Ochrana před bleskem a přepětím staveb z pohledu soudního znalce Ing. Jiří Kutáč znalec obor: elektrotechnika specializace: ochrana před bleskem a přepětím jiri.kutac@dehn.cz; www.dehn.cz Klíčová slova Blesk, úder, přepětí, ochrana, hromosvod, přepěťová ochrana SPD Abstrakt Analýza škod vzniklých úderem blesku Koncepce návrhu ochranných opatření na stavbách Vyhledávání rizik na stavbách s fotovoltaickými systémy Motto Blesk nezná normy ani výrobce, ale normy a výrobci musí respektovat blesk jako jedinečný přírodní děj. 1. Legislativní požadavky Na základě vyhlášky o technických požadavcích na stavby č. 268/2009 Sb. [1], se musí provést výpočet řízeného rizika dle ČSN EN 62305 2 [2] pro tyto stavby: - ohrožení života nebo zdraví osob, zejména ve stavbě pro bydlení, stavbě s vnitřním shromažďovacím prostorem, stavbě pro obchod, zdravotnictví a školství, stavbě ubytovacích zařízení nebo stavbě pro větší počet zvířat, - poruchu s rozsáhlými důsledky na veřejných službách, zejména v elektrárně, plynárně, vodárně, budově pro spojová zařízení a nádraží, - výbuch zejména ve výrobně a skladu výbušných a hořlavých hmot, kapalin a plynů, - škody na kulturním dědictví, popřípadě jiných hodnotách, zejména v obrazárně, knihovně, archivu, muzeu, budově, která je kulturní památkou, - přenesení požáru stavby na sousední stavby, které podle písmen a) až d) musí být před bleskem chráněny, - ohrožení stavby, u které je zvýšené nebezpečí zásahu bleskem v důsledku jejího umístění na návrší nebo vyčnívá-li nad okolí, zejména u továrního komína, věže, rozhledny a vysílací věže. 2. Analýza škod vzniklých úderem blesku a objasnění příčin škod v důsledku úderu blesku Hromosvod - Na objektu není instalován hromosvod; Důsledek: V kterémkoli místě je možný úder blesku do objektu vznik požáru. - Chybně navržena jímací soustava není vytvořen dostatečný ochranný prostor pro chráněné zařízení (dle ČSN EN 62305-3, čl. 5.2) [3]; Důsledek: Možný úder blesku do ochranného prostoru jímací soustavy poškození zařízení, či vznik požáru. 1 / 5
- Není splněna podmínka pro dostatečnou vzdálenost s (dle ČSN EN 62305-3, čl. 6.3) [3]; Důsledek: Možný přeskok blesku na vnitřní instalace poškození zařízení, či vznik požáru. - Nevhodný výběr materiálů, které nejsou určeny pro instalaci hromosvodu (dle ČSN EN 50164) [4]; Důsledek: Překročení povoleného oteplení součásti nebo nedodržení styčných ploch materiálů vznik požáru nebo exploze. - Uložení skrytých svodů v hořlavých materiálech; Důsledek: Zahřátí okolního materiálů svodu vznik požáru nebo exploze. - Nedodržení podmínek montážních návodů výrobců; Důsledek: Systém ochrany neplní správně svou funkci ohrožení majetku a osob. - Nedostatečná vizuální kontrola při revizní činnosti; Důsledek: Nejsou odstraněny případné projekční a montážní chyby ohrožení majetku a osob. - Neprovedení měření zemních odporů zemničů; Důsledek: Při nepříznivých povětrnostních podmínkách může vzniknout problém přechodu bleskového proudu do země ohrožení vnitřní instalace stavby. - Existence několika uzemňovacích soustav v jednom objektu/areálu; Důsledek: Vznik rozdílů potenciálů v rámci jednoho objektu/areálu ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu. - Nevhodné uložení zemničů; Důsledek: Vznik krokových napětí v blízkosti stavby ohrožení osob v blízkosti svodu. - Nevyrovnání potenciálů bleskových proudů - chybějící svodič SPD typu 1; Důsledek:Hmotné škody ve stavbě a úraz nebo zranění osob. Vnitřní ochrana před bleskem - Chybějící přepěťové ochrany SPD; Důsledek: Vznik rozdílů potenciálů v rámci jednoho objektu/areálu ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu (dle ČSN EN 62305-4) [5]. - Nedodržení parametrů přepěťových ochran pro danou třídu LPS; Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu (dle ČSN EN 62305-4) [5]. - Žádná koordinace mezi jednotlivými stupni přepěťových ochran SPD; Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu (dle ČSN EN 62305-4) [5]. - Nedodržení podmínek instalace přepěťových ochran dle montážních návodů výrobců; 2 / 5
