DEHNinfo č. 4/2003 informační bulletin pro zákazníky firem DEHN + SÖHNE a odborníky v ochraně před bleskem a přepětím Ochrana před účinky elektromagnetického pole při přímém úderu blesku Stínění budov, místností a vedení (Výběr z uveřejněných článků a dokumentů)
STÍNĚNÍ BUDOV A MÍSTNOSTÍ Ing. J. Kutáč Kvalitní hromosvod, uzemnění, vyrovnání potenciálů, stínění a instalace přepěťových ochran by měly být základními prostředky v ochraně před bleskem a přepětím. Dalším důležitým nástrojem v této ochraně je vytvoření koncepce zón bleskové ochrany. Při vytváření této koncepce je důležité najít vhodné technické a ekonomické řešení při dodržení všech zásad elektromagnetické kompatibility (EMC). Při přímém nebo blízkém úderu blesku by nemělo docházet k poruchovým stavům elektrické instalace včetně koncových zařízení, dodržíme-li všechny výše uvedené zásady. Stínění je základním opatřením pro snižování intenzity elektromagnetického pole. Je-li navržena jímací soustava s vnějšími svody, pak při průtoku části bleskového proudu jednotlivými svody dojde uvnitř objektu v blízkosti svodů k indukci silného elektromagnetického pole. Navrhneme-li skryté svody vytvořením Faradayovy klece, dojde k rozložení bleskového proudu na malé části, které budou procházet jednotlivými oky armování. Vzájemným působením polí z jednotlivých dílčích elektromagnetických polí se dosáhne značného utlumení celkového elektromagnetického pole. Pak již nemusíme nehovořit o dostatečné vzdálenosti od svodů. Zvlášť důležitým prostředkem pro dosažení kvalitního stínění budovy nebo místnosti jsou dané stavební kovové části budovy - kovové střechy, kovové fasády, ocelové armování v betonu, ocelové výztuže, kovové nosné konstrukce, kovové potrubní systémy. Vzájemným pospojováním těchto prvků efektivně snížíme vliv elektromagnetického pole uvnitř budovy nebo místnosti. Proto je důležité, abychom zajistili při realizaci kontrolu následujících bodů (obr. 1): - vodivé propojení armování ve stropech, stěnách a podlahách (minimálně každých 5 m je nutné připojení k systému uzemnění) - připojit kovové fasády, jsou-li použity jako stínící prvek, každých 5 m s uzemněním - pospojovat utopená kovová budování v podlahách, stropech, stěnách a propojit každých 5 m s uzemněním - připojit kovové konstrukce k uzemnění - propojit armování v základech budovy každých 5 m s uzemňovací soustavou Při zřizování stínění místností (např. počítačové sály, technologické místnosti) měli bychom využívat především dané kovové části a armování (jako u stínění budov). Použijeme-li pro stínění budov kovové stavební části (např. armování), tyto materiály jsou součástí stavby a tudíž pořizovací náklady jsou v porovnání s dodatečnou instalací zanedbatelné. Chceme-li dosáhnout kvalitního stínění, musíme zajistit skutečné vodivé spojení jednotlivých ok armování. Rozměry a materiál armování jsou jedny z hlavních parametrů, které ovlivňují celkovou kvalitu daného řešení (obr. 2). Spojení mezi armováním a svodem nebo okružním zemničem provedeme svorkou nebo svařením se zalitím asfaltem. Příklad komplexního ošetření stínění objektu je na obr. 3. ZÁKLADNÍ POŽADAVKY NA STÍNĚNÍ (úvod k tiskopisu DS 592) Existují dvě odlišné cesty boje proti rušivým vlivům: 1. opatření ke snížení rušivého vlivu (elektromagnetické interference EMI) na hodnoty, které již nemusí být považovány za přepětí ohrožující elektronické zařízení. 