Ukázka
2. PROTI ČEMU SE CHRÁNÍME STAVBOU HROMOSVODU Pokud chápete, co se děje při úderu blesku, můžete se jeho následkům bránit na základě logického úsudku. 2.1 Jiskření Blesk samotný je elektrický výboj dosahující vysokých teplot. Toto nelze ovlivnit. Při úderu blesku se některá část hromosvodu nebo objektu s touto vysokou teplotou určitě potká a hrozí tedy vznícení okolních materiálů. K zajiskření může dojít také mezi částmi s rozdílným napětím proti zemi. Vysvětlím dále v kapitole 2.4. 2.2 Proud Proud blesku může dosahovat stovek ka. Průchodem proudu vodiči nebo částí stavby dochází k jejich zahřívání. Kolem proudových cest se dále vytváří elektromagnetické pole a vzniká úbytek napětí. 2.3 Elektromagnetické pole Problém je v tom, že proud blesku je sice stejnosměrný, ale má prudký počáteční nárůst a navíc se nejedná o jeden impulz, ale jde jich několik za sebou. Z elektrotechniky střední školy připomenu, že proud vyvolá magnetické pole. Změna velikosti proudu vyvolá změnu velikosti magnetického pole. Změna velikosti magnetického pole vyvolá ve smyčce napětí a při uzavření smyčky proud. Velikost napětí je úměrná ploše smyčky a rychlosti změny magnetického pole. Takže logicky: čím blíže bude smyčka proudové cestě nebo čím bude větší, tím hůř. Příklad je uveden na obr. 1, kde: l = 10 m, s = 1 m, b = 3 mm. V tomto případě se při proudu ve svodu 100 ka bude indukovat napětí 600 V. Obr. 1 Napětí naindukované proudem ve svodu 9
3. VÝPOČET RIZIKA A STANOVENÍ TŘÍDY LPS Smyslem výpočtu rizika je vytvořit hromosvod dostatečně kvalitní pro dané podmínky. Již dříve existovalo Doporučení ESČ předkládající výpočet, na jehož konci byl výsledek třída LPS (dnešními slovy). ČSN EN 62305-2 ed. 2 předkládá výpočet rizika, které se porovná se stanoveným limitem. Pokud je vypočítané riziko menší než limitní hodnota, hromosvod je dostatečně kvalitní pro dané podmínky. Bleskem můžeme být poškozeni v několika směrech: újma na zdraví nebo na životě, ztráta služeb (plynárenský podnik, energetika, TV signál apod.), ztráta na kulturním dědictví (kostely, památky), finanční ztráta. První tři zmíněná rizika se musí před stavbou hromosvodu vyhodnotit. Finanční ztrátu vyhodnotit můžeme. Škodit může úder do stavby a v jejím okolí, úder do připojených vedení a jejich okolí a rovněž do staveb sousedících a jejich okolí. Samotný výpočet je založen na správné volbě možností, které norma ČSN EN 62305-2 ed. 2 předkládá. Volby se týkají rozměrů stavby, okolí, staveb a vedení připojených k oceňované stavbě, množství lidí nacházející se uvnitř a vně stavby, provedení vnějšího a vnitřního LPS, nasazení protipožárních opatření atd. Existuje několik programů řešících tento výpočet. Postup výpočtu (správně: ocenění rizika) spočívá v označení těch nabídek, které odpovídají skutečnosti. Musíte se například vyjádřit k materiálu podlah. Je vám nabídnut beton, mramor, keramika, mozaika, koberec, linoleum, dřevo. Vy označíte materiál použitý na podlahy ve stavbě. Program po provedení výběru z nabídky přepočítá výsledné riziko a srovná je se stanoveným limitem. Stejně to funguje u určení všech dalších charakteristik (vlastností) stavby. Pokud se do limitu nevejdete, je nutné některá opatření nebo podmínky změnit. Zdánlivým