Důsledek: Porucha nebo destrukce SPD ohrožení osob a elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu. - Překročení délek přívodních vodičů a uzemňovacích svodů SPD; Důsledek: Překročení ochranné úrovně SPD ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu (dle ČSN EN 62305-4) [5]. - Křížení nebo souběh přívodních vodičů a uzemňovacích svodů SPD. Důsledek: Překročení ochranné úrovně SPD ohrožení elektrických a elektronických zařízení uvnitř objektu/areálu. 3. Koncepce návrhu ochranných opatření na stavbách Hromosvod znamená především hromosvodní ochranu staveb. Slouží k zachycení přímých úderů blesku do stavby a jejich svedení a rozptýlení do země. Přístup k řešení návrhu jímací soustavy je dvojí: jímací soustava je elektricky izolována od všech vodivých předmětů uvnitř stavby; jímací soustava je elektricky propojena se všemi vodivými předměty uvnitř stavby. Elektricky izolovaný (oddálený) vnější LPS od vodivých předmětů uvnitř stavby Elektrickou izolaci vnějšího LPS od vodivých předmětů uvnitř stavby lze řešit dvěma způsoby: a) umístěním bez kontaktu se stavbou (stožárový, klecový, závěsný hromosvod); b) umístěním přímo na stavbě. V obou případech je nutné dodržovat minimálně dostatečnou vzdálenost s (viz ČSN EN 62305-3 čl. 6.3) [3] mezi jímací soustavou a vodivými předměty stavby připojenými k vnitřní soustavě vyrovnání potenciálu. Při umístění jímací soustavy a svodů na stavbě je možné k vnějšímu LPS vodivě připojit i některé vnější vodivé předměty stavby (například okapy, různá oplechování, kovovou krytinu, atd.). Přitom je nutné dbát, aby vnitřní vodivé předměty stavby byly od vnějšího LPS i k němu připojených vodivých předmětů dále, než je dostatečná vzdálenost s, v tom kterém místě. Elektricky vodivě spojený (neoddálený) vnější LPS s vodivými předměty uvnitř stavby Principem elektricky vodivě spojeného hromosvodu (metodou spojit vše se vším) je rozdělení bleskového proudu po přímém úderu blesku na co největší počet svodů. Rozdělením se zmenší a rozptýlí i účinky vyvolané průchodem bleskového proudu jednotlivým svodem. Elektromagnetické pole okolo jednotlivých svodů bude mnohonásobně menší a účinky elektromagnetických polí okolo blízkých svodů se budou navzájem rušit. Tím se i sníží na minimum výsledné elektromagnetické pole uvnitř budovy. Při blízkém úderu blesku mimo stavbu budou takto elektricky vodivě spojené části LPS a všechny vodivé předměty a konstrukce uvnitř stavby působit jako stínící Faradayova klec proti elektromagnetickému poli vně stavby. Tento typ LPS je zvláště vhodný pro stavby ze železobetonu, stavby s železobetonovým skeletem nebo stavby s ocelovým skeletem. Nevýhodou je nutná technologická kázeň a průběžné ověřování spojitosti vodivých částí stavby během výstavby. 3 / 5
Základní postup návrhu vnějšího LPS Po vypočtení přípustného rizika (viz ČSN EN 62305-2) [2] a zařazení ochrany objektu do třídy LPS zvolíme nejprve má-li být hromosvod proveden ve variantě od stavby elektricky izolovaný (oddálený) nebo se stavbou elektricky vodivě spojený. Přitom bereme v úvahu především: materiál a provedení nosné konstrukce stavby; materiál a provedení vazby střechy; materiál krytiny střechy; technologie situované nad střechou; účel, využití, vybavení a obsah stavby; okolí stavby a její případnou návaznost na další stavby. Dále se určí vhodnou metodu nebo kombinaci metod určení ochranného prostoru jímací soustavy. Určujícími podmínkami jsou především: třída LPS; členitost a rozloha stavby (podle půdorysu); výška stavby; tvar a provedení střechy; možnosti rozmístění svodů; technologie a vodivé předměty situované nad střechou, na stěnách stavby, nebo v blízkosti stavby; přístupové cesty pro lidi a užitková nebo domácí zvířata; připojené inženýrské sítě; provedení a umístění zemnicí soustavy; LPS je pro jednu stavbu nebo komplex staveb. Přitom je nutné brát v potaz výhody a nevýhody jednotlivých metod určení ochranného prostoru. Po provedení návrhu jímací soustavy zkontrolujeme její ochranný prostor graficky, početně nebo kombinací obou metod, nebo použijeme pro kontrolu ochranného prostoru jímací soustavy vhodný software. Následně (jako