2. likvidace již vzniklých přepětí pomocí omezovačů přepětí (přepěťových ochran) Obr. 4 Situace při přímém úderu blesku z hlediska EMC V praxi řešení ochrany před přepětími způsobenými bleskem i jinými vlivy jsou součástí ochrany vždy obě metody. I když nedokážeme vždy matematicky podchytit účinek stínění, znamená využití všech možností odstínění snížení počtu a velikosti namáhání součástí vnitřní ochrany před bleskem (svodičů) a tím zvýšení jejich spolehlivosti a životnosti. Stínění je základním opatřením ke zmenšení rušení způsobeného intenzitou elektromagnetického pole. Účinnost stínění se musí vyhodnotit pomocí vrcholové hodnoty bleskového proudu a odpovídající intenzity elektromagnetického pole. Stínění znamená postupné snižování intenzity elektromagnetického pole, viz obr. 5. Pro zmenšení intenzity elektromagnetického pole je potřeba využít zejména tato opatření: - externí stínění; - vhodné vedení tras; - stínění vedení; lze je i kombinovat. Aby se elektromagnetické pole snížilo, musí se navzájem pospojovat a spojit všechny kovové části relevantní velikosti náležící k budově s vnější ochrannou před bleskem. Jsou to například kovové střechy a fasády, ocelová výztuž betonu, kovové rámy dveří a oken. Použijí-li se v chráněném prostoru stínicí kabely, měla by se připojit jejich stínění na uzemňovací soustavu minimálně na obou koncích a na rozhraní ochranných zón. Kabely, které spojují oddělené budovy, se musí uložit do kovových kabelových kanálů, jako jsou kovové trubky, sítě nebo ocelová výztuž betonových kanálů. Výztuž musí být vodivě spojena z jednoho konce na druhý a musí být propojena s hlavní ekvipotenciální přípojnici oddělené budovy. Způsob propojení je patrný z obrázku č. 6. Stínění kabelů se taktéž propojí s touto ekvipotenciální přípojnicí. Kovové kabelové kanály se nemusí aplikovat, jestliže stínění kabelu je schopné přenést bleskové proudy. Bližší informace k praktickému uplatnění součástí DEHN+SÖHNE naleznete v tiskopise DS 592/1199. Stíněná vedení jaké jsou jejich přednosti a možnosti realizace? Ing. J. Kutáč DEHN+SÖHNE Dobře stíněná vedení skutečně poskytují určitou ochranu před přepětím. Tato přepětí vznikají v důsledku induktivní a kapacitní vazby, a je vhodné stíněná vedení upřednostnit před nestíněnými. Obr. 7 Přenos přepětí induktivní a kapacitní vazbou Co představují dobře stíněná vedení z hlediska ochrany před bleskem a přepětím? Stínění musí být v celé své délce dobře vodivě Obr. 2 Stínění budovy betonová fasáda betonové díly okružní zemnič držák okružního pásku ocelové díly zemnící bod základová deska 2
Obr. 3 Propojení zemnícího bodu a základového zemniče na armování vnější šalování spojovací svorka kat. č. 308 026 zemnící bod kat. č. 478 210 spojovací svorka kat. č. 308 026 křížová svorka kat. č. 318 251 klínová svorka kat. č. 308 001 1785 1785 / 06.05.2002 propojeno a nejméně na obou koncích uzemněno. Pouze oboustranně uzemněná stínění mohou snížit účinek indukční a kapacitní vazby. Oboustranné uzemnění stínění je možné realizovat dvojím způsobem: - přímo - nepřímo přes výbojkovou bleskojistku Stínění musí být připojeno s pokud možno nejnižší impedancí, tak aby na koncovém zařízení nevznikaly napěťové špičky přesahující několik 1000 V. Vhodné je připojení stínění přes speciální připojovací svorku, např. SAS 1, přímo k ekvipotenciální přípojnici, viz obr. 8. Pokud vedení opouští hranice budovy (zóna ZBO 0), musí být schopno jeho stínění krátkodobě vést vysoký impulsní proud. Přitom musí být použitím kabelů s vícevrstvým stíněním nebo svodiči přepětí. Použití vhodného stínění v kombinaci se svodiči bleskového