paradoxem je, že třída LPS není výsledkem, ale pouze jedním z mnoha vstupních zadání. Pokud však vypočítané riziko nevychází, můžete v zadání zvolit přísnější třídu LPS nebo zlepšit jiné opatření, které povede ke snížení rizika. Norma opravdu nepředepisuje, že nemocnice musí být v LPS I a kozí chlívek stačí v LPS IV. Pokud se rozhodnu nemocnici provést v LPS IV a rizika mi vyjdou, pak mi v tom nic nebrání. Rovněž např. horší hromosvod, ale více hasicích přístrojů, může mít za následek stejný počet mrtvých jako pouze lépe provedený hromosvod. Celý výpočet má logiku a používáním sami uvidíte, jaká opatření ovlivňují jaká rizika. Faktem je, že samotnému postupu nemusíte rozumět, a přesto se můžete za pomocí některého počítačového programu snadno dopracovat k cíli. Celý postup je obsažen v ČSN EN 62305-2 ed. 2 na několika desítkách stran. Je to v podstatě velké množství hodnot a koeficientů, které se různě sčítají, násobí, porovnávají atd. Vzhledem k rozsahu této příručky není možné jednoduše popsat tento výpočet a stejně tak si nedovedu představit, že by jej někdo prováděl pomocí tužky a papíru. Norma dále předkládá poměrně jednoduchý postup výpočtu ekonomických ztrát. Smyslem je, aby hromosvod nebyl dražší než chráněný objekt. Celou záležitost je ale možné vidět z několika pohledů. Pokud bude 100 stejných domů a shoří zrovna ten můj, pak mi bude malou útěchou, že v průměru je to OK. Jiný pohled na věc bude mít majitel jednoho domu, který je mu vším a jiné to bude z pohledu nadnárodní firmy, pro niž je jeden objekt pouze částí celkového majetku. 11
4. VNĚJŠÍ LPS IN-EL, spol. s r. o., Lohenická 111/607, 190 17 Praha 9 - Vinoř Obr. 4 Možné varianty návrhu vnějšího LPS 4.1 Typ hromosvodu Dešti se mohu bránit deštníkem nebo nepromokavým oblečením nebo mohu jet autem. I hromosvod může mít několik podob. 17
Naprosto stejná pravidla platí pro antény. Ideální je, aby anténa byla v ochranném prostoru jímače a byla od něj oddělena dostatečnou vzdáleností. Pokud nelze dostatečnou vzdálenost dodržet nebo pokud nelze anténu umístit do ochranného prostoru, nezbude, než ji přímo spojit s hromosvodovým vedením a vyrovnat se s dílčím bleskovým proudem, který poběží do stavby po anténním svodu. Dobrou zprávou je, že dostatečná vzdálenost se dá nahradit použitím vodiče HVI, takže jímač a vedení lze instalovat prakticky kdekoliv. Obr. 39 Ochrana antény a svodu (anténa je chráněna proti přímému úderu, ale není dodržená dostatečná vzdálenost s po anténním svodu potečou dílčí bleskové proudy) Obr. 40 Příklad ochrany antény mobilního operátora (anténa je v ochranném prostoru a zároveň je dodržena dostatečná vzdálenost s) 41
6. VNITŘNÍ SYSTÉM OCHRANY PŘED BLESKEM (VNITŘNÍ LPS) V úvodu jsme si ukázali, co se při úderu do objektu děje. Především nás zajímá proud tekoucí celou soustavou vnějšího LPS. To má za následek vznik různých napět, ových hladin na vnějších i vnitřních vodivých částech stavby. Rozdílná úroveň napět, ových hladin může vést ke vzniku jiskření přeskoků mezi jednotlivými částmi objektu. Neporušitelné pravidlo zní: nedopustit zajiskření. Obrana je dvojího typu: IN-EL, spol. s r. o., Lohenická 111/607, 190 17 Praha 9 - Vinoř a) ekvipotenciální pospojování (kapitola 6.1) raději spoj než jiskra viz obr. 57, b) elektrická izolace vnějšího LPS od vnitřního (kapitola 6.2) taková vzdálenost, že nebude dost síly skočit, zajiskřit viz obr. 58. Obr. 57 Vnitřní ochrana pospojováním 59