nezávislou úlohu na ochranném prostoru jímací soustavy) je třeba vypočítat dostatečnou vzdálenost s pro jednotlivé svody, jímací vedení a jímače v kritické vzdálenosti od technologií a vodivých předmětů nad střechou. V závislosti na výsledcích výpočtů dostatečné vzdálenosti je možné ponechat nebo upravit rozmístění, případně hustotu a provedení jímací soustavy a počet svodů. Po případné úpravě je nutná alespoň částečná kontrola ochranného prostoru. Jímací soustava dle ČSN EN 62305-3, odst. 5.2.2 [3] musí být navržena jen na základě těchto metod: valící se koule; ochranného úhlu; mřížové soustavy. Má-li se navrhnout ochrana před bleskem v souladu s českými technickými normami, pak je nutno řídit se při projektování této ochrany souborem norem ČSN EN 62305 Ochrana před bleskem i pro alternativní jímače (ESE). 4 / 5
4. Vyhledávání rizik na stavbách s fotovoltaickými systémy Projektanti při navrhování fotovoltaických systémů a revizní technici při revizi těchto systémů musí vzít v úvahu rizika nejen na průmyslových objektech, ale také na budovách občanské výstavby při: - úderu blesku; - hašení požáru; - povodni. Riziko při úderu blesku Je potřeba rozlišit dvě možnosti instalace ochrany před bleskem: - jímací soustava je od fotovoltaických panelů na dostatečnou vzdálenost s - jímací soustava není oddálená Ve druhém případě je nutno si uvědomit, že při úderu blesku do jímací soustavy poteče část bleskového proudu do budovy přes vedení spojující fotovoltaické panely a měnič. Z hlediska provozních parametrů měniče je nejvhodnější umístění pro měnič přízemní část budovy. Toto je dáno především z důvodu vyšší teploty vzduchu pod střechou (cca až 60-70 C). Proti tomuto omezovacímu kritériu návrhu je postaveno hledisko zavlečení bleskového proudu do vnitřní instalace a jeho destruktivních účinků. Propojovací kabely by měly být vedeny tak, aby byla dodržena dostatečná vzdálenost s mezi nima a vnitřní elektroinstalací nebo vnitřními kovovými konstrukcemi. Tato trasa propojovacích kabelů může vést jednak vně objektu, nebo vnitřní části oddáleně od vnitřních metalických instalací. Riziko při hašení požáru Na začátku bychom si měli uvědomit, že při hašení požáru má bezpečnost hasičů nejvyšší prioritu. Fotovoltaické systémy mají jednu specifickou zvláštnost, že i při vypnutí hlavního jističe nebo vypínače objektu, je vedení mezi panely a měničem stále pod napětím při slunečním svitu. Tyto kabely mohou být pod napětím až do 1 000 V. Při požáru v budově pak izolace kabelů může hořet na několika místech. Tato skutečnost je velice nepříjemná především pro hasiče, kteří mohou být při své činnosti v přímém ohrožení života. Mezi holými vodiči dojde ke zkratu. Nevýhoda stejnosměrného proudu je, že se velice špatně vypíná. Nachází-li se hasič v blízkosti místa zkratu, může být těžce popálen. Drží-li proudnici v ruce, může téci stejnosměrný proud touto proudnicí přes něho. Doporučení je: dodržet bezpečnou vzdálenost 5 m od místa nebezpečí Další nebezpečí pro hasiče představují padající fotovoltaické panely při zdeformování nosných konstrukcí uvolněným teplem. Riziko při povodni Je jedno, jedná-li se o oheň nebo vodu. V obou případech platí, že fotovoltaické systémy představují pro hasiče velké riziko z hlediska napětí. Napětí vyšší 120 V může být člověku životu nebezpečné. Ve většině případů instalací fotovoltaických systémů se nacházejí měniče v nižších patrech budov, například ve sklepích. Při povodních se tak mohou nejen měniče nacházet pod vodou, ale také jejich přívodní kabely. Přiblíží-li se hasič při vzniku takovéto situaci k místu zkratu, může být rovněž v ohrožení života. Literatura: [1] Sbírka zákona č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby ze 12. srpna 2009 [2] ČSN EN 62305 2, 2006-11: Ochrana před bleskem část 2: Řízení rizika [3] ČSN EN 62305 3, 2006-11: Ochrana před bleskem část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života [4] ČSN EN 50164: Součásti ochrany před bleskem (LPC) [5] ČSN EN 62305 4, 2006-11: Ochrana před bleskem část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách 5 / 5