proudu a přepětí pomůže optimálně zvýšit ochranný účinek. Samotná stíněná splněna podmínka dostatečného průřezu stínění. Stínicí fólie není pro tyto účely vhodná. Z ekonomických důvodů se v praxi často používají levné kabely s malým průřezem stínění. Následkem toho vznikají rušivé vlivy na signálních žilách. Tyto poruchy mohou být eliminovány vedení mohou sice snížit velikost rušivých vlivů a pravděpodobnost zničení koncových zařízení, nemohou jim však zabránit. Instalace svodičů přepětí je většinou nezbytná. Pro potlačení nízkofrekvenčních vyrovnávací proudů, které mohou protékat stíněním, je vhodné instalovat svodič bleskového proudu nebo přepětí s nepřímým Součásti pro připojení stínění Připojení stínění Obr. 8 Připojení stínění pomocí svorky SAS Ideální pro vícepárové vedení Uzemnění kabelových stínění naprofilovou sběrnici Kompenzace přechodových odporů připojení stíněníkabelů použitím přítlačných pružin svorka SAS 1 Možnost dodatečné montáže bezpřerušení stínění kabelu 3
Obr. 9 Přímé a nepřímé připojení uzemnění kabelu Oboustranně připojená stínění Problém: nízkofrekvenční vyrovnávací proudy Oboustranně připojená stínění Řešení: přímé a nepřímé uzemnění stínění n x 50 Hz Nízkofrekvenční vyrovnávací proudy EP 1 EP 1 EP 2 EP 2 EP 1 EP 2 Přímé uzemnění Nepřímé uzemnění přes výbojkovou bleskojistku svodiče uzemněním stínění, a to vždy jen na jednom konci vedení (obr. 9). Blitzductor CT je pro tyto účely optimálně vybaven, viz obr. 10. 4
Dimenzování přepěťových ochran Pro správnou volbu přepěťových ochran je nutné vypočítat proud, který by mohl zatížit svodiče. Výpočty jsou velmi komplikované, naštěstí jsou svodiče DEHN dimenzovány tak, aby snesly nejvyšší zatížení. U běžných zařízení se tedy projektant nemusí zabývat přesnými výpočty, postačí mu orientační výpočet, který vychází z předpokládaného rozdělení bleskového proudu, že 50% bleskového proudu teče do uzemnění a 50% do instalovaných vedení a armatur. Výpočet části bleskového proudu připadající na jedno vedení, které vstupuje do objektu: I f = i n i = část bleskového proudu ka (50% hodnota celkového bleskového proudu) I f = část bleskového proudu v ka (rozděleného na jedno vstupující vedení) n = počet vedení vstupujících do objektu nestíněné kabely pro výpočet minimálního průřezu žil kabelu platí vzorec: A = I f 8. n I f = část bleskového proudu v ka, která prochází stíněním kabelu A = průřez žíly v mm 2 n = počet žil stíněné kabely pro výpočet minimálního průřezu stínění kabelu platí vzorec: A = I f 8 I f = část bleskového proudu v ka, která prochází stíněním kabelu A = průřez stínění v mm 2 Obr. 11 Příklad Svodiče přepětí pro koncové zařízení budova 1 signálnívstup-/-výstup signálnívstup-/-výstup budova 2 I f I f = část bleskového proudu, která protéká stíněním kabelu Příklad: stíněné zařízení I f = 10 ka (10/350µs) minimální zvýšení teploty l A = f 8 f 8 l f 10 A = = = 1,25 mm² 8 8 DEHN + SÖHNE DEHN + SÖHNE DEHN + SÖHNE DEHN + SÖHNE GMBH + CO.KG. zastoupení v ČR kancelář kancelária pre SR TECHNIKA + ODBYT Ing. Zdeněk Rous, CSc. FRÝDEK-MÍSTEK Jiří KROUPA HANS-DEHN-STRASSE 1 Sarajevská 16 Ing. Jiří KUTÁČ M.R.Štefánika 13 POSTFACH 1640 120 00 PRAHA 2 Kunčičky 338 SK-962 12 DETVA D-92306 NEUMARKT/OPF. T +420 222 560 104 /1 121/ 739 01 BAŠKA T/F +421 045 / 545 53 68 T/F +420 222 562 424 T/F/Z +420 558 621 800 mobil:+421 907 877 667 T +499 181 906-0 info@dehn.cz mobil: +420 604 250 879 www.dehn.sk F +499 181 906-100 www.dehn.cz jiri.kutac@dehn.cz j.kroupa@dehn.sk www.dehn.de