyčka Datové rozvody Lit.:... síť nízkého napětí

47 Maximalní indukované napětí v instalačních smyčkách max. indukované napětí û s = k u2 ( di ) dt Příklad a s (di/dt) max. rozměry û s a û s i i 100 ka/µs a = 10 m s = 1 m k u2 = 5000 V ka/µs 500 kv k u = koeficient přepočtu smyčky di/dt = strmost bleskového proudu

48 Sekundární účinek působení staženo bleskového z proudu - maximalní indukované napětí v instalačních smyčkách max. indukované napětí û s = k u3 l ( di ) dt max. B û s l b s Příklad (di/dt) max. rozměry û s 100 ka/µs b = 3 mm s = 1 m l = 10 m V k u3 = 0,6 m ka/µs k u = koeficient přepočtu smyčky di/dt = strmost bleskového proudu 600 V

49 ČSN EN Rozdělení bleskového proudu DEHNventil TNC trafostanice po 25 ka budova 100 ka po 25 ka 75 ka 25 ka 100 ka vnější ochrana před bleskem 200 ka 100 ka 1971 / / OB

50 ČSN EN koordinace nasazení svodičů bleskových proudů a svodičů přepětí Zdroj rušení Přenosové cesty Snížení rušení LPZ 1 LPZ 2 LPZ 3 Koordinace izolace 6 kv 4 kv 2,5 kv 1,5 kv 1,5 kv Napájecí síť nn Zkušební vlna10/350 µs Metoda koordinace LPZ Metoda koordinace xx x při použití DV není nutná Délka kabelu / omezovací indukčnost Řady svodičů Koordinační kódy x 1 Není nutná 1,5kV Odolnost def. impulz. výdržným napětím Koncové zařízení Odolnost proti rušení 2 Informačně-technická síť přednáška Honzy Hájka a Zbytkové Dalibora Šalanského rušení zahajující Zbytkové Amper rušení 2009 S ppt / OB

51 ČSN EN ochrannástaženo sada z pro napájecí systémy na rozhraní zón bleskové ochrany (LPZ) LPZ 0 LPZ 1 LPZ terminál svodič bleskových proudů pren ČSN EN /350 µs svodič přepětí pren ČSN EN /20 µs svodič přepětí pren ČSN EN ,2/50 µs; 8/20 µs hybridní generátor koncové zařízení ČSN EN ,2/50 µs; 8/20 µs hybridní generátor W î, Q, R DEHN + SÖHNE / protected Hasse, P.: by Lightning ISO 16016Protection / Surge Protection - State of Technique and Practise 2 nd June, 2004, Prague

52 Aplikace na střeše

53

54

55

56

57

58

59 Statistika škod na fotovoltaických systémech dle četnosti příčin Tlak Schneedruck sněhu 4% Selhání menschl. člověka Versagen 2% Prasknutí Glasbruch skla 4% Technické techn. Versagen příčiny 10% Jiné Sonstige 3% požár Feuer 2% Marderbiss 7% Zlý Böswilligkeit úmysl 8% přepětí Überspannung 45% kroupy Hagel 2% Bouřka Sturm 9% krádež Diebstahl 4% Zdroj: Mannheimer Versicherung 2006 Photovoltaik - Blitzschäden / 4517_c

60

61

62 FV- zařízení na budově s hromosvodem a) dostatečná vzdálenost s je dodrţena Výpočet dostatečné vzdálenosti dle ČSN EN s s s b) dostatečná vzdálenost s není dodrţena Přímé vodivé spojení mezi součástmi hromosvodu a rámy FV panelů Photovoltaik - Blitzschäden / S3527_a

63 Malé FV zařízení na RD staženo s hromosvodem z a DODRŽENÍM dostatečné vzdálenosti s dostatečná vzdálenost s měnič pod střechou FV-panely měnič = ~ 3 2* 1 kwh kwh Kombinovaný svodič (Typ 1) DEHNventil ZP TNC 255 Svodič přepětí (Typ 2) DEHNguard M TN 275 Svodič přepětí (Typ 2) DEHNguard PV 500 SCP Nemusí být, pokud je měnič přímo u elektroměru HDR Photovoltaik - Blitzschäden / 4561_a_JEH

64 Malé FV zařízení na RD s staženo hromosvodem z NEDODRŢENÍM dostatečné vzdálenosti es zde je nutný přímý spoj d < s měnič pod střechou FV-panely 3 měnič = ~ 2* 1 Kombinovaný svodič (Typ 1) DEHNventil ZP TNC Kombinovaný svodič (Typ 1) DEHNventil M TN Svodič bleskových proudů (Typ 1) DEHNlimit PV 1000 kwh kwh 1 *Nemusí být pokud je měnič přímo u elektroměru HDR Photovoltaik - Blitzschäden / S4561_b

65 Příklady velkých FV zařízení v německu Projekt: Solaranlage Geiseltalsee, Krumpa Projekt: Solarpark Höslwang + Leipziger Land Projekt: Solarpark Göttelborn Projekt: Mühlhausen / Günching / Minihof Photovoltaik - Blitzschäden / 4034

66 Jímací soustava a svody svod Photovoltaik - Blitzschäden / 4172_g

67 Ohrožení bleskem Odhad rizika: 5 MWp-Sluneční elektrárna 16 hektarů 0,16 km 2 Intenzita blesků v okolí Lipska: 2,67 úderu blesku na km 2 0,42 úderu blesku za rok za rok. Je třeba počítat ţe do 2,38 roku dojde k přímému zásahu beskem do této aplikace. Photovoltaik - Blitzschäden / S4035_a

68 FV- zařízení provozní podmínky Cenná aplikace zabírající velkou plochu Investice v řádu miliónů EUR Zařízení musí být v provozu déle neţ 20 let dlouhodobá investice Škody mohou vést ke zvýšení pojistné částky a zavedení spoluúčasti Zvýšené provozní a ostatní náklady povedou ke sníţení rentability celého zařízení Ochrana před bleskem a přepětím je nutná! Photovoltaik - Blitzschäden / S4035_b

69

70

71 Ochrana před přepětím ochrana před bleskem -drát Cu 8 mm FV-panely měnič v budově přípojní skříňka generátoru ~ = HEP Photovoltaik - Blitzschäden / 4039_b

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91