První výročí nové řady norem pro ochranu před bleskem ČSN EN 62305 Jan Hájek, Dalibor Šalanský Jak ten čas letí a lidé se mění. Předloni v prosinci vstoupila v platnost nová řada norem pro ochranu před bleskem ČSN EN 62305. Zpočátku nebyl o normu příliš velký zájem, vždyť její předchůdkyně platila několik desetiletí a její platnost bude ukončena až v únoru 2009! Jak vzrostla dostupnost tohoto souboru, začaly se objevovat první ohlasy. Největší prostor k vyjádření bohužel dostali ti, kteří s vlastním dalším vzděláváním skončili ihned po ukončení školní docházky. Nabyli totiž přesvědčení, že vytrvají-li, vystačí si s tím, co je ve škole naučili, a okolí se jejich zaostávání bude přizpůsobovat. V naší republice jsme byli zodpovědnými institucemi i nečinností našich zástupců vystaveni nepříjemné skutečnosti. Nyní to vypadá nepatřičně a hloupě, ale na objektu s výbavou high-end bylo skutečně prosazováno instalovat systém ochrany před více než čtyřiceti lety upravený na pravidla socialistického právního a ekonomického zřízení. To, že norma ČSN 34 1390 byla už ve své době kompromisní variantou, nebo spíše provozním předpisem, který si tehdejší stát vytvořil v podstatě pro sebe a svůj majetek, potvrdí každý, kdo četl mé oblíbence (Ladislav V. Říhánek Hromosvody, rok 1941, nebo ještě lépe Johann Albert Heinrich Reimarus a jeho Ausführliche Vorschriften zur Blitz-Ableitung an allerley Gebäuden z roku 1797). Z těchto důvodů vznikaly fatální chyby. Vždyť téměř každý, kdo navrhoval ochranu před bleskem, se o její kvalitě musel rozhodovat sám na základě vlastních zkušeností. Došlo-li v takto chráněném objektu ke ztrátám na životech nebo majetku v důsledku úderu blesku a protistrana by celkem bez problému prokázala, že obecně známý technický standard byl na daleko vyšší úrovni než ČSN 34 1390 z roku 1969 a to by snadno prokázal na základě několika čísel odborného časopisu i právnický koncipient, dopadl by chudák projektant špatně. Také to, že ochrana před bleskem a přepětím byla rozhozena do několika navzájem ne moc dobře provázaných norem, nebylo dobré. V podstatě ten, kdo řešil hromosvod, většinou nebral ohled na zbytek elektrické instalace v objektu a naopak. Co bylo také zvláštností, ale v naší republice ne zase tak výrazné jako v jiných státech EU, že hromosvod (termín vnější LPS nemáme rádi) na objektu realizovali lidé bez elektrotechnického vzdělání. Představte si, že systém, který má bezpečně svést do země výboj v řádech stovek kilovoltů, instaluje někdo, kdo o Ohmově zákonu tuší pouze to, že nejspíš je. Tato situace se před rokem naštěstí změnila. Nový soubor norem se zpočátku zdál trochu nepřehledný, ale to vyplývalo ze snahy jeho autorů každému předat maximální množství informací pro správné rozhodování. Z jakých částí se tato nová řada norem skládá? První a z hlediska informací nejdůležitější částí je ČSN EN 62305-1 Ochrana před bleskem Část 1: Obecné principy. Je v ní popsán nepřítel. Uživatel zde nalezne maximální množství informací o blesku, a to ať jde o jeho maximální či typické hodnoty, typické frekvence, délku impulzu, jeho energii i další fyzikální vlastnosti. Tato široká škála hodnot zde mohla být uvedena díky neustálému sledování bouřkové činnosti po celém světě desítkami zkušených týmů, jehož výsledkem je velký objem informací, který umožňuje sestavit relevantní průměrné hodnoty. Tyto hodnoty jsou rozděleny do čtyř základních skupin, umožňujících vytvořit několik kvalitativně odstupňovaných systémů ochrany objektů. 32 ROČENKA ELEKTRO 2008 33
Druhou, nejkontroverznější (a pravděpodobně nejsložitější) částí normy je ČSN EN 62305-2 Ochrana před bleskem Část 2: Řízení rizika. Snad každého, kdo tuto normu alespoň prolistoval, začala jímat hrůza a děs uvedené vzorečky je třeba počítat. Tato část umožňuje stanovit, jak kvalitně chránit daný objekt; výběr kvality ochrany spočívá v porovnání rizik. Jestliže výsledek uvedeného porovnání rizik je nevyhovující, je třeba objekt zařadit do vyšší třídy ochrany, než jaká byla navržena na počátku. Z pohledu praxe je každému z techniků jasné, že nic nemůže být stoprocentní a nikdy nebude možné zaručit spolehlivost systému a jeho bezpečnost na téměř plnou hodnotu. Proto je zde zbytkové riziko, bude-li ochrana před bleskem realizována pro danou kategorii podle požadavků této normy, vyjádřeno činitelem 10 5. Takto vyjádřené riziko může vyznít jako zanedbatelné pro přiblížení: jednou za sto tisíc let může být v takto chráněném objektu zabit nebo vážně zraněn člověk. Ale uvedené sdělení lze trochu pootočit: jednou ročně v takto chráněných sto tisících objektech může k takovémuto neštěstí dojít. To již je poměr jakoby bližší a srozumitelnější, který např. v oboru letecké dopravy vedl k tomu, že se někdo bojí letět na dovolenou k moři. (Schválně vyzkoušejte svého právníka, zda by vám doporučil koupit objekt, kde máte šanci být zabit bleskem v poměru 1 : 100 000!) V tomto směru je tedy část ČSN EN 62305-2 přelomová. Určuje riziko, jeho akceptovatelnost a technické prostředky na jeho zvládnutí až k ekonomicky únosné hranici. Zároveň díky tomu, že jde o jednu z částí normy, není nikdo z projektantů, kdyby se někomu v takto chráněném objektu něco stalo a pokud neudělá ve výpočtu chybu, vystaven složitému prokazování, že jeho rozhodnutí bylo správné. Část ČSN EN 62305-3 Ochrana před bleskem Část 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpečí života lze v podstatě označit jako náhradu ČSN 34 1390. Tato část je vlastně návod, jak hromosvod realizovat podle požadavků upřesněných jednotlivými třídami pro ochranu před bleskem. Jsou zde velmi podrobně objasněny jednotlivé návrhy jímací soustavy hromosvodu. Je však bohužel třeba si zvyknout na anglické zkratky. Hromosvod už není hromosvod, ale vnější LPS (Lightning Protection System, systém ochrany před bleskem). Ani nám se tyto anglicismy moc nelíbí, ale chápeme, že převzetí terminologie v poměru jedna ku jedné zamezí omyly a podvody, kdy je možné na základě chybného překladu vytvořit něco zcela jiného, než si klient přál. Označení hromosvod se asi nadále bude používat, ovšem je třeba si uvědomit, že pouhou instalací hromosvodu ochrana před bleskem nekončí. Jsou zde za pomoci mnoha obrázků ukázány různé varianty konstrukce jímací soustavy, včetně několika atypických příkladů, detailů řešení, ale i doporučení při využívání jiných materiálů. Velmi užitečné je množství Obr. 1. Příklad instalace oddálené jímací soustavy od jednoduchých jímacích tyčí až po propracované systémy DEHNiso-Combi s vodiči HVI tabulek, které se používají především pro optimalizaci materiálu, je-li nutné volit jiné řešení než se standardními prvky. V konstrukci vnější ochrany před bleskem se objevuje termín izolovaný LPS, popř. oddálený hromosvod. Tato jednoduchá a pro hromosvodáře století 34 ROČENKA ELEKTRO 2008 35
známá věc zde nachází největší prostor. Vždy, když se vytváří hromosvod, mělo by být konstruování této varianty první snahou. Mezi časté omyly, se kterými jsme se na školeních setkali, patří snad vlivem menší představivosti nepochopení principu oddáleného (izolovaného) hromosvodu. Každý, kdo již léta pracuje jako hromosvodář, si pod pojmem izolovaný či oddálený hromosvod představí klasické řešení instalované v minulosti především nad muničními sklady. To znamená podstatné oddálení všeho, co tvoří hromosvod, od chráněného objektu. Ovšem zde metodika oddalování doznala největších rozdílů, především proto, že po desetiletí shromažďované údaje o blesku a jeho hodnotách umožňují při jejich zprůměrování provádět výpočty, které s velmi velkou přesností dokážou určit minimální vzdálenosti oddálení. Za základní komponentu snahy o oddálení je třeba brát betonový podstavec s jímací tyčí, která vytváří ochranný prostor pro umístění chráněného zařízení na střeše a zároveň tvoří s dodržením dostatečné vzdálenosti s mezi jímací tyčí, drátem jímací soustavy a chráněným zařízením v podstatě oddálený hromosvod v jeho nejjednodušší podobě (obr. 1). Teprve v případě, že se nepovede oddálení tímto primitivním způsobem, měl by následovat pokus o oddálení s využitím distančních izolačních vzpěr DEHNiso-Combi (obr. 2). A nelze-li ani za pomoci těchto komponent potřebného stavu dosáhnout nebo jestliže takto vzniklá konstrukce působí na okolí velmi rušivě, teprve poté přichází na řadu řešení s vodičem HVI, který díky své izolaci a speciálním vlastnostem toto oddálení zabezpečí bez podstatných změn vzhledu objektu. Při rozhodování o tom, zda oddálený hromosvod, či variantu pospojování všeho se vším tzv. Faradayovu klec, je třeba vždy zohlednit finanční náklady na každou z uvedených variant a posoudit, zda stejné úrovně ochrany nelze dosáhnout s menšími výdaji za materiál nebo vlastní práci. Jelikož tento nový soubor norem bere ochranu před bleskem jako jeden celek (ať jde o její vnější, nebo vnitřní část), může každý ihned zjistit, zda dílčí úprava jímací soustavy nepovede k velkým finančním úsporám třeba na svodičích bleskových proudů. Ještě pár slov ke komponentám, ze kterých se skládá hromosvod. Každá součást by měla materiálově odpovídat normě ČSN EN 50164 Součásti ochrany před bleskem (LPC) Část 1: Požadavky na spojovací součásti a Část 2: Požadavky na vodiče a zemniče, která určuje minimální typické rozměry a vlastnosti materiálu pro hromosvodní součásti. Obr. 2. DEHNiso-Combi určený pro ochranu složitějších a rozsáhlejších zařízení Díky technickému pokroku a již zmiňovaným desetiletím stráveným pozorováním a měřením blesků je v této normě jako hlavní požadavek, v podstatě nadřazený všem zmíněným rozměrům, uvedeno vykonání testu bleskovým proudem. Každá z hromosvodních součástí, pokud její provedení neodpovídá vzorům v této normě, by měla být testována na zkušebním generátoru vlnou s tvarem 10/350, simulující část bleskového proudu, a to ve dvou třídách v třídě H 100 ka a N 50 ka. Navíc by měla být každá z těchto součástí (svorky, dráty, podpěry, jímací tyče, lana) podrobena umělé chemické zátěži simulující přírodní podmínky působící po dobu několika desetiletí. Není-li při konstrukci hromosvodu možné využít standardně vyráběné komponenty (pro většinou seriózních výrobců jsou tyto zkoušky samozřejmostí), měl by ten, kdo navrhuje nestandardní řešení, prokazatelně doložit, že použitý materiál, popř. součástka, splňuje tyto minimální požadavky. Ve vlastním návrhu jímací soustavy se nic podstatného nemění. Jedinou zásadní novinkou v navrhování jímací soustavy je rozšíření o jednu metodu metodu valivé bleskové koule. 36 ROČENKA ELEKTRO 2008 37
Shrnutí dílčích změn klasických metod navrhování jímací soustavy Metoda ochranného úhlu Již před vznikem normy ČSN 34 1390 (Elektrotechnické předpisy ČSN. Předpisy pro ochranu před bleskem) bylo známo, že vrcholový úhel se mění s výškou jímací tyče nad chráněným povrchem. Přesto tato skutečnost nebyla v uvedené normě brána v potaz. Pro lepší pochopení si lze tento jev představit jako stanovou plachtu, pod kterou je neustále zdvihána tyč v tomto případě jímací. Tato plachta se vzrůstající výškou svírá s tyčí stále ostřejší úhel. Výchozí hodnoty jsou pro každou ze čtyř tříd ochrany před bleskem jiné. Mřížová soustava Princip zůstává shodný od počátku lidského snažení o ochranu před bleskem. Je jím vytvoření co nejhustšího vodivého obalu na objektu tak, aby ho zaregistroval i malý blesk. Dlouhodobými zkušenostmi se zjistilo, že rozměry mřížové soustavy podle ČSN 34 1390 jsou příliš velké, a tak současný systém ochrany před bleskem IV, tedy ten, na který jsou kladeny nejmenší požadavky na ochranu před bleskem, začíná na rozměrech 20 20 m. Metoda valivé bleskové koule Počátky této metody, ač se může zdát nová, lze vysledovat již v pracích A. Schweigera ze 30. let dvacátého století. Opět díky nasbíraným statistickým hodnotám, kdy jsou k dispozici jak maximální hodnoty blesku, tak minimální hodnoty blesku, neméně důležité z hlediska jímací soustavy, bylo možné určit, jak daleko sestupující vůdčí výboj vidí. V podstatě to znamená, že zatímco maximální hodnota bleskového proudu určuje velikost, počet a kvalitu zemnicí soustavy, svodů a svorek, minimální hodnota blesku určuje hustotu jímací soustavy, počet jímacích tyčí a velikost jimi vytvářených ochranných úhlů (obr. 3) tak, aby zachytily i blesky o velmi malé vrcholové hodnotě. Kdyby jímací soustava byla konstruována pouze na jímání blesků o velké intenzitě, postačovala by jedna vysoká jímací Obr. 3. Nejjednodušší oddálený hromosvod jímací tyč a její ochranný úhel tyč, kterou by každý blesk viděl už z dálky, a zbytek jímací soustavy by byl zbytečný. Trochu to připomíná jednu z aktivních metod ochrany před bleskem. Při konstrukci jímací soustavy je důležitá zmiňovaná dostatečná vzdálenost s. Nesmí totiž dojít k tomu, že jímací drát nebo svod povede po stěně, za kterou bude ve vzdálenosti několika centimetrů umístěno např. napájecí nebo datové vedení s jiným potenciálem, než má jímací soustava. V tomto případě by se mohlo blesku zdát, že právě tudy je cesta na zemnicí soustavu momentálně nejjednodušší, což by vyvolalo přeskok a bouřlivé vyrovnávání potenciálu při cestě bleskového proudu do země. Poslední část nového souboru norem ČSN EN 62305-4 Ochrana před bleskem Část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách se týká ochrany elektrické instalace a na ni zapojených spotřebičů. Toto je vnitřní ochrana před bleskem, která se skládá z vyrovnání potenciálů, pospojování a stínění. Hlavním požadavkem (chceme-li tedy vnitřní instalaci chránit) je potenciálové vyrovnání svodičem bleskových proudů. Principem této ochrany je rovnoměrně přerozdělit příchozí energii mezi všechny vodivé systémy, které při běžném provozu nemohou být mezi sebou přímo propojeny. Sestupující blesk již po celé své trase neuvidí 38 ROČENKA ELEKTRO 2008 39
jinou zem (potenciál) než tu, která je pro něj záměrně vytvořena. Při absenci svodiče bleskových proudů, ať na napájecí nebo na přivedené datové soustavě, nastane také potenciálové vyrovnání, ale nevratně, což může být doprovázeno velkými škodami. V podstatě jsou svodiče bleskových proudů nebo méně výkonné svodiče přepětí tím nejslabším místem, které je záměrně vloženo do elektrické instalace, aby se potenciál vyrovnal právě na nich vratným způsobem tj. tak, jak chceme my, a ne jak si představuje přepětí. Právě na úspoře množství svodičů bleskových proudů při vytvoření oddáleného hromosvodu, např. nad skupinou klimatizačních jednotek, jsou zřejmé hlavní výhody nového souboru norem, které řeší ochranu před bleskem jako jeden celek, a ne pouze, jak tomu bylo dříve, jako několik poslepovaných dílčích částí. Autoři tohoto článku doufají, že díky větší vzdělanosti současné populace nebude dlouho trvat a tyto principy ochrany, ve své podstatně velmi jednoduché, se všem pracovníkům činným v tomto oboru dostanou velmi rychle pod kůži a ochrana před bleskem se stane běžným technickým řešením, kde norma bude fungovat především jako zdroj informací a deklarace nejnižšího standardu. 40 ROČENKA ELEKTRO 2008