6.2 Elektrická izolace vnějšího LPS V předchozí části jste viděli, že blesk buď udržíte od vodivých částí stavby oddělený, a to shora až na úroveň terénu, nebo jej s vodivými částmi stavby spojíte. Udržet oddělený znamená elektricky izolovaný s dodržením dostatečné vzdálenosti s. Je to vzdálenost, kterou bleskový proud nepřeskočí. Zda se mu to podaří nebo nepodaří, záleží na: velikosti bleskového proudu, délce vedení, na němž se vytváří úbytek napětí, prostředí (vzduch, zdivo nebo beton). Jestliže je úbytek na vedení vyšší než elektrická pevnost mezery mezi svodem a vodivou, uzemněnou částí stavby, pak dojde k přeskoku. Celý vzorec vypadá takto: k S = ki c l, k m kde: k i koeficient zvolené třídy LPS (v podstatě určuje velikost proudu, který bereme v úvahu), k c koeficient určující velikost bleskového proudu ve svodu závisí na počtu a rozmístění svodů (opět mluvíme o velikosti proudu vytvářejícího úbytek stejně jako k i ), k m koeficient materiálu elektrické izolace mezery (vzduch, zdivo nebo beton), l je délka proudové cesty až k zemniči. Tab. 14 Tab. 15 Tab. 16 Izolace vnějšího LPS hodnoty koeficientu k i Izolace vnějšího LPS hodnoty koeficientu k c Izolace vnějšího LPS hodnoty koeficientu k m Třída LPS k i I 0,08 II 0,06 III a IV 0,04 Počet svodů n k c * 1 1 2 1 až 0,5 4 a více 1 až 1/n * (Přesnější hodnoty jsou uvedeny v příloze C ČSN EN 62305-3 ed. 2.) Materiál k m vzduch 1 beton, cihla 0,5 Jak vidíte, výpočet je jednoduchý, jen s tím, že v ČSN EN 62305-3 ed. 2 v příloze C je podrobně rozpitváno stanovení koeficientu k c. Zajímavé je, že koeficient k m (materiál mezery) je nižší pro zdivo a beton, takže potřebná dostatečná vzdálenost pro zdivo a beton bude větší než pro vzduch. Je to tím, že v pevném stavebním materiálu se vlivem vlhkosti a přimísenin vytvářejí vodivé cesty, které zkracují izolační vzdálenosti. Co si v tuto chvíli zaslouží trochu pozornosti, je stanovení délky l. I když jen samotná délka proudové cesty nerozhoduje o velikosti úbytku napětí, jinými slovy o velikosti potenciálu, právě tento rozměr lze považovat za bernou minci. Při výpočtu dostatečné vzdálenosti tedy počítáte podél svodu od místa, ke kterému provádíte výpočet dostatečné vzdálenosti až k nejbližšímu vyrovnání potenciálů ekvipotenciálnímu pospojování nebo k zemniči (popřípadě místu změny soustavy svodů). Na obrázcích 64 až 68 je puntíkem označeno místo, ke kterému počítáte dostatečnou vzdálenost a šipka je délka l, kterou dosazujete při výpočtu. 67
11. ZÓNY BLESKOVÉ OCHRANY LPZ A UMÍSTĚNÍ SPD Zóny bleskové ochrany jsou ohraničené prostory s přepětím a elektromagnetickým polem na určité úrovni: LPZ 0 A je zóna bez ochrany (netlumené magnetické pole a celý bleskový proud), LPZ 0 B je zóna s ochranou před přímým úderem (zásahem) blesku jedná se o prostor chráněný jímači (netlumené magnetické pole, ale už jen dílčí bleskové proudy), LPZ 1 je zóna za svodiči bleskových proudů a za prvním stíněním proti elektromagnetickému poli (zeslabené magnetické pole a přepět ové vlny, které se překulí přes kapacity nebo se naindukují), LPZ 2 je zóna ošetřená přepět ovými ochranami a elektromagnetické pole je sníženo druhým stíněním nebo je od prvního již dostatečně daleko (stále omezenější magnetické pole i přepět ové vlny), LPZ 3 je zóna určená pro zvlášt citlivá zařízení (stále omezenější magnetické pole i přepět ové vlny). (Viz obrázek 77, str. 84.) V podstatě řešíte otázky: čím jsem dosáhl snížení přepětí, že mohu daný prostor považovat za další LPZ v řadě? čím jsem snížil elektromagnetické pole, že mohu daný prostor považovat za další LPZ v řadě? Na obrázku 54 lze vidět tatáž pravidla. (Viz obrázek 78, str. 85.) Všimněte si, že na hranici zóny LPZ 0 a 1 jsou vždy použity svodiče bleskových proudů typu 1. Kdyby bylo ke snížení elektromagnetického pole použito stínění, bylo by masivní z důvodů výskytu dílčích bleskových proudů. Podrobněji o stínění dále v kapitole 13. Na obr. 78 (str. 85) jsou uvedené kategorie přepětí pro jednotlivé prostory a zařízení vycházející z ČSN EN 60664-1 ed. 2. Tab. 18 Jmenovité impulzní výdržné napětí podle impulzní výdržné kategorie (podle částí instalace) Jmenovité napětí Jmenovité impulzní výdržné napětí instalace Zařízení na začátku Zařízení, které je Zařízení určené pro Speciálně Trojfázové instalace částí pevné instalace připojení k pevné chráněné zařízení systémy (impulzní výdržná (impulzní výdržná instalaci (impulzní (impulzní výdržná kategorie IV) kategorie III) výdržná kategorie II) kategorie I) 230/400 V 6 kv 4 kv 2,5 kv 1,5 kv Z toho také vyplývá, jaké SPD kde dáte: všechny možné cesty, kterými by mohl být zavlečen bleskový proud, musí být na hranici zóny bleskové ochrany 0 a 1 (LPZ 0 a 1) opatřen svodičem bleskového proudu neboli SPD typu 1, SPD typu 2 musí být na hranici LPZ 1 a 2, SPD typu 3 chrání spotřebiče. Proto se SPD typu 1 osazuje na přívodu v hlavním rozváděči a na vývody vedoucí do LPZ 0. Většinou se jedná o elektrická zařízení na střeše vystavená přímému úderu blesku. Zařízení umístěná na střeše, která jsou v ochranném prostoru jímače a zároveň jsou od hromosvodu dostatečně vzdálena, stačí chránit pomocí SPD typu 2. Toto dilema budete řešit často: zda umístit zařízení pod jímač nebo nasadit masivní svodiče bleskových proudů typu 1. 83
14. KOORDINOVANÁ OCHRANA SPD Řekl bych, že tato skupina kapitol je asi tou, když ne nejdůležitější, tak rozhodně nejzajímavější. Pojednává o instalaci SPD neboli přepět, ových ochranných zařízeních. My jsme v druhé části této příručky, věnované ČSN EN 62305-4 ed. 2, začali rozdělením stavby do zón LPZ a umístěním různých typů SPD (svodičů). Pak jsme se museli věnovat pospojování a stínění, které souviselo se zónami LPZ. Pokud vám to vyhovuje, můžete část věnovanou typům a umístění SPD proběhnout znovu pro připomenutí. Teď se opět vracíme k SPD, abychom dokončili, co jsme začali. Řekneme si vše, co se týká jejich instalace. 14.1 Koordinace SPD Aby přepět, ové ochrany správně zafungovaly otevřely se napětím, je důležité, aby mezi jednotlivými stupni ochrany byly dodrženy alespoň minimální délky vedení. Tato vedení mezi ochranami mohou být nahrazeny omezovacími impedancemi (tlumivkami). Obr. 85 Vzdálenost mezi jednotlivými stupni ochran 95
Obr. 87 Zapojení svodičů v síti TN-